第一篇：鉆探技術如何適應深部找礦的要求

鉆探技術如何適應深部找礦的要求

谷天本

羅永貴

（河南省地礦局探礦三隊）概述

(1)《全國危機礦山接替資源找礦規劃綱要》（2004～2010年），決定在有資源潛力和市場需求的老礦山周邊或深部開展找礦工作，以延長礦山服務年限。我國絕大多數礦山的勘查深度不足500m，相當一部分危機礦山的深部和外圍有許多未經充分勘查的成礦遠景區，最新的成礦理論都表明在我國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產資源。

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。從鉆探工程角度來看，深部找礦鉆探深度將在1500m左右，少量鉆孔孔深將達2000m。這種深度的資源勘查鉆探工作對鉆探取心取樣質量、鉆探速度、施工成本、環境保護、安全防護等方面都提出了更高的要求。

鉆探取心（樣）的關鍵技術是鉆探設備、器具和工藝方法，它們不僅對鉆探效率、施工成本、取心（樣）質量及環境保護等方面有重要影響，而且對縮短整個勘探周期、加快開發利用步伐有著直接的意義。

(2)河南省鉆探技術現狀

目前我省使用的固體礦產勘探深孔立軸式鉆機主要為XY－6B型，鉆探深度一般在1000m以內（煤田鉆探達到1500m左右），和國內同行相比，我們的鉆探技術已經無優勢可言，表現在鉆探臺月效率、復雜地層處理、技術工人素質、技術人員等方面差距很大，新工藝、新技術使用方面更是空白，有些方面的技術甚至出現倒退。2 鉆探技術

2.1 金剛石繩索取心技術

繩索取心(WL)鉆探技術被稱為鉆探技術第一次革命，已有近60年的推廣應用歷史。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。自上世紀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1000米以深鉆孔的需要。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。例如Φ89mm鉆桿+Φ75mm型繩索取心鉆具+Φ94mm鉆頭的鉆具組合。

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。自上世紀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40米。2.2 反循環連續取樣（心）鉆探技術

反循環連續取樣（心）鉆探技術被稱為鉆探技術第二次革命。它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%。我國在上世紀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Atlas Copco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。2.3 液動沖擊回轉鉆進技術

勘探技術研究所于上世紀60年代開始此項技術的研究，經過幾十年的開發、改進，已經形成不同用途、多種規格的系列液動沖擊器。特別是YZX127型液動潛孔錘在2006年完工的中國大陸科鉆一井施工中創下了總進尺4038.88m、平均小時效率1.13m、平均回次長度6.31m的好成績。但是在普通鉆探生產條件下，由于泥漿固控系統還停留在傳統的泥漿池加循環槽讓巖粉自然沉淀的水平，在鉆進過程中泥漿固相含量較高，導致液動潛孔錘內的零件頻繁卡死，工作壽命大幅度降低，從而導致提鉆頻繁。在推廣過程中，其優點雖為大家所認識和接受，但是實際應用卻較少。2.4 空氣泡沫鉆探技術

該技術是原地礦部“七五”和“八五”期間的重點科研攻關項目，由勘探技術研究所、長春地質學院和甘肅地礦局等科研院所、高校和相關生產單位聯合完成。經過不同環境條件及機具試驗研究總結了一套比較成熟的泡沫工藝和鉆進規程。由于其后正值地質鉆探工作量銳減，而此技術在初期投資、能耗和后期泡沫劑回收方面的費用都比普通鉆進技術高，因此其推廣應用處于停滯狀態。

2.5 高精度受控定向（取心）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。自上世紀80年代，勘探技術研究所研究、推廣應用受控定向鉆探以來，該技術已成功應用于我國的鹽鹵礦、芒硝礦等水溶性礦產的開采領域。特別是該所承接并完成的土耳其Beypazari天然堿礦工程項目，其控制精度在0.5m以內，標志著我國的高精度受控定向鉆探施工進入國際先進水平行列。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。唯一遺憾的是該技術在定向造斜段無法連續取心。

巖心定向技術，是通過對孔底巖心作定向標記，從而獲取帶有定向標記方位角的定向巖心，對定向巖心復位測量或計算,即可求解出巖層層面或斷裂面的產狀。這項技術已經在石油勘探開發中廣泛應用。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。3 解決深部找礦中的關鍵技術問題的對策 3.1 巖心鉆探設備方面

(1)加快全液壓動力頭地表巖心鉆機的國產化進程和現有立軸式鉆機的改進。各地質勘探部門對地表深孔鉆探設備和坑道鉆探設備有著迫切需求，目前國內比較先進的地表深孔地質巖心鉆機處于起步階段，一些關鍵部件、配件等仍需進口，因此，在巖心鉆探設備上，采取技術革新與技術改進兩頭并舉的策略。在加快全液壓動力頭式巖心鉆機研制并將其系列化的同時，加強立軸式巖心鉆機的改進。立軸式巖心鉆機的改進，應在CD系列鉆機的基礎上加強鉆機工作的可靠性及對鉆探工藝的普適性。國外改進的新型立軸式巖心鉆機代表性產品有俄羅斯的СКБ-

4、СКБ-5型鉆機、加拿大的BBS系列鉆機和日本NLC公司的NL-

55、L-44鉆機等。

(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。坑道鉆探設備應以提升設備能力、完善設備功能和實現機電液一體化為主要目標，并形成300-1000m范圍內的完整產品體系，達到深部找礦要求。

(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。目前，國內一些機構在全液壓動力頭式鉆機的研發進展已經取得了一些成績，例如，由勘探技術研究所2006年研制的YDX-3型全液壓動力頭式巖心鉆機，其S75鉆具的鉆深能力為1000m，成本比進口鉆機降低了一半以上，受到了廣泛關注并已經應用到生產。另外，其1500m全液壓巖心鉆機和KD-600型坑道鉆機也在積極地進行項目申報，爭取形成系列化，推動此類鉆機的產業化進程，以進一步降低成本。3.2 巖心鉆探器具及工藝方法方面

(1)加強信息情報收集，積極開展行業間信息交流，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[3]。在上世紀90年代，由于我國地質鉆探工作量的銳減，一些先進的鉆探技術在其他行業已經得到了成熟應用。鉆探技術的一些新技術新方法也隨著材料、機械、電子信息等學科的發展而發展。如果我們閉門造車，不僅研究成果的先進性和適用性難以保證，而且還可能重復研究，造成大量資源浪費。

(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。

空氣泡沫鉆進與普通泥漿鉆進比較，有著節水、增加鉆效、提高鉆頭壽命及對巖心無污染且不易堵心等優勢，在深部找礦工作中，特別是在泥漿使用受限制的區域，該技術都有一定的應用前景，經過10余年的停滯，該工藝技術的成熟度相應的有所降低，做好工藝技術的完善是其推廣應用的前提。

