地质勘探钻探设施及技术革新对策

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随着我国经济飞速发展，工业化和城镇化的步伐也随之加快，地下矿产资源的需求量和消耗量也在不断增加，这使得矿产资源越来越紧缺，矿产资源的供给和保障问题已成为制约国家建设和国民经济发展的“瓶颈”问题。加强矿产勘查、保证矿产资源供给已成为各界关注的问题。

1钻探概述

钻探是用钻机设备从地表向地下钻进成孔，从而达到所要任务的工程施工工程。从钻探的目的可分为：地质钻探、水文水井钻探、地热钻探、工程勘察钻探、石油钻探、文物勘察钻探等等。以地质钻探为例，其是从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样进行分析研究，以鉴别、查明矿体或划分地层，判定地层地质情况的作业。

2地质勘查钻探装备目前存在的问题

经过近年来地质工作者的坚持和努力，现如今大部分表层矿床已经被开发，目前我们面临的多为深层地段的探矿，这种深层矿层钻探勘查对取心(样)、钻进速度、工程成本、安全防护等方面的要求都很高。深层矿产的勘查要求理论支持和钻探验证相结合的方式。钻探在系统勘探矿床的地质情况下，探明和圈定地下矿体的边界线，了解矿产品质时，再配合地下坑探工程在深部大致了解矿床的延伸情况及矿床地质情况时都发挥着作用。钻探工程是直接从地下岩层获取实物样品的唯一途径，它是矿产勘查的重要技术方法之一。但是应该看到，我国钻探设备目前存在许多问题，例如钻探设备陈旧老化、技术方法落后、钻探效率低。因此，大力着手于矿产资源的勘探开发，推进钻探技术与装备的现代化，对先进钻探技术、装备的研究开发是十分迫切的。如今，地质勘查钻探装备存在的问题(尤其是地质勘探钻机)已成系列化、专业化的问题。它的主要问题有：功能单一、搬运困难、操作不便、劳动强度大、配套装备有机组合性差。例如：我国现有的浅孔取样钻机(钻进深度小于100m)；SH30型取样钻机系列(冲击钻进)；XY型立轴式液压给进取样钻机系列(回转钻进)；车载取样钻机系列(回转钻进)等，它们共同的特点是钻进功能单一，不能满足不同地层的钻进技术要求和地质技术要求。在工程地质勘察钻探中，所钻探的地层大多数为第四系地层(Q4)、粘土层、砂砾层、全风化一强风化软质岩地层、部分硬质岩地层。第四系地层到软质岩，一般可采用冲击钻进。硬质岩地层采用回转钻进。在实际勘查钻探中，所钻地层包括第四系、软质岩、硬质岩，均使用到冲击钻机和回转钻机，并且无论是长途运输，还是钻探旖工现场，都要准备多种运载工具，成本较高，浪费大量人力物力，给取样钻探施工带来诸多不便。在矿产地质钻探中，尤其是固体矿产钻探，钻探设备发展到今天，也存在钻探设备功能单一、不能适应各种地层的情况。

3地质勘查钻探装备未来发展方向

在我国，现行使用的绝大部分地质钻探取样钻机，无论是浅孔钻机，还是中、深孔钻机，基本部是液压立轴式钻机。从2O世纪60年代开始自行研制钻机，并投入生产使用以来，已使用了半个世纪，逐步形成了xu、xY等系列地质取样钻机。8O年代末到9O年代后，对全液压动力头式钻机进行了有益探索。但由于研制的样机受液压技术相对落后的限制，未能推广使用。近些年来，有些国家无论是在新设备研制上，还是在新工艺方法的应用上，都有了长足的发展。目前，国外研发的中、深孔高速动力头地质取样钻机的国家有美国、加拿大、澳大利亚等圜。随着液压技术的发展，我国开始研制新一代YDX系列全液压动力头式取样钻机，并得到不断推广。我国已经有钻进能力1000In的YDx～3型钻机。所以，未来地质钻探设备的发展方向是向全液压动力头式、计算机控制方向发展，并配套组合的塔、机、行走一体化，以适应各种环境的钻探施工场地。

4现有地质勘查钻探装备的改进

4．1地质钻探钻机功能的改进

现有工程地质钻探设备，100m以内的浅孔取样钻机，其冲击钻进和回转钻进功能分开，是2种型号的钻机。如果将这2种钻进功能组合在一种型号钻机上，不但可减少设备的投入、提高钻探效率、降低钻探成本，还可满足各类地层的需要，取样质量好。将SH3o__2型钻机的冲击功能，设计组装在xY一1型钻机上，既可冲击，又可回转，还可成倍地提高在第四系(O4)地层钻进效率和取样质量。因第四系地层(04)较复杂，单一的冲击或者回转，往往钻探效果不理想，存在钻孔质量低、取样质量差、钻探效率低、成本高的缺点。在实际钻探取样中，经常出现孔内事故，但由于其具备冲击、回转功能，对处理孔内事故效果好，缩短了处理事故时间。钻进效率较高、取样质量好、降低了钻探成本，同时也减轻了工人的劳动强度。建议生产厂家(目前还没有生产厂家改进生产这种多功能钻机)，设计改进xY一1型钻机，以满足用户和地质钻探需要。

4．2运输工具的改进

在钻探施工场地运输，一直采用人力、胶轮拖拉机、履带式拖拉机搬运，费时费力，并且若有条件采用自带方式，无条件的采用外雇方式，均增加了施工成本。可以考虑将xY一1型取样钻机设计装在小型履带机上，改成自走式。既解决了钻探施工场地的运输，又适应了各种钻探施工环境场地，提高搬运效率。同时，xY型系列中、深孔钻机，也可以考虑将其设计装配在自走式中型履带机上。

4．3钻塔的改进

钻探使用的钻塔，相对于钻机，是分体的，不但安装费时费力，而且使用、运输也不方便。建议设计改进成塔、机一体式，增加液压起落，液压调平钻机、钻塔，节省辅助生产时间，减轻劳动强度。如果能将xY型系列钻机设计改进为具有冲击、回转(特别是xY—l型取样钻机)，塔、机一体，钻塔液压起落，钻机、钻塔液压调平，履带式自走的功能，将带来一场地质钻探设备的革命，实现钻机、钻塔、运输工具一体化，可极大地提高钻探效率，减少辅助时间，减轻劳动强度。

5地质勘查钻探设备的技术创新对策

(1)要解决我国深部矿产勘查中的关键钻探设备问题，就必需研发深孔全液压动力头岩心钻机及配套设备，形成具