鉆孔找礦技術在礦山工程地質鉆探中的應用研究

楊 坤

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽 宿州 234000）

礦山工程地質鉆探是礦山工程地質勘查的主要方式，近年來受到相關部門的密切關注。根據前人總結的勘查數據資料，全方位研究礦山工程地質鉆探工作過程。

礦山工程地質鉆探的設計坐標由礦山在施工現場實測后確定。工程質量要求如下:礦山工程地質鉆探完成后，入直縫焊管，工作管與外壁之間采用水泥漿固井;開孔完畢后，提供準確的孔底坐標，位移偏差不大于2.5m;套管接頭經過焊接加固，確保密封性能;工作管、護壁管的選擇和安裝必須符合質量要求。本工程中兩個瓦斯抽放鉆孔的結構、套管規格、質量、技術要求相同，施工工藝基本一致。為實現礦山工程地質鉆探高精度的需求，傳統礦山工程地質鉆探方法在實際應用中存在鉆探偏移系數的問題，主要由于對于礦山工程地質鉆探的定位不準[1]。鉆孔找礦技術作為新一代測量方法，以其高精度、低成本的特點，一經推出便立即受到多個領域的廣泛應用。本文以此為研究依據，將鉆孔找礦技術應用在礦山工程地質鉆探中，通過基于鉆孔找礦技術設計礦山工程地質鉆探方法，致力于提升礦山工程地質鉆探精度，降低礦山工程地質鉆探偏移系數，為礦山工程地質鉆探的持續發展提出專業的技術指導。

1 基于鉆孔找礦技術的礦山工程地質鉆探方法

1.1 基于鉆孔找礦技術定位礦山工程地質鉆探位置

在礦山工程地質鉆探中，必須預先基于鉆孔找礦技術定位礦山工程地質鉆探位置，確保礦山工程地質鉆探精度[2]。通過鉆孔找礦技術的環形構造反映隱伏巖體在地表蓋層中的位置，發現地質中的隱伏巖體。通過測定巖石中的異常性質，包括：地質巖土介質局部變化的地球物理場變化情況進行掌握放射性元素在巖漿巖中的分布規律，從而真實反映形成侵入巖體的地質條件。在此基礎上，綜合地質的構造特征以便很好的理解成礦類型及成礦位置。基于鉆孔找礦技術表明，地質找礦磁場變化一般情況下處于正極負極磁場交界處，通過側向垂直異常布置能夠確定地質礦產資源在地表的出露位置。假定基于鉆孔找礦技術定位礦山工程地質鉆探位置的近似程度可用擬合系數來表示，設擬合地質空間礦山工程地質鉆探位置定位計算表達式為C，則有公式（1）：

公式（1）中，i指的是地質空間預測點位；

zi指的是在地質空間找礦點位上得到的觀測值；指的是在地質空間找礦點位上得到的趨勢值；指的是地質空間找礦定位趨勢的預測平均數值。通過公式（1），可以得出擬合后的礦山工程地質鉆探位置。

1.2 計算礦山工程地質鉆探降斜作用力

在基于鉆孔找礦技術定位礦山工程地質鉆探位置后，還需要進一步計算計算礦山工程地質鉆探降斜作用力，進而設定科學的礦山工程地質鉆探參數[3]。首先，計算礦山工程地質鉆探工具自身的重力與鉆頭之間的降斜力，設其計算表達式為G，則有公式（2）。

公式（2）中，w指的是所處地層的傾斜角度；t指的是礦山工程地質鉆探預計深度；α指的是礦山工程地質鉆探面積。通過公式（2），計算得出礦山工程地質鉆探工具自身的重力與鉆頭之間的降斜力，在此基礎上，可推導出礦山工程地質鉆探降斜作用力的計算公式，設其為Gk，則有公式（3）。

公式（3）中，指的是礦山工程地質鉆探速度。通過公式（3），判斷礦山工程地質鉆探降斜作用力，以此為礦山工程地質鉆探關鍵參數，為下文確定礦山工程地質鉆探軌跡提供數據支持。

圖1 礦山工程地質鉆探軌跡示意圖

1.3 確定礦山工程地質鉆探軌跡

以上文計算得出的礦山工程地質鉆探降斜作用力為依據，確定礦山工程地質鉆探軌跡，礦山工程地質鉆探軌跡示意圖，如圖1所示。

結合圖1所示，為礦山工程地質鉆探軌跡。由此可見，在礦山工程地質鉆探過程中，其鉆探軌跡會發生變化，為保證礦山工程地質鉆探精度，需要確定礦山工程地質鉆探前提條件。本文設定的前提條件為礦山工程地質鉆探泵吸入口的壓力必須大于大氣壓，也就是必須保證礦山工程地質鉆探過程中能夠達到的真空狀態，通過公式可表達為：