(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。例如勘探所研制的具有創新和多技術集成的“三合一”（螺桿馬達+液動錘+繩索取心）鉆具，并且在大陸科鉆一井中成功使用，使我國的鉆探技術邁上了一個新的臺階。該技術達到了國際先進水平。勘探所為解決定向造斜段不能連續取心問題正在研制的定向造斜段連續繩索取心工具及正在申報立項的中空式液動錘繩索取心工具、繩索取心與反循環連續取樣結合的組合鉆探技術也屬于此范疇。

(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。在我國，深部找礦中可以利用的先進鉆探技術大都起步于上世紀60-80年代，近幾十年來專業科研機構已經做了大量的研究改進工作，但是目前的應用情況卻仍有待加強。國外礦業公司投資的進入為這一機制的建立創造了條件，國外礦業公司在相同情況下，更傾向于利用其國內成熟的鉆探技術來完成鉆孔勘探，我們可以以此為契機使其成為利用先進鉆探設備、工藝方法的示范，供相關科研機構、技術部門學習、交流、探討，加快先進鉆探技術的消化吸收和推廣應用。

(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。4 結論

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。要解決這些問題，我們必須通過體制的創新、人員的培養、培訓，利用現有先進技術來滿足深部找礦的需要，建立一批示范工程來推動先進鉆探技術的應用。深部找礦對地質鉆探技術提出了更高的要求，同時也為地質鉆探技術的發展創造了條件。我國的一批鉆探技術專業研究院所在過去的幾十年中取得了一些成績，在深部找礦的地質鉆探過程中應一如既往的起到科技排頭兵的作用，推動地質鉆探技術的發展。

第二篇：關于深部找礦鉆探技術分析

關于深部找礦鉆探技術分析

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發展，對于礦產資源的需求量也日益增加，而在過去的發展之中，大多淺部的礦產已經被找到并開采，這就迫使找礦只能想著深部進行。深部找礦鉆探技術是深部找礦的重要技術手段，其應用水平的高低對于礦產資源開發和經濟發展有著重要意義。本文就對我國常見的深部找礦鉆探技術進行介紹，并分析了其所面臨的困難，探究相應的解決措施。

關鍵詞：深部找礦；鉆探技術；困難；解決措施

礦產資源是工業生產順利進行和人們生活穩定的重要保證，所以，加強礦產資源勘查十分重要。當前，我國淺部礦產資源已經基本被開采殆盡，深部找礦已經成為地質找礦工作的重點內容，這就促進了深部找礦鉆探技術的快速發展。與淺部找礦相比，深部找礦鉆探技術有著很大不同，一、我國常見的深部找礦鉆探技術

我國的深部找礦鉆探技術開始于上世紀70年代，主要的鉆探設備是立軸式鉆機，經這些年發展之后，又開發出了氣動錘鉆進技術、液動錘鉆探技術、泡沫鉆進技術和定向鉆探技術等，其具體內容如下：

（一）氣動錘鉆進技術的內容

氣動錘鉆進技術是我國在上世紀80年代引進的，主要包括貫通式鉆進和CSR技術，此技術的優點是在深部鉆探過程中能夠降低鉆孔堵塞問題發生的概率。

貫通式鉆進采用的設備是雙臂鉆桿結合貫通式RC氣錘，CSR的設備主要有雙臂鉆桿、氣錘和通道接頭。除此之外，GQ系列氣動錘在近些年來應用也非常廣泛，其特點在于可以按照深部礦內的氣流變化對鉆進速度進行自動調整。

氣動錘鉆進技術的不足之處在于只能分析深部地質中巖層碎屑的情況，而無法得到柱狀巖芯的情況，在實用性上存在著不足，大多被應用于復雜地質環境和成孔取芯困難的地區之中[1]。

（二）液動錘鉆探技術的內容

液動錘鉆探技術的原理在于通過液動錘產生的沖擊動能，給予鉆頭以沖擊負荷，使其深入到地質深部，從而實現鉆探。在應用此技術進行深部找礦時，為提高鉆頭鉆進的效率，一般會將液動錘安裝在巖心管和鉆頭之間。

目前，液動錘鉆探技術常用的液動錘主要有YZX127型、KS-157型、SYC-178型、YS-19型和Q-150型，都屬于我國開發的高效液動錘。其中，YZX127型性能較為優良，不僅能夠適用于泥漿或其它類型的復雜地質環境中，其在連續鉆進頻率上也能達到500次，鉆進深度上能夠超過5000米；而KS-157型的優勢在于能夠降低鉆探孔傾斜概率，有效防止鉆探過程中出現巖心堵塞，同時還可以通過延長進尺來加大鉆進深度。

液動錘鉆探技術應用的范圍相當廣泛，除了一般的深部找礦外，還被應用在了水井鉆探和石油鉆井等領域，具有較高的實用價值。

（三）泡沫鉆進技術的內容

泡沫鉆進技術是以泡沫流作為鉆探過程中的循環介質，借助泡沫流自身的均勻穩定優點，消除其它高密度流體的阻礙作用，從而起到促進鉆探工作的作用，有效克服了復雜地質條件中鉆探的困難，同時，由于泡沫流在循環過程中不會發生急速的上返，對于鉆孔孔壁的沖擊作用接近于無，也能夠有效防止鉆探過程中出現孔壁坍塌，對于高原、沙漠等地區的深部找礦工作有著重要意義。

泡沫鉆進技術在我國的使用開始與上世紀80年代中期，泡沫劑的類型主要有F873和TAS，經過這些年的發展后，又出現了ADF-

1、CD-1和DF-1等，同時，我國還在泡沫鉆探技術的相關流程上進行了詳細規定，在鉆探測試裝置上進行了專門研制，極大地促進了泡沫鉆探技術的發展[2]。

（四）定向鉆探技術的內容

定向鉆探技術是深部找礦之中應用應用最為普遍的一種技術，其最重要的施工環節是造斜，也就是通過相應的造斜設備給予鉆孔一定壓力，從而保證鉆孔想著設計軌跡進行延伸，保證鉆探過程在控制范圍之內，在此過程中，還需要輔助以造斜鉆頭、測量系統和定向器具。

在造斜設備上，主要有連續造斜、偏心楔、配合孔底動力使用的造斜設備等；在造斜鉆頭上，主要有牛鼻式和盤式鉆頭兩種；在測量系統上，主要是ZS-1系統和YS-1系統，在定向器具上，主要包括GZ-

18、BD-14和DD-1。

定向是造斜設備工作不出現偏差的重要保證，根據定向方式的不同，可以分為直接定向和間接定向兩種。其中，直接定向多用于頂角小于3°的鉆孔，定向工具是鉆桿；間接定向在頂角大于3°的鉆孔中常用，工具包括上述幾種類型。

