深部找矿中的关键钻探技术问题及对策

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国内外大量的钻探施工经验证明，采用该法获取 的地质样品不仅完全能达到确定矿体埋藏深度、矿体 厚度、品味等物化参数的基本要求，而且其钻探施工 速度要比传统的取柱状岩心施工速度提高5-10倍， 施工成本也将大大降低。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 期曾开展了该项技术的研究并进行推广应用，但由于 地质上是以岩屑代替传统的柱状岩心，且需使用特殊
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•图1 YDX-3型全液压动力头式岩心钻机
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2、岩心钻探器具及工艺方法方面
（1）加强信息情报收集，积极开展行业间信息交 流，推动学科交叉合作。回顾钻探技术发展的几 十年，情报部门提供了金刚石钻进技术、定向钻 进技术、冲击回转钻进技术等一系列科技信息， 对国内钻探工程界有很大的启发，为在国内科技 攻关立项、研发、创新、模仿或引进技术起到了 重要作用[3]。在上世纪90年代，由于我国地质钻 探工作量的锐减，一些先进的钻探技术在其他行 业已经得到了成熟应用。钻探技术的一些新技术 新方法也随着材料、机械、电子信息等学科的发 展而发展。如果我们闭门造车，不仅研究成果的 先进性和适用性难以保证，而且还可能重复研究 ，造成大量资源浪费。
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金刚石钻头的使用寿命是限制金刚石 绳索取心技术应用于深部找矿的另一个原 因。自上世纪60年代开始研究，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，但是其使用 效果与国外仍存在较大差距。虽然在金刚 石超硬复合材料方面进行了大规模的攻关 研究，制造了一些聚晶、复合片产品，但 其性能也远远赶不上国际水平。这就使得 国内金刚石钻头钻进寿命短、效率偏低。 据调查，我国的金刚石钻头寿命在硬岩地 层还不足40米。
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●从钻探工程角度来看，危机矿山接替资源勘查钻探深度 应定位在1500m左右[1]。 ●这种深度的资源勘查钻探工作对钻探取心取样质量、钻 探速度、施工成本、环境保护、安全防护等方面都提出 了更高的要求。 ●钻探取心（样）的关键技术是钻探设备、器具和工艺方 法，它们不仅对钻探效率、施工成本、取心（样）质量 及环境保护等方面有重要影响，而且对缩短整个勘探周
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岩心定向技术，是通过对孔底岩心作定向标 记，从而获取带有定向标记方位角的定向岩心 ，对定向岩心复位测量或计算,即可求解出岩层 层面或断裂面的产状。这项技术已经在石油勘 探开发中广泛应用。由于地质岩心直径较小， 地质钻探取心对这项技术关注热度不够。
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三、解决深部找矿中的关键技术问题的对策
1、岩心钻探设备方面
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（2）加快坑道钻探设备的能力、功能的提升。 在危机矿山接替资源的勘探中，对某些成矿模 式的地层，在现有的数百米深的地下坑道或开 采区内，利用坑道钻探设备来进行深部岩心钻 探工作，可以充分揭露深部地层，节约钻探费 用和时间，提高勘探效率。坑道钻探设备应以 提升设备能力、完善设备功能和实现机电液一 体化为主要目标，并形成300-1000m范围内的 完整产品体系，达到深部找矿要求。
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•MK系列钻 机
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2、金刚石绳索取心技术
绳索取心(WL)钻探技术被称为钻探技术第一次 革命，已有近60年的推广应用历史。在全球地质 找矿钻探施工中是应用最广泛、综合地质效果最佳 的钻探技术。 自上世纪70年代中期我国开始推广 应用，但在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岩心 钻探工作量仍不足全部固体矿产岩心钻探工作量的 30%。国产绳索取心钻具存在材质不佳、加工质 量差、易折断和脱扣等问题，不能满足1000米以 深钻孔的需要。而深部找矿一般采用的替代方案是 使用内径可以通过绳索取心钻具内管的普通钻杆来 完成钻孔取心作业，这就在完成取心作业的同时增 大了钻孔工作量。例如Φ89mm钻杆+Φ75mm型 绳索取心钻具+Φ94mm钻头的钻具组合。
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6、高精度受控定向（取心）钻探技术及岩心定向技 术
受控定向钻探技术是一种可以使钻孔轨迹按照 预定方向前进的特殊钻探技术，该项钻探技术还可 以实现在一个主孔内钻进多个分支孔的羽状钻孔。 自上世纪80年代，勘探技术研究所研究、推广应 用受控定向钻探以来，该技术已成功应用于我国的 盐卤矿、芒硝矿等水溶性矿产的开采领域。特别是 该所承接并完成的土耳其Beypazari天然碱矿工程 项目，其控制精度在0.5m以内，标志着我国的高 精度受控定向钻探施工进入国际先进水平行列。在 普通钻孔难以到达的勘探部位和坑道内以及陡斜矿 体的勘探中，利用高精度受控定向（取心）钻探技 术可以明显减少钻探工作量和施工费用。唯一遗憾 的是该技术在定向造斜段无法连续取心。
深部找矿中的关键钻探 技术问题及对策
2020年6月1日星期一
