钻探技术在矿山地质中的应用探讨

周卫国

（江西省地质矿产勘查开发局赣东北大队，江西 上饶 334000）

在地质找矿中，钻探技术作为地下信息探寻、圈定矿物体量、评估品位的唯一技术手段，在我国拥有长久历史。钻探取芯可帮助了解特定地区水体、土质、岩体等方面力学和地质变化参数，及固体矿产、金属信息等。由于技术条件限制，我国以前处于浅中层钻探，勘探工作多集中于地表500米，而发达国家已可将勘探平均深度扩展为地下1000米左右的深层钻探。现阶段，我国深孔钻探工作量逐年增加，且孔深超过1000米的钻孔数量也持续增多。

1 常见钻探技术

我国钻探技术和设备水平，与国外发达国家相比，有很大差距。然而通过“中国大陆科学钻探工程”和“科钻一井”等国家级重大科学工程项目，研制出杆马达+液动锤+金刚石取芯钻进系统等世界领先水平施工体系，让我国钻探技术有了长足的发展。目前市场上存在的钻探技术有液体潜孔锤钻探、反循环钻探、绳索取心钻探、组合钻探、定向对接井、新型节水钻探、YDX系列全液压岩心钻探、全液压动力头水文水井钻探、地质调查浅层取心取样钻探等。我国较为常用的钻探技术方法仍然是绳索取心钻探法，常用施工机械仍是国产液压立轴式钻机，且主流型号八十年代普及的XY系列钻机，例如XY-4、XY-5等。

（1）绳索取心钻探技术。绳索取心基本原理着重于不提取钻杆取岩心。在岩矿心堵塞或岩矿心充满钻具内管的情况下，利用绳索打捞岩心，免除钻探过程中，孔内钻杆提出地表的步骤，减少升降频率，提高钻探效率。这种技术减少了工人劳动强度，改善劳动条件，降低成本，减少施工机械损耗与动力消耗，在固体矿产钻探、工程地质钻探、石油天然气钻探等都普遍使用。

（2）液体潜孔锤钻探技术。液体潜孔锤技术专题研究始于1958年，历时25年，将研究成果YZ54Ⅱ型、射流式SC54型等液动锤分别通过所属部门鉴定，并投入施工应用得以推广。其机动原理是基于回转钻探上，安装在钻杆与钻头之间，利用配套泥浆泵，输送冲洗液驱动液动潜孔锤，增加钻头冲击负荷达到高效率钻进。且潜孔锤对于泥浆要求颇高，需保证泥浆润滑性能佳、含沙量不大于0.1%、密度在1.1g/cm3。新一代SYZX75和SYZX95型绳索取心液动潜孔锤，创新性地使用约束变形理念，简化钻具结构，保证其传功密封效果，极大程度上提高自身可靠性和工作寿命。同等条件下，与普通绳索取心钻具相比，新型绳索取心液动潜孔锤将完整地层回次满管率调高至95%以上，破碎地层回次长度调高至70%以上。

（3）反循环钻探技术。反循环钻探技术可通过水力或空气两种介质循环所产生的冲击力，获取岩心。具体而言，水力反循环技术主要使用泥浆或清水作为循环介质，利用双壁钻杆将介质经管隙输送至孔底，再将钻头提升，把所提取的柱状岩心由内管中携至表面。空气反循环技术是使用压缩后空气作为介质，利用双壁钻杆，使空气经内外管隙运输至孔底，利用压缩空气膨胀产生的巨大负荷击碎岩矿心，再将岩碎经双壁钻杆中返至地表。这种技术可根据地质差异性，进行单一或多种介质反循环钻探，克服了技术自身局限性并扩大适用范围。

2 钻探技术存在问题分析

虽然我国在地质勘探上有悠久的历史，但是因为技术条件和设备水平等原因，勘探工作仍有很多问题。目前状况而言，我国大部分钻探工作使用机械为上个世纪八十年代普及的XY系列钻机。另外，这种钻机虽经过多次改善但还是呈现指示表简易、精确度差等问题。大多数常用钻探机器缺少监测功能，使操作人在机械应用中，不能有效精确操控。随着绿色勘探的践行，模块式全液压钻机逐渐在矿山施工中得于实现，有效解决以上在钻探施工中出现的问题。

3 实例分析

（1）工程概括。某矿区位于江西省广丰区，本矿区的主要地层情况：大面积显露三叠系铁石口组，其底部以钙质页岩、泥灰岩、泥岩为主，上部以角岩为主，少量石英脉和花岗闪长玢岩，存在夹灰岩。岩石可钻性为7-8级，钻探机台采用SG18型四脚塔、XY-5钻机、BW250泥浆泵、NQ76mm绳索取心等设备。按照地质设计要求，岩心采取率每个回次必须保证90%以上，钻孔弯曲度100米1°，因此，对钻压、转速、泵量等技术参数掌控的要求就更高。

（2）实例应用中钻探技术分析。本次钻探机台使用的是常见绳索取心钻探技术，主体钻机为XY-5钻机。此设备最高提重50KN，立轴通径70mm，配备康明斯柴机油80千瓦动力。其正转最大转速为1000r/min，反转最大转速为170r/min。这种立轴机械设备，每月钻进深度基本保持在300m～400m之间，随着孔深的增加，内管提升和下入的时间也增长，月进尺也会受影响。且立轴行程短，在正常一回次中倒杆4-5次，在钻进破碎的岩矿层，岩心很容易堵塞内管，难于有进尺。为保证每回次岩心采取率及提升钻进效率，改用SYZX75液动冲击绳索取心，钻进效果有明显提高。钻机本身配置简单，缺少极为重要的钻进参数检测功能。在本孔钻进期间，钻压的掌控不够准确，尤其是孔深在500米以后，由于孔内钻杆阻力、泵压的增大及不稳定、钻机转速的不均匀等多种因素的影响，钻进速度受到明显的影响。所以，钻进参数检测的显示与钻进效率有直接的关系。而且此类XY型钻机配备的是SG18型四脚塔，这种四脚塔安装、拆解耗时长，高空作业安全隐患多，且它仅允许施工顶角在75°～90°，所以极大限制钻孔角度的大小，一旦遭遇倾斜矿体，则需要其他类型的钻探设备。数据显示我国金刚石钻头寿命在40m左右，相较国际上金刚石钻头，质量不稳定，寿命短。随着国内金刚石钻头质量的提高，钻进速度和效率也大幅提高。本次钻孔最终孔深1002.15m，ø76的金刚石钻头使用了12个，累计进尺980.16m，钻头平均寿命81.68m，因此，目前国内金刚石钻头的质量由于烧结技术的提高而有了显著提高。此外，这次钻探工程中，泵压的掌控也成为影响效率的原因，为保持钻进的有效性，减少孔内事故的发生，虽然钻探机台各班组把泵压控制在相对较低的范围之内，但是各班组的钻探技术差异性随着孔深的增加，对泵压等钻进参数的掌控也有不同，班组的纯进尺也有差别，各班组的钻进效率也有较大的差距。

4 结语

综上所述，在地质钻探过程中，尤其是中、深孔的施工，对钻探设备，施工工艺的选择等都要求较高。各班组对钻进参数的掌控要控制在一定的范围之内，当然，对施工材料的选择也很关键。同时，在不同的地层施工时，可以把绳索取心、液动潜孔锤、反循环钻探技术根据钻探的需要相结合，可以更好地提高矿区钻探施工效率。因此，加强新型钻探设备的研究及钻探技术的规范化、标准化是发展地质钻探技术的主攻方向。