固體礦產鉆探技術的現狀和展望
本世紀特別是50年代以來，鉆探技術取得了突飛猛進的發展。我國的地質鉆探經過初建(1949～1952年)、生產大發展(1953～1960年)、提高與持續發展(1961～1978年)、現代鉆探生產體系的建立(1979～1990)這4個階段后，其技術水平總體上已接近并部分達到國際水平，有些還達到國際先進或領先水平。
1 國際鉆探市場現狀
80年代中后期以來，國際上固體礦產地質鉆探總體上處于低潮期，大多數國家的地質巖心鉆探工作量呈大幅度下降態勢。例如1978年，中國的巖心鉆探在創下1569.7萬m的年工作量(地礦系統為544.27萬m)后，一直處于下滑趨勢，1986年低于1000萬m，1994年僅為340萬m(地礦部計劃內工作量僅為26.9萬m)，處于谷底。1988年，前蘇聯固體礦產方面的鉆探工作量為2550萬m，在創下這一歷史最高紀錄后，也隨之下滑，在1989和1990年度，每年降低300萬m，1996年只有173.5萬m。歐洲及北美地區的情況也如此。但與地質巖心鉆探業全球性不太景氣形成反差的是，此期間澳大利亞、南非及非洲部分地區和南美的鉆探業幾乎是處于鼎盛時期。澳大利亞礦山鉆探在1993～1994年度創下了950萬m的新紀錄。南美國家若干年來采取對外開放政策，制定新的采礦投資法，以刺激鉆探工業的發展：智利1993年的鉆探工作量達到歷史最高水平，1997年，外國在智利的礦業投資額為16.27億美元，1998年，盡管受到亞洲金融危機的沖擊和國際金屬價格下跌的影響，外國在智利的礦業投資仍保持增長勢頭，預計1998年達到18億美元；巴西預計1998年地質鉆探工作量比1997年提高20%。南非的金礦勘探，1990年用于鉆進孔深1800～4500m的鉆機在150臺以上，雖然到了1993年只有25臺在野外工作，但其以淺礦開采為主的賤金屬礦產鉆探卻在增加，有數千臺金剛石鉆機在坑道內工作。非洲的津巴布韋和加納等國的鉆探工作量也在大幅度增加中。
2 國際上固體礦產鉆探技術的一些進展
90年代以來，鉆探工作除越來越多地應用于非傳統領域外，已在一些地區呈現復蘇現象。盡管由于各種原因，世界鉆探業在固體礦產鉆探方面總體上仍不很景氣。但對于礦產資源豐富的國家，許多礦產資源一直未被開發。而對于一些鉆探技術較發達的國家也想憑借其技術和設備優勢進入礦產資源豐富國家的市場。因而固體礦產鉆探技術的研究開發工作雖然有所放緩，技術上亦無太大突破，但在完善各種鉆進系統，研制適合各種地質條件、各種工況情況下的鉆探設備、儀器、工具以及鉆探用超硬材料和鉆井液方面還是作了大量工作。一些國家還在鉆探的某些領域加大了研究開發力度。如美國制定了先進鉆進和開挖技術國家計劃，以提高其在該領域已經日趨下降的全球競爭力。
2.1 自動化地質巖心鉆機
不少國家在鉆機的自動化程度、多功能性、多用途方面下了很大的功夫。俄羅斯勘探技術與方法研究所在鉆機研制方面注重三個方向：改進現有的СКБ型立軸鉆機；制造全液壓動力頭鉆機；研制自動化鉆探設備。該所研究的自動化鉆機設計有連續預測的自動化系統，能合理積累地質技術信息并儲存在計算機中。專門設計局也研制出了СКБ300型全液壓鉆機。
在鉆探自動裝置方面，最有代表性的是瑞典ATLAS COPCO公司為LKAB公司研制的Simba W469型鉆機。一個人可同時遙控操作2～3臺設備，鉆機平均日進尺300m。據悉，計劃截止到1999年，LKAB公司將在Kiruna和Malmberget鐵礦山用自動化的鉆進技術完全替代現有的鉆進技術。鉆機可配備更換磨損鉆頭的裝置，也可輸入程序使其改變鉆頭類型以適應不同的巖石條件。
