矿山地质工程钻探关键技术质量研究

根据矿山地质工程所在位置、设计与生产要求的不同，矿山企业选择的钻探技术也大不相同。通常情况下，采标和开拓工程实行“探采”相结合办法，钻探和采矿结合能够减少工作量，甚至可以达到不间断生产。中段开拓阶段，勘探技术水平或工作量准备不足、储量级别低，应该预先布置钻探工程，确定好中段位置后，进行下一步操作。在一定程度上，减少了工程成本，工程效益能够得到明显提升。生产勘探超前幅度，需要按照矿山地质条件、生产规模对超前幅度进行预估。所以，为了保证生产勘探阶段工作效率、安全，工程单位应尽量使用新钻探技术和新方法，以此保障钻探生产节奏和安全性。

1 矿山地质工程钻探技术及其发展困境

1.1 矿山地质钻探技术

矿山地质钻探技术是勘探技术中较为常见的应用技术，在矿山地质工程钻探施工中，可以利用点线面相结合的方法全面推进测区钻探，利用激光检验，荧光技术加以测定，以准确确定矿产资源位置。并且，为保障深层地质钻探安全性和准确定，在低频台电磁信号收集的基础上，保障数据准确性。矿山地质工程钻探作业，可依据作业需求选择技术，在矿区采集试验样品，如钙铁辉石磁铁矿、石榴石磁铁矿、围岩、块状磁铁矿等代表性比较强的矿石

。若在矿山钻探中，钻探深度较浅，且水位高的情况下，对钻探技术要求往往也不同。需要结合实际情况做好岩土的划分。

1.2 金属矿山地质工程钻探技术应用领域

地质钻探技术的应用范围越来越广，已由最初的地质矿产勘察，如金属矿、稀有金属、贵金属等资源的勘察，发展到对非金属矿、建筑用材料、化工原料等多方面。现阶段，我国矿山很多，在矿山资源勘测上，必须会应用到钻探技术。地勘单位进行地质勘探一般都会应用到钻探技术，以判定资源分布及资源量情况，这些勘测资料也可以用来当作矿产资源的评价和开发依据。

矿山地质工程勘探中的钻探技术，还被广泛应用在防治地质灾害、环境保护中。江河、山区地带会因极端天气等发生地面沉降、泥石流、海水入侵、地下水污染、坍塌等严重的危害，甚至有些地区会发生不同震级的地震，这些都会给社会经济与人们的生命财产安全带来严重影响。而在地质工程中应用钻探技术，可在一定程度上为采取地质灾害防治措施提供依据，并提出灾害防治方案，以避免产生严重的后果

。相对来说，矿山地质工程勘察过程中，应用钻探技术可为工程设计提供数据参数。

1.3 矿山钻探技术的发展困境

1.3.1 地理环境限制

矿山钻探往往缺少系统的规划和地貌地形特征总结。第一，地貌地形受损普遍较为严重，矿山钻探前应对受损地貌地形进行修补，以减少钻探难度，避免大量消耗物力、财力和人力。因地貌地形因素虽然间接影响了矿山钻探的技术水平，却影响着钻探技术的研究。矿山地质工程钻探技术鹗发展，仍然有必要继续强化技术科研力度，培养更多勘探人员。有时金属矿山地质工程勘探条件不充足，会以投入更多的资源的方式，以弥补矿山自然条件的缺陷

。此时，矿山钻探技术设备的投入，会延长矿山地质钻探时间和研究难度。

地下钻孔技术，是向地质体钻孔，破坏孔底岩层。针对不同的钻孔目的选择不同的钻孔方法和钻井装置，并由此产生了各种不同钻孔方式。在钻孔的过程中，以原始机械的方式完成岩层的破碎依然常用。按照不同的外部动力利用方法，可以把现钻井方式分成撞击式钻井、旋转式钻井、冲击回旋式钻井和震动式钻井，在个别的特定地层条件喷射式钻井也经常被使用。如果按照钻孔切割工具的不同又可以把钻孔方式分成钢粒钻孔、可旋位硬质合金钻孔和金刚石钻孔

。按照勘查的目的和用途不同，可分成水文地质钻探、固体矿藏勘查、建筑工程地质勘探、地热钻探、砂石床勘查、油田天然气勘查、超深孔勘查和地表取样钻探等。如按使用的冲洗水和循环方法，又可分成泥浆钻井、清水钻孔、空气钻探、正循环钻井和反循环钻井等。根据勘探范围的不同又可分成极地勘探、陆地钻井、海域勘探和月面勘探等。除此以外，尚有许多较先进的钻孔技术，如热力法、熔融法和物理化学方法等，但上述技术都由于生产成本高昂、技术难度较大而未能获得普遍应用。其中，热力法包含高频电钻、火花喷射钻、微波钻等，熔融法包括等离子钻、电热钻、激光钻头等，而物理化学方法使用的则是通过化学试剂把石头进行打碎

