地质勘查和深部地质钻探找矿技术研究

郑得胜，雷恒永

（1.中国冶金地质总局西北地质勘查院，陕西 西安 710119；2.云南黄金有限责任公司，云南 普洱 650051）

1 地质勘查的主要内容

在矿山开采之前需要开展地质勘查工作，该项工作包含内容众多，主要工作内容如下：一是矿山勘查。在勘查工作正式开展前，工作人员应落实前期准备工作。其次，技术人员还应明确勘查范围，根据矿山中不同区域情况采取相应的勘查手段。在勘查技术应用时，需坚持准确高效的原则，一边勘查一边记录，使信息采集结果精度得到切实保障；二是尾矿资源分析。在可持续开采理念下，技术应用水平和开发理念对资产开发持久性具有直接影响，尾矿作为地质勘查的重要内容之一，需要技术人员加强重视，减少资源浪费，确保矿山的可持续开采；三是接替资源勘查。根据矿物质形成原理可知，当前许多矿物质具有不可再生特点，部分矿产资源的再生周期极长。在地质勘查过程中，应充分认可矿山开采年限价值，最大限度提高开采年限。在对带有特殊资源矿山进行开采时，勘察者应注重替代资源的勘查，如锌矿等，以此达到提高开采年限的目标[1]。

2 深部地质钻探找矿的常用技术

（1）定位与遥感技术。在深部钻探中遥感技术应用可加快找矿速度，自动采集地质信息，全方位掌握水文条件，利用智能分析系统明确矿产位置，帮助勘查人员高效完成找矿任务，并为钻探工作提供强有力的数据支持。该技术应用前应明确测绘区域，然后对该范围的地质情况进行全面分析，最后采集裸露在外岩石范围内波普，将二者对比提高找矿效率。此外，在深部找矿时还可利用全球定位技术，构建监测系统，将其与遥感技术相结合，通过自动采集技术获取矿物的多种特征，如辐射性、光谱特性、金属性质等等，系统会自动对比数据库中的矿产信息，对矿产具体埋藏位置进行获取。

（2）反循环连续钻探。该技术应用较为广泛，与传统钻探取芯技术相比，通过反循环取样可对深度值任意设定，可对矿体厚度与深度进行综合分析，工作效率更快、精度更高，更适用于深层地质钻探。在该技术应用时，柱状岩心会被地表岩屑替代，双臂钻杆同样会发生作用，可借鉴国外先进经验进行技术优化，使其充分满足当前找矿工作需求，促进现代化建设发展。

（3）定向钻探技术。与浅层钻探相比，深部地质钻探的难度较大，找矿效率相对较低，需要采用先进的钻探技术，根据地质情况科学选择，才可促进整体找矿效率提升[2]。对于定向钻探来说，主要采用岩心定向与受控定向两种技术。在正式钻探之前，先要明确运行路线，严格按照规定操作，保障探头按照预期轨迹进行钻孔，全部孔都要处于预设位置处。在深部找矿时，如若勘查地方存在斜坡便会增加钻孔难度，常规手段很难准确快速的达到找矿目标，此时便要借助高精度定向技术，具有简单快捷、钻探量少等特征，可有效控制找矿事故发生，值得推广应用。

（4）X荧光技术。该技术在深部找矿应用中优势显著，操作更加便利，可准确获取矿产地质信息，还可应用到元素分析中，提高工作实效。在实际找矿中，利用X射线获取资源相关信息，受矿物物理属性影响发出的射线波长有所不同。其中含有X元素，利用荧光技术可对元素特点进行识别，从而顺利找到矿产资源。该技术的优势体现在三个方面，一是可迅速勘查深部矿产；二是辅助勘查人员定位矿产位置；三是探测带有矿产地层的厚度，确定矿产边界，促进找矿效率提升。

（5）液动锤技术。该技术以传统回转钻探为基础设计的新型开采技术，在矿石领域中得到广泛应用。在实际应用中，设备利用冲洗液驱动内部潜孔锤。在冲洗液的促进下，由动能冲击潜孔锤将运动能量运送到设备钻头，由此实现破岩目标。该设备不但保留了传统的回转钻探功能，且钻头更具冲击力，适用于硬度强、脆性大的岩石，可提高高硬度岩石的钻孔率，节约大量开采成本，取得理想的应用效果。此外，还可采用液动锤WL钻探法，该技术属于组合钻探法，将液动锤与金刚石WL相结合，二者相辅相成，发挥更大钻探与找矿优势。但在WL钻探中，无需提钻取心，可有效提高纯钻时间利用率。液动锤的应用可减少岩心堵塞，减少WL提钻频率，不但可减少打捞岩心频率，减少提大钻频率。更重要的是，液动锤的应用还可延长钻头寿命，特别是在深孔钻探方面，可节约更多辅助时间，还可减少大量钻探成本投入。

