有色金屬地質礦產勘查和深部地質鉆探找礦技術研究

王 磊

(貴州省地礦局區域地質調查研究院，貴州 畢節 551700)

0 引 言

隨著現代化進程的的發展，人們越發重視深部地質礦產資源的開采與挖掘。作為地質勘察中的一環，通過深部地質資源的勘查來了解地質構造、地貌特征、礦產資源的組成，在此基礎上充分利用深部有色金屬礦產資源。在實際運用中深部礦產資源的埋深比較大，找礦難度也比一般的礦產資源更復雜。在進行深部地質資源的勘查過程中需要結合先進的技術，確?？辈樾Ч木珳士煽?，這對新時期的找礦研究有重要的意義。

1 深部地質鉆探發展現狀

目前淺層資源的開采已經枯竭，資源開采朝著深部發展，可開采的大部分有色金屬礦產資源都存儲在深層地質中，要根據實際情況來采用相應的地質鉆探技術。目前我國資源勘探僅僅達到三分之一，勘探作業潛力巨大。當前的地質勘探深度為300～500 m，但是有的國家在技術力量和經驗支持下深度可以達到800 m，在已有的探勘經驗中，人們發現大部分稀有金屬和貴金屬分布在幾公里的深處，必須要輔助先進的設備來獲得金屬的位置。在找礦中，巖心鉆探是展開地質勘探的重要部分，在進行作業的時候技術人員綜合運用地球理論以及地球化學技術，從而確定探勘結果，明確礦藏的埋深，對礦藏品味進行計算分析后得到礦藏儲量。目前關于深層地質鉆探工作中出現問題的現象比較常見，比如地質勘察技術設備不能支持現代深部開采、投入資金少、設備機械化程度低等。由于部分鉆井公司的組織體系不夠健全和缺乏專業人才的支持，進一步增加鉆井工作的難度。

傳統礦產勘查技術和找礦技術被現代礦產領域廣泛運用，但是由于存在問題，無法滿足新時期的發展需求。為了維持社會發展平衡，提高我國地質勘察和找礦技術發展，設計出更靈活的找礦方式，人們展開了探究。目前分為2種：①以實測為主的數據信息，要進行科學推算、預測來確定礦芯位置，結合周圍環境展開，最終判斷礦產，這一方式勘查速度比較，并存在誤差，加上勘查結構單一，是關聯性的勘查定位；②結合設備科學輔助定位的方式，這種方式的最大優勢在于速度快，最終結果出現之后的誤差很小。如果地質環境復雜，則精度也會減少，這是該方式存在的弊端。主要原因是部分勘查定位環境復雜，很容易影響到設備性能進而影響到最終的勘察結果。因此需要結合目前先進的技術與設備，創建更靈活的勘查方式完善找礦技術，推動我國的有色金屬礦產勘查工作走向新的發展方向[1]。

2 找礦難點

2.1 缺乏對礦床預測判斷

在找礦過程中，由于缺乏對礦床預測，影響最終的找礦結果。部分人員按照已有經驗展開找礦作業，這種模式依賴成熟的地質信息。但是深部找礦的復雜性在于人們不能了解深部地質的具體情況，最缺乏的是地質信息的了解，現代勘查技術不能準確構造三維圖紙，也不能模擬地質更替情況，但是這些信息是深部找礦的關鍵信息。目前的深部有色金屬礦產勘查與找礦均采用了深部鉆探的方式，雖然可以提供關鍵信息，但是成本較高，預測能力有限，所以限制了該技術的發展。

2.2 學術理論及探測技術存在局限

雖然找礦領域不斷發展，產生了十分成熟的模式，甚至衍生出很多的礦床學以及找礦理論，但在具體運用中，由于有色金屬礦產區域不同，所以不同地區以及不同類型的有色金屬礦產勘查都有局限。盡管找礦理論和預測方式在現代化發展中取得了理想的進展，但考慮到礦產種類的復雜性，在找礦中仍舊需要深入了解，才可以更好地進行勘查、找礦。實現這一目標，需要深部刻畫地質三維，掌握礦地地質情況，了解結構面和空間區別?，F階段理論以及探測技術的局限性讓深部找礦地質面臨諸多限制。

