地质找矿钻探工程中的小孔径固体岩芯钻探孔技术

肖国强

(吉林省核工业地质工程局 吉林长春 130062)

现如今，在我国经济社会不断发展的利好背景下，各行业领域对于矿产资源的需求与日俱增，为创造更加可观的经济效益和社会效益，地质勘查单位对矿产资源的开采正在呈逐渐上升的趋势，一方面使地质表面的矿采资源逐渐开发殆尽，另一方面地质结构也因此遭到了破坏，十分不利于企业的发展。因此，地质找矿钻探成为了社会各界热议的话题之一。但是，由于地质找矿钻探环境复杂、地质地形条件多变，如果仅仅采取传统的开采方式和技术不仅很难了解地质深层中矿产资源的储备量，还有可能给企业造成无法挽回的经济损失。

1 小孔径固体岩芯钻探孔技术相关概述

小孔径固体岩芯钻探孔技术是地质勘查单位中经常运用的一种技术，在实际的地质找矿钻探作业中，先通过使用钻头钻进获得地质样品，再根据专业技术人员对地质样品的试验与分析，为下一工序的开展提供准确与可靠的数据信息。通常情况下，地质找矿钻探作业中的钻头和钻具为圆筒形，主要对目标范围内的岩石区和环装破碎带掘进，并在柱状岩心埋设于孔底部中间，借助取出孔内的岩心，这样就可以更准确地了解区域内实际矿产资源的分布情况。尽管我国的地质找矿钻探工程中的小孔径固体岩芯钻探孔技术正处于如火如荼的发展状态，但与西方发达国家相比，依然存在着很长的一段距离，因为小孔径固体岩芯钻探孔技术应用过程中有一部分零件依然以进口为主，这无疑给地质找矿钻探行业的发展带来了重重困难，增加了钻探的成本。此外，在地质找矿钻探工程的应用中，尽管专业人员借鉴了国外先进的经验，并结合项目的实际情况优化和完善着小孔径固体岩芯钻探孔技术，但是效果并不是特别的理想，引进的方法也无法得到推广和应用[1]。从另一个角度来看，小孔径固体岩芯钻探孔技术的应用，既需要相关人员掌握和具备相应的知识和技能，也对自身的业务素质提出了更高的要求。唯有如此，才能不断提升地质找矿钻探的质量和效率。

地质找矿钻探工程中的小孔径固体岩芯钻探孔技术主要包括合金、金刚石、钻粒等的众多钻探技术，而在实际的地质状况钻探作业中，无论运用哪一种钻探技术，都离不开液压冲击器中的冲击波完成回转钻进。同时，在钻进过程中，还可以根据项目的实际情况合理运用金刚石与金钻进技术，这样才能为地质找矿钻探质量和效率的提升奠定坚实的基础。

2 小孔径固体岩芯钻探孔技术的特点

2.1 可有效减少钻探损失

小孔径固体岩芯钻探孔技术的应用，对于地质找矿钻探工程来说其意义是不言而喻的，也是地质勘查单位必须依靠的主要技术手段。地质找矿钻探主要面临的威胁和问题是岩石和岩层的不确定性，比如岩石与岩层的特性、完整程度和地下水情况。而小孔径固体岩芯钻探孔技术的应用能够根据岩石与岩层的研磨性、可钻性以及岩层的不确定性帮助地质勘查单位制订切实可行的施工方案，以此达到最佳的钻探质量和效果。小孔径固体岩芯钻探孔技术可以直接从地层深部获得实物样品，可以将钻探的损失降低至最小的范围内。

2.2 可有效降低钻探难度

2.3 灵活解决钻探问题

地质找矿钻探的难度是可想而知的，其对技术人员的理论知识和实践经验都有着较高的要求。随着钻探深度的不断增加，具体作业中存在的未知问题也会越来越多，特别是在遭遇破碎带、硬岩钻进以及钻孔弯曲等问题时，更要及时制订科学方案，根据小孔径固体岩芯钻探孔技术成功解决遇到的各类难题[2]。

2.4 提升企业竞争意识

小孔径固体岩芯钻探孔技术相比于传统的岩芯钻探技术来讲，还具有难度大、成本高以及周期长等特点，这就需要相关人员要能摒弃安于现状、不思进取的思想，树立与时俱进的意识与观念，更进一步促进整个行业的发展，使自己可以在激烈的市场环境中占据一席之地。

3 小孔径固体岩芯钻探孔技术的设备及应用要领

3.1 设备

3.1.1 钻探设备

地质找矿钻探工程不同岩层的特性具有很大的差异性，在具体的钻探中也会受到各种因素的影响和制约，且存在着各种各样的技术难题，对钻孔的质量带来较大的负面影响，施工人员在使用钻探设备时，需要做好以下几个方面的工作。

（1）老矿区周边和底部的地质钻探找矿工作中，需要委派专业人员仔细查看和分析区域内矿产资源的密度、岩石松动等的情况。如果钻探人员在实际的工作中不具备较高的技术，其中可能发生的风险及安全隐患就会在所难免，不仅不会推进地质找矿钻探工作的顺利进行，还会产生新的问题。