實際上自動化地質巖心鉆機進入市場是在1996年，典型的是ATLAS COPCO公司的泰美克264 APC型鉆機在瑞典、芬蘭、加拿大的地表和坑道內投入了使用。這種由計算機控制的巖心鉆機自動化程度很高，操作者只要在開始鉆進時給一些簡單的指令，鉆機就可自動工作，一人在24h可鉆進硬巖140m。加拿大的JKS Boyles'公司，其自動化巖心鉆機的突出特點是通過計算機的觸摸屏控制鉆進過程。其它一些國家也開發了自動控制鉆機。
法國Jean Lutx S.A.公司研制了一種PPF4遙控儀。鉆工只需按鍵就能完成起下鉆具和全部鉆進過程，控制系統可以組合在一塊僅35cm×25cm的面板上。
2.2 深部取心鉆進技術
10余年來，深部取心鉆進技術得到發展，很多國家都有深部勘探任務。如南非礦山勘探公司瞄準的金礦靶區深度超過4000m，且工作量大，因而南非在深部取心鉆探技術方面最有代表性。他們所采用的設備和技術大部分源自于加拿大博特長年公司。加拿大在深孔方面的新產品研制和技術開發中主要注意了兩個關鍵：一是提高生產率；二是充分利用現有設備鉆更深的孔。為此，長年公司研制了兩種鉆桿：一種是已廣泛使用的CHD繩索取心鉆桿，設計采用重型結構，接頭為摩擦焊接，這種鉆桿的鉆深能力能達到普通繩索取心鉆桿的2倍；另一種新型鉆桿在熱處理、絲扣技術和材質方面又有新的提高，能與普通鉆桿互相通用，適合更廣泛的鉆探工程。南非鉆進深孔的主導設備是長年50型以上和Hydr3000型鉆機，對鉆機的改進是盡可能減少無效鉆進工作時間。美國在其制定的先進鉆進和開挖技術國家發展計劃中，革新的深部鉆進系統也是重點之一。
2.3 多介質反循環鉆進技術
在各種鉆探技術不斷完善的同時，多介質反循環鉆進技術得到了越來越廣泛的應用，其中中心取樣(國外稱CSR或RC鉆進)鉆探技術是目前國際上在各種固體礦產勘探中應用日益廣泛的一種方法，在一些工業發達國家的地質礦產勘探中所占比重已超過傳統的金剛石繩索取心鉆探。目前，雖然美、加等國的鉆探工作量下降，但該方法在南美等得到廣泛的應用。俄羅斯勘探技術與方法研究所進行了孔深為1000m的硬巖水力反循環技術及設備的研制工作，在驗收試驗中，400m水平孔巖心和巖粉采取率為100%，鉆速提高了25%，材料和能量消耗降低10%～12%。
2.4 新型液動、氣動潛孔錘及鉆桿
在鉆具方面，俄羅斯專門設計局已開始批量生產新型液動及氣動潛孔錘，其壽命比老產品有較大提高。此外，采用新的結構和制造工藝研制的高強度、長壽命鉆桿(鉆桿內外表面均進行強化處理)也已批量生產。
2.5 鉆探新方法的研究
俄羅斯這幾年做了較多的工作，對熱機碎巖、聲發射碎巖和高頻碎巖等進行了持續不斷的研究，其中熱機碎巖和接觸熱溶法碎巖進入了生產性試驗階段。他們還在研究電子束碎巖的可能性。其他一些國家進行了如破碎及砂層的低溫鉆進、火焰輔助鉆進、聲波鉆進等研究。
3 我國固體礦產鉆探技術的主要進展
近10年來，我國固體礦產勘探也處于低潮期，加之進行結構調整和機制轉換，許多從事固體礦產鉆探技術研究開發的人員主要轉入探礦工程的延伸領域如巖土鉆掘方面。但對固體礦產鉆探的研究開發工作仍在進行，并取得了一批重要成果。
3.1 以中心取樣鉆探為主的多工藝空氣鉆探技術
