李爱雄
云南地矿矿山工程有限公司机械化分公司
摘要：21世纪是以信息技术为主导的世纪，随着地表及浅层矿产资源的枯竭，深部找矿成为一个新的钻探领域，对钻探技术提出了新的要求，在钻探技术研发中遇到了一系列的问题和挑战。在本文中，笔者对深部找矿组合钻探技术的现状进行了分析，并分析了其中存在的问题，需要不断改进与完善当前的深部找矿组合钻探技术，以适应新形势下深部找矿钻探的需要。
关键词：深部找矿；组合钻探技术；问题
我国新型工业化进程不断加快，能源资源的消耗量大幅增加，对地下矿产资源的需求量也较大，能源资源供应紧张成为制约我国经济社会可持续发展的瓶颈之一。由于对地表与浅层矿产资源的过度开发，地表与浅层矿产资源已经开采殆尽，进而转入深部找矿开采阶段[1]。为了更好适应深部找矿钻探的需要，我们提出了深部找矿组合钻探技术。在本文中，笔者结合自身工作经验，对深部找矿组合钻探技术进行了分析。
一、当前找矿钻探中存在的主要问题
我国矿产资源找矿钻探取得了一定的成绩，但是随着地表与浅层矿产资源的枯竭，开采深层矿产资源成为未来的主要方向。但是目前我国的钻探技术和设备还不适应深部找矿钻探的需要，存在的问题主要表现在以下几个方面：
（一）钻探设备单一，且性能不优越
截止到目前为止，在矿产资源找矿钻探中，使用的多数还是20世纪70年代生产研制的立轴式钻机，虽然目前一些生产厂家已经能够生产3000m型钻机，但是与70年代研发的立轴式钻机相比，仅仅在钻进深度上有了提高，而在启动平稳性、加接慢杆等方面，仍没有技术突破，无法适应深部钻探的需要。这一问题可归结为钻探设备单一的问题，由于技术上没有突破，目前设备单一，且性能不优越，无法适应深部找矿钻探的需要。
其中，立轴式钻机的缺点表现在钻进效率低、工艺普适性差、不易实现斜孔钻进及取芯效率与质量受地层影响较大。
而国内全液压动力头式坑道钻机的类型主要包括ZSM、ZY系列钻机，MYB和KY系列钻机，由于这些钻机的能力大都在500m以下，所以无法适应深部钻探的要求。
（二）钻探工具材料性质的问题
在当前的找矿钻探中，ML钻杆虽然适用于100m钻孔的钻探，但是由于钻探工具性能材料不佳，在钻探更深的钻孔时，无法保证钻探工具的性能，面临着极大的考验。钻探工具材料的性质问题，是面临的一个突出问题。
（三）反循环连续取芯钻探技术应用问题
反循环连续取芯钻探技术是指以压缩空气为循环介质，利用双臂钻杆冲击回旋连续岩屑和全面碎石，进而完成地质取样或取芯；与此同时，岩屑可被高速气流连续、通过双臂钻杆中心带至地表，并按顺序收集作为地质化验样品。深部钻探找矿实践证明，利用反循环连续取芯钻探技术可确定矿体埋藏深度、品位、厚度等基本参数，与传统的取柱岩岩心技术相比其钻探速度高出5~10倍，使钻探找矿成本大幅降低[2]。自20世纪80年代开始，中国便开始研究和推广反循环连续取芯钻探技术，可由于地质上大都是岩屑代替传统柱状岩心，且需配合使用双臂钻杆，导致该技术的应用受到较大的限制。中国短时间内无法实现技术的大规模应用。
（四）冲洗液性能无法满足钻探技术要求
深部找矿钻探技术对冲洗液性能的要求是，具有良好的流变性、润滑性、护臂性与对钻头的冷却性。但是我国当前所使用的冲洗液性能无法满足深部找矿钻探的技术要求。
另外，钻探方法单一也是一个问题，比如空气钻进、液动锤钻进和泡沫钻进绳索取芯钻探等虽然应用良好，但是均为单一的钻进方法，缺少联合钻探方法，而且应用范围较窄，未能大规模推广。
二、深部找矿钻探组合技术方法
在本文中，笔者主要介绍的是液动锤钻探与WL钻探方法相结合的WL液动锤钻探方法一般的WL钻探方法在遇到破碎底层时，常常因为岩心堵塞而被迫中止钻进，无法进行有效的钻探；同时，在遇到坚硬地层时，钻探钻头的性能也会大幅下降，甚至可能出现钻进数米便需要更换钻头的现象[3]。这无疑会影响找矿钻探的效率，钻探的效益较低。这些情况的存在，均对ML钻探方法的效率造成较大的影响，无法满足深部找矿钻进的技术要求。而联合了常规WL钻探技术与液动锤钻探方法的WL液动锤钻探方法，便顺利解决了这一系列的问题。
通过表1可知，与常规WL钻探方法相比，WL液动锤钻探方法具有一定的优越性，在回次进尺、提钻时间、机械钻速等方面，均优于常规WL钻探方法。而WL液动锤钻探方法之所以具有一定的优越性，主要是因为该方法使得岩心与岩心管之间，保持相对活动的状态，所以在较大程度上降低了岩心堵塞情况的发生率。通过提高回次进尺长度来减少提下钻次数、缩短辅助时间。
另外，WL液动锤钻探技术，由于液动锤具备冲击碎石的功能，所以也大幅减少了钻头磨损，提升了钻头的使用年限，减少了提钻间隔与辅助时间。该钻探方法的冲击回转碎岩效率相对较高，大幅提升了机械钻速。
由图1可知，与常规WL钻进方法相比，WL液动锤钻进在深度一定的条件下，钻进总时间大幅下降，且深度越深，则钻进总时间缩短就越明显。比如钻进为200m深度时，常规WL钻进总时间为3286h，而WL液动锤钻进仅需2354h，总时间缩短了28.4%。
综合以上分析可知，将液动锤钻探方法与常规WL钻探方法结合起来，可提高钻进效率，节约了钻进成本，提高了钻进的经济效益。但是需要注意的是，在使用联合钻进方法时，应严格控制冲洗液的性能及冲洗液的固相含量，因为含量较大，会加快液动锤的磨损，对钻进效率产生较大影响。只有在尽可能使用低固相或无固相冲洗液时，才能最大程度上发挥WL液动锤的优越性。
结语
深部找矿为未来矿产开发的趋势，目前单一的找矿方法无法适应深部找矿钻进的需要，需要积极寻求新的技术方法，根据找矿的实际，本研究提出了钻探组合技术方案，且实践证明，与单一钻进方法相比，组合技术具有很大的优越性。在未来深部找矿钻探中，钻探组合技术的应用空间较大，所以应加大这方面的研究。
参考文献：
[1]郭伟.深部找矿组合钻探技术的应用[J].地球，2014，10：201-202.
[2]吴畏，王文.深部找矿组合钻探技术研究[J].地球，2015，24：142-143.
[3]李冬，张寿庭，宋要武等.深部找矿技术方法组合研究——以东秦岭栾川矿集区为例[J].中国矿业技术.2009，13：535-536.
论文作者:李爱雄
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期
论文发表时间:2015/9/23
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