二、我國深部找礦鉆探技術的難點

（一）鉆探井結構較為復雜

在深部找礦鉆探過程中，由于其需要不斷向下鉆進，需要經過較多的地層層位，而這些地層層位在巖石類型、結構強度等方面都存在著較大差異，再加上局部溶洞等問題的出現，都給深部找礦鉆井造成了極大困難，坍塌、失漏或者縮徑等問題時常發生，給鉆探井穩定的安全造成影響，阻礙了深部找礦鉆探工作的順利開展。為防止這些問題，就需要對鉆進結構進行復雜化設計，比如CCSD探井中的四開井身結構，見圖1。

（二）鉆探設備相對較為落后

就我國目前的深部找礦鉆探設備而言，雖然開發出了許多先進技術和設備，但占據多數 圖1：CCSD探井井身結構的依然是上世紀70年代的立軸鉆機，其鉆進深度僅有1500m，近些雖然有2000m和3000m鉆機的研發，但多數樣機，很少被應用于深部找礦鉆探工作中，這些鉆探設備對于巖心的提升能力嚴重不足，以立軸式鉆機XY-6為例，其提升能力只有6T。在這種設備水平下，當鉆探過程中發生縮徑問題時，就會出現卡鉆事故，而隨著鉆探深度的增加，鉆桿的重量和其與井壁的摩擦力以及泥漿阻力等都會增大，進一步對提鉆能力造成了不利影響。

（三）鉆探井斜度不容易被控制

在深部找礦鉆井開挖過程中，由于地層軟硬交替特點和早然造斜效應的影響，井斜問題十分普遍，這就會使鉆探發生偏離，從而影響了鉆探的軌跡，給深部找礦工作鉆探的質量造成了極大限制。

（四）鉆探工作效率水平較低

整個深部找礦鉆探工作的施工周期是很長的，需要經過多道復雜的鉆探程序，加上鉆孔的復雜機構、井底的高溫等因素影響，給鉆探過程中的巖心提撈等過程造成了極大干擾，鉆桿的磨損和消耗也會增加，這些問題都會給鉆探效率造成影響。

三、提高我國深部找礦技術應用的措施

（一）合理配置石油鉆機提高鉆探能力

將鉆機換為石油鉆機，對于提高鉆探能力有著重要作用，以CCSD探井鉆探為例，通過采用ZJ70D石油鉆機，極大的延伸了深部找礦鉆探的深度，保證了深部找礦工作的成功。在實際應用中，可以根據實際需要采取合適的石油鉆機，以提高深部找礦鉆探的能力。在此過程中，還需要對鉆機配套設施進行優化簡化，以ZJ30石油鉆機為例，其配套設施部件如圖2所示[3]。

（二）加大定向鉆探技術的使用力度

通過受控的定向鉆探，按照預定的軌跡來進行鉆井，能夠避免直井鉆探過 圖2：石油鉆機優化簡配配套設施表

程中受地層分布不均勻等因素影響發生的鉆桿損壞、井壁縮徑等問題，提高鉆井鉆探的效率，而且石油鉆機的轉盤、鉆具在軌跡控制上相對容易，更能滿足定向鉆探技術實施的條件。

另外，在深部找礦鉆探過程中，占據總費用比重較高的是鉆探技術成本，鉆孔的斜度糾正則會對找礦的準確性產生重大干擾，通過定向鉆探的技術，能夠有效降低鉆孔斜偏問題發生的概率，將整個鉆探軌跡控制在固定區域內，從而達到降低鉆進工作的目的，降低整個深部找礦鉆探的技術成本。

（三）結合采用配套繩索取心的技術

雖然繩索取心技術在常規石油鉆井中應用的并不普遍，但對于一些特定條件的鉆機還是有著極大作用的。比如當石油鉆機的鉆桿內徑較小（G105級127mm）時，結合采用配套的繩索取心鉆具內桿，或者在后期深井段時更換專用的繩索取心鉆具，就能夠充分發揮出繩索取心的優勢。

（四）提高鉆探過程的目的性

石油鉆機和巖心鉆機的鉆控工藝技術是不同的。巖心鉆機主要采用取心鉆頭鉆進，以硬質合金鉆頭、金剛石取心鉆頭等為主；而石油鉆機鉆進則以全面鉆進為主，主要以牙輪鉆頭和PDC鉆頭鉆進為主。因次采用石油鉆機取心，可根據目的層的預測深度，在滿足深礦找礦地質目的的前提下，只對主要的目的層段進行取心鉆進。

結語：

綜上所述，深部找礦鉆探技術對于礦產資源的開發和社會經濟的穩定發展有著重要研究，加強對深部找礦鉆探技術的研究，有著十分重要的現實意義。我國深部找礦鉆探技術經過長期發展之后，已經有了一定的技術基礎，但是在實際應用當中，依然面臨著許多難點，給深部找礦工作的順利開展造成了不良影響，所以，需要針對這些難點，探索科學的解決辦法，以提高深部找礦鉆探技術的應用水平，為社會經濟和人們生活的穩定提供有力保障。

參考文獻：

[1] 彭粲璨.深部找礦鉆探技術探討[J].中國煤炭地質，2014，11：61-64.[2]徐國忠.我國深部找礦鉆探技術探討[J].西部探礦工程，2012，10：149-151+154.[3]劉氬鐳，白飛，宗暉.對我國深部找礦鉆探技術的探討[J].河南科技，2014，03：31.

第三篇：地質勘查與深部地質鉆探找礦技術探討論文

摘要:隨著我國工業迅速發展，礦藏資源供求矛盾日益加劇，因此必須不斷提高地質找礦效率，滿足社會快速增長的資源需求。本文借鑒國外先進深部地質鉆探找礦技術展開了具體論述，為我國地質勘查、找礦提供參考。

關鍵詞:地質勘查;深部地質;鉆探找礦

我國礦產資源雖然比較豐富，但很多開發者和使用者因為眼前的利益而進行的開采和利用手段，都嚴重缺乏可持續性發展的技術和意識，而部分具有相關技術和意識的開發方卻苦于沒有礦產開發權，國家應針對這一情況對其作出調整，令礦產資源的綜合利用可以達到高效率、高回報、長期的可持續性循環利用，令中國的礦產資源可以長期地帶動中國經濟的持續發展。

1我國現有礦山深部找礦和采礦取得的成果

隨著全球能源形勢的日益惡化，開展礦山深部找礦已經成為了一個必然趨勢。長期以來，我國對于礦產資源勘察僅僅處于地表、淺地表，已有的固體礦產勘察深度都處于500m以內，但是在美、澳等發達地區，其礦產開發深度已達2．5～4．0km。基于此背景，我國必須重視深部找礦問題，加大相關勘探技術研究力度，為我國經濟建設提供充足的資源。此外，由于深部找礦往往是在已有的礦山開采范圍內進行的，因此免去了大量的基建工序，使得礦山開采成本得以有效節約。我國深部找礦技術的廣泛實施始于2004年，共安排216個礦山開展深部找礦;根據2008年統計結果，共166個礦山發現了礦產資源，能源類煤炭探明45．89億噸，黑金屬鐵礦石、有色金屬銅礦、鉛鋅礦、貴金屬金礦、銀礦分別探明了6．95億噸、196．36萬噸、485萬噸、425t、5695t，加上其余礦種，總資源量的靜態產值大于1萬億元［1］。

