钻探技术对提高探矿效果的作用分析

2020-12-10高兴宇

世界有色金属 2020年8期

高兴宇

（铜陵有色金属集团股份有限公司矿产资源中心，安徽铜陵 244000）

1 钻探技术概述

在地质勘察工作中，需要使用探矿技术和钻探技术对矿产资源进行开发和钻探。钻探技术较常运用于地质资源的开发中。采用钻探技术，实际上指对地面以及地下的矿产资源进行勘察和整合，并对其数据资料进行分析，得到矿产资源分布情况以及数量等方面的信息，这有利于勘探人员对该区域的矿产资源进行综合评估。这是钻探人员对地下矿产资源进行考察的重要基础和前提。随着我国对矿产资源需求的逐渐扩大，我国越来越多的使用矿产资源的钻探技术，我国的矿产资源钻探技术与西方发达国家相比，还存在一定不足，还有很长的一段路要走[1]。所以，近几年来，国家越来越重视钻探技术的发展，重视其投入，这在矿产资源的开发中取得了一定进步，得到了技术上的突破，创造出了一些有利于矿产资源开发的新技术，这些技术甚至在国外得到应用，这些新技术包括：反循环钻探技术、绳索取芯技术和液动潜孔锤技术等，将这些技术综合起来使用，将有利于探矿效果的提升。钻探技术的采用也为我国的钻探事业和资源勘察工作提供了依据，为我国的地质钻探工作做出了一定贡献。

2 工程地质勘察概述

在工程地质勘察工作中，地质勘察类型多样，内容丰富。比如传统的工程地质勘察种类就包括工程测量、工程钻探技术等，通过一系列技术和手段得到相应的地质信息，工程人员对这些信息加以判断和分析，依靠这些数据信息完成工程的评估和测量，为工程提供数据依据[2]。在钻探过程中，有时会遇到各种各样险峻的地形地势，如果仅凭工作人员的肉眼观察，是无法观测到这些地质类型的，也无法估测到矿产资源的种类和数量，这就需要工作人员借助于专门的测量和钻探工具，对这样的地形进行勘察、采样和测试等，帮助人员更好地分析。在地质钻探工作中，钻探技术发挥的作用十分巨大，尤其是对于一些特别复杂的地形环境，可以采用钻探技术对地形采样，并对地形合理分析，最终得到钻探结果。钻探技术提供的结果可以为矿产资源的开发和利用提供支持和依据，在工程地质勘察工作中应用较为广泛。

3 钻探技术对提高探矿效果的作用

随着地质勘探工作的发展，国家开发出了一批先进的钻探工艺和技术，这些技术之所以先进，是因为它们与现代的先进技术相结合，并经过一代又一代人员的运用和改良，最终得到的。现阶段，我们最为常用的先进钻探技术包括以下几种：反循环钻探技术、液动潜孔锤技术和相结合的各种技术等。首先，我们来介绍液动潜孔锤技术对提高探矿效果的作用。

（1）液动潜孔锤技术及其对提高钻探效果的作用。①液动潜孔锤技术概述。液动潜孔锤技术在我国地质钻探工程中得到应用的时间相对较长，近几年来，其技术发展也取得了一定进步，其技术质量不断改进。液动潜孔锤技术其实是一种以传统的钻探技术为基础的技术，在传统工艺水平上，安装液动孔锤的配套装置，提升设备的运行效率。采用液动潜孔锤技术进行钻探时，钻头运行的速度与传统设备相比，有所加快，正是因为钻头速度有所提升，所以钻头插入地下时，岩层因为受到钻头的力量被快速松动，钻孔工作的难度进一步降低，提升了钻孔的质量。在整个矿产资源的勘察工作中，使用液动潜孔锤技术有着重要作用，因为它对于整个探矿工程是一大技术进步。尤其是对于一些特殊构造的岩层来说，这样的岩层构造具有一定脆性，采用其他技术可能无法更好地进行钻探，只有采用液动潜孔锤技术才能在一定程度上发挥其钻探优势，并且因为其配套设施较先进，所以其回转效率较高，对于一些大直径钻探工程同样适用。在应用该技术时，由于钻头钻探速度较快，振动频率和幅度较大，所以会导致其周围的零部件设施发生松动，需要工作人员对这些方面提高重视度，关注零部件之间的紧密度。②液动潜孔锤技术对提高钻探效果的作用。液动潜孔锤技术如上文所述，最大的优势就是钻头处的功率较大，震动幅度较大，钻探速度较快液，可以使地下的岩土层快速松动，达到钻探的目的。特别是对于一些较硬和较脆的金属进行探测时，就可以采用这一钻探技术，采用该钻探技术不仅操作较简便，而且可以解决传统钻探技术具有的弊端，比如人力资源耗费较多，财力浪费等，采用传统的钻探技术效率较低，使得工期时间延长，采用液动潜孔锤技术可以在较快的时间中完成勘察任务，并帮助人员进行矿产资源的开采。③正确采用液动潜孔锤技术。对于液动潜孔锤技术的采用，需要注意其零部件的磨损问题，工作人员需要定期对液动装置进行检查，尤其注意相关零部件的松动、错位和磨损问题。定期对其进行维护，一旦发现问题，需要及时解决和处理，使液动装置始终处于积极、健康的状态，发挥其重要作用。钻头的保养需要注意对其清洗，一般使用三次清洗一次，并注意清理杂质，在表面涂抹油质，发现有磨损的地方及时更换和修理[3]。