2.3 找礦限制因素較多

在深度找礦的過程中還受礦山的人文因素和環境因素的影響，傳統的有色金屬礦產作業需要高壓電、運輸軌道、電纜等，這些都會影響到深部找礦的探測質量，繼而影響到具體作業，對物探產生干擾。傳統作業中產生的尾礦與污水也會影響到找礦作業的進度。傳統的礦產開采很容易對生態環境造成破壞，所以人們對礦產資源的開產持反對態度，這也影響到找礦工作的有序展開。

3 深部找礦的鉆探技術

3.1 鉆探施工鉆機

目前鉆機設備仍舊是立軸式鉆機，如XY系列的鉆機。這種設備使用時存在的缺陷是工藝普適性不高、取芯效率受到地質影響、鉆進效率不高、斜孔鉆進十分困難[2]?？拥楞@機的代表性產品為市場上常見的MK系統、ZSM與ZY系列、MYB、KY系列，這些鉆機的能力均在500 m以內。見表1。

表1 鉆機設備Tab.1 Drilling Rig Equipment

3.2 金剛石繩索取心

該技術是全球使用最廣泛的技術，綜合地質效果良好，在20世紀70年代，該技術在國內廣泛推廣，但是在使用的深度與廣度上，和國外國家相比仍舊存在差距。國內的生產作業上，利用繩索取芯鉆探技術完成的工作量不能滿足找礦需求。設備上，存在材質不好與加工精度差等限制，導致材料的使用很容易出現問題，使用的時候容易折斷、脫扣，不能滿足1 000 m以上的深度鉆孔需要。目前解決的方案是通過繩索取心鉆具內管的普通鉆桿進行作業能夠保證找礦工作的順利展開，同時也就可以增大鉆孔的工作量，在市場上常見的設備有φ89 mm鉆桿+φ75 mm型繩索取心鉆具+φ94 mm鉆頭。金剛石鉆頭制作水平在新時期不斷創新，后期針對金剛石超硬復合材料方面進行大規模的研究，生產鑄造出聚晶、復合片產品，雖然質量不能與國際水平媲美，但是也代表我國在金剛石材料的生產制作方面取得進展。

3.3 反循環連續取樣鉆探

這一項技術使用壓縮空氣作為循環介質，用雙壁鉆桿以沖擊回轉全面碎巖和連續巖屑來進行作業，獲取目標樣品。在實際操作當中，巖屑被高速的氣流疏通之后連續經過雙壁鉆桿的中心，將其攜帶到地面上，只需要收集現場的材料進行檢驗即可。根據目前的施工作業來看，人們意識到這一技術十分優秀，可完全確定礦體的埋深、礦體厚度、礦品等物化參數，而且鉆探速度比傳統的取柱狀巖心施工速度更高，施工成本很低。這一技術在國內推廣受到阻礙的主要原因是要使用特殊的雙壁鉆桿。目前針對這一方面的技術不斷創新，國際地質鉆探承包商以及礦業投資者提出關于這一方面的概念，且在國內不斷推廣，取得了較好的成效，大幅度提高了鉆井效率的同時，也降低了整體成本[3]。

3.4 液動沖擊回轉技術

該技術也是發展比較快的技術，經過多年的研究以及技術上的改進，將這一技術使用在不同系列的改進，我國使用YZX127型液動潛孔錘實現大陸科鉆一井的探勘。但是普通的鉆探生產條件下，如果地質中泥漿固相含量很高，導致液動潛孔錘內零部件頻繁卡死，導致工作效率低下。推廣運用的過程中該技術被熟知，但是現實生活中的使用比較少。

3.5 空氣泡沫鉆探

該技術是地質學員與科研所聯合制作完成，經過不同環境條件以及機具實驗研究，總結出來的相對成熟的泡沫工藝。在研制出來的后期，由于地質鉆探工作量銳減，該技術在初期投入、能耗方面都比較高，所以技術推廣一度陷入落后狀態。