2深部找礦的方法技術手段

深部找礦屬于是一個戰略性的任務，因此必須做好長期規劃，多方面(政策、資金、制度)確保任務的順利開展。現階段，我國礦產勘查具體難題如下:

(1)老礦山深部、隱伏區找礦難度大，常用的地表直觀方法難以在這些區域應用，因此必須積極引進先進的、成熟的技術方法在開展深部找礦工作。

(2)相比于地表、淺地表，地球深部地質構造更為復雜，因此找礦難度較大，原本的探測儀器分辨率無法滿足實際勘探需求。在深部找礦領域中，物探技術具有良好的應用效果，當前使用較為廣泛的綜合物探技術如下:

(1)地面高精度磁力測量。在物探技術中，磁法的理論較為完善，找礦效果可觀，適用于具有磁測前提的地層、控礦構造、礦床以及相關蝕變巖石，對于各個地區而言，即使是同一性質的磁性體也會表現出不同磁場特征。目前，此測量方法應用十分廣泛，相關測量設備更是不斷更新換代，測量精度日益增加，例如:航遙中心所研發的新一代航空氦光泵磁力儀，靈敏度高達0．0025nT，勘測效果上佳。

(2)MT法。MT法是一種電磁類的探測方法。在工業控制系統內，速度測量是一個重要內容，其主要是通過數字脈沖對某根軸轉速見測量，并按照機械比、直徑將所得結果換算為線速度，其優勢在于設備輕便、探測深度大，具有較高的橫向分辨率。MT法有效解決了直流電法可定性、無法定量的問題，但是其應用前提為巖石見物性差異大，不可僅僅關注巖石電阻率。在實際應用中，需重視高阻巖石內低阻區、低阻巖石內高阻區。

(3)VLF法。該方法是一種十分便捷的綜合物探法，能夠實現地面電磁法掃面工作的迅速開展。甚低頻電磁法VLF依賴于在全世界分布的11個甚低頻電磁波發射臺發射的甚低頻電磁波信號。這些甚低頻電磁信號投射到地下埋藏的導體物質上，并產生電磁感應。用VLF電磁法儀觀測這種感應信號并將其記錄下來，以尋找地下目標導體。在礦產勘探中，VLF法是低成本、快速的勘探方法，主要用于探測淺埋藏的，陡傾角的礦體和礦化帶等。

3深部地質鉆探找礦存在的問題分析及解決策略

在我國，找礦工作由于其制度不完善，導致找礦勘察進展慢，范圍分散，流動性較大，不容形成有效、具體的數據和資料，而因為技術問題導致了耗時較長，成功率不高的現象。地質找礦工作需要突破性的進展，往往需要大量的資金和人員的加入，我國在這方面的投入有所不足，并且現階段的地質找礦很大程度上過分依賴于市場配置資源，使其處于較被動的地位，不利用地質找礦工作的發展和進步。礦產所有權即產權方面也在制約和影響著地質找礦。由于國家對其的宏觀調控力度不夠，從而導致擁有礦業權的企業或開發方，沒有按照高效的、合理的方向進行地找找礦工作。首先要想提高地質找礦的效率，國家和地方政府要加大這方面的重視，包括資金的投入和高技術素質人員的培養。在國家和地方政府資金投入的同時，還要注意引進社會投資者的資金，增加資金的流動性和靈活性，避免因為某一原因而造成資金鏈的斷裂，影響地質找礦的開展和后續工作。對地質找礦的技術人員要進行定期的培訓，對于國外的先進技術要進行及時的學習和研究，結合我國的具體情況而制定出更加適合自己的找礦技術，同時提高從事地質找礦工作者的待遇，提高穩定性、避免高技術人員的流失。最后國家要加大宏觀調控，讓地質找礦可以更有效的開展，而不是一味依賴于市場配置資源，對一些礦產資源的擁有者和企業，也要在一定程度上進行控制，以免因為個人原因而影響地質找礦。

4我國深部找礦規劃分析

近些年，我國深部找礦主要規劃地區為貴州、青海、山西、新疆、內蒙古等地。對于貴州從江—黎平地區，其含礦帶主要位于東西向構造蝕變帶內，該蝕變帶屬于貴州北部地區，受東西向斷裂帶控制，出露地表長度、寬度分別為500m，1～4m，向西北傾斜約85°。此構造碎裂蝕變巖內，其蝕變包含黃銅礦化、次生銅礦化、黃鐵礦化、硅化以及綠簾石化。蝕變主要是沿構造裂隙進入，表現為網脈、帶、透鏡狀。該礦化主要由碎裂蝕變巖所控制，圍巖為燕山期角閃石巖、太古宙混合花崗巖。出露地表蝕變帶內，存在一礦化露頭，對其進行采樣分析后，發現存在金、銀、銅礦化。對含礦構造蝕變帶進行勘探時，為了能夠全面掌握其空間分布情況，決定應用MT法、VLF法。根據MT勘測剖面發現其為低阻帶，根據VLF勘測剖面發現其極化橢圓傾角是過零點。經調查分析，蝕變帶出露地表位置和電磁法勘測位置相符，表明構造蝕變帶存在的真實性。蝕變帶貼近地表處幾近直立，向下一直延伸至400m處，其中200m左右，蝕變帶向南傾斜，傾角大，此處金、銀、銅化探呈現異常，基于此可判斷此處可能具有多金屬礦化現象。

5結語

基于我國當前經濟發展情況分析不難發現，其對于礦產資源的依賴較強，因此提高礦產勘察效率，實現資源有效開發至關重要。當前，科學技術發展迅速，礦產勘探行業應積極引入先進技術，有效提高勘探精度與勘探效率，為深部找礦奠定良好基礎，實現我國社會經濟的持續發展。

作者:羅本利 單位:貴州省地質礦產勘查開發局

參考文獻:

