現(xiàn)代資源勘察工程新技術(shù)應(yīng)用及分析

周正茂

（南豐縣自然資源局，江西 撫州 344500）

隨著人口經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)增長，我國對礦產(chǎn)資源的需求量也在穩(wěn)步增加。要滿足礦產(chǎn)消費(fèi)市場的需求，需要完善升級勘察工程中的勘探、鉆探等相關(guān)技術(shù)。由于地質(zhì)和地形的多樣性，需要持續(xù)深入地強(qiáng)化地質(zhì)勘探技術(shù)研究。但需要注意的是，現(xiàn)有的礦產(chǎn)勘察技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中依舊存在問題。因此，相關(guān)行業(yè)需要了解新的勘探方法的發(fā)展趨勢，緊跟時代潮流，并根據(jù)現(xiàn)存問題掌握勘探技術(shù)的發(fā)展方向，只有這樣才能保證勘探工作的準(zhǔn)確程度。

1 礦產(chǎn)資源勘察技術(shù)的概括

（1）礦產(chǎn)資源勘察的內(nèi)容。資源勘探所采用的方法可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行概括，主要利用地質(zhì)勘探法、技術(shù)取樣法、化學(xué)分析法等各種科學(xué)數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行分析。根據(jù)分析結(jié)果對探礦資源分布、自然資源質(zhì)量和自然資源數(shù)量進(jìn)行開發(fā)。以西部某石油勘探項(xiàng)目為例，勘察者需要先選址，在現(xiàn)場取樣，鉆探技術(shù)在礦產(chǎn)勘探中用于取樣，以獲取和分析樣品，樣品分析提供帶有數(shù)據(jù)的詳細(xì)報告，而來自不同樣本報告數(shù)據(jù)的集成能夠提供有關(guān)地下巖石調(diào)查和數(shù)據(jù)的詳細(xì)報告[1]。但是，以往礦產(chǎn)勘察項(xiàng)目采用的技術(shù)存在一定的局限性，需要及時更新，使礦產(chǎn)勘察工程的發(fā)展更進(jìn)一步。

（2）礦產(chǎn)資源勘察的特點(diǎn)。大多數(shù)礦物都在地下深處發(fā)現(xiàn)，例如地下2000米深處的石油和天然氣。礦產(chǎn)開采工作條件對工程師工作水平以及設(shè)備的性能都提出了很高的要求。例如，勘探的工作條件非常惡劣，在無人區(qū)的勘探設(shè)備必須穿越很多厚厚的巖石層才可以實(shí)現(xiàn)對礦物進(jìn)行勘探，這種情況要求工人必須具備高水平的適應(yīng)能力和心理能力以及高強(qiáng)度的裝備，以滿足各層的不同需求[2]。礦產(chǎn)勘察技術(shù)的特點(diǎn)可以概括為：高技術(shù)含量、多變的工作環(huán)境和高設(shè)備需求。

2 資源勘探工程的重要性

所謂資源勘察，就是利用地質(zhì)學(xué)、理化勘察、工程、化學(xué)檢測和分析等多種方法，確定一個地區(qū)礦產(chǎn)資源的分布以及礦產(chǎn)資源的質(zhì)量和數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)市場生產(chǎn)鏈第一個階段的開發(fā)，為下一步的資源開發(fā)、加工等過程提供基礎(chǔ)資源。目前的地質(zhì)勘探項(xiàng)目旨在擺脫單一勘探礦產(chǎn)工作，向經(jīng)濟(jì)層面開發(fā)轉(zhuǎn)型，提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，實(shí)現(xiàn)國家戰(zhàn)略資源安全，充分保障環(huán)境效益。鉆探工程是礦產(chǎn)勘探工作中的不可或缺的一部分，該工程是使用機(jī)械方法，以特定角度和方向進(jìn)行鉆孔，并借助回聲測深儀下潛從鉆孔中提取巖心、碎屑等資源，以定位下層巖石、礦物、地?zé)崮芎推渌Y源。鉆探技術(shù)在礦產(chǎn)勘察中廣泛應(yīng)用，但在礦石成分多樣及相對復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)域下很少使用。

