钻探新技术在地质找矿中的应用分析

钻探新技术在地质找矿中的应用分析

李小忠

陕西地矿汉中地质大队有限公司 陕西省 汉中市 723000

摘要：钻探工程作为地质勘查中重要的、不可缺少的手段，在详查及勘查阶段，其所占项目投入比例超过一半以上，钻探技术成了影响地质勘查的效率和质量的核心技术。合理地运用钻探新技术可以高效率、高质量、低成本地完成钻探任务，还符合国家的绿色环保号招，为单位创造良好的经济效益和社会影响。

关键词：钻探新技术；地质勘查； 绿色勘查；钻探设备；金刚石绳索取心钻进

引言

随着我国改革发展的深化，各行各业都显示出蓬勃发展的势头，国家的能源、金属和非金属材料等资源日益紧缺，加强资源勘查成了我国重要的地质工作。地质岩心钻探涉及地矿、冶金、煤炭、有色、核工业、化工、建材等各工业部门，是资源勘查最主要、最直接的技术手段，具有不可替代的重要作用^[1]。地质岩心钻探，主要就是在针对矿山的矿床展开勘测时，利用岩心钻探的形式深入到地下，全面获取矿山地质信息、土层坚实度以及水文数据等。由于其在使用过程中对外部环境最终结果影响较小，无论是在山区、平原还是在复杂程度高、勘测难度大的矿山当中，都可使用钻心钻孔技术来充分把握矿山的实际规模以及矿体在矿山内延伸信息，致使这一技术形式在我国地质勘测中得到高效应用。在实际运用过程中，有关人员可充分利用钻孔机来获取岩石心、岩石粉，结合岩石粉来掌握这一部位地貌和地质情况^[2]。

一、地质找矿的环境现状及新要求

建国七十余年来，国家在地质找矿方面投入了大量的人、财、物，在环境条件较好的地方做了大量的工作，找到了很多的资源矿藏，但很多工作都局限于交通条件较好的地域，及深度在地下10—500 m的较浅范围内。新时代下就要求地质工作向更偏远的地域及地下500--10000m要资源了。

现在国家号召“青山绿水就是金山银山”，在此新的环保政策要求之下，地质工作也提出了“绿色勘查”要求，即以绿色发展理念为引领，以科学管理和先进技术为手段，通过运用先进的勘查手段、方法、设备和工艺，实施勘查全过程环境影响最小化控制，最大限度地减少对生态环境的扰动，并对受扰动生态环境进行修复的勘查方式^[3]。

出于国家安全的考虑，在地质勘查中，除硐探施工可严格限制使用爆破器材外，其他均被禁止使用爆破器材，因此钻探工程中的场地修筑极为困难。

二、钻探技术在地质应用的类别

（一）浅钻孔

在落实地质钻探作业时，浅钻技术能够充分解决植被茂盛、覆盖风化层厚、揭露覆层难度较高的问题，以替代传统的浅井及部分槽探工作。与其他钻孔找矿技术相对比，浅钻技术有着孔浅、容易安装和移动、经济性优异、便利程度高的特征。但是浅钻技术并不能够应用到硬度较高的矿山当中，这也使得这一技术使用有着一定局限性。

（二）地表岩心钻孔

根据勘查需要，按勘探线布在地表设钻孔孔位而实施的钻探勘查任务。因其设计在地表，理论上不受空间限制，可以安设任何一种钻探设备完成相应的钻探任务。但现实中由于受地形、环境的影响，要完成任务，需修筑较长的便道、机场等场地，从而导致占用一定的山地，砍伐破坏大量植被，与国家新的绿色环保政策相抵触，同时设备搬迁工作难度较大。

（三）地下钻孔

地下钻孔又被称为坑内钻，主要是在勘探点上，借助已有的坑道或短距离专门开挖坑道，修理满足施工场地需要，而布设实施的钻探勘查任务。另外，在复杂矿产矿床当中，这种钻孔还被运用在当坑探或采矿过程中，因前方情况不明朗，实施一定的钻孔，提前确定前方地层的地质情况。这种钻孔的优势是可以减少一定的钻探工作量，钻探工作不受地形、道路及天气等情况的影响。

三、钻探新技术发展现状

钻探工程是一套包括钻探设备、钻进工艺、研磨材料、循环冲洗液、质量管理等技术门类的综合体系。改革开放后，随着科学技术的发展，钻探技术中的钻探设备、钻进工艺、和研磨材料都有了长足的发展，甚至可用大放异彩来形容。

