地質鉆探技術與應用研究

曾德勇

前言

文章首先介紹了地質鉆探及時應用的意義與作用，并對我國技術發(fā)展現(xiàn)場做出探討。其次列舉出兩種先進的地質鉆探技術，對技術應用的方法以及流程進行討論，幫助明確不同技術存在的優(yōu)勢，以及能夠適用的范圍。為技術應用環(huán)節(jié)提供安全保障。

一、地質鉆探技術的意義和作用

地質鉆探能夠幫助發(fā)現(xiàn)深層的礦產資源，廣泛應用于采礦行業(yè)中，建筑工程前期規(guī)劃也會使用到。開展地質勘探，可以更深入的了解地下層情況，幫助判斷基層中是否存在不穩(wěn)定因素。地質鉆探技術是不斷發(fā)展進步的，從傳統(tǒng)的勘探測量方法逐漸進步到應用信息化技術，將測量得到的數(shù)據傳輸至計算機設備中，在系統(tǒng)內部完成運算分析的任務。地質鉆探并不是單一的技術，而是將多種勘探技術融合在一起，實現(xiàn)功能互補，更好的為工程現(xiàn)場服務。

采礦前技術人員需要判斷礦產資源所在的具體位置，常規(guī)的勘探方法對深層地質結果了解少，并且很難發(fā)現(xiàn)地質層中含有的風險因素，可能會對采礦方案的確定帶來影響。鉆探技術可以根據使用需求增大探測的深度，幫助技術人員了解深層地質結構，并判斷是否存在不穩(wěn)定因素，所確定的開采方案也更具有可行性。

二、目前地質鉆探技術的發(fā)展狀況

鉆探技術是隨著使用需求增大而發(fā)展的，我國礦物資源開采起步較晚，相關技術有很大的發(fā)展空間。社會發(fā)展對礦物資源使用量也不斷增大，為保障社會經濟能夠穩(wěn)定發(fā)展，采礦量也正在逐年上升，在這一階段，鉆探技術得到大力發(fā)展，勘探方法也由傳統(tǒng)的測量記錄逐漸向信息化進步。地質鉆塔技術從1980年開始起步，傳統(tǒng)技術方法實施過程中需要大量時間，需要頻繁的更換勘探位置。技術發(fā)展進步后，可以借助液壓技術實現(xiàn)探測頭的輸送，在短時間內進入到需要探測的深度，技術進步后為探測環(huán)節(jié)節(jié)省了時間，應用自動化技術的環(huán)節(jié)也在逐漸增多，并不需要工作人員的過多參與，結果準確度有明顯的提升。

技術進步后對采礦行業(yè)起到推動作用，政府部門加大建設資金的投入量，采購國外先進設備的同時更注重自主研發(fā)創(chuàng)新，技術起步較晚，并且鉆探方面的專業(yè)人才稀缺。使得我國地質鉆探得不到深度發(fā)展，這一現(xiàn)狀嚴重阻礙了技術創(chuàng)新，面對使用期間遇到的風險問題，也不能積極有效的解決。鉆探任務如果涉及到的深度不大，現(xiàn)有技術能夠在短時間內高效的完成工作任務，一旦需要測量的地質層位置較深，鉆孔技術以及探測技術中都存在弊端，任務完成質量得不到保障。在未來的技術發(fā)展中，應借鑒國外先進工藝，結合我國采礦特征在技術上不斷創(chuàng)新，減少與發(fā)達國家之間的距離。

三、繩索取心鉆探技術

1、技術特點

可以節(jié)省鉆孔所用時間，鉆頭所在位置特殊，能夠起到保護作用，不會受鉆探過程中的巖石影響。在鉆探過程中巖石在摩擦作用下會產生大量的熱，直接傳遞到鉆頭上容易引發(fā)設備損壞，繩索取心工藝使用期間并不會發(fā)生此類問題，并且對周邊巖石結構帶來的影響小，避免脫落現(xiàn)象發(fā)生。工作期間出現(xiàn)任何問題都不會影響到鉆探的質量，由此可見，該種技術具有極強的穩(wěn)定性，同時也能夠保護設備與周邊地質結構的完整性。