3 現(xiàn)代資源勘察探礦工程的發(fā)展定位

為解決資源勘探問題，主要通過工程地質(zhì)學(xué)和一些化學(xué)方法，確定區(qū)域內(nèi)自然資源的分布，明確自然資源的質(zhì)量和數(shù)量并分析其是否處于開發(fā)和勘探階段。勘探工作旨在為采礦系統(tǒng)創(chuàng)造更豐富的礦產(chǎn)資源，勘察探礦工程的主要內(nèi)容按照相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料和社會措施編制而成。對于礦產(chǎn)資源勘探項(xiàng)目，要根據(jù)社會需要，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)勘探方式，實(shí)現(xiàn)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動作用，確保國家戰(zhàn)略資源的適應(yīng)性和技術(shù)在生態(tài)環(huán)境等諸多領(lǐng)域的有效應(yīng)用。

4 資源勘察工程中的要點(diǎn)分析

（1）施工要點(diǎn)。相關(guān)工作人員需要在資源勘察工程中全面考慮，協(xié)同相應(yīng)資源。勘察人必須堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀和相關(guān)研究理論，需要對資源勘察工程有深刻的認(rèn)識，提前做好準(zhǔn)備和計(jì)劃。同時，必須遵守自然規(guī)律，合理安排工作時間，兼顧項(xiàng)目工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。只有規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)、合理、高效，各部門才能形成良好的有機(jī)體，才能充分體現(xiàn)員工的素質(zhì)，確保資源勘探工作的順利進(jìn)行。原則上，責(zé)任人應(yīng)制定全面的計(jì)劃，分析考慮勘探地區(qū)的情況。在當(dāng)今快節(jié)奏的社會中，相關(guān)工作人員必須保持對資源開發(fā)的高度適應(yīng)性，以支持資源勘察工程的可持續(xù)發(fā)展。

（2）技術(shù)選擇要點(diǎn)。資源勘探的主體工作必須順應(yīng)自然規(guī)律，因地制宜，整合技術(shù)。此外，所有員工都必須專注于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值的最大化，相關(guān)工作人員必須將先進(jìn)的勘察技術(shù)與最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性相結(jié)合，以確保勘察任務(wù)的質(zhì)量和效率。在科學(xué)技術(shù)持續(xù)革新的當(dāng)下，資源勘察學(xué)科也在持續(xù)優(yōu)化。資源勘察人員要不斷學(xué)習(xí)知識和理論，提高自身實(shí)踐能力，促進(jìn)資源勘探工作整體專業(yè)水平的提升。

5 現(xiàn)代礦產(chǎn)資源勘察工程對新技術(shù)的運(yùn)用

（1）金剛石繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)。鉆探技術(shù)在礦產(chǎn)勘探中發(fā)揮關(guān)鍵作用，鉆探技術(shù)也是巖土勘探的重要取樣方法。憑借其強(qiáng)大的功能和提供詳細(xì)地質(zhì)信息的能力，它被廣泛應(yīng)用于煤炭、石膏、石油和天然氣、地?zé)崮艿目碧健Ｍ瑫r，可以為水利工程、城市規(guī)劃系統(tǒng)和交通基礎(chǔ)設(shè)施的施工團(tuán)隊(duì)提供詳細(xì)的地質(zhì)資料。資源勘察過程中的關(guān)鍵設(shè)備是鉆探設(shè)備，鉆探設(shè)備的性能將決定工程勘探時間和整體勘探項(xiàng)目的質(zhì)量。