［1］蔡田榮．地質勘查技術原則與找礦技術探析［J］．建材與裝飾，2010，8(10):275－277．

［2］李得剛，朱杰君，等．地質勘查及找礦技術要點分析［J］．華東科技，2012，6(11):415－416．

［3］楊建軍，李文德．地質勘探設備對于推進地質找礦工作的積極作用［J］．科技創新導報，2012，47(29):16－17．

第四篇：深部鉆探

深部鉆探特點

1.深部鉆探技術目的意義

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。為了延長礦山服務年限，在有資源潛力和市場需求的老礦山周邊或深部開展深部找礦工作就顯得意義重大，此外，最新的成礦理論都表明在我國大陸深部蘊藏著潛力巨大的礦產資源。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）技術來取芯取樣，證實推斷和探測的正確性。這種深度的資源勘查鉆探工作對鉆探取芯取樣質量、鉆探速度、施工成本、環境保護、安全防護等方面都提出了更高的要求。深部巖心鉆探的特點是施工周期長，孔壁穩定性較差，而且隨著鉆進的延續，取心及起下鉆次數增加使鉆孔穩定性更差，極易發生孔內事故；頻繁提下鉆，會加劇鉆桿等損傷。鉆探取芯的關鍵技術是鉆探設備、器具和工藝方法，它們不僅對鉆探效率、施工成本、取芯質量及環境保護等方面有重要影響，而且對縮短整個勘探周期、加快開發利用步伐有著直接的意義。

2.深部鉆探的特點

（1）深孔巖心鉆探與淺孔不同，施工周期長，孔壁穩定性差。在裸眼鉆進中，開孔的一段時間內，裸露地層在泥漿護壁的作用下孔壁是相對穩定的，隨著鉆進的延續，孔壁裸露時間長，長時間的泥漿失水使孔壁巖層吸水膨脹，孔壁失穩；并且，深孔巖心鉆探，取心和起下鉆具時間劇增，因受長時間升降鉆具引起的抽吸和壓力激動作用，導致孔壁穩定性更差，極易發生塌孔、掉塊，甚至出現埋鉆和卡鉆等孔內事故。

（2）隨著鉆孔的延深，鉆具重量、升降鉆具次數和時間的增加，都加劇了孔壁拉槽現象的發生。同時，孔內預見性增加，復雜地層鉆進的風險幾率大幅提高，如出現地層破碎、孔內漏水、坍塌等，迫使進行復雜地層的護壁堵漏，甚至采取多次擴孔、下入多級孔內套管。（3）無巖心鉆進工作量增加。深部找礦勘探的目的層多在深部，一般設計為全取心孔段，上部第四系復蓋層和非含礦地層因地質情況已經基本查明多為無心鉆進，所以，對于深部勘探鉆孔將大量增加無心鉆進工作量。

3.深部鉆探關鍵技術

（一）金剛石繩索取心技術

繩索取心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。

（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。

4.深部鉆探工藝問題

1.深孔鉆探對鉆機鉆具的要求

（1）立軸式鉆機、動力頭式鉆機的合理選擇及配套鉆塔、大泵量泥漿泵。

（2）鉆桿必須具備能鉆達設計深度所需要的強度，應研制管壁增厚、抗沖擊性強，耐磨蝕的輕合金鉆桿(如鋁欽合金、鋁鎂合金)，提高接頭強度，有效密封防漏。

（2）鉆進時間長，鉆孔深，需要提高鉆桿耐磨性，鉆桿與多套繩索取心鉆具的合理使用.（4）深孔中定向鉆進與糾斜中井下動力鉆具的耐磨性及工作穩定性。2.超深孔對沖洗液的特殊要求

深孔的沖洗液是在高溫、高壓狀態下進行工作的，按一般地溫梯度推算，2000米孔底溫度一般在60一80℃，高溫將促使泥漿中的粘土分散性增高，泥漿發生增稠現象，甚至完全喪失流動性。高溫能加速有機化學處理劑的氧化和高分子裂解斷鏈，使處理劑失去作用.引起泥漿失水量的顯著上升或流動性遭到破壞。高溫還會加劇泥漿被可溶性鹽類的污染。一般認為：高壓對沖洗液液相化學變化和水基泥漿性能的影響不大。對超深孔沖洗液抗高溫處理劑的基本要求是：熱穩定性好，親水性強，有較強吸附基。金剛石鉆進超深孔盡可能使用抗高溫的乳化沖洗液為好。3.深孔防斜

深孔的防斜是應引起特別嚴密重視的技術問題，在淺至中深孔段尤應注意。安裝底座的水平度，轉盤中心與立軸的垂直度，定向管的垂直度、筆直性、同心度、套管的筆直性等都應嚴格控制。鉆具與孔壁間隙較大，超過級配要求時均應力爭在鉆桿、巖心管接頭等處加扶正器或穩定器。淺至中深孔段還應考慮使用鉆挺。防止深孔超深孔彎曲主要措施如下：

（1）提高鉆具在運動狀態下的穩定性，其主要措施為：采用滿眼鉆具，減少鉆柱與孔壁之 間的環狀間隙；采用剛性更好，強度更高的鉆汗；采用特殊鉆具穩定系統；使用渦輪鉆，螺桿鉆，核能鉆等井底動力機。

（2）合理地選用鉆頭，主要措施有：鉆頭結構必須適應巖層物理力學性質；必須選用銳利的、自銳式的、長壽命鉆頭；采用特制防斜鉆頭。

（3）鉆進工藝防斜要點，主要措施為：嚴格控制給進速度、限制機械鉆速；嚴格控制鉆壓，注意鉆壓與轉逮的配合。

深孔鉆探裝備

1.深孔鉆機

鉆機是實施深孔鉆探的前提和必備條件，在深孔鉆探中起著非常重要的作用。目前國內外地質找礦鉆探鉆機應用最多的主要有全液壓動力頭鉆機和立軸鉆機兩種類型。立軸鉆機采取機械傳動、立軸回轉、液壓控制，主要優點為：傳動效率較高，消耗功率低；提下鉆輔助時間較短；處理事故能力較強；可靠性高，實用性強；維修方便，對操作技能要求較低；制造成本較低。立軸鉆機主要缺點為：給進行程短(多為0．6m)，鉆進中須頻繁停車倒桿；工作平穩性較差；轉速分擋控制，不能無級變速； 加桿繁瑣，鉆具須提離孔底；不易實現斜孔鉆進；搬遷、安裝時間較長。動力頭鉆機采取液壓傳動、動力頭回轉、液壓控制，主要優點為：給進行程長，可平穩連續給進；無級變速，工作平穩；易于實現斜孔鉆進；加接鉆桿方便，鉆具不提離孔底；鉆進工藝適應性好；搬遷、安裝方便；操作控制集中、方便，易于實現遠程遙控及自動化控制。動力頭鉆機的主要缺點：提下鉆輔助時間長；傳動效率較低，功率消耗大；處理事故能力較差；液壓系統密封件壽命較短；維修較復雜，費用高；制造成本高。目前國內部分深孔巖心鉆機的主要型號、技術 參數見表

