有色金属地质矿产勘查和深部地质钻探找矿技术研究

2024-01-11王磊

有色金属设计 2023年4期

王磊

(贵州省地矿局区域地质调查研究院，贵州毕节 551700)

0 引言

随着现代化进程的的发展，人们越发重视深部地质矿产资源的开采与挖掘。作为地质勘察中的一环，通过深部地质资源的勘查来了解地质构造、地貌特征、矿产资源的组成，在此基础上充分利用深部有色金属矿产资源。在实际运用中深部矿产资源的埋深比较大，找矿难度也比一般的矿产资源更复杂。在进行深部地质资源的勘查过程中需要结合先进的技术，确保勘查效果的精准可靠，这对新时期的找矿研究有重要的意义。

1 深部地质钻探发展现状

目前浅层资源的开采已经枯竭，资源开采朝着深部发展，可开采的大部分有色金属矿产资源都存储在深层地质中，要根据实际情况来采用相应的地质钻探技术。目前我国资源勘探仅仅达到三分之一，勘探作业潜力巨大。当前的地质勘探深度为300～500 m，但是有的国家在技术力量和经验支持下深度可以达到800 m，在已有的探勘经验中，人们发现大部分稀有金属和贵金属分布在几公里的深处，必须要辅助先进的设备来获得金属的位置。在找矿中，岩心钻探是展开地质勘探的重要部分，在进行作业的时候技术人员综合运用地球理论以及地球化学技术，从而确定探勘结果，明确矿藏的埋深，对矿藏品味进行计算分析后得到矿藏储量。目前关于深层地质钻探工作中出现问题的现象比较常见，比如地质勘察技术设备不能支持现代深部开采、投入资金少、设备机械化程度低等。由于部分钻井公司的组织体系不够健全和缺乏专业人才的支持，进一步增加钻井工作的难度。

传统矿产勘查技术和找矿技术被现代矿产领域广泛运用，但是由于存在问题，无法满足新时期的发展需求。为了维持社会发展平衡，提高我国地质勘察和找矿技术发展，设计出更灵活的找矿方式，人们展开了探究。目前分为2种：①以实测为主的数据信息，要进行科学推算、预测来确定矿芯位置，结合周围环境展开，最终判断矿产，这一方式勘查速度比较，并存在误差，加上勘查结构单一，是关联性的勘查定位；②结合设备科学辅助定位的方式，这种方式的最大优势在于速度快，最终结果出现之后的误差很小。如果地质环境复杂，则精度也会减少，这是该方式存在的弊端。主要原因是部分勘查定位环境复杂，很容易影响到设备性能进而影响到最终的勘察结果。因此需要结合目前先进的技术与设备，创建更灵活的勘查方式完善找矿技术，推动我国的有色金属矿产勘查工作走向新的发展方向[1]。

2 找矿难点

2.1 缺乏对矿床预测判断

在找矿过程中，由于缺乏对矿床预测，影响最终的找矿结果。部分人员按照已有经验展开找矿作业，这种模式依赖成熟的地质信息。但是深部找矿的复杂性在于人们不能了解深部地质的具体情况，最缺乏的是地质信息的了解，现代勘查技术不能准确构造三维图纸，也不能模拟地质更替情况，但是这些信息是深部找矿的关键信息。目前的深部有色金属矿产勘查与找矿均采用了深部钻探的方式，虽然可以提供关键信息，但是成本较高，预测能力有限，所以限制了该技术的发展。

2.2 学术理论及探测技术存在局限

虽然找矿领域不断发展，产生了十分成熟的模式，甚至衍生出很多的矿床学以及找矿理论，但在具体运用中，由于有色金属矿产区域不同，所以不同地区以及不同类型的有色金属矿产勘查都有局限。尽管找矿理论和预测方式在现代化发展中取得了理想的进展，但考虑到矿产种类的复杂性，在找矿中仍旧需要深入了解，才可以更好地进行勘查、找矿。实现这一目标，需要深部刻画地质三维，掌握矿地地质情况，了解结构面和空间区别。现阶段理论以及探测技术的局限性让深部找矿地质面临诸多限制。