例如，為了提高勘探中的鉆進(jìn)效率，世界各地的鉆機(jī)上的鉆頭都使用金剛石。由于金剛石的超高硬度，可以加工不同硬度的巖石層，從而提高鉆進(jìn)速度。鉆機(jī)使用的主要磨料是金剛石，金剛石鉆頭的生產(chǎn)成本非常高，生產(chǎn)難度大。此外，要充分發(fā)揮金剛石取芯鉆頭的優(yōu)勢，還需要搭配使用現(xiàn)代鉆井設(shè)備。然而，現(xiàn)有的礦物鉆井設(shè)備存在嚴(yán)重的問題，鉆探設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)與基本磨料的有效契合，礦產(chǎn)勘探技術(shù)和裝備已成為眾多勘探集團(tuán)的共同弱點(diǎn)。顯然，當(dāng)前的勘察工程隊(duì)伍已經(jīng)不能滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求和勘探行業(yè)的社會需要，上述問題也成為礦產(chǎn)資源領(lǐng)域技術(shù)研究發(fā)展的巨大障礙。在采礦業(yè)中，金剛石鉆頭的生產(chǎn)率和采收率與繩索取心鉆進(jìn)的質(zhì)量密切相關(guān)。現(xiàn)在，得益于科技的持續(xù)革新，我國已成功開發(fā)出不同唇面形狀和不同技術(shù)參數(shù)的金剛石取芯鉆。根據(jù)金剛石的位置和大小，實(shí)現(xiàn)鉆頭工作效率的提高和使用壽命的延長。這些鉆頭可分為三部分：表面鑲嵌技術(shù)中的天然金剛石鉆頭、浸入技術(shù)中的天然或人造金剛石芯、電鍍技術(shù)中的金剛石芯、多晶工藝中的人造金剛石芯和復(fù)合工藝中的金剛石芯。這么多類型的金剛石取芯鉆頭可以滿足不同地層繩索鉆進(jìn)的需要。科學(xué)技術(shù)的持續(xù)革新注定我國未來將重點(diǎn)發(fā)展薄壁強(qiáng)度高的鉆桿，以及使用壽命更長、斷點(diǎn)更少、鉆孔效率更高的金剛石鉆頭。

（2）液動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)。勘探液動潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)是將旋挖鉆進(jìn)與沖擊鉆進(jìn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)破巖聯(lián)合作用的一種鉆進(jìn)技術(shù)。這兩種鉆孔方法可以結(jié)合使用，以充分利用各自的技術(shù)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)破巖。潛孔錘鉆進(jìn)旨在通過該過程提高鉆進(jìn)效率，利用泥漿泵提供的流體能量，將力直接傳遞給鉆具中液動潛孔錘內(nèi)的沖錘，使其往復(fù)負(fù)載運(yùn)動，往復(fù)負(fù)載運(yùn)動產(chǎn)生的力施加到鉆頭區(qū)域，從而使鉆頭進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剪切運(yùn)動，有效地粉碎巖石層。

（3）水平行對接井鉆進(jìn)技術(shù)。水平行對接井鉆進(jìn)技術(shù)的工作原理是將兩個不同的井在地下水平深的位置鉆孔連接起來，利用水的重力原理產(chǎn)生液體循環(huán)，降低排水壓力，解析氣體以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣。例如，在天然氣開采中，深層地下水可根據(jù)壓力將天然氣鎖定在水層中，為了解決這種狀況，可以通過水平行對接井鉆進(jìn)技術(shù)選擇和使用不同井中略低于水面的層位，將其作為在目標(biāo)鉆孔方向上水平鉆進(jìn)的定向輔助。鉆孔后，目標(biāo)鉆孔內(nèi)的水可利用自身潛在重力沿鉆孔流動，從而降低目標(biāo)鉆孔內(nèi)水層的壓力，進(jìn)一步釋放天然氣，增加天然氣產(chǎn)量。水平行對接井鉆進(jìn)技術(shù)的有效應(yīng)用可以顯著減少項(xiàng)目面積。要有效應(yīng)用這種方法需要高質(zhì)量的施工水平，因?yàn)樗姐@進(jìn)需要與巖鹽地層精確接觸，同時水平鉆孔還需要在數(shù)百米或更長的距離保持水平行進(jìn)。