提要：在过去的50多年中，我国的地质钻探 行业为地质找矿和经济建设做出了巨大贡献 ，地质钻探技术也在此过程中得到了很大发 展。危机矿山接替资源勘查工作的启动，对 钻探技术提出了更高的要求，文章分析了现 阶段钻探技术服务于深部找矿工作存在的一 些问题，并提出了相应的对策。
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（3）加快先进岩心钻探设备的推广。岩心钻探 设备推广应用的最终结果是实现产业化，而产业 化又是降低生产成本和销售价格的有效手段，这 又反过来推动着岩心钻探设备的推广应用。因此 ，岩心钻探设备的推广应用过程就是设备的产业 化过程。目前，国内一些机构在全液压动力头式 钻机的研发进展已经取得了一些成绩，例如，由 勘探技术研究所2006年研制的YDX-3型全液压动 力头式岩心钻机，其S75钻具的钻深能力为 1000m，成本比进口钻机降低了一半以上，受到 了广泛关注并已经应用到生产。另外，其1500m 全液压岩心钻机和KD-600型坑道钻机也在积极 地进行项目申报，争取形成系列化，推动此类钻 机的产业化进程，以进一步降低成本。
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3、反循环连续取样（心）钻探技术
反循环连续取样（心）钻探技术被称为钻探技 术第二次革命。它采用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 质样品的方式钻探施工，随着钻进的不断进行，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。
的双壁钻杆，所以推广应用受到较大阻力。
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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相结合的地质勘探新 概念，并在一些国家开始应用，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 高了钻进效率、降低了成本。著名的国际钻探设 备制造商瑞典Atlas Copco公司已经开始推广这 项综合取心（样）钻探技术。我国则没有这方面 的应用研究。
空气泡沫钻进与普通泥浆钻进比较，有着节水、增 加钻效、提高钻头寿命及对岩心无污染且不易堵心等 优势，在深部找矿工作中，特别是在泥浆使用受限制 的区域，该技术都有一定的应用前景，经过10余年的 停滞，该工艺技术的成熟度相应的有所降低，做好工 艺技术的完善是其推广应用的前提。
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（3）加强岩心钻探器具及工艺方法的系统化研究， 增强钻探器具的功能、提高工艺方法的适应性，利 用现有技术集成、整合出新。多功能、一体化，是 国外钻具发展的一个方向，我国岩心钻探器具也应 利用现有技术和工艺实现功能整合。例如勘探所研 制的具有创新和多技术集成的“三合一”（螺杆马 达+液动锤+绳索取心）钻具，并且在大陆科钻一井 中成功使用，使我国的钻探技术迈上了一个新的台 阶。该技术达到了国际先进水平。勘探所为解决定 向造斜段不能连续取心问题正在研制的定向造斜段 连续绳索取心工具及正在申报立项的中空式液动锤 绳索取心工具、绳索取心与反循环连续取样结合的 组合钻探技术也属于此范畴。
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（2）加快新型基础钻具的研制和新工艺技术的完善 。新型高寿命金刚石钻头、高强度深孔绳索取心钻杆 、新型深孔双壁钻杆的研制是保证金刚石绳索取心钻 进技术、反循环连续取样（心）钻进技术安全、经济 、高效的服务于深部地质找矿工作的基础钻具，对于 提高这些技术应用的可靠性、经济性有着重要作用。 目前这些基础钻具有的已经由勘探所立项研究，有的 正在申报立项。
（1）加快全液压动力头地表岩心钻机的国产化进程和现有 立轴式钻机的改进。各地质勘探部门对地表深孔钻探设备 和坑道钻探设备有着迫切需求，目前国内比较先进的地表 深孔地质岩心钻机处于起步阶段，一些关键部件、配件等 仍需进口，因此，在岩心钻探设备上，采取技术革新与技 术改进两头并举的策略。在加快全液压动力头式岩心钻机 研制并将其系列化的同时，加强立轴式岩心钻机的改进。 立轴式岩心钻机的改进，应在CD系列钻机的基础上加强 钻机工作的可靠性及对钻探工艺的普适性。国外改进的新 型立轴式岩心钻机代表性产品有俄罗斯的СКБ-4、СКБ-5 型钻机、加拿大的BBS系列钻机和日本NLC公司的NL-55 、L-44钻机等。
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一、概 述
●《全国危机矿山接替资源找矿规划纲要》（2004~2010 年），决定在有资源潜力和市场需求的老矿山周边或深部开 展找矿工作，以延长矿山服务年限。 ●我国绝大多数矿山的勘查深度不足500m。 ●相当一部分危机矿山的深部和外围有许多未经充分勘查的 成矿远景区。 ●最新的成矿理论都表明在我国大陆深部蕴藏着潜力巨大的 矿产资源。 ●在深部找矿过程中，除了利用更成熟的地质理论和更先进 的物化探方法、遥感技术等新探测技术外，最终还需要使用 钻掘（探）技术来取心取样，证实推断和探测的正确性。
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4、液动冲击回转钻进技术
勘探技术研究所于上世纪60年代开始此项技 术的研究，经过几十年的开发、改进，已经形成 不同用途、多种规格的系列液动冲击器。特别是 YZX127型液动潜孔锤在2006年完工的中国大陆 科钻一井施工中创下了总进尺4038.88m、平均 小时效率1.13m、平均回次长度6.31m的好成绩 。但是在普通钻探生产条件下，由于泥浆固控系 统还停留在传统的泥浆池加循环槽让岩粉自然沉 淀的水平，在钻进过程中泥浆固相含量较高，导 致液动潜孔锤内的零件频繁卡死，工作寿命大幅 度降低，从而导致提钻频繁。在推广过程中，其 优点虽为大家所认识和接受，但是实际应用却较 少。