2.3 找矿限制因素较多

在深度找矿的过程中还受矿山的人文因素和环境因素的影响，传统的有色金属矿产作业需要高压电、运输轨道、电缆等，这些都会影响到深部找矿的探测质量，继而影响到具体作业，对物探产生干扰。传统作业中产生的尾矿与污水也会影响到找矿作业的进度。传统的矿产开采很容易对生态环境造成破坏，所以人们对矿产资源的开产持反对态度，这也影响到找矿工作的有序展开。

3 深部找矿的钻探技术

3.1 钻探施工钻机

目前钻机设备仍旧是立轴式钻机，如XY系列的钻机。这种设备使用时存在的缺陷是工艺普适性不高、取芯效率受到地质影响、钻进效率不高、斜孔钻进十分困难[2]。坑道钻机的代表性产品为市场上常见的MK系统、ZSM与ZY系列、MYB、KY系列，这些钻机的能力均在500 m以内。见表1。

表1 钻机设备Tab.1 Drilling Rig Equipment

3.2 金刚石绳索取心

该技术是全球使用最广泛的技术，综合地质效果良好，在20世纪70年代，该技术在国内广泛推广，但是在使用的深度与广度上，和国外国家相比仍旧存在差距。国内的生产作业上，利用绳索取芯钻探技术完成的工作量不能满足找矿需求。设备上，存在材质不好与加工精度差等限制，导致材料的使用很容易出现问题，使用的时候容易折断、脱扣，不能满足1 000 m以上的深度钻孔需要。目前解决的方案是通过绳索取心钻具内管的普通钻杆进行作业能够保证找矿工作的顺利展开，同时也就可以增大钻孔的工作量，在市场上常见的设备有φ89 mm钻杆+φ75 mm型绳索取心钻具+φ94 mm钻头。金刚石钻头制作水平在新时期不断创新，后期针对金刚石超硬复合材料方面进行大规模的研究，生产铸造出聚晶、复合片产品，虽然质量不能与国际水平媲美，但是也代表我国在金刚石材料的生产制作方面取得进展。

3.3 反循环连续取样钻探

这一项技术使用压缩空气作为循环介质，用双壁钻杆以冲击回转全面碎岩和连续岩屑来进行作业，获取目标样品。在实际操作当中，岩屑被高速的气流疏通之后连续经过双壁钻杆的中心，将其携带到地面上，只需要收集现场的材料进行检验即可。根据目前的施工作业来看，人们意识到这一技术十分优秀，可完全确定矿体的埋深、矿体厚度、矿品等物化参数，而且钻探速度比传统的取柱状岩心施工速度更高，施工成本很低。这一技术在国内推广受到阻碍的主要原因是要使用特殊的双壁钻杆。目前针对这一方面的技术不断创新，国际地质钻探承包商以及矿业投资者提出关于这一方面的概念，且在国内不断推广，取得了较好的成效，大幅度提高了钻井效率的同时，也降低了整体成本[3]。

3.4 液动冲击回转技术

该技术也是发展比较快的技术，经过多年的研究以及技术上的改进，将这一技术使用在不同系列的改进，我国使用YZX127型液动潜孔锤实现大陆科钻一井的探勘。但是普通的钻探生产条件下，如果地质中泥浆固相含量很高，导致液动潜孔锤内零部件频繁卡死，导致工作效率低下。推广运用的过程中该技术被熟知，但是现实生活中的使用比较少。

3.5 空气泡沫钻探

该技术是地质学员与科研所联合制作完成，经过不同环境条件以及机具实验研究，总结出来的相对成熟的泡沫工艺。在研制出来的后期，由于地质钻探工作量锐减，该技术在初期投入、能耗方面都比较高，所以技术推广一度陷入落后状态。