1、表2。

國外地質巖心鉆探經驗介紹，動力頭鉆機可減少設備安裝導致的機械事故，同時提下鉆具實現塔上無人操作，減少了高空作業的風險，施工安全性高。與立軸式鉆機相比，全液壓動力頭鉆機轉速范圍寬，可無級調速，同時深孔巖心鉆機動力頭通孔直徑一般較大，能更好地滿足不同鉆進工藝方法的需要，如金剛石取心鉆進、跟管鉆進、反循環連續取心(取樣)鉆進、定向鉆進等。全液壓動力頭鉆機一般為模塊化一體結構，多為履帶自行，鉆進場地占用小，鉆機如使用桅桿、桅架，可方便地施工大斜度地面鉆孔，立軸式鉆機往往需要改進鉆塔結構。全液壓動力頭鉆機為自動化鉆進、智能化鉆進提供了良好的平臺，鉆進參數監測和控制更加便利。雖然一些設備制造企業在成熟的6檔XY系列鉆機基礎上，放大鉆機部件，提升鉆進能力，推出了N規格口徑鉆深超過2000m的立軸巖心鉆機，如XY-8B、XY-9型立軸式巖心鉆機等，但是隨著我國現代化程度的提高，動力頭鉆機的價格會逐漸下降，其相對立軸式鉆機的比較優勢會進一步增大，動力頭鉆機適宜的孔深范圍會越來越大，所以說動力頭鉆機是我國地質巖心鉆機的發展方向。

圖1 XY-9型（4000m）立軸式巖心鉆機（左）與HCR-8型（3000m）全液壓動力頭鉆機（右）

表1 國內部分全液壓動力頭式深孔巖心鉆機的主要技術參數

表2 國內部分立軸式深孔巖心鉆機的主要技術參數

2.深孔泥漿泵

泥漿泵是深部地質鉆探的主要配套設備。泥漿泵通過泥漿循環系統輸送鉆探沖洗液，實現潤滑鉆柱、冷卻鉆頭、排除鉆屑、護壁堵漏、孔底動力以及傳遞孔底監測信號等功能，確保鉆探施工安全、高效。深部巖心鉆探，一般開孔直徑大，鉆孔結構多級，鉆具配套多樣。同時，繩索取心鉆探單回次鉆進時間長，沖洗液循環壓力損失大，其特殊的鉆探工藝對泥漿泵提出了更加苛刻的技術要求。首先，深孔巖心鉆探用泥漿泵應可無級或多級變速，流量調節范圍大，泥漿壓力高；第二，泥漿泵易損件壽命長，并可以快速更換，確保孔內安全；第三，流量、壓力控制準確，可實時數字顯示。以YWB－360/300/250 型泥漿泵(見圖 2)為例，該系列泥漿泵采用了變量泵定量馬達液壓無級驅動，解決了 2000 m 地質巖心鉆進過程中，不同鉆進方法、不同口徑對泥漿流量及壓力的要求，達到為不同孔底動力鉆具提供有效的泥漿動力的目的。通過示范工程試驗，驗證了該泥漿泵的先進性、適用性、經濟性三者并重，采用大缸徑、長行程、低沖次的設計理念增加了易損件的使用壽命。該泥漿泵具有以下主要特點：泥漿泵流量為 95 ～360 L/min、壓力 45 ～15MPa，能夠滿足深孔多工藝鉆進的需要； 柱塞外圓面熱噴涂 Ni60 +20% 碳化鎢并經磨削拋光，使用壽命增長；柱塞盤根選用“壓不垮”結構設計，由丁腈橡膠與純芳綸編織密封材料制作并相間排列組合；泥漿泵鉆進時沖次低，壓力小，大大提高了易損件的使用壽命；連桿小頭軸瓦選用銅鋁鐵合金表面滲硅特殊硬化處理；連桿大頭采用自制的帶內外瓦并附有保持架的滾針軸承，以滾動軸承代替滑動軸承，溫升較低；采用雙馬達串并聯驅動泥漿泵，有效降低了功率損耗。

圖2 YWB－360/300/250 型泥漿泵

3.深部鉆探鉆具 3.1鋁合金鉆桿

由于鋁合金鉆桿質量輕、力學性能好、耐腐蝕、與井壁摩阻小、彎曲時彎曲應力小、埋鉆時處理事故簡單，因此近年來輕質鋁合金鉆桿成了地質鉆探尤其是深孔定向地質鉆探關注的熱點（見圖3）。

鋁合金鉆桿柱的關鍵結構要素是鋁鉆桿與鋼接頭的連接問題。俄羅斯傳統鋁鉆桿采用無止推面的三角形絲扣連接，而高可靠性鋁鉆桿的連接方式有 3 個特點：(1)采用梯形絲扣與接頭連接；(2)鋁鉆桿設置了內支撐端面和錐形配合面；(3)通過高溫裝配工藝實現絲扣、配合面及支撐端面的過盈配合。在深井(尤其是斜井和水平井)鉆進條件下，鉆桿柱最容易發生疲勞破壞。而新型鋁鉆桿的錐形配合面及支撐端面可減輕絲扣的負擔，明顯提高接頭的抗疲勞指標，比普通三角形螺紋提高抗疲勞強度 60%—80%。這類鋁鉆桿自 1993 年起已成功用于海洋深水鉆井作業。鋁合金鉆桿的特點：

①與傳統鉆桿材料鋼相比，鋁合金具有寶貴的物理力學性能。鋁合金的密度和彈性模量幾乎是鋼的 1/3，而比強度(斷裂強度極限與密度之比)卻是鋼的 1.5～2 倍。鋁合金鉆桿質量輕，在鉆機能力一定的條件下，用鋁鉆桿能鉆達鋼鉆桿無法達到的深度。

②鋁合金在腐蝕環境中的穩定性非常好。它表面覆蓋一層穩定的氧化膜阻止與環境的進一步反應，可用于任何濃度的硫化氫和二氧化碳環境，而且其抗腐蝕能力與溫度無關。

③鋁合金鉆桿與井壁的磨阻小，可減輕起下鉆的阻卡。鋁鉆桿的浮力系數比鋼小得多，可節省 20%～25%的起下鉆時間，并節省燃料。所以，鋁合金鉆桿用于 3000m 以深的鉆井最有效。

④在相同井眼曲率下，鋁合金鉆桿的彎曲應力遠小于鋼鉆桿，從而適用于鉆斜井、曲率半徑小的定向井和水平段長的水平井。

⑤鋁合金鉆桿具有和鎳鈷合金相似的無磁特性，方便隨鉆測量儀器的使用。

⑥鋁合金鉆柱對裸眼和套管的作用力減小，能有效地保護套管，適應裸眼段更長的井。鋁合金鉆桿內泥漿的流動阻力小，可提高鉆頭的水功率。

⑦使用鋼鉆桿時處理孔內鉆桿事故常需要漫長的時間，甚至造成鉆孔報廢。而處理鋁合金鉆桿事故時，用一般牙輪鉆頭就可對井下鋁合金鉆具掃孔。

圖3 鋁合金鉆桿（白色部分為鋁合金）

3.2深孔金剛石鉆頭

深部巖心鉆探通常采用繩索取心工藝，由于其輔助時間少、取心質量好、提下鉆次數少且對地層干擾小等優勢得到鉆探工作者的廣泛認可，但繩索取心鉆探效率的體現主要取決于碎巖工具——金剛石鉆頭的切削效率和使用壽命，簡單說來就是繩索取心鉆頭的工作壽命決定了繩索取心鉆探的提鉆間隔。如果鉆頭壽命不能保證實現較大的提鉆間隔，繩索取心鉆進的優越性就蕩然無存，盡可能提高鉆頭壽命、減少提鉆次數是提高繩索取心鉆探效率的關鍵因素。目前，繩索取心金剛石鉆頭的工作壽命和切削效率問題比較突出，在很大程度上制約了繩索取心鉆進工藝的發展和推進 3.2.1深孔金剛石鉆頭的特點：