。

1.3 观察指标 以术后病理为准，计算超声评估和US-G FNAC的准确度、灵敏度、特异度、假阳性率和假阴性率。超声评估中，若结节具备以下恶性指标中3个及以上则为超声阳性：(1)微钙化；(2)低回声；(3)边缘不规则；(4)形态不规则；(5)纵横比大于1；(6)中央血管为主型或混合血管型；否则为阴性[4]。US-G FNAC诊断分为良性、恶性(确定具备恶性细胞学特征的病变)、可疑恶性(滤泡性病变或少数细胞具备恶性细胞学特征但尚未达到诊断标准)和涂片不满意4类，将良性和涂片不满意定义为阴性，恶性和可疑恶性定义为阳性[6]。

自动化、智能钻机等在欧美地区已经成熟应用。有些较新的钻头系统已经达到了全智能化，如适合于金刚石钻孔的高转速低扭力钻头，其普遍适合于在地表及巷道内工作，甚至有些钻头真正做到了机台单人使用

。

撞击回转式钻进，是指运用撞击和回转二种方式共同破坏岩层的钻井方式。在作业时，先由钻杆推动钻机低速度旋转，在轴流式钻机的高压力下，然后运用进入钻杆中的液态或气体所产生的撞击力，以撞击和回转二种方式共同破坏岩层，发挥撞击和回转切削两种功能来实现钻井，并共同采用岩芯。这种方式来源于十九世纪的欧美，一九五八年才被我国地质部所注意并进行了研制，20世纪70年间进展较快。而撞击回转式钻进的主要优势，在于它可以大幅度提高硬岩层速度和摇摆式进尺直径，减小了钻机的弯曲程度，从而明显地降低了施工成本

。撞击回转钻探一般使用这样的两种撞击装置进行，一是使用钻井过程中冲洗由水能量驱动的撞击装置来完成，称为水动撞击回转钻探；另一则使用压缩空气驱动的风动冲击装置完成，称为气动撞击回转钻探。

现行的水资源配置主要有三个环节：一是总量控制，二是水量分配，三是取水许可。从总量控制、水量分配到取水许可，是水资源从宏观到微观配置的过程。总量控制和水量分配是国家作为水资源所有权人，将其水资源宏观配置权在行政层级间逐级下放，形成从中央到地方、自上而下的行政主体间水资源配置权和管理权的逐级分解，这是水资源的宏观配置，配置主体和对象是上一级行政区域政府和下一级行政区域政府，不应当引入市场机制。取水许可环节是通过水行政主管部门审批取水许可，实现水资源所有权与使用权的分离，将水资源使用权落实到取用水户，是水资源的微观配置，可以引入市场机制。

2 地质钻探技术设备现状

矿山地质工程钻探技术圈定矿体，加强边界、端部各位置的控制，以及上延、下垂夹石、矿体，控制矿体断层、火成岩体、破碎带；修正矿体边界线，对比原地质勘探资料，进而得到矿体的形态、产状和空间符合设计情况。而钻孔技术设备是钻井施工中的重要部分，它随着钻井工艺技术和钻孔方式的进展而改变，而且它又影响到钻井技术的提高。地质钻探设备一般是指可以垂直投入到钻孔施工中的机械，一般分为动力机、钻头、泥浆泵等，而其中最为关键的组成部分，也就是核心组成部分为钻头。

2.1 全液压动力头岩芯钻机

全液压系统动力头岩芯钻机已经成为中国矿山地质钻井施工中的首选钻头型号，并且现已形成了完整的生产规模，它主要具备了以下结构特征：全液压控制系统的动力头型旋转结构、长行程的给进控制系统、全液压绞盘式上升控制系统，具有机械性智能化水平程度高、配套仪器完善以及在钻井中可作最大范围倾角等优点。

2.2 新型中深孔钻机

新型中深孔钻头多为多功能钻头。由于综合钻井技术的进步，包括金刚石岩芯钻机、气流反循环连续取样钻机、气流潜行锤取样钻探等新钻井工艺技术的广泛运用，综合钻井的多功能钻头技术成为技术研发热点。

2.3 自动化、智能化钻机

1.3.2 资金浪费

2.4 立轴型岩芯钻头

目前，国内外地质钻探设备的主力型号仍是立轴型岩芯钻头，同时，全液压双动力头岩芯钻头也处于迅速地成长中。在针对较深矿井区域的钻井施工，国产坑道钻机得以普遍应用，主要是水源钻头、物探钻头以及进口钻机等。

