地質勘查和深部地質鉆探找礦技術研究

鄭得勝，雷恒永

（1.中國冶金地質總局西北地質勘查院，陜西 西安 710119；2.云南黃金有限責任公司，云南 普洱 650051）

1 地質勘查的主要內容

在礦山開采之前需要開展地質勘查工作，該項工作包含內容眾多，主要工作內容如下：一是礦山勘查。在勘查工作正式開展前，工作人員應落實前期準備工作。其次，技術人員還應明確勘查范圍，根據礦山中不同區域情況采取相應的勘查手段。在勘查技術應用時，需堅持準確高效的原則，一邊勘查一邊記錄，使信息采集結果精度得到切實保障；二是尾礦資源分析。在可持續開采理念下，技術應用水平和開發理念對資產開發持久性具有直接影響，尾礦作為地質勘查的重要內容之一，需要技術人員加強重視，減少資源浪費，確保礦山的可持續開采；三是接替資源勘查。根據礦物質形成原理可知，當前許多礦物質具有不可再生特點，部分礦產資源的再生周期極長。在地質勘查過程中，應充分認可礦山開采年限價值，最大限度提高開采年限。在對帶有特殊資源礦山進行開采時，勘察者應注重替代資源的勘查，如鋅礦等，以此達到提高開采年限的目標[1]。

2 深部地質鉆探找礦的常用技術

（1）定位與遙感技術。在深部鉆探中遙感技術應用可加快找礦速度，自動采集地質信息，全方位掌握水文條件，利用智能分析系統明確礦產位置，幫助勘查人員高效完成找礦任務，并為鉆探工作提供強有力的數據支持。該技術應用前應明確測繪區域，然后對該范圍的地質情況進行全面分析，最后采集裸露在外巖石范圍內波普，將二者對比提高找礦效率。此外，在深部找礦時還可利用全球定位技術，構建監測系統，將其與遙感技術相結合，通過自動采集技術獲取礦物的多種特征，如輻射性、光譜特性、金屬性質等等，系統會自動對比數據庫中的礦產信息，對礦產具體埋藏位置進行獲取。

（2）反循環連續鉆探。該技術應用較為廣泛，與傳統鉆探取芯技術相比，通過反循環取樣可對深度值任意設定，可對礦體厚度與深度進行綜合分析，工作效率更快、精度更高，更適用于深層地質鉆探。在該技術應用時，柱狀巖心會被地表巖屑替代，雙臂鉆桿同樣會發生作用，可借鑒國外先進經驗進行技術優化，使其充分滿足當前找礦工作需求，促進現代化建設發展。

（3）定向鉆探技術。與淺層鉆探相比，深部地質鉆探的難度較大，找礦效率相對較低，需要采用先進的鉆探技術，根據地質情況科學選擇，才可促進整體找礦效率提升[2]。對于定向鉆探來說，主要采用巖心定向與受控定向兩種技術。在正式鉆探之前，先要明確運行路線，嚴格按照規定操作，保障探頭按照預期軌跡進行鉆孔，全部孔都要處于預設位置處。在深部找礦時，如若勘查地方存在斜坡便會增加鉆孔難度，常規手段很難準確快速的達到找礦目標，此時便要借助高精度定向技術，具有簡單快捷、鉆探量少等特征，可有效控制找礦事故發生，值得推廣應用。

（4）X熒光技術。該技術在深部找礦應用中優勢顯著，操作更加便利，可準確獲取礦產地質信息，還可應用到元素分析中，提高工作實效。在實際找礦中，利用X射線獲取資源相關信息，受礦物物理屬性影響發出的射線波長有所不同。其中含有X元素，利用熒光技術可對元素特點進行識別，從而順利找到礦產資源。該技術的優勢體現在三個方面，一是可迅速勘查深部礦產；二是輔助勘查人員定位礦產位置；三是探測帶有礦產地層的厚度，確定礦產邊界，促進找礦效率提升。

（5）液動錘技術。該技術以傳統回轉鉆探為基礎設計的新型開采技術，在礦石領域中得到廣泛應用。在實際應用中，設備利用沖洗液驅動內部潛孔錘。在沖洗液的促進下，由動能沖擊潛孔錘將運動能量運送到設備鉆頭，由此實現破巖目標。該設備不但保留了傳統的回轉鉆探功能，且鉆頭更具沖擊力，適用于硬度強、脆性大的巖石，可提高高硬度巖石的鉆孔率，節約大量開采成本，取得理想的應用效果。此外，還可采用液動錘WL鉆探法，該技術屬于組合鉆探法，將液動錘與金剛石WL相結合，二者相輔相成，發揮更大鉆探與找礦優勢。但在WL鉆探中，無需提鉆取心，可有效提高純鉆時間利用率。液動錘的應用可減少巖心堵塞，減少WL提鉆頻率，不但可減少打撈巖心頻率，減少提大鉆頻率。更重要的是，液動錘的應用還可延長鉆頭壽命，特別是在深孔鉆探方面，可節約更多輔助時間，還可減少大量鉆探成本投入。

3 深部地質鉆探找礦技術的實際應用

3.1 礦區概況

本文以山東玲瓏金礦為例，地層以花崗巖為主，塊狀構造。在破頭青斷裂影響下，地層破碎，存在險種的漏失情況，遇礦前后出現軟土地層。經過專業測試后結果如下表1所示，該區巖石可鉆級別在7～9級之間，屬于典型的硬、脆、酥、漏復雜地層。在本次研究中，分3期開展加密勘查鉆探工程，共計完成59個鉆孔，鉆探范圍56254.26m，其中有32個超過1000m，孔深在752.35m～1752.38m之間，Ⅰ類深孔數量24，Ⅱ類深孔數量2。因該礦區的影響因素眾多，適宜采用液動錘WL組合鉆探技術。