⑴由于設備能力和鉆探管材的限制，與淺孔鉆探相比較，高轉速更加受到限制，以磨削為主要特征的孕鑲金剛石鉆頭的效率難以得到體現。

⑵壓力控制精度降低： 由于孔深加大，鉆孔也必然存在不同程度的彎曲，導致鉆桿柱在回轉中與孔壁的接觸面積大幅度增加而消耗一定的鉆壓，同時還因無法有效判別壓力的準確分解而導致鉆進規程參數中的壓力參數控制難度加大，使得金剛石鉆頭工況的隨意性更加突出，金剛石壽命難以在正常標定的工況下工作。

⑶孔深大，地層溫度和循環介質溫度也偏高，鉆頭冷卻條件發生變化，鉆頭結構設計要在水口、水槽方面有針對性。

⑷深孔鉆進，起下鉆作業時間更多，鉆頭壽命對生產效率的影響相對淺孔來說更加明顯，因此對鉆頭長壽命的要求更加嚴格。3.2.2提高深孔金剛石鉆頭壽命的措施

⑴在滿足金剛石鉆頭強度、鋒利度和冷卻效率的前提條件下，提高孕鑲金剛石鉆頭工作層高度能明顯提高鉆頭壽命，理論上鉆頭壽命與工作層高度成正比例關系（圖4左）。⑵加強保徑和合理增加保徑規高度。在增強保徑的措施中，適當增加保徑規的高度，一方面有利于增補保徑材料(如聚晶)的數量，增加保徑料的空間排列分布的靈活性； 另一方面，增加了鉆頭工作的穩定性，減少鉆頭在回轉過程中的渦動作用，提高鉆頭的壽命（圖4中）。⑶聚晶金剛石鉆頭有利于提高鉆頭壽了提高深孔孕鑲金剛石的壽命。采用聚晶與工作層復合技術，在工作層中添加超硬鑲嵌體，可以增加胎體的耐磨性。選擇低磨耗比聚晶并合理控制數量，將會在保持鋒利度基礎上有效提高鉆頭的使用壽命。⑷金剛石有序排列提高孕鑲鉆頭壽命。有序排列金剛石鉆頭具有時間等效自銳性，鉆進效率高，出刃大，工作壽命長，適用于制造深孔鉆進厚壁繩索取芯鉆頭，地層適應性也得以增強（圖4右）。

⑸深孔鉆進工藝參數的合理采用有利于提高鉆頭壽命

在鉆進過程中，需要根據巖石的性質、強度、研磨性和完整程度等合理選擇金剛石鉆頭，還需合理使用鉆進工藝參數主要有轉速、鉆壓和泵量三大規程參數。

圖4 高工作層鉆頭（左）、提高規徑刃高度及加強保徑鉆頭（中）及有序排列鉆頭唇面（右）

3.2繩索取心鉆具

繩索取芯鉆進是一種先進的巖芯鉆探工藝。它采用大直徑的鉆桿，在鉆具里面套裝一根取芯管，在鉆進過程中，巖芯緩慢地裝在取芯管內。當回次進尺終了，巖芯裝滿取芯管時，采用帶繩索的打撈器，從鉆桿中把取芯管提出，提取巖芯后，又從鉆桿中把取芯管放到孔底，繼續鉆進。繩索取芯與普通鉆進取芯相比，具有控制鉆孔偏斜度、提高鉆進效率、降低工程成本、提高巖芯采取率、減少孔內事故等優點；尤其在鉆穿復雜地層方面，有著其它施工技術無可比擬的優點，因而被廣泛應用。繩索取芯裝置主要由雙管部分、打撈機構、彈卡機構、懸掛機構、到位報信機構、巖芯滿管或堵塞報信機構、調節機構、緩沖機構、單動機構、容納與卡取巖芯機構、扶正機構、打撈器部分、打撈機構、繩卡機構、送入機構、安全脫卡機構等典型部件組成。目前國內的繩索取心鉆具以無錫鉆具廠生產的S系列繩索取芯鉆具最具有代表性，其規格有S56、S59、S59B、S75、S75B、S95、S95A等。其主要規格見表3。

表3 S系列繩索取心鉆具規格參數

目前，繩索取心已經成為地質巖心鉆探的主流技術方法。除部分煤田和沉積巖復雜地層外，繩索取心鉆探技術已經在深孔固體礦產資源勘查施工中得到普及。國內有關研究機構、鉆探用戶及生產企業一直在積極關注深孔、特深孔繩索取心鉆探技術的優化和完善工作，開發新產品，研究深孔鉆探工藝。

繩索鉆桿的優化研究應成為長期和重要的技術工作方向，繩索鉆桿承受著地面鉆機傳遞的回轉扭矩和自身重量產生的拉力，同時是輸送高壓沖洗介質、撈取巖礦心和投放內管總成的通道，具有薄壁和基本內平的特點。在地質鉆探設備和器具中，回轉的繩索鉆桿的受力情況和工作條件最為復雜和惡劣。繩索鉆桿的優化研究應作為最重要的技術，選用高強度優質合金管材，優化設計螺紋類型，重視鉆桿和接頭螺紋副的加工、熱處理和表面處理工藝；設計合理的到位報信、堵塞報信機構和打撈投放裝置，提高深孔、特深孔鉆進或特殊鉆探施工用繩索取心鉆具可靠性。此外，還應該提高繩索取心管材材料的綜合機械性能，從強調“高強度”為主，向“高強度、高性能”方向發展。有序淘汰成分組配不合理、有害元素較高、熱加工性能較差的部分地質管材，逐步向與高性能石油鉆井管材(材質)靠攏。同時，改進提高管材的淬透性，增強管材彈性(韌性)、抗疲勞性、抗磨蝕性和抗沖擊性能，改善金相組織結構，使研發的新型管材基本達到深孔繩索取心鉆探施工要求。