原地礦部勘探技術研究所通過攻關研究，對中心取樣鉆探技術的國產化、小型化和配套化工作取得了突破性進展，其中含水樣品快速分離裝置達到了國際領先水平。應用該技術在3個局隊進行的生產試驗中，地質效果及經濟技術指標均有大幅度提高，其中臺月效率分別提高100%～310%，最高單孔臺月效率達1583.5m，單位材料消耗降低50%以上。長春科技大學研制成功GQ100/40型貫通式潛孔錘和SBC89/44或SBC73/44外平鉆桿，采用空氣潛孔錘鉆進和反循環鉆進技術，用于復雜地層鉆進。如在河南嵩縣金礦區鉆探中，臺月效率由原來常規金剛石鉆進的99m提高到1065m；成本由500元/m降至101元/m，鉆探取心(樣)質量滿足地質要求。
3.2 水力反循環連續取心(樣)鉆探新技術
80年代中期以來，我國地礦和有色系統相繼研制出成套器具，并在松軟巖層中取得了很好的鉆進效果，鉆進深度超過了300m，臺月效率達數千米。"八五"期間，原地礦部把中硬巖石水力反循環連續取心鉆探技術列為攻關項目，又取得新進展。從生產試驗情況看，該技術已達到了推廣應用程度。
3.3 無巖心鉆探技術
由原地礦部探礦工藝研究所完成的該成果是以地勘牙輪鉆頭進行中硬及堅硬地層的無巖心鉆進為重點，形成一整套技術。近年來該技術在四川、山西、河南幾個礦區試驗應用中，無巖心鉆探工作量占到鉆孔工作量的46%，與同孔取心鉆進相比，鉆速提高50%以上，臺月效率提高212%，單位成本平均降低68%。
3.4 地質巖心鉆探設備
90年代原地礦部為適應中心取樣、水力反循環、高精度受控定向鉆探和液動沖擊回轉鉆探等技術的需要，對巖心鉆探設備進行了重點研究開發。開發出了主要用于中心取樣鉆進的FD-300型液壓傳動頂驅式車裝鉆機和具有不停車倒桿功能的CD-3型地質巖心鉆機。新研制的BW-4400型泥漿泵是為滿足新的鉆探工藝的要求設計的。煤炭系統的主要適用于坑道鉆探的MK系列全液壓鉆機形成了系列。
3.5 繩索取心鉆探技術和沖擊回轉鉆探技術
進入90年代，兩項技術均有進一步的發展。地礦系統用于固體礦產勘探的S系列，用于坑道內鉆探的KS系列繩索取心鉆具已形成完整系列。還推出了鉆具事故處理工具；用于復雜地層鉆進的加重式繩索取心鉆具系統，新型等強度摩擦焊鉆桿和用于土體工程地質勘察的繩索取樣鉆具系統。其他單位研制出用于石油鉆探的繩索取心鉆具系統等。我國是目前世界上開發液動潛孔錘品種和規格最多的國家。90年代以后，液動沖擊回轉鉆探技術有三方面的進展：一是向多領域、多用途方向發展，如長春科技大學研制的用于取心的貫通式液動錘；原地礦部勘探技術研究所研制的用于水井鉆探的YS-273型液動潛孔錘；新星石油公司研制的用于石油鉆探的YSC-178型射流式液動潛孔錘(最大鉆深已達2400m)；原地礦部勘探技術研究所研制的用于嵌巖樁施工的ZC-800型液動潛孔錘等。二是探索充分發揮水擊能量的潛力，提高單次沖擊功、液能利用率和使用中的可靠性，原地礦部勘探技術研究所近期開發的YZX液動潛孔錘在中細花崗巖的鉆進試驗中，最高時效達6.00m/h，平均時效2.27m/h，從試驗情況看，該型潛孔錘已完全達到體積碎巖的效果。三是對液動潛孔錘的理論研究與優化設計，如長春科技大學開發出液動錘的微機模擬仿真電算程序，取得良好效果。
3.6 電子計算機技術在探礦工程中的應用