3 矿山地质工程钻探关键技术

本研究只调查了江苏省南京市1所三级甲等专科医院精神科护士职业倦怠情况，研究结果可能存在一定偏倚；在变量选择上未探讨人口学因素，如年龄、职称、学历等变量对职业倦怠的影响，结论可能存在一定局限性。在后续研究中，需扩大样本量，考虑人口学变量因素，使结果更具说服力。

图3为控制电路的原理图，主要器件包括功分器、衰减器和移相器。首先利用一分四威尔金森功分器将发射信号平均分为四路，其中一路信号与50 Ω匹配负载相连，其余三路再一次等分成四路，最终实现对十二路阵元的馈电。图4为十二单元馈电电路的实物。每个平面单极子天线单元用50 Ω同轴电缆馈电，每根同轴电缆连接到四路威尔金森功率分配器的输出端。此外，在射频电路设计过程中采用自举电路降低电路中的电流，保证电路的电压稳定。通过调整射频电路板上的滑动变阻器，调节衰减器和移相器的控制电压，使四边形天线阵得到最佳的幅值和相位。

冲击型钻进法是始创于我国的一门古代的钻井方式，目前在国内外均普遍应用。其钻进机理主要在于，通过与钢丝绳长度相同或钻杆相连用一字形或十字形钻孔，通过上下运动撞击岩层，同时捞出岩屑和岩粉，从而形成钻孔。影响撞击钻孔的速度主要是由撞击频率、冲击功、撞击方式和能量传递三要数。撞击频段对钻进速率的深远影响按照撞击的频段差异，可以将其分成4种：低频、中频、高频和超高频段。冲击频率和钻孔效果关系是成正比的，但当撞击频次超过了某一定值后，这种比值关系就不再出现，反之就有所减少了

。这主要是因为在单位时间内的重复次数增多，孔内的石屑就来不及清除，对沉积于钻孔部位起一种缓冲的效果。再者，由于撞击频率太大，必然撞击的持续时间过短，从而造成了撞击功对岩体的利用持续时间不够长，破碎岩不够充分而达到较不成高效率的大体积破碎。冲击功大小对钻孔速率产生了最直观的影响。科学研究证实：当钻孔直径固定时，不同的冲击功能破坏的单位体积岩石所需要的冲击功能也是不同的，并且数值差别较大，这也表明了冲击功能在冲击式钻孔中的重要地位。冲击形式和传递方式对钻进效率的影响按振动来源不同，可分成机械式、气（液）流动式和电磁式等三种形式。这里着重说明了机械式冲击钻，而机械式又叫做机械惯性式。这种依靠凸轮机的转动形成冲击力的机械冲击方法的最大优点就是机械构造简便、加工方便、振动力大，但同时其机械构造特性又影响着在水平孔钻入中的使用

。

3.1 冲击式钻探技术

1)通过试验得到用JDT-654型拖拉机背负毒饵喷撒机10.66km/h的速度作业时，各个拉杆垂直力和水平力的集中范围和峰值数据。

3.2 冲击回转式钻探技术

矿山地质工程钻探技术的要求较高，且作业周期较长，需要大量设备、技术、人力等方面的支持，对资金需求量较大。矿山地质钻探中，地勘单位应合理使用资金，但是很多情况下未能合理考虑经济因素，资金分配不合理，造成资金浪费，集中表现在：一方面，钻探投入并未做好精确预算和合理分配使用。钻探各环节和技术设备配合使用效率不高，导致资金流量大。若资金浪费严重，则可能导致后期钻探进程因资金不充足而受到影响

。另一方面，不充实资金管控。而地质工程钻探使用资金量较大，工作人员工作不细致或资金流向把控不严，导致不必要的情况也花费了大量资金，甚至对资金使用情况抱着一种无所谓态度。

液力冲击回转钻井系统则是泥浆泵将冲洗水投入撞击装置，驱动水动锤并产生动能对岩芯管和钻机磨损处实施撞击，同时钻杆上也有钻机以提升扭矩旋转的能力同时对钻机磨损施压。而这种钻井方式又常和绳索取芯钻具相结合，被称之为绳索取芯式液力冲击回转钻井。液动冲击器也是冲击回转钻井中的重要部分。液力冲击回转钻井既适合于地质岩心钻井、工程地质钻井等，也同时适合于反循环钻井和深孔钻井中。

3.3 振动式钻探技术

振动式钻过程，是用振动器带动钻杆与碎石工具，形成的周期性震动力。它除了使用土壤地表混凝土振动器和钻具对岩层周围形成的静载以外，还是利用钻具向上震动所引起的高频冲击震动而形成的动载，从而对岩层周围或土壤形成了震动。在高频率的震动下，岩石周围或土壤的高度降低，岩石周围和土壤就在钻具和振动仪表墙体自重与震动力矩的共同作用下，使钻头钻进岩石土层，从而完成了钻孔的过程。

