深部探矿钻探特点及技术研究

摘要：随着我国经济的快速发展，推动者矿业的快速发展，通过实践证明向深部探矿钻探是必然的。本文就深部探矿钻探的现状、特点及技术展开分析与讨论，促进我国矿业的快速发展。

关键字：深部探矿；钻探；特点；技术

中图分类号：P634文献标识码： A

引言

地质工作是经济和社会发展重要的先行性基础工作，地质探矿则直接为经济和社会发展提供资源保障和物质基础。随着我国经济和社会的持续快速发展，工业化和城镇化进程的加快，对地下矿产资源的需求和消耗逐年增加，使矿产资源紧缺的供需矛盾日益突出，矿产资源的供给和保障问题已成为制约国家建设和国民经济发展的瓶颈问题。全国大部分经济较发达地区的浅部矿产资源已被探明、开采而趋于枯竭。

一、深部探矿钻探的现状

众所周知，我国的矿产比较丰富，从我国现阶段矿产资源勘查开发利用情况来看，在深部探矿钻探方面还存在很大的潜力，在我国一般地质探矿勘查工作平均深度在300～500m之间，而在西方的发达国家找矿勘查工作平均深度一般在800m左右。目前我国深部探矿技术还在起步阶段，随着深部探矿深度的不断增加，在深部探矿钻探技术上还有很多问题。

目前深部地质钻探存在的主要问题有：投入不足，装备落后，更新缓慢等。深部探矿机械化程度不高，深部探矿钻探综合效率低，有的机械设备属于逐渐淘汰的装备。用于深部眼眶钻探施工的配套装备非常有限；深部探矿钻探队伍的组织体系缺失，相应的人才匮乏，深部探矿钻探观念保守；中级以上深部探矿钻探技术人员严重不足，缺乏深部探矿钻探科技创新的领军人员；深部探矿钻探生产一线缺乏高素质的钻探工人，尤其是钻探机班长。不利于深部探矿钻探工程产业的良性发展；深部探矿钻探工法难以攻克复杂地层、创新有限，深部探矿钻探技术的引进与创新存在障碍；深部探矿钻探技术的引进、推广与自主研发不足以支撑整个深部探矿发展的需要；实施深部探矿岩心钻探面临装备、人才、机具和技术等困难；深部探矿钻探管理粗放，深部探矿钻探结构松散，深部探矿钻探效率不高；满足于一般的深部探矿钻探生产技术管理，管理层与生产层相对比较松散，深部探矿钻探技术与生产结合不密切，深部探矿钻探计划与控制能力有限，深部探矿钻探生产效率不高，降低成本比较困难；深部探矿钻探现场设施和管理不规范，不足以展示新时期地矿人的风采。

二、深部探矿钻探地层特点

（一）地层复杂

深部探矿钻探一般受地质构造的影响，深部探矿钻探尤其是金属矿，如金、银、铜、铁等大多受地质构造等因素的影响，矿层及其顶底板附近地层一般都比较复杂，一般地层经过长期的构造运行，就会出现很多不稳定的地层，既有裂隙、破碎、岩溶、松散等力学不稳定地层，也有泥岩、页岩等遇到水流不稳定地层，这就是水敏性地层，还有就是各种坚硬、漏失地层和弱研磨性打滑地层等，尤其是在深部探矿钻探施工周期比较长，地层被钻穿后的时间比较长，就容易造成地层孔壁失去了原有的稳定性；如果遇到坚硬打滑地层，深部探矿钻探的钻头寿命和回次进尺短，打捞岩心辅助的时间比较长，影响深部探矿钻探的效率。

（二）地层多为硬岩

我们从地层结构不难发现，地层上部为一般第四系、新近系等松散地层，地层下部一般为基岩地层。深部探矿钻探与浅部探矿钻探相比，深部探矿钻探钻穿上部同样的松散地层及浅层基岩，地层下部继续钻进多为硬岩。金属矿产钻探基岩地层多为6级以上岩石，所以，在深部探矿钻探中，较多的地层为硬岩。

（三）钻遇地层类型多

深部探矿钻探与以往浅部钻探相比，深部探矿钻探是向地壳深部的进一步延伸和探索，深部探矿钻探必须首先完成浅部地层钻进后，才能继续进行深部探矿钻探，因此深部探矿钻探的地层类型多，往往涉及的地层是更多、更古老地质年代所形成的地层。在过去所进行的深部探矿钻探中，仅钻遇九龙群、长清群和马家沟组的灰岩、白云岩以及少部分硅质绢云千枚岩等。进行深部探矿钻探，除钻穿上述古老的复杂地层外，还必须继续钻进济宁群变质岩―绢云千枚岩、绿泥绢云千枚岩、板岩以及变质火山岩夹磁铁石英岩等。

三、深部探矿钻探技术

（一）金刚石绳索取心技术

钻探技术第一次革命就是绳索取心钻探技术，现在已经有近6O年的历史。在全球深部探矿钻探施工中是应用最广泛、综合地质效果最佳的深部探矿钻探技术。自上个世纪70年代中期我国开始广泛的应用，但在绳索取心钻探技术应用广度和深度上与国外发达国家相比存在较大差距，利用绳索取心钻探技术完成的深部探矿钻探工作量仍不足全部固体矿产岩心钻探工作量的3O％ 。国产绳索取心钻探钻具存在质量差、材质不佳、容易折断和脱扣等问题，不能满足1000m深部探矿钻探的需要。而深部探矿钻探一般采用的替代方案是使用内径可以通过绳索取心钻探钻具内管的普通钻杆来完成深部探矿钻孔取心作业，这就在完成绳索取心作业的同时增大了深部探矿钻探钻孔工作量。

金刚石钻头的使用寿命是限制金刚石绳索取心钻探技术应用于深部找矿的另一个原因。自上个实际70年代开始推广金刚石钻探技术以来，我国金刚石钻头制造水平有了很大提高，但是金刚石钻头使用效果与国外仍存在较大着一定的差距。虽然在金刚石超硬复合材料方面进行了大规模的研究与分析，制造了一些聚晶、复合片产品，但这些产品性能也远远不能与国际水平相比较。这就使得国内金刚石钻头钻进效率偏低、寿命短。据相关调查发展，我国所制造的的金刚石钻头寿命在硬岩地层还不足40m。

（二）液动锤钻进技术

液动锤钻进技术在大陆科学深部探矿钻探工程中的成功应用，在推动了我国深部探矿钻探技术水平的进步、拓宽应用领域起到了至关重要的作用，液动锤钻进技术得到众多国外同行的高度评价。但是，液动锤钻进技术对深孔条件下液动锤工作性能的理论分析研究需要进一步的研究。特别是在普通探矿钻探生产条件下，由于泥浆固控系统还停留在传统的岩粉自然沉淀的水平，液动锤钻进技术在钻进过程中泥浆固相含量较高，导致液动锤内部零件频繁卡死，液动锤钻进技术工作寿命大幅度降低，液动锤钻进技术从而提钻频繁。在液动锤钻进技术推广过程中，液动锤钻进的优点虽为大家所认识和接受，液动锤钻进技术但是实际的探矿钻探应用还较少。

（三）空气泡沫钻探技术

空气泡沫钻探技术是原地矿部“七五”和“八五”期间的重点科研攻关项目，由勘探技术研究所、长春地质学院和甘肃地矿局等科研院所、高校和相关生产单位联合完成。经过不同环境条件及机具试验研究总结了一套比较成熟的空气泡沫钻探工艺和空气泡沫钻进规程。空气泡沫钻探技术由于后正值地质钻探工作量锐减，而空气泡沫钻探技术在初期投资、能耗和后期泡沫剂回收方面的费用都比普通钻进技术高，因此空气泡沫钻探技术推广应用处于停滞状态。

（四）反循环连续取样(心)钻探技术

钻探技术第二次革命是反循环连续取样(心)钻探技术。一般采用的压缩空气作为循环介质，利用双壁钻杆以冲击回转全面碎岩和连续岩屑作为地质样品的方式进行深部探矿钻探施工，随着反循环连续取样(心)钻探技术钻进的不断进行，岩屑被高速气流连续地经双壁钻杆的中心携带至地表，并按照顺序将岩屑收集起来作为地质化验分析的地质样品。

国内外大量的深部探矿钻探施工经验表明，采用反循环连续取样(心)钻探技术获取的地质样品不仅完全能达到确定矿体厚度、矿体埋藏深度、矿体的品位等物化参数的基本要求，而且反循环连续取样(心)钻探技术在钻探施工速度要比传统的深部探矿技术施工速度提高5～10倍，大大降低了深部探矿钻探的施工成本。根据2006年有关统计资料，反循环连续取样(心)钻探技术在澳大利亚完成深部探矿钻探工作量的比例超过80％。我国在上世纪80年代中期曾开展了反循环连续取样(心)钻探技术的研究并进行推广应用，但由于我国地质上是以岩屑代替传统的柱状岩心，且需使用特殊的双壁钻杆，所以反循环连续取样(心)钻探技术的推广应用受到较大阻力。

值得关注的是目前国际地质钻探承包商和矿业投资者已经提出了取心取样钻探技术相结合的地质勘探新概念，并在一些国家开始广泛的应用这种技术，取得了比任何单一方法效率及地质效果都要好的结果，大幅度提高了深部探矿钻探效率、降低了深部探矿钻探的成本。

结束语

综上所述，深部探矿钻探在我国是一个新问题、新领域。深部探矿钻探面临更大的风险和挑战，除深部探矿钻探的地层类型多、复杂多变等客观因素外。在深部探矿钻探设备、钻探方法和工艺方面仍然存在一些问题，有效的解决其中存在的问题，可以有效的加快深部探矿钻探的发展。

参考文献：

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