摘要:礦業發展實踐證明向深部找礦是發展的必然,在深部找礦過程中,鉆探技術是地質資源勘查和地球科學研究的重要技術方法,是能夠直接從地下空間獲取實物樣品的唯一手段。文章結合筆者工作實踐對深部找礦鉆探技術進行了分析,僅供參考。
關鍵詞:鉆探技術;深部找礦;地質勘查
中圖分類號:P618文獻標識碼:A文章編號:1009-2374 (2010)18-0097-02
一、深部地質鉆探現狀
我國礦產資源分布廣泛,從目前礦產資源勘查開發利用情況來看,我國礦產資源探明程度僅為1/3左右,在地質找礦方面還有相當大的潛力。我國地質找礦勘查工作平均深度在300～500m之間,而西方發達國家勘查深度平均在800m。我國深部找礦勘查技術尚處于起步階段,隨著找礦深度的不斷增加,在鉆探技術上還有很多問題有待解決。巖芯鉆探是地質找礦工作中的重要環節,要探明地下深部礦藏,除利用先進的地質理論和物化探、遙感等探測技術外,最終需要通過巖芯鉆探技術取出地下巖芯,通過試驗分析才能確定礦產資源的埋藏深度、品位和儲量,并最終提交有效的地質找礦成果。
現階段深部地質鉆探存在的問題主要有:裝備落后,投入不足,更新緩慢。機械化程度不高,綜合效率低,屬于逐漸淘汰的裝備。用于深部鉆探施工的配套裝備有限;鉆探隊伍的組織體系缺失,人才匱乏,觀念保守,創新有限;中級以上鉆探技術人員嚴重不足,缺乏科技創新的領軍人員;生產一線缺乏高素質的鉆探工人,尤其是機班長。不利于鉆探工程產業的良性發展;鉆探工法難以攻克復雜地層、創新有限,技術的引進與創新存在障礙;技術的引進、推廣與自主研發不足以支撐發展的需要;實施深部巖心鉆探面臨人才、裝備、機具和技術等困難;管理粗放,結構松散,效率不高;滿足于一般的生產技術管理,管理層與生產層松散,技術與生產結合不密切,計劃與控制能力有限,生產效率不高,成本降低困難;現場設施和管理不規范,不足以展示新時期地礦人的風采。
二、深部鉆探找礦技術
(一)金剛石繩索取心技術
繩索取心(WI)鉆探技術在全球地質找礦鉆探施工中是應用最廣泛、綜合地質效果最佳的鉆探技術。自20世紀70年代中期我國開始推廣應用,但在應用廣度和深度上與國外發達國家相比存在較大差距,利用繩索取心鉆探技術完成的巖心鉆探工作量仍不足全部固體礦產巖心鉆探工作量的30%。國產繩索取心鉆具存在材質不佳、加工質量差、易折斷和脫扣等問題,不能滿足1000m深鉆孔的需要。而深部找礦一般采用的替代方案是使用內徑可以通過繩索取心鉆具內管的普通鉆桿來完成鉆孔取心作業,這就在完成取心作業的同時增大了鉆孔工作量。
金剛石鉆頭的使用壽命是限制金剛石繩索取心技術應用于深部找礦的另一個原因。自20世紀60年代開始研究,70年代開始推廣金剛石鉆探技術以來,我國金剛石鉆頭制造水平有了很大提高,但是其使用效果與國外仍存在較大差距。雖然在金剛石超硬復合材料方面進行了大規模的攻關研究,制造了一些聚晶、復合片產品,但其性能也遠遠趕不上國際水平。這就使得國內金剛石鉆頭鉆進壽命短、效率偏低。據調查,我國的金剛石鉆頭壽命在硬巖地層還不足40m。
(二)反循環連續取樣(心)鉆探技術
反循環連續取樣(心)鉆探技術采用壓縮空氣作為循環介質,利用雙壁鉆桿以沖擊回轉全面碎巖和連續巖屑作為地質樣品的方式鉆探施工,隨著鉆進的不斷進行,巖屑被高速氣流連續地經雙壁鉆桿的中心攜帶至地表,并按照順序將巖屑收集起來作為地質化驗分析的地質樣品。
國內外大量的鉆探施工經驗證明,采用該法獲取的地質樣品不僅完全能達到確定礦體埋藏深度、礦體厚度、品位等物化參數的基本要求,而且其鉆探施工速度要比傳統的取柱狀巖心施工速度提高5～10倍,施工成本也將大大降低。根據2006年有關統計資料,反循環連續取樣(心)鉆探技術在澳大利亞完成鉆探工作量的比例超過80%。我國在20世紀80年代中期曾開展了該項技術的研究并進行推廣應用,但由于地質上是以巖屑代替傳統的柱狀巖心,且需使用特殊的雙壁鉆桿,所以推廣應用受到較大阻力。
值得關注的是目前國際地質鉆探承包商和礦業投資者已經提出了取心取樣相結合的地質勘探新概念,并在一些國家開始應用,取得了比任何單一方法效率及地質效果都要好的結果,大幅度提高了鉆進效率、降低了成本。著名的國際鉆探設備制造商瑞典AtlasCopco公司已經開始推廣這項綜合取心(樣)鉆探技術。我國則沒有這方面的應用研究。