公式（4）中，P0指的是大氣壓，通常情況下為100kPa；ΔP2指的是礦山工程地質鉆探鉆桿內外重度差；ΔP1指的是鉆渣混合液流經鉆桿長度，單位為cm；mγ指的是礦山工程地質鉆進泵汽化的壓力，單位為kN/m3；U2指的是鉆桿內外重度差，單位為m；g指的是損失水頭，單位為m；ΔI1指的是鉆桿內外重度差，單位為m；hz指的是反循環單位長度，單位為m。通過公式（4），在滿足前提條件的基礎上，確定礦山工程地質鉆探軌跡。

1.4 選擇礦山工程地質鉆探沖洗液

確定礦山工程地質鉆探軌跡的基礎上，在礦山工程地質鉆探時需要根據開采區特點，采用鉆孔找礦技術的工藝流程，所以鉆孔的孔壁外側環形位置和鉆桿橫截孔徑區域中間的間隔狹小，對孔底進行沖洗液灌注時在壓力作用下難免會出現損失液體的情況，鉆孔深度不斷加深，泵壓也隨之增大，這一情況會對礦山工程地質鉆探快速施工造成嚴重影響。根據礦區的實際地質特征選擇適合的沖洗液，常用沖洗液大概分為兩種即含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液、聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液。含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液的具體操作方式如下：找到地質鉆探第三鉆孔位置，將套管下設到指定位置上，將幾種類型處理劑適量加入泥漿中，使用設備對泥漿進行均勻攪拌，硫化瀝青中添加一定量的清洗液，添加沖洗液的目的是可確保礦山鉆探工程深孔內有一個清潔環境，為鉆探工作提供安全保障。選用聚丙烯酰胺（PAM）無固相沖洗液與線狀非高分子聚合物進行有效結合，雜質物質可被清除。泥漿中的固體顆粒物質得到轉化后，顆粒物質得到分散，在進行礦山工程鉆探時可保證地層中水花穩定，避免地層出現造漿的情況。該種類型的沖洗液應用方式為：選擇在第一定向鉆孔、第二定向鉆孔區域，將套管下入，在清水中加入一定數量的聚丙烯酰胺，使用設備將其攪拌均勻，得到可以使用的PAM沖洗液，鉆探施工中使用此種沖洗液，鉆孔內的廢渣可被清理干凈。而含有磺酸基的磺化瀝青無固相沖洗液，是在水中加入了多種泥漿處理劑得到的一種液體，將其注入到鉆孔中出現膨脹現象后，出現裂縫地方可被封堵住，有效避免鉆孔施工時孔壁脫落問題發生。上述兩種類型的沖洗液均可以滿足礦山工程地質鉆探工作實際需求。

1.5 實現礦山工程地質鉆探

通過上述分析，在利用鉆孔找礦技術進行礦山工程地質鉆探時，要具備一定針對性的，設計合理的礦山鉆探鉆孔結構。結合鉆孔找礦技術，當礦山工程地質鉆探到地表30m左右的位置時，或礦山鉆孔設備下設到規定區域時，將表層套管下入底部，為了避免進行礦山工程地質鉆探時受到復雜地層的影響。另外，注入一定量沖洗液在鉆孔下部位置，避免發生深孔堵漏的現象。在礦山工程地質鉆探工作進行中最關鍵點是進行鉆探深孔結構設計、降低鉆探成本、提升鉆探工作效率。以此，實現礦山工程地質鉆探。

2 實例分析

2.1 實驗準備

本次實驗選擇某礦山作為實驗對象，該礦山正處于地質鉆探工程開展中，鉆探施工區域地下深度最深可達1500m，巖層傾向156°~186°，傾角在56°~69°左右。首先使用本文基于鉆孔找礦技術設計鉆探方法進行礦山工程地質鉆探，通過matalb測得其鉆探偏移系數，記為實驗組；再使用傳統鉆探方法進行礦山工程地質鉆探，同樣通過matalb測得其鉆探偏移系數，記為對照組。由此可見，本次實例分析選取對比指標為鉆探偏移系數，鉆探偏移系數越低，證明其鉆探精度越高。設定實驗次數為10次，并記錄實驗結果。

2.2 實驗結果分析

證明實驗結果，如下表1所示。

表1 實驗結果對比表

通過表1可知，本文設計方法地質鉆探偏移系數明顯低于對照組，對于礦山工程地質鉆探精度更高，更具實際應用價值，有必要在現實應用中加大使用力度。

3 結束語

本文通過實例分析的方式，證明了設計鉆探方法在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統礦山工程地質鉆探中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次地質鉆探偏移系數測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高地質鉆探偏移系數測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對礦山工程地質鉆探工具的優化設計提出深入研究，以此為提高礦山工程地質鉆探的綜合質量提供建議。