表1 礦區地層可鉆性數據

3.2 設備選擇

在鉆機與鉆具方面，要求鉆機擁有較大回轉速度范圍，與液動錐較低轉速相適應，減少鉆頭位置的磨損，可選擇XY系列的鉆機滿足上述要求，因此該實驗采用型號為XY-6鉆機、型號為SYZX75、SS75C的液動錘WL鉆具、型號為SYZX75的液動錘WL。在動力機選擇方面，除XD-5鉆機采用液壓馬達之外，剩余設備均為電機帶動，在無動力電源情況下，可用柴油機提供電源。本文采用型號為BW250的泥漿泵，能夠符合2000m施工范圍內的鉆機技術要求。

3.3 技術應用

液動錘鉆具由雙噴嘴液動錘、WL鉆具共同組成，具有沖擊系統、碎巖系統、采集系統、傳動與單動系統等多個機構。在實際運行中，液體從上噴嘴位置噴出，在高速卷吸作用下將上缸套上腔介質抽往下腔，并在下噴嘴節流作用下，使閥迅速上移到上限。對于進入下腔的液流，可經過噴嘴高速噴出，在卷吸作用下使腔內的壓力降低，但與沖錘相連位置的活塞底部受水路攔截影響，壓力增加形成壓差，因沖錘上方活塞頂部與下方處于閉合狀態，液流被迫切斷產生水擊，上腔壓力激增。同時，沖錘下腔的壓力數值驟降，受慣性影響不斷向下運動，直至沖擊錘軸接頭處為止。在鉆孔選擇方面，ZK103孔為礦區內的第二個孔，與首個孔ZK301之間的距離小于500m，在地層與施工條件上大致相同。該孔從405m深度為赤鐵礦，可鉆級別在11～12之間。該技術的應用參數為：

（1）鉆壓。在回轉鉆進中，鉆壓主要用于為鉆頭金剛石顆粒壓入巖石提供預壓，促進巖石內部形成預加應力，沖擊功傳遞條件得以改善，扭轉沖擊載荷傳遞方向，使高頻脈動載荷在短期內達到極高值，巖體破碎，提高鉆進效率。在鉆研大小調整方面，還應結合多種巖石抗壓強度，通常液動錘鉆壓可以較低，如SYZX75鉆壓可設置為12kN。

（2）轉速。轉速應與巖石特性相結合，對鉆孔深度、結構、傾角等因素綜合考慮而定。如若單純注重沖擊頻率，可用以下公式計算轉速：

式中，n代表轉速，單位為r.min；f代表沖擊頻率，單位為Hz；s代表最佳沖擊間隔，單位為mm；m代表最佳沖擊頻率，單位為Hz。在實際應用中，XYZX75液動錘的回轉鉆進數值帶入后，n的數值在300r/min～400r/min之間。

（3）泵量與泵壓。泵量可能夠符合液動錘常規參數，一般在液動錘參數確定后，泵量與沖擊頻率之間具有正比關系，因此WL鉆探所需的泵量與超過常規WL值。在壓力平衡鉆進理論指導下，如若泵量過大則會影響孔壁穩定度，還會縮短鉆頭的使用壽命，因此最好將設備泵量設置在60L/min～90L/min之間。在實際鉆探中，為了符合冷卻鉆頭與攜帶巖粉的相關要求，在地層與設備均穩定的前提下，應盡可能的滿足液動錘泵量，將泵壓設置為0.5MPa～2.0MPa之間，因泵量增加導致循環管路內部流速提升，壓漿也應隨之提升。因此，泵壓范圍不但要符合鉆進因素要求，還要隨著孔深的增加，使泵壓始終保持在推薦工作范圍上限，只有這樣才可促進沖擊作用的充分發揮。

針對該礦區以及周圍特殊地層，采用液動錘WL技術進行鉆探，工作量為3625.51m，平均時效為1.62m，臺月效率為743.36m，鉆頭壽命均值為36.25m，回次進尺為2.68m。其中，帶有3個深孔，工作量為2957.26m，平均時效為2.36m，臺月效率為796.34m，鉆頭壽命均值為34.25m，回次進尺為2.13m。根據鉆進實驗結果可知，在相同鉆孔、不同孔段情況下，液動錘WL與常規設備相比時效提高87.5%，鉆頭壽命延長158%；在相同孔段、不同鉆孔情況下，液動錘WL與常規設備相比時效提高37.5%，鉆頭壽命延長82.5%。根據技術應用結果可知，與淺孔相比，3個深孔的臺月效率與平均時效略高，可能受地層因素影響，且三個孔均為后期完成，機臺對該技術的熟練度、參數準確度等更加準確所致。

4 結論

綜上所述，為了滿足當前經濟發展對礦產資源的需求，深部鉆探找礦技術的普及與應用成為大勢所趨。對此，技術人員應重視地質勘查工作，充分發揮定位遙感、定向鉆探、液動錘技術的作用與優勢，并結合實際制定科學勘查計劃，迅速準確的獲取地質信息與礦產信息，提高找礦效率，推動我國礦產事業可持續發展。