3.6 定向技術

這一技術強調按照既定鉆孔方向來前進，實現鉆孔作業，目前該技術使用在鹵礦、芒硝礦等的開采中，這一類物質主要是水溶性礦產。在實際運用中，該技術運用在土耳其Beypazari天然堿礦工程實現高精度的找礦作業，具體的控制精度達到0.5 m。即便是普通鉆孔作業難以達到的部分，尤其是復雜的坑道內、斜礦地質當中，定向技術都可以實現鉆孔作業，工程上顯著減少鉆探工作量。但是該技術的使用也存在缺陷，不能連續取心。巖心定向技術是通過對孔底的巖心進行定向標記，操作設備只獲取這一標記區域的物質即可，之后進行復位測算和計算即可得到地層的產物，效率高精準度高，因此被廣泛使用。該技術在石油開采中廣泛使用，但是地質巖心的直徑比較小，市場上對這一技術的研究也很少，缺乏足夠的關注。

4 新時期深部勘察找礦技術發展創新途徑

4.1 發展先進的找礦鉆探設備

應加快鉆機的國產化速度，推進立軸式鉆機的改進與使用。各個地質勘探部門在新時期的發展越來越先進，所以施工中對地表深孔鉆探設備的性能需求、坑道設備施工作業需求不斷提高，但是國內受到多種因素的影響，設備發展處于起步階段，關鍵設備以及專業配置部件仍舊需要進口。因此新時期需要高度重視設備的創新和革新，加快全液壓動力式巖心鉆機設備的改進與創新新，重視立軸式設備的改進。該設備的改進，應該在CD系列鉆機的基礎上加以改進，讓鉆機設備有更高的普適性[4]。國外新進的設備有俄羅斯的CKБ系列、加拿大的BBS系列以及日本NLC公司的NL-55。

深部地質的勘探和開采需要鉆探設備的支持，所以新時期加快坑道鉆探設備的能力研究也是未來發展的趨勢。在礦山接替資源的勘探的時候需要充分結合地質具體情況，而在部分成礦模式中地層開采可以充分適應鉆探設備來揭露地層，減少成本的消耗?？拥楞@探設備的創新與發展，所以盡量提升生產設備能力、性能，努力發展達到300～1 000 m范圍內的產品體系，實現深部找礦在產品發展上的要求。另外要在發展中加快對先進鉆探設備的推廣，主要目的是提高生產和實現產業化，降低市場銷售價格。國內市場上全液壓動力式鉆機研發已經取得了理想的成績，早在2006年就研制出了YDX-3型全液壓動力頭式巖心鉆機，鉆具的深度達到1 000 m，所以受到了廣泛關注[5]。隨后這一類機械不斷創新，推動了產業化進程。

4.2 促進鉆探器具以及工藝方面的創新

結合當前發展來看，加強信息的收集，積極展開行業之間的信息交流，與科研院所等合作，促進設備的創新。在以往的發展中情報部門提供關于鉆井技術的相關信息，為國內科技立項、研發和創新奠定基礎。在20世紀我國地質鉆探工作不斷發展，先進的鉆探技術已經得到成熟的使用，在現代化發展中現代科技與設備之間的聯系加深，各種信息技術高速發展，在現實發展中如果我們閉門造車，不僅無法保證研究成果，極有可能重復研究，造成資源的浪費。另外，加快對新型基礎鉆具的研制以及新的技術工藝的完善，加強對巖心鉆探器具以及工藝設備的系統性研究，提高工藝方法的普適性，利用現代的先進集成技術整合出新、創新，打造新的器具設備。如目前研制的螺桿馬達+液動錘+繩索取心設備就取得了理想的運用效果，達到國際水平。在深部地質鉆探作業中，要建立起先進的鉆探設備、工藝方法推廣機制，使用先進的工藝方法展開找礦作業，并且借鑒國外的先進理論，供相關機構加以研究，加快鉆探技術的消化、吸收與使用。

5 結 語

綜上所述，深部找礦技術不斷發展，在未來必然會要求新技術的融入，強調新深度、新要求和新設備。因此在當前的發展中要充分考慮技術存在的問題，并且積極解決這些問題，采取合理的手段來創新，確保找礦技術能夠實現可持續發展。