(三)高精度受控定向鉆探技術及巖心定向技術
受控定向鉆探技術是一種可以使鉆孔軌跡按照預定方向前進的特殊鉆探技術,該項鉆探技術還可以實現在一個主孔內鉆進多個分支孔的羽狀鉆孔。在普通鉆孔難以到達的勘探部位和坑道內以及陡斜礦體的勘探中,利用高精度受控定向(取心)鉆探技術可以明顯減少鉆探工作量和施工費用。
由于地質巖心直徑較小,地質鉆探取心對這項技術關注熱度不夠。受控定向鉆探技術是深孔施工單位必備的手段,是施工的保證,是處理孔內事故的方法。深孔施工控制孔斜是重中之重,如何根據地質地層設計好防斜措施,減小孔斜和孔斜的變化率。
三、深部鉆探找礦技術發展
(一)巖心鉆探設備
1.加快第三代新型鉆機研制和開發,積極引進石油鉆井界先進技術和理念,設計出適應于巖心鉆探的深孔鉆機。以液壓為動力,優先開發地質巖心頂部驅動鉆機,使之成為系列化及與之相配套泥漿泵等。
2.加快坑道鉆探設備的能力、功能的提升。在危機礦山接替資源的勘探中,對某些成礦模式的地層,在現有的數百米深的地下坑道或開采區內,利用坑道鉆探設備來進行深部巖心鉆探工作,可以充分揭露深部地層,節約鉆探費用和時間,提高勘探效率。
3.加快先進巖心鉆探設備的推廣。巖心鉆探設備推廣應用的最終結果是實現產業化,而產業化又是降低生產成本和銷售價格的有效手段,這又反過來推動著巖心鉆探設備的推廣應用。因此,巖心鉆探設備的推廣應用過程就是設備的產業化過程。
(二)巖心鉆探器具及工藝方法
1.加強信息情報收集,積極開展行業問信息交流,推動學科交叉合作。回顧鉆探技術發展的幾十年,情報部門提供了金剛石鉆進技術、定向鉆進技術、沖擊回轉鉆進技術等一系列科技信息,對國內鉆探工程界有很大的啟發,為在國內科技攻關立項、研發、創新、模仿或引進技術起到了重要作用。
2.加快新型基礎鉆具的研制和新工藝技術的完善。新型高壽命金剛石鉆頭、高強度深孔繩索取心鉆桿、新型深孔雙壁鉆桿的研制是保證金剛石繩索取心鉆進技術、反循環連續取樣(心)鉆進技術安全、經濟、高效的服務于深部地質找礦工作的基礎鉆具,對于提高這些技術應用的可靠性、經濟性有著重要作用。目前這些基礎鉆具有的已經由勘探所立項研究,有的正在申報立項。
3.加強巖心鉆探器具及工藝方法的系統化研究,增強鉆探器具的功能、提高工藝方法的適應性,利用現有技術集成、整合出新。多功能、一體化是國外鉆具發展的一個方向,我國巖心鉆探器具也應利用現有技術和工藝實現功能整合。
4.建立健全先進鉆探設備、工藝方法的推廣機制,建設利用先進鉆探設備、工藝方法的鉆探樣板工程。
5.注重鉆探從業人員的培訓工作,提高鉆探人員的素
質。深部找礦的設備和儀器更加精密,操作更加自動化。沒有高素質的從業人員保障,不僅不利于新技術的推廣應用,而且也很難保證高質量的完成深部找礦的鉆探工作。
四、結語
向深部找礦是發展的必然,在深部找礦過程中,除了利用更成熟的地質理論和更先進的物化探方法、遙感技術等新探測技術外,最終還需要使用鉆掘(探)技術來取心取樣,證實推斷和探測的正確性。深部找礦中的關鍵技術問題,歸根結底是新深度、新要求與研發新技術、新設備器具間的矛盾、已有技術成果與推廣應用間的矛盾、先進技術與舊有觀念之間的矛盾、技術的先進性與經濟的可行性之間的矛盾,技術需求與信息滯后之間的矛盾。
參考文獻
[1]張偉.地質鉆探技術發展有關問題的思考[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,(1).
[2]張永勤.我國地質找礦取心(樣)鉆探設備現狀及提高效能的分析研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2006,(8).
[3]張偉.關于我國地質巖心鉆機發展方向的分析[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2008,(8).
作者簡介:劉森峰 (1963-),男,江西鄱陽人,江西有色地質勘查四隊工程師,研究方向:地質鉆探。