3.6 定向技术

这一技术强调按照既定钻孔方向来前进，实现钻孔作业，目前该技术使用在卤矿、芒硝矿等的开采中，这一类物质主要是水溶性矿产。在实际运用中，该技术运用在土耳其Beypazari天然碱矿工程实现高精度的找矿作业，具体的控制精度达到0.5 m。即便是普通钻孔作业难以达到的部分，尤其是复杂的坑道内、斜矿地质当中，定向技术都可以实现钻孔作业，工程上显著减少钻探工作量。但是该技术的使用也存在缺陷，不能连续取心。岩心定向技术是通过对孔底的岩心进行定向标记，操作设备只获取这一标记区域的物质即可，之后进行复位测算和计算即可得到地层的产物，效率高精准度高，因此被广泛使用。该技术在石油开采中广泛使用，但是地质岩心的直径比较小，市场上对这一技术的研究也很少，缺乏足够的关注。

4 新时期深部勘察找矿技术发展创新途径

4.1 发展先进的找矿钻探设备

应加快钻机的国产化速度，推进立轴式钻机的改进与使用。各个地质勘探部门在新时期的发展越来越先进，所以施工中对地表深孔钻探设备的性能需求、坑道设备施工作业需求不断提高，但是国内受到多种因素的影响，设备发展处于起步阶段，关键设备以及专业配置部件仍旧需要进口。因此新时期需要高度重视设备的创新和革新，加快全液压动力式岩心钻机设备的改进与创新新，重视立轴式设备的改进。该设备的改进，应该在CD系列钻机的基础上加以改进，让钻机设备有更高的普适性[4]。国外新进的设备有俄罗斯的CKБ系列、加拿大的BBS系列以及日本NLC公司的NL-55。

深部地质的勘探和开采需要钻探设备的支持，所以新时期加快坑道钻探设备的能力研究也是未来发展的趋势。在矿山接替资源的勘探的时候需要充分结合地质具体情况，而在部分成矿模式中地层开采可以充分适应钻探设备来揭露地层，减少成本的消耗。坑道钻探设备的创新与发展，所以尽量提升生产设备能力、性能，努力发展达到300～1 000 m范围内的产品体系，实现深部找矿在产品发展上的要求。另外要在发展中加快对先进钻探设备的推广，主要目的是提高生产和实现产业化，降低市场销售价格。国内市场上全液压动力式钻机研发已经取得了理想的成绩，早在2006年就研制出了YDX-3型全液压动力头式岩心钻机，钻具的深度达到1 000 m，所以受到了广泛关注[5]。随后这一类机械不断创新，推动了产业化进程。

4.2 促进钻探器具以及工艺方面的创新

结合当前发展来看，加强信息的收集，积极展开行业之间的信息交流，与科研院所等合作，促进设备的创新。在以往的发展中情报部门提供关于钻井技术的相关信息，为国内科技立项、研发和创新奠定基础。在20世纪我国地质钻探工作不断发展，先进的钻探技术已经得到成熟的使用，在现代化发展中现代科技与设备之间的联系加深，各种信息技术高速发展，在现实发展中如果我们闭门造车，不仅无法保证研究成果，极有可能重复研究，造成资源的浪费。另外，加快对新型基础钻具的研制以及新的技术工艺的完善，加强对岩心钻探器具以及工艺设备的系统性研究，提高工艺方法的普适性，利用现代的先进集成技术整合出新、创新，打造新的器具设备。如目前研制的螺杆马达+液动锤+绳索取心设备就取得了理想的运用效果，达到国际水平。在深部地质钻探作业中，要建立起先进的钻探设备、工艺方法推广机制，使用先进的工艺方法展开找矿作业，并且借鉴国外的先进理论，供相关机构加以研究，加快钻探技术的消化、吸收与使用。