設備所提供的動力能夠使探頭選準，實現(xiàn)鉆孔目的。隨著鉆探深度的不斷增大，還能夠對巖石碎屑進行清理，為后續(xù)作業(yè)提供安全保障。根據使用期間的調查數(shù)據顯示，設備能夠將大部分動力轉換為鉆孔的能量，不會出現(xiàn)過多的損耗，這樣工作效率得到了保障。工作任務也能在短時間內完成，現(xiàn)場工作人員聽從指揮對設備位置進行調試，便可以實現(xiàn)地質鉆探作用，對于周圍巖石松動等風險問題，也可以隨著作業(yè)深度及時做出調整。

2、使用范圍

繩索取心技術可以應用在采礦環(huán)節(jié)的地質探測中，開采環(huán)節(jié)也不能缺少探測技術的支持?？梢詭椭夹g人員快速了解深層地質情況，根據開采需求適當調節(jié)鉆探技術，減少生產過程中的能源損耗，開采量也會有明顯的提升。技術在應用期間不斷總結遇到的問題，并探討出有效的解決方案，使得技術有明顯的進步。

3、推廣應用情況及效果

自1978年以來，繩索取心鉆探技術在我國地礦、冶金、煤炭、核工業(yè)、建材、化工等部門得到了廣泛應用，取得了顯著的經濟效益和社會效益，深受廣大地質職工的歡迎，被譽為“四高、三低、兩好”（工程質量高、時間利用率高、鉆進效率高、鉆頭壽命高；事故率低、勞動強度低、設備材料消耗低；地質效果好、經濟效率好）的先進鉆探方法。截至20世紀90年代，我國繩索取心鉆探工作量已經完成數(shù)千萬米。目前繩索取心鉆探最深鉆孔世界紀錄為5424m。在近年來我國地質找礦深孔、特深孔鉆進中，繩索取心仍然是最有效的鉆進方法，也是首選的工藝方法，在已施工完成的20余口2000m以上的深孔中，全部是用繩索取心鉆進方法完成的，最大孔深已達2706.68m。繩索取心鉆探技術的成果擁有單位主要是勘探技術研究所。

四、液動潛孔錘鉆探技術

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。由于是在回轉鉆進的基礎上增加液動錘，因此對設備不需要做改變，但由于液動錘高頻振動，在使用時應注意設備的緊固件防松問題，我們推薦，在大直徑、淺孔進行液動錘鉆探時可配套減震穩(wěn)流平壓的空氣室，這樣對穩(wěn)定液動錘性能、保護泥漿泵及地面設備都有明顯的改善效果。液動錘是在含有固相及微粒鉆削的泥漿環(huán)境下高頻往復運動，因此采用高質量泥漿、并且用好則顯得十分重要。否則會加劇液動錘零件磨損、影響使用壽命，還可能阻卡使液動錘不工作。因此有必要對泥漿提出較為嚴格的要求：潤滑性能好、含砂量低、黏度密度低，黏度一般不大于30s，含砂量不大于0.1%，密度1.1g/cm3；在條件許可時推薦使用泥漿潤滑劑更能提高液動潛孔錘性能并延長使用壽命。泥漿材料推薦具有四低（低粘、低切、低密、低失水）一高（高潤滑性）的LBM。在使用大直徑液動錘鉆進時，更應重視泥漿的凈化工作，在有條件時最好配備凈化設備，或采取多級沉淀方式，同時注意對泥漿泵的吸水蓮蓬頭增加過濾裝置。

小結

我國地質鉆探技術研究起步較晚，傳統(tǒng)的技術方法已經不能滿足采礦環(huán)節(jié)的需求，想要突破這一現(xiàn)狀，技術人員應加強自主創(chuàng)新研究，不斷總結技術應用期間遇到的阻礙問題。有針對性的開展創(chuàng)新研究，為資源開采環(huán)節(jié)提供有力的技術支持。

（作者單位：吉林省煤田地質一一二勘探公司）