（2）小孔径固体岩芯钻探孔技术在地质找矿钻探中的应用，需要引起相关人员的高度重视，这对于钻探的成功与否将会产生深远的影响。

宣礼塔基础部分从上至下土层分别为：回填沉积(DR)、淤泥沉积(DL)、沙沉积(DS)、钙质砂层(GC)、泥灰岩和透镜状黏土(ML)、冲击沉积(DA)及含砂泥灰岩(MS)，总计七层。

（3）小孔径固体岩芯钻探孔技术对于地质找矿钻探的效率和质量发挥着重要的影响。因此，钻探人员在选择设备的时候应当结合项目的实际情况进行选择。比如：钻探人员在深度为5 m 以上的地质找矿作业中，就需要根据实际情况科学合理地选择设备（见图1），确保钻机具有高性能，顺利推进项目进度，减少问题的产生。

图1 小孔径固体岩芯钻探孔机结构示意图

3.1.2 除砂设备

地质钻探找矿需要做好充分的前期准备工作，需要钻探人员能够根据项目的实际情况，合理使用除砂设备，在使用前进行仔细的检查，保证设备在使用过程中始终处于良好的工作状态。同时，还要能定期检查孔内的地质情况，在明确钻探作业符合要求的基础上实施相应的钻探作业，特别是小孔径固体岩芯钻探孔技术的应用中，要对钻孔规定的要求做到了然于胸，要严格控制钻进速度，使钻进设备处于垂直状态，保证钻进过程不会出现倾斜和弯曲等的现象。

3.2 应用要领

3.2.1 合理编制施工方案

地质找矿钻探可以获得可观的经济效益社会效益，相应的更需要投入大量的人力、物力、财力资源，这就对钻探人员的业务能力和技术水平提出了更高的要求。（1）要求所有参与地质找矿钻探的工作人员都能抱有认真负责的工作态度，保证所钻的每一孔都可以满足相关的规范和要求，保证钻探质量。（2）要求地质勘察单位能够根据项目的实际情况编制施工方案，因为在钻探作业中会受到不同因素的影响和制约，需要钻探人员对其中的影响因素进行合理的分析，降低各种因素对地钻探质量造成的影响，全面提升钻孔的效率和质量[3]。

3.2.2 保证孔内干净整洁

（1）由于岩石的完整性也会或多或少地受到钻探的影响，在配置冲洗液时需要相关人员能够根据岩石的分布情况，合理配置冲洗液比例，钻探过程中要不断冲孔，确保孔内干净整洁无杂质。（2）分别对每个回次进行称重，通过完善的措施，预防钻头烧毁。（3）孔内挂壁作业，要能合理选择挂壁所需材料，确保材料质量和使用性能。（4）灌注作业中，要及时提取钻具，确保钻杆底部与地面之间的距离控制在5 cm 之内。（5）地质钻探找矿会造成摩擦力的增加，使钻头与孔底出现分离状态，应当防止由于扭矩较大而导致钻杆出现折断问题。（6）相关人员在具体的钻探作业中，需要合理使用钻具，避免钻具产生疲劳，为后续作业的开展奠定坚实基础。

4 小孔径固体岩芯钻探孔技术分析

小孔径固体岩芯钻探孔技术的应用，需要对地质条件、测量工具以及探矿要求进行对比和纠正，确定影响钻探的影响因素，制订详尽的计划后再实施钻探作业。小孔径钻探岩层、矿芯采取率具有很高的要求，具体体现在以下几个方面。

（1）地质钻探找矿应用的小孔径固体岩芯钻探孔技术需要保证矿石既有结构的特点和完整，避免出现矿芯粉碎、贫化等的问题。（2）小孔径固体岩芯钻探孔技术因保证相应梁的矿石采取率，通常情况下是岩芯分层采取率应大于65%，对矿化带、矿层采取率应大于80%，对不能达到目标的采取率应立即查明原因，及时采取针对性的措施予以解决[4]。（3）小孔径固体岩芯钻探孔技术应用过程中应委派专业人员测量和记录每一次残留岩芯的长度，保证在最终的钻探工作中可以提取足够的岩芯。（4）在经过反复钻探的基础上，应对钻探取得的岩、矿芯进行及时清洗，并按照钻探的次序和顺序装箱。以上流程和步骤对于地质找矿钻探工程来说是必不可少的一个重要环节，必须加以规范。只有这样，才能保证顺利地完成各项钻探任务，进而为施工企业带来可观的经济效益和宝贵的钻探经验。（5）及时了解和掌握孔内的实际情况，一旦深孔内部出现了问题，应立即对问题产生的原因进行分析，并进行解决，这样也可以为下一步工作的顺利开展夯实基础。（6）充分了解深孔内部钻头实际情况，在具体的钻探作业中，有时还会出现钻具被折断的问题，此时就应当对钻具的实际情况进行详细的分析，使用相关设备深入钻孔内部掌握钻头所在的位置，在此基础上以钻头的断面、形状和长度为主要理论依据，合理判断深孔内实际情况，找出事故产生的原因，对事故可能产生的恶劣性进行合理分析，采取针对性的措施予以解决。