中國地質大學(武漢)研究開發的鉆探微機智能監測系統可方便快捷地安裝于地質鉆探現場，進行鉆進過程的實時監測。利用系統具有的智能識別孔內典型工況，尋找合理的規程參數。同時，還可跟蹤鉆孔軌跡，進行中靶預測。該系統已在國內外推廣應用近20臺。原地礦部勘探技術研究所、中裝集團技術中心等對機械的計算機輔助設計做了大量工作，在實際運用中，設計效率提高數倍，設計質量也明顯提高。原地礦部探礦工程研究所、長春科技大學、煤炭科學研究總院西安分院鉆探所將計算機技術用于金剛石鉆頭的設計和制造，建立了數據庫和專家系統。在定向鉆探中，計算機用于鉆孔軌跡設計與控制以及軸線測算等。
4 展望及建議
10余年來，盡管我國的固體礦產鉆探技術取得了重大成績和不少突破，但我國在該領域與發達鉆探國家的差距仍然存在。因此，我們還有很多工作要做。首先，已有先進鉆探技術的推廣應用和完善是一項十分重要和迫切的工作；其次，繼續在巖心鉆探的研究開發方面投入相應力量；第三，相關制造業提高產品質量，向國際標準靠攏。
綜觀國際上固體礦產鉆探發展趨勢，結合我國國情，在鉆探技術發展上，有以下幾個方面值得重視：
(1)高效、綜合鉆探技術的研究開發?？傮w目標是完善現有鉆探技術，以進一步提高鉆探效率和質量，并擴展現有鉆探技術的適應能力。在鉆探設備上，或增大鉆機功率，強力鉆進；或輕便高效且運移方便；或鉆機多功能以適應鉆進多工藝和工作多用途的要求。如國外鉆探施工的主導型設備已是全液壓頂驅式，裝載方式多樣且以履帶式和車載式為主，我國仍是立軸式。鉆機操作和控制的自動化是國外鉆探業對設備的要求，也是我國勘探鉆機與國外的主要差距之一。要進一步完善現有鉆探技術：受控定向鉆探技術向高精度、小曲率半徑、無纜隨鉆方向發展；繩索取心應研究輕便型和深孔繩索取心鉆具系統，完善繩索取心鉆進配套水平等；沖擊回轉鉆進技術繼續把重點放在液動潛孔錘上，在增加沖擊功的同時，進一步提高其工作可靠性和使用壽命。
(2)深部鉆探技術的研究。深部勘探鉆進也許是增加礦物儲量平衡開發費用的唯一途徑。加之減少淺部礦產和水資源的開發以保護生態環境和資源，因而深部勘探鉆進在鉆探中的比例越來越高。我國深部鉆探開展甚少，如不注意開展這方面的工作，將會加劇國民經濟建設的持續發展與礦產后備資源不足之間的矛盾。2000m以深鉆探關鍵設備、器具和鉆探工藝的研究應予以重視。對某些成礦模式的地層，在數百米深的地下坑道或采區內進行巖心鉆探可采用小規格設備進行深部工作，與地表鉆探相比，可節約鉆探費用和時間。所以應研究坑道內新的巖心鉆探技術，鉆進深度1000m左右。
(3)海洋及水域鉆探技術。隨著陸地淺部大部分礦產資源已被探明及部分礦產資源已被開采枯竭，全球資源勘探在轉向深部的同時，也轉向海洋和其它水域。我國至今仍無正規的水域取樣鉆探設備和完整配套的施工工藝技術。我國有6000多個湖泊，海岸線長18000km，這些水域中極為豐富的礦產資源有待勘探開發。研究內容包括：淺海平臺，船上安裝的適合水域鉆探的鉆探設備，水域鉆探取心取樣技術及器具，新型洋底及水下沉沒式鉆探和取樣裝置。
(4)計算機在探礦工程中的開發應用。鉆探技術要與高新技術接軌，并全面提高鉆探技術的水平，就一定要對計算機技術進行系統開發，以全方位地拉動行業的技術創新和進步。主要研究內容包括：鉆探工作自動化和智能化，自動化鉆機，鉆探設備、器具等的計算機輔助設計和制造，鉆探設備設計及鉆進過程控制的專家系統等。
(5)加強對鉆探材料的研究開發。這方面是國外非常重視的環節，我們亦應加強這方面的工作，主要是鉆探用超硬材料、鉆井液和管材等。
更多信息請查看工作總結
公眾號
事業單位
當前位置：
公考類
招聘類
各類考試