3.3深孔液動錘

液動沖擊回轉鉆探技術（又稱液動潛孔錘鉆探或液動沖擊器鉆探技術）： 它是利用泥漿泵輸出的高壓沖洗液作為動力傳輸介質，驅動處于井下鉆具組合中液動潛孔錘內的沖錘產生一定頻率和沖擊能的軸向往復運動，對碎巖鉆頭施加沖擊載荷，以提高鉆進效率的工藝技術方法。液動潛孔錘通常連接在鉆頭或巖心管的上部，因而能量傳遞損耗小、效率高。使用液動潛孔錘進行鉆探施工，具有不需增加其它設備、操作簡單、應用范圍廣、鉆進效率高、鉆進質量好的特點。在我國的地質勘探領域已經廣泛應用并成為我國地質鉆探工藝技術的一大特點。

與常規的回轉巖心鉆進相比，液動錘鉆進有以下特點： ⑴可充分利用現場常規設備，配套方便投資少。

⑵鉆壓和轉速較低切削具磨損小鉆頭壽命可提高 30 %。在可鉆性6～7 級的巖石中鉆速可提高 15～70 %，在致密“打滑”巖層可成倍地提高效率。因為它給鉆頭施加的載荷是高頻脈動沖擊載荷，應力集中瞬間可達到極高值易使巖石產生體積破碎。它較好地利用了堅硬巖石脆性大而抗剪切強度低不耐沖擊的弱點，是解決堅硬巖層有效的鉆探技術。

⑶鉆進裂隙及解理發育的巖層，可有效減小巖心堵塞回次長度至少提高30 %對于硬脆碎的破碎帶采用繩索取心液動錘鉆進可以提高回次長度2～3倍。

⑷在大部分易斜地層中可減小鉆孔彎曲程度，提高鉆孔質量。

⑸液動錘鉆進所需沖洗液量大流速高，可減小重復破碎高頻脈動沖擊有利于金剛石出刃，減小鉆頭“打滑”。可節約生產費用15～20 % 液動錘的研究開發以廊坊勘探所最為成功，目前已成功地研究開發出YZ正作用、YS雙作用、YQ復合式、SSC繩索取心等液動錘系列產品，并且已達到了國際領先水平。圖5為SYZX系列繩索取心液動潛孔錘。

圖5 SYZX系列繩索取心液動潛孔錘

目前液動錘在以下方面具有突出的優勢：

(1)液動潛孔錘的使用孔深已達5000m，繩索取心液動錘使用孔深已達1648m；(2)堅硬、致密“打滑"，尤其是脆性地層使用液動錘可大幅度提高鉆進效率；

(3)使用液動錘可有效提高回次長度(過于破碎無膠結松散顆粒或泥類地層，振動可能會導致巖心消耗)；

(4)液動錘鉆進可提高鉆頭壽命，延長起下鉆的周期，減少起下鉆次數，減少對孔壁的擾動幾率；

(5)改善孔內鉆具受力和磨損狀態(小規程，高質量)。

小結

全液壓動力頭鉆機具有明顯的技術優勢，在深孔巖心鉆探施工中的應用將逐漸增加，逐步普及；深部巖心鉆探，開孔直徑大，鉆孔結構多級。同時，繩索取心鉆探單回次鉆進時間長，沖洗液循環壓力損失大，其特殊的鉆探工藝對泥漿泵提出了更加苛刻的技術要求。未來的深孔泥漿泵應從全液壓動力頭鉆機中分離出來，采用單獨配置動力的模式。深孔使用的泥漿泵將逐漸發展為液壓驅動、程序控制、集中操縱、計量數顯、履帶自移、電液一體的高技術機電產品；隨著新材料技術的不但發展，新的高性能鉆桿必將淘汰落后的傳統鉆桿，突破鉆桿的限制，提高深孔鉆進的孔深與鉆進效率；創新科研工作機制，使特深孔鉆具產品開發與繩索取心鉆具標準化工作聯動起來，實現繩索取心的標準化、互換性，同時解決螺紋參數細節優化、合理公差控制、螺紋表面硬化、仿形刀具的推廣以及新型絲扣油研制、研究鉆桿預扭矩和過載扭矩控制能難題，結合螺桿鉆具、潛孔錘的三合一鉆具將成為繩索取心技術的主流技術。隨著鉆探技術的不斷提高、基礎學科在工程領域的深入應用以及新材料的研發，深部鉆探技術發展必將進入一個新臺階。

參考文獻： [1]張金昌．2000m地質巖心鉆探成套裝備研制工作進展［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)2009，36(S1)．

[2]孫建華，張永勤，梁健，等．深孔繩索取心鉆探技術現狀及研發工作思路［J］．地質裝備，2011，38(4)．

[3]梁健，劉秀美，王漢寶．地質鉆探鋁合金鉆桿應用淺析[J]，勘察科學技術，20l0，(3)：62—64．

[4]王達．深孔巖心鉆探的技術關鍵[J]．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，35(S1)：l一4． [5] 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，(08)：1—5．

[6]王人杰;蘇長壽 我國液動沖擊回轉鉆探的回顧與展望 1999(z1)．

第五篇：鉆探技術要求

鉆探技術要求（技術交底）

1、設計鉆孔全部為垂直孔，允許偏差角度±2°，終孔不小于直徑75mm及91mm（具體根據巖性及鉆孔內相關試驗確定），鉆孔深度以設計深度為準。巖芯鉆進采用繩索取芯，采用金剛石鉆頭。

2、鉆孔巖芯取樣率不低于95％，土層和軟弱層不小于100%，對破碎帶巖石，巖芯采取率不低于85%。

3、清水鉆進，如遇特殊地層必須用泥漿護壁時，在壓水試驗前須進行徹底清洗，直到返上清水為止。

4、妥善保存鉆孔巖芯，對鉆孔巖芯應進行妥善保護（不要日曬雨淋，人為破碎巖芯），班報記錄要真實及時，按鉆進回次逐段填寫，嚴禁事后追記；詳細記錄鉆探過程中跑水情況，按順序擺放巖心，切忌損壞巖心。

5、在鉆進過程中進行水文試驗和觀測，特別是鉆孔漏水量、漏水（涌水）部位、沖洗液消耗和孔壁坍塌掉塊情況、初見水位、靜止水位、抽水試驗、壓水試驗等，基礎資料須有詳細記錄。鉆探終孔后，應每隔24小時測量一次鉆孔靜止水位，直到鉆孔結束。壓水試驗和抽水試驗應按規程進行。

6、遇礦山采礦爆破時，施工人員必須提前撤離采場作業區域500米外，并對施工機具進行必要的安全防護。

7、對現場技術人員要求進行的水文地質試驗（抽水試驗、壓水試驗），鉆探機組提供相應設備，并配合完成。同時需配合聲波測井工作。

8、鉆孔開孔時，現場工程師確認鉆孔位置準確、安全防護到位、鉆探及相關設備配備齊全，經現場工程師確認簽字后方可施工。鉆孔終孔前，須由甲方現場負責人驗收簽字后方可終孔，移至下一鉆孔。