3 深部地质钻探找矿技术的实际应用

3.1 矿区概况

本文以山东玲珑金矿为例，地层以花岗岩为主，块状构造。在破头青断裂影响下，地层破碎，存在险种的漏失情况，遇矿前后出现软土地层。经过专业测试后结果如下表1所示，该区岩石可钻级别在7～9级之间，属于典型的硬、脆、酥、漏复杂地层。在本次研究中，分3期开展加密勘查钻探工程，共计完成59个钻孔，钻探范围56254.26m，其中有32个超过1000m，孔深在752.35m～1752.38m之间，Ⅰ类深孔数量24，Ⅱ类深孔数量2。因该矿区的影响因素众多，适宜采用液动锤WL组合钻探技术。

表1 矿区地层可钻性数据

3.2 设备选择

在钻机与钻具方面，要求钻机拥有较大回转速度范围，与液动锥较低转速相适应，减少钻头位置的磨损，可选择XY系列的钻机满足上述要求，因此该实验采用型号为XY-6钻机、型号为SYZX75、SS75C的液动锤WL钻具、型号为SYZX75的液动锤WL。在动力机选择方面，除XD-5钻机采用液压马达之外，剩余设备均为电机带动，在无动力电源情况下，可用柴油机提供电源。本文采用型号为BW250的泥浆泵，能够符合2000m施工范围内的钻机技术要求。

3.3 技术应用

液动锤钻具由双喷嘴液动锤、WL钻具共同组成，具有冲击系统、碎岩系统、采集系统、传动与单动系统等多个机构。在实际运行中，液体从上喷嘴位置喷出，在高速卷吸作用下将上缸套上腔介质抽往下腔，并在下喷嘴节流作用下，使阀迅速上移到上限。对于进入下腔的液流，可经过喷嘴高速喷出，在卷吸作用下使腔内的压力降低，但与冲锤相连位置的活塞底部受水路拦截影响，压力增加形成压差，因冲锤上方活塞顶部与下方处于闭合状态，液流被迫切断产生水击，上腔压力激增。同时，冲锤下腔的压力数值骤降，受惯性影响不断向下运动，直至冲击锤轴接头处为止。在钻孔选择方面，ZK103孔为矿区内的第二个孔，与首个孔ZK301之间的距离小于500m，在地层与施工条件上大致相同。该孔从405m深度为赤铁矿，可钻级别在11～12之间。该技术的应用参数为：

（1）钻压。在回转钻进中，钻压主要用于为钻头金刚石颗粒压入岩石提供预压，促进岩石内部形成预加应力，冲击功传递条件得以改善，扭转冲击载荷传递方向，使高频脉动载荷在短期内达到极高值，岩体破碎，提高钻进效率。在钻研大小调整方面，还应结合多种岩石抗压强度，通常液动锤钻压可以较低，如SYZX75钻压可设置为12kN。

（2）转速。转速应与岩石特性相结合，对钻孔深度、结构、倾角等因素综合考虑而定。如若单纯注重冲击频率，可用以下公式计算转速：

式中，n代表转速，单位为r.min；f代表冲击频率，单位为Hz；s代表最佳冲击间隔，单位为mm；m代表最佳冲击频率，单位为Hz。在实际应用中，XYZX75液动锤的回转钻进数值带入后，n的数值在300r/min～400r/min之间。

（3）泵量与泵压。泵量可能够符合液动锤常规参数，一般在液动锤参数确定后，泵量与冲击频率之间具有正比关系，因此WL钻探所需的泵量与超过常规WL值。在压力平衡钻进理论指导下，如若泵量过大则会影响孔壁稳定度，还会缩短钻头的使用寿命，因此最好将设备泵量设置在60L/min～90L/min之间。在实际钻探中，为了符合冷却钻头与携带岩粉的相关要求，在地层与设备均稳定的前提下，应尽可能的满足液动锤泵量，将泵压设置为0.5MPa～2.0MPa之间，因泵量增加导致循环管路内部流速提升，压浆也应随之提升。因此，泵压范围不但要符合钻进因素要求，还要随着孔深的增加，使泵压始终保持在推荐工作范围上限，只有这样才可促进冲击作用的充分发挥。

针对该矿区以及周围特殊地层，采用液动锤WL技术进行钻探，工作量为3625.51m，平均时效为1.62m，台月效率为743.36m，钻头寿命均值为36.25m，回次进尺为2.68m。其中，带有3个深孔，工作量为2957.26m，平均时效为2.36m，台月效率为796.34m，钻头寿命均值为34.25m，回次进尺为2.13m。根据钻进实验结果可知，在相同钻孔、不同孔段情况下，液动锤WL与常规设备相比时效提高87.5%，钻头寿命延长158%；在相同孔段、不同钻孔情况下，液动锤WL与常规设备相比时效提高37.5%，钻头寿命延长82.5%。根据技术应用结果可知，与浅孔相比，3个深孔的台月效率与平均时效略高，可能受地层因素影响，且三个孔均为后期完成，机台对该技术的熟练度、参数准确度等更加准确所致。

4 结论

综上所述，为了满足当前经济发展对矿产资源的需求，深部钻探找矿技术的普及与应用成为大势所趋。对此，技术人员应重视地质勘查工作，充分发挥定位遥感、定向钻探、液动锤技术的作用与优势，并结合实际制定科学勘查计划，迅速准确的获取地质信息与矿产信息，提高找矿效率，推动我国矿产事业可持续发展。