5 存在的安全问题及对策

5.1 存在的问题

地质找矿钻探作业中，有着丰富的岩石种类，岩层厚度不尽相同，对强风化带、黏土层或者是破碎带的地质找矿钻探中，由于十分容易发生缩径安全事故，这就对设备和人员都会带来了严重的威胁，增加安全事故发生概率，导致整个钻探作业报废。笔者根据多年的钻探经验，总结得出缩径事故具有鲜明的特点，通常发生在破碎带、强风化带、黏土层中，且这些区域中分布着大量的蒙脱石，蒙脱石具有敏感性的特点，在遭遇人为破坏的情况下就会发生膨胀现象，造成井壁产生应力，一旦该应力超过了井壁承受的极限时，就会对井壁造成一定的损坏，这就是钻孔缩径问题产生的主要原因。同时，钻孔缩径事故的产生还会受到地层的影响，钻探技术人员如果未能针对繁杂的地质问题采取科学合理的应对措施，就会阻碍钻探作业的顺利开展。此外，钻孔缩径发生概率较高，对于整个钻探作业进度会产生直接影响，并在一定程度上增加钻进成本。

5.2 解决对策

地质找矿钻探作业中，在钻探之前需要做好充足的准备工作，合理预测试件操作中可能会发生隐患，仔细分析事故发生概率，制定有效的措施来解决钻孔缩径问题，明确问题产生的位置。

（1）详细了解和掌握钻孔缩径层，结合项目的实际情况对问题产生的原因进行客观的研究和分析，通过相应的措施进行解决。

（2）准确了解钻探具体情况，了解钻机的各项参数和钻孔内部实际情况，一旦察觉异常问题立即关闭钻机，暂停开展各项工作，分析异常问题产生的原因，并及时做好处理工作。

（3）合理配置泥浆，泥浆配置质量对于整个地质找矿钻探工作的顺利开展发挥着至关重要的作用，需要结合项目实际情况调整泥浆密度、pH 值以及粘度等，必要的情况下还可以适当地使用增粘降失水剂掺入泥浆中，控制其失水量，增加泥浆粘度[5]。

（4）严格控制泥浆深入深度，避免泥浆出现的水化问题对地质地层造成的影响和破坏，严格控制泥浆水化比，将一定比例的泥浆水化比冲洗液倒入泥浆中，保证泥浆矿化程度，关系地层渗水情况，保证泥浆在钻孔内可以保持良好的流动性。

（5）合理控制泥浆粘度，在确保项目质量的同时还要合理控制钻具的升降速度，严格按照相关标准和要求进行操作，降低井内压力，如果钻探作业中钻头遇到了阻力，可以采取扫孔措施，减少和降低缩径概率。

（6）做好深孔事故处理，在实际的钻探过程中，如果钻具出现了折断现象，需要合理分析原因，明确钻具钻头的形状、钻具数量等情况，条件允许的情况下可采取打印法，连接套管和异径接头，在钻孔内灌满沥青，做成打印机，根据孔内实际情况，制定相应的处理措施，进行打捞作业。

（7）钻探作业中出现的安全事故，需要相关人员进行综合的考虑和研究，了解事故产生的原因和严重程度，及时采取针对性的措施予以解决。

（8）地质找矿钻探工程开始之前，要详细编写技术方案，确保技术方案的针对性和权威性，进行技术研讨会，要求所有参与项目的人员均能全部到场，企业管理者要听取技术人员提出的意见和建议。

（9）选择经验丰富和责任心强的员工，明确岗位责任，给每一位技术与非技术人员分配具体的任务，特别对工作积极主动的员工要进行相应的物质或者精神奖励，促使其可以为地质行业的发展贡献自己的绵薄之力[6]。

6 地质找矿钻探带来的经济与社会效益

丰富的地质矿产资源代表着良好的经济效益，而创造可观的经济效益是地质行业的根本目的。但是，随着地表矿层的不断减少，地层深部找矿钻探成为了地质单位探勘的目标。虽然矿产深度的增加会加剧开采的难度，但小孔径固体岩芯钻探孔技术的不断优化和完善有效克服了开采深层矿产的难度，使地质状况开采至了地表的深层，创造了巨大的经济效益与社会效益。地质找矿需要大量的技术人员为支撑，也在一定程度上提升了矿产的生产能力，增加了经济效益。据相关数据统计：在全国一年完成的35万m～60万m地质找矿钻探中，可创造的经济效益大约为3亿～4亿元。

7 结语

综上所述，小孔径固体岩芯钻探孔技术地质找矿钻探工程中的应用是必然的发展趋势，上文通过对小孔径固体岩芯钻探孔技术分析，得出了小孔径固体岩芯钻探孔技术是地质勘查单位找矿钻探工程中的重要组成部分，也是保证地质矿产资源得到合理开采的重要手段之一，通过该技术的应用，不仅可以提升整个矿产资源的开发效率，同时还可以对地质结构起到一定的保护作用，减少和降低地质灾害和安全事故的发生概率，促进行业的健康与可持续发展。