总体上看，2018上半年产蛋鸡存栏同比降幅较大。由于今年产蛋鸡存栏与需求比较匹配，因此预计2018年蛋鸡产业全年盈利29元/只。预计2019年受环保的高压的影响，该扩栏的不扩，该上鸡的不上，该育雏的不育，不该淘汰的会加速淘汰。因此，2019年上半年行情没有问题，下半年应表现平稳，全年盈利已成定局。

另外，喷射式钻孔技术则是指使用钻孔冲洗水通过流入钻孔磨损喷嘴，而产生的高压高能射流充分地冲洗洞底的岩屑，使切屑物免于反复削切，从而与机械作用力共同破坏洞底岩层，达到提升机械速度目的的一类钻探技术

。

3.4 回转式钻探技术

回转型钻孔是当前用的一种最常用的钻孔方式，这也是用钻具的旋转运动破坏岩石而成孔的另一种钻孔方式。钻头包括大、小壶锥钻头，正向、反循环法旋盘式钻头，液压系统动力头式钻机，潜孔振动回转式钻头等。相对单纯地旋转钻头有简易的钻孔设备，先进结构的回转式钻头除具有钻孔设备以外还具备循环洗井设备。回转钻头中的，另一个旋盘式水井钻机的钻具也含有钻杆和钻头。回转速率则视钻头类型而异，如石油钻头在通常状况下最大为160r/min，而金刚石钻机最大可达二千四百r/min。目前常见的钻杆的最大名义口径有60、73、89和一百一十四mm等四种，将钻头类型分为全面钻进用钻头和环状钻进用钻头二大类。大、小锅锥均使用其锅内锥形钻具翻转切开地层，二者均可由人员或动力驱使。在翻转过程中切削下来的土屑或石屑先下降到锅内，然后再上升到地面并倒出。它构造简便工效低廉，可以适用于一般的土质及软质岩石地层要求。正、反循环法的水泥洗井旋盘式钻机主要由塔吊、卷扬机、转盘、钻具、泥浆泵、水龙头和发电机等设备构成。作业时，推动机提供的力矩利用传动设备驱使转盘，由主动钻杆引导钻机的转动以击碎岩石。浆液经过泥浆泵道流入，钻杆和孔室间的环形区域具有润滑钻杆和冷却钻孔磨损的功能

。

4 结语

综上所述，我国社会经济快速发展，以及城市化进程的加快，对各种能源的需求量越来越大。钻探工作中，钻孔技术面临诸多挑战。对此，为了推进我国矿山地质钻探的有序健康发展，促进矿山开采的安全稳定，应该清楚地认识到矿山地质工程钻探技术的重要性，加强钻探技术研究，提升技术水平并根据不同的地质工程选择合适的钻探技术。并且在钻探过程中，钻探工程能帮助地勘单位获得更多岩土信息、地层岩性信息，如矿样资料、土样资料、岩心资料、力学资料等，为矿山地质工程钻探提供有价值的参考数据。这也是为保障我国矿山开采工作、地勘工作的可持续健康发展作出积极的贡献。

[1] 郭风文.矿山地质工程钻探关键技术质量研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(22)：170-171.

[2] 吕杰.矿山水文地质工程钻探关键技术研究[J].科技与创新,2021(17)：117-118.

[3] 杨芳.海域地质岩心钻探关键技术分析与应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,47(07)：23-29.

[4] 任少鹏.矿山水文地质工程钻探关键技术研究[J].世界有色金属,2020(06)：153-154.

[5] 王勇军,代娜,郑宇轩.干热岩钻探关键技术探索[J].山东国土资源,2019,35(02)：64-68.

[6] 何玉云,王发民,曹学斌.宁夏宁东地区砂岩型铀矿岩芯钻探关键技术研究[J].西部探矿工程,2019,31(01)：59-60+64.

[7] 陈师逊，海上地质钻探关键技术研究与应用.山东省，山东省第三地质矿产勘查院，2018-10-09.

[8] 本刊讯.深部钻探关键技术获安徽省科技一等奖[J].地质装备,2016,17(03)：9.

[9] 丁加宏,周永,钱植芳,石友齐.海上工程钻探的几个关键技术[J].西部探矿工程,2016,28(01)：12-14.

[10] 胡祥.水井钻探及成井工艺中几个关键技术问题的探讨[D].清华大学,2015.

[11] 姚彤宝.天然气水合物钻探的关键技术[J].地质装备,2010,11(05)：30-33.

[12] 卢春华,蒋国盛,鄢泰宁.新型节水钻探关键技术及其应用[J].煤田地质与勘探,2009,37(06)：74-77.