深部探矿设备与施工技术探讨

[摘 要]随着经济的快速发展，我国对矿产资源需求量越来越大，但我国属于资源短缺国，需求量大于供应量，开采力度的不断加大，使得已探明浅部矿产资源面临枯竭。为了改变我国矿产资源供应现状，进行深部探矿显得尤为重要。深部探矿设备与施工技术是进行深部探矿的重要要素。本文将针对深部探矿设备与施工技术展开研究和分析。

[关键词]深部探矿；探矿设备；施工技术

中图分类号：DE634 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0054-01

引言：自改革开放后，工业化进程不断加快，社会对于矿产资源需求量不断提高，使得我国矿产资源消耗与供需矛盾日益突出。矿产资源是科学进步社会发展的必要资源，关系着经济发展和国防建设。随着国内矿产资源消耗量的不断提升，浅部矿产资源逐步呈现枯竭趋势，一些矿区已无法保持原有产量，开展深部第二空间找矿已成为地质找矿工作的重点内容。

一、深部探矿的概念和特点

深部探矿是随着科技发展及国家经济实力的提升新兴的概念。二十世纪我国不论是经济实力，还是科技水平都比较落后，探矿技术尚不发达，所以矿产资源开发基本为浅部探矿。进入二十一世纪后，随着我国经济实力的提升以及科技的进步，开始掌握深部探矿技术。在我国经济快速发展期间，工业化水平越来越高，资源消耗量越来越大，资源不足已经成为制约经济发展的重要因素，为了缓解资源短缺问题，进行深部探矿势在必行。

不同矿种对钻孔深度要求不同，标准划分为：浅孔三百米左右；中浅孔三百米到六百米左右；中深孔则为六百米到一千二百米左右；深孔为一千二百米到两千五百米左右；特深孔为两千五百米以上[1]。用旋转钻机施工深度超过六千米以上的和利用岩心钻机施工深度超过三千米以上的被称为超深孔。虽然近些年我国探矿技术水平已明显提升，但仍与国际水平有一定距离。目前我国探矿深度普遍在一千米左右，超过两千五百米的钻孔仍比较少见。目前外国探矿能力已普遍超过三千米，例如南非采用的绳索取心金矿勘探技术，钻孔深度可达到五千四米以上；美国深部勘探技术施工深度可达到五千米以上；法国的深部勘探深度可达到三千五百米。

深部探矿工艺流程、工艺技术和基础理论，与石油、天然气开发钻井工程大体相似。但相比之下钻孔较浅、较小，使用的设备也更轻，岩矿层施工中采取岩心样品技术比油气钻探技术更复杂。钻孔直径和深度的确定，取决于矿产埋藏深度和钻孔用途。深部探矿截面小，坑道短浅，适用自动式机械设备和小型设备，勘探任务完成后，为了防止施工中有毒气体溢出，要封闭坑道。

二、深部探矿设备

深部探矿需要利用机械设备钻穿岩层，取得岩样等实物资料。在深部探矿设备选型时根据施工工艺要求和工程实际情况及矿种，结合地质设计钻孔深度范围进行合理选择，避免施工到一定深度后，无法达到施工工艺要求[2]。二十世纪，我国深部探矿技术和设备主要引进苏联钻机和仿造苏联钻机为主。改革开放后，我国科技水平明显提升，研制了XU-1000型钻机，经改良后开发了XY-4型钻机，钻孔深度可达到千米。目前我国勘探钻机仍以立轴钻机为主，若设计实际钻孔深度不超过一千三百米时，可选择XY-5型钻机及配套设备；如果设计实际深度不超过一千七百米，那么要选用XY-6型钻机。若设计设计深度在两千五百米左右，要选用XY-7型钻机和XY-8型钻机或进口设备以及XY-6B型钻机。但近年来，随着全液压钻机技术的逐步成熟，全液压动力头岩心钻机优势逐渐凸显，应用也更为广泛，为实现深部找矿又增添了新的利器。

三、深部探矿设备与施工技术探讨

深部探矿施工中首先必须要做好钻孔设计。钻孔设计目的是为了确定钻孔深度、口径、角度、取心要求等参数，明确钻机类型，为选择配套动力机、泥浆泵、钻塔、配套设备提供科学依据。钻孔设计质量和科学性与合理性，直接关系着后续施工质量和效率。另外，深部探矿往往投入费用较高，施工中一定要保障钻孔成功率，确保孔孔成功，所以一定要做好钻孔设计。在单一地层探矿中岩层比较完整，所以钻孔设计也应对其进行考虑，采用清水加剂作为冲洗液的地层，如果设计孔深应达到两千米左右，开孔直径就要根据上部地层情况来确定。复杂地层钻孔设计中岩石比较碎，施工难度较大，要采用泥浆作为冲洗液的地层，施工过程中若钻孔到一定深度后，效率下降或无法取得较好效果，不仅要采用护孔措施，还要改换绳索取心钻[3]。此外，还要做好钻具级配，若钻具级配不合理，会导致钻杆与钻孔壁缝隙太小，造成泵压损失大和憋泵现象，这样一来钻孔到一定深度后，便无法保证冲洗液上返速度，施工效率也会因此大大下降，所以必须要做好钻具级配，选择合适的配套技术和设备。目前市面上比较合理的钻具是BQT/NQT系列的钻具级配，该系列能够满足两千米以上的施工需求，钻孔深度超过两千米时泵压损失仅为1.196MPa。除了要做好钻具级陪外，在冲洗液选择时，应结合深孔特点和特征来选择。深部探矿与浅部探矿有着明显差异，要选用清水加剂或无固相性较好的冲洗液，以保障施工效率，实现快速钻进。如复杂地层施工时应尽可能降低泥浆粘度，以提高钻孔稳定性和可靠性，避免发生憋泵现象。泵量确定时应选用大泵量，以确保排粉效果，提升整体钻进速度和效率。转速确定要根据排粉条件和钻具参数，经过详细分析计算后确定。孕镶钻头控制在1.5-3.9m/s，表镶钻头控制在1.0-2.m/s。若岩层复杂，为了避免发生钻孔弯曲或直孔超径现象，可适当降低转速，来保障钻进稳定。另外，为了预防孔斜，除了要用钻扶正接头，还应控制好钻杆与钻壁间隙，采用锋利钻头，尽量减少换径次数。

结束语：矿产资源的开发对经济建设有着重要意义，随着我国对矿产资源需求量的加大，浅部探矿已不能满足需求，发展深部探矿势在必行。深部探矿中必须做好设备选择和施工技术参数确定，保障施工科学性。

参考文献

[1] 张涛.全液压深孔岩心钻机CAN总线钻进参数监测系统的研究[D].中国地质大学，2014，11（11）：119-124.

[2] 汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩心钻探关键技术应用研究[D].中国地质大学（北京），2013，11（14）：132-136.

[3] 王旭.辽宁兴城深部探测实验基地科学钻探技术研究[D].吉林大学，2014，12（03）：119-126.