（2）反循环钻探技术及其对提高钻探效果的作用。①反循环钻探技术概述。反循环钻探技术作为一种钻探技术，它主要包含两种类型：一类是水力循环技术，另一类是空气循环技术，水力循环技术主要指的是工作人员采用普通泥浆，采用反循环钻探技术，将其作为一种双臂杠杆，将泥浆运输到目的地，再依靠其内壁装置，将地下岩心、样品运输到地面上的位置；空气反循环技术与水力反循环技术相类似，但是空气反循环技术主要是通过对空气进行改变来实现的，将空气当作介质，将空气不断压缩。水力反循环技术用量较小，同时效率较低；空气反循环钻探技术与水力反循环技术相比具有消耗较低的特点，同时工作效率较高。它所采用的一些岩石层碎屑能够帮助人员快速判断岩石层的特点和性质。在通常情况下，我们不能仅采用水力反循环技术或者空气反循环技术，而应把两种技术相结合采用，提高钻探效率。由于反循环钻探技术具有的特点，所以使用该技术时一般是用于水井的勘探和注浆施工等，对于这类特殊地形的固定等。②反循环钻探技术对提高钻探效果的作用。反循环钻探技术对于提高钻探效果具有明显的作用，因为该项技术特别适用于野外勘查工作中，采用该项技术能够使野外勘查技术得到较大的提高，在对地质类型中的软土地基进行分析时，可以节省一定时间，并且帮助施工单位减少工程成本，提高企业的经济效益。③反循环钻探技术存在的问题及解决措施。反循环钻探技术虽然具有较多优势，但同时也存在一定不足和问题，因为反循环钻探设备的运转速度较低，当进入黏土层时，存在一定困难。对于该项问题的解决是，钻头深入黏土层中，被泥土层包裹起来时，需要快速将钻头提起，并且快速转动钻头，用水冲洗，将钻头上的泥浆冲开。在深入钻头时，要保证钻头的压力较小，采用泥浆处理剂处理，避免泥浆又一次包裹钻头。

（3）绳索取心钻探技术及其对提高钻探效果的作用。①绳索取心钻探技术概述。绳索取心采用大直径的钻杆，在钻具里面套装一根取芯管，在钻进过程中，岩芯缓慢地装在取芯管内。当回次进尺终了，岩芯装满取芯管时，采用带绳索的打捞器，从钻杆中把取芯管提出，提取岩芯后，又从钻杆中把取芯管放到孔底，继续钻进。绳索取芯与普通钻进取芯相比，具有控制钻孔偏斜度、提高钻进效率、降低工程成本、提高岩芯采取率、减少孔内事故等优点；尤其在钻穿复杂地层方面，有着其它施工技术无可比拟的优点，因而被广泛应用，采用该项技术的特点是能够用于天然气勘测和冰层探测等。②绳索取芯钻探技术对提高钻探效果。采用绳索取芯钻探技术对于钻探效果的提升主要体现在几个方面：一是在钻探工作进行时，人员不用提钻，直接捞取岩心样品，可以提高钻探的效率，减少钻探的辅助时间。二是该项技术岩、矿心采取率高，该工艺钻进中外管单动，内管相对静止，钻进过程中不仅避免了冲洗液直接冲刷岩芯，同时还避免了机械力对岩芯的破坏作用。岩芯装在取芯管内不再磨损，并可随时用打捞器将取芯管提出孔外，岩芯采取率可以达到95%以上。传统的钻探工作（普钻）需要工作人员进行反复钻探，并且不断拆卸钻头，这是不利于钻头维护和保养的，并且还会对钻头产生损害。采用绳索取芯技术是对传统的钻探技术的革新，进行钻探时，大大降低钻头的损伤率，提升钻头的工作效率。③完善绳索取芯钻探技术。上文已对绳索取芯钻探技术的特点进行了说明，并且由于它的优势所在，该项技术在地质勘测行业中得到推广和应用。目前在世界范围内，绳索取芯技术是一项被世界工人的效率较高、钻探效果好的技术，虽然在我国，绳索取芯钻探技术的发展历史也较长，但是因为这样或那样的原因，技术还未得到完全推广，应用效果也不是很理想。笔者所在单位自2008年普及绳索钻探工艺，单位年产量超10万米，但据笔者了解，还有不少单位，特别是个体施工队仍未普及绳索工艺。产生这一因素的原因较多，比如钻杆质量不合格，设备质量不过关，又或者是人员的操作技术存在问题等。如果能在我国地质钻探中全面推广绳索取芯技术，那么将获得较大的经济效益。在此过程中，就需要解决钻杆的质量问题，解决该问题的技术主要包括两种：一种是提高钻杆材料的质量，另一种是提高钻头连接处的结构性能，如果绳索取芯钻探技术的性能与普通钻杆性能类似，那么该项技术就会得到相应推广。

（4）组合钻探技术的使用。顾名思义，组合钻探技术就是将以上所有技术，包括其他先进钻探技术，根据实际情况相结合起来使用，将其结合可以克服某一项技术的缺点，将其优势加以组合，互相促进其技术的发展。这样不仅可以扩大钻探技术的使用范围，提高钻头效率，还能缩短工期，节省一定人力，具有显著的钻探效果，拥有十分广阔的发展前景。