（4）多工藝空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)。空氣連續(xù)反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)的運(yùn)行原理十分簡單，比如動力頭鉆進(jìn)裝置工作時，壓縮空氣首先通過氣室進(jìn)入雙壁鉆桿，形成環(huán)形間隙，然后通過環(huán)形間隙到達(dá)氣水混合器，最后通過進(jìn)氣水混合器和內(nèi)管中的水進(jìn)行混合，這樣形成的氣水混合物混合密度低于水，可有效降低內(nèi)管中的水位，并最終降低內(nèi)管中孔之間的水位。在內(nèi)管中，管壁和鉆桿位于水位以上。水位差產(chǎn)生的勢能使水在孔壁與鉆桿之間流動，穿透鉆柱內(nèi)管，從內(nèi)管噴出碎屑。與傳統(tǒng)巖心鉆井技術(shù)相比，多工藝空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)具有成本低、進(jìn)度快、質(zhì)量好、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。新技術(shù)也并不完善，其主要缺點(diǎn)是巖層樣本不是現(xiàn)代礦產(chǎn)勘探所需的柱狀巖心。例如，在石油勘探中，取心鉆進(jìn)技術(shù)可以取出柱狀巖心，以便對地下礦層進(jìn)行精準(zhǔn)解析，而空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)引出的樣品為無法準(zhǔn)確測量的巖心碎屑。因此，空氣反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在礦床開發(fā)中并未得到普及。

6 鉆探工程新技術(shù)的發(fā)展趨勢與研究方向

我國應(yīng)在發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)南冗M(jìn)技術(shù)保障勘探事業(yè)的發(fā)展，并按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)開展相關(guān)勘探研究：第一，是在快速鉆探領(lǐng)域開展研究開發(fā)采樣技術(shù)，保證其自動化、精密化、快速勘探等特性，開發(fā)鉆探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對月球、極地、核爆區(qū)等復(fù)雜區(qū)域的有效勘探；第二，定向鉆探和現(xiàn)場測量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)軌跡描述實(shí)時數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)，高效變頻電機(jī)驅(qū)動提供技術(shù)研發(fā)和核心定位設(shè)備，有效結(jié)合繩索取心鉆探技術(shù)；第三，是鉆探硬巖復(fù)雜技術(shù)研究。最重要的是研究和推動三種鉆探方式的結(jié)合，確保液動潛孔錘、螺桿馬達(dá)和巖心鉆進(jìn)技術(shù)的充分結(jié)合和應(yīng)用，最終提高鉆探水平；第四，強(qiáng)化超深鉆技術(shù)領(lǐng)域的研究。超深鉆技術(shù)需要有效利用鉆探技術(shù)和鉆探設(shè)備，提前預(yù)防和解決鉆孔中可能出現(xiàn)的問題，有效開展深部工程勘察；第五，在新的鉆探結(jié)構(gòu)中，其主要作用是賦予鉆孔一定的優(yōu)勢，即經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和方便的優(yōu)點(diǎn)，同時確保技術(shù)足夠先進(jìn)，可有效實(shí)現(xiàn)新型鉆探結(jié)構(gòu)的高效設(shè)計(jì)。

7 結(jié)論

綜上所述，勘探工程是一個復(fù)雜而精密的大規(guī)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程。使用新的鉆探技術(shù)只是當(dāng)前發(fā)展形勢和長期趨勢走向的一部分。目前，礦產(chǎn)勘探的鉆探和取樣技術(shù)正逐漸發(fā)展成為高度自動化、智能化的機(jī)器，相關(guān)設(shè)備的控制、檢測以及采樣的精度更高。相關(guān)企業(yè)要實(shí)施先進(jìn)資源勘探項(xiàng)目與先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的數(shù)字化工程體系，推進(jìn)探礦工程的長遠(yuǎn)發(fā)展。