（一）钻探设备

近年来，不仅国内原有的定点设备生产大厂家在原有的产品基础上，都扩大了新产品研发和出产，同时还涌现了金石钻探（唐山）、无锡金帆钻凿、河北永明等民营设备生产厂家。

针对不同的地质目的要求生产出了各种类型的钻机，原有的立轴式钻机从XY-1型一直扩大到了XY-9型，还分别发展可钻进深度10—30m的浅钻钻机，可钻进深度100--1000m的便携式全液压钻机，可钻进深度1000--3500m的大型全液压钻机及可钻进不同深度的坑道钻机等，可谓是众彩纷呈。钻机的动力机也由原来的独立一体机逐渐向分体并联机发展，大大减轻了设备的重量。多数钻机都可自带钻塔或小化了钻塔。水泵也开发了多种针对型号的，甚至采用铝合金壳体。总之钻探设备出现了多样化，轻量化及针对型。

（二）钻进工艺

目前，在非煤矿山勘查中金刚石绳索取心钻进及煤田勘查中长钻具PDC（复合片）钻进成为主流钻进方法，非煤矿山勘查中钻孔的日进尺可达80m/天，且钻孔质量非常好。合金钻进只在覆盖层少数使用，彻底淘汰了效率低、钻孔质量差的钢粒钻进。

（三）研磨材料

随着人工金刚石合成技术成熟及大量生产，金刚石成本大幅下降，以及钻头生产工艺的提高，金刚石胎体硬度从5^。--45^。都能普遍生产。而且钻头的底唇面可被加工成平底、同心园底、锯齿状底、台阶状底等各种样式。PDC（复合片）也是金刚石的一种高聚合合金片，替代了过去的硬质合金可加工成各种大出刃的钻头。

（四）循环冲洗液

现在大量使用植物胶、聚丙稀酰胺、广谱护壁剂等泥浆材料，用量少，排渣、护壁效果好。加上除渣设备的广泛使用，使得冲洗液能反复循环使用，降低了成本，还减少了环境污染。

四、钻探新技术在地质勘查中的运用途径分析

（一）钻孔设计与设备选型

传统的立轴钻机虽然理论上可360^。钻进，但受钻塔限制，往往只能施工90^。--75^。的钻孔。而新型的全液压钻机则可轻松实现90^。到-10^。的钻孔。且传统的XY-4型钻机的施工最小需要6m*8M的主要场地，现在可钻深度在800m内的便携式钻机则只需要4m*4M的主要场地，坑道钻机需要的场地则更小一些。因此，在地形条件差的地表，要确保地下一定的标靶而布设钻孔过去不好实现，现在则可以通过调整钻孔倾角来轻易找到一处足够施工的场地，而且调整钻孔倾角还可以一台多孔。

同时在钻孔施工中，有“钻孔轴线与地层夹角小于15^。时，钻孔容易顺层跑，且岩石强度在顺层方向要大于顶层方向”的规律。在岩层产状的地区，通过布设倾角较小钻孔可完全避开上述规律，从而使钻孔的质量及成孔效率大幅提高。

（二）钻进工艺与钻孔质量

金刚石绳索取心钻进及煤田勘查中长钻具PDC（复合片）钻进的钻具导正性好，且孔壁完整性好，因此钻孔不易偏斜，精度高，控制矿体标靶准确，充分保证了钻孔的弯典度。

金刚石绳索取心钻进为单动双管钻进，对岩矿心扰动小，采取率极高。

（三）钻探新技术更符合绿色环保

1、一台多孔施工，大量减少施工场地和便道，从而减少占地和植被破坏，满足绿色勘查要求。

2、高质量的冲洗液不仅可以顺利地完成钻进，本身泥浆材料的使用量少，重复使用率高，减少了废浆量，从而减少了污染环境的可能性。

（四）钻探新技术与施工周期

1、新型钻机总体较小，可拆性强，搬迁、安装容易，用时少。

2、金刚石绳索取心钻进及煤田勘查中长钻具PDC（复合片）钻进可使钻进效率较传统钻进提高2—3倍以上，减少了施工时间，从而降低了各方的生产成本。

结束语

钻探工程作为地质勘查中重要的、不可缺少的手段，在详查及勘查阶段，其所占项目投入比例超过一半以上，钻探技术成了影响地质勘查的效率和质量的核心技术。合理地运用钻探新技术可以高效率、高质量、低成本地完成钻探任务，还符合国家的绿色环保号招，为单位创造良好的经济效益和社会影响。

参考文献：

[1]《地质岩心钻探规程》(DZ/T0227-2010)

[2]赵建平.略谈地质勘查和深部地质钻探找矿技术[J].中国金属通报,2019(04):48+50.

[3]绿色勘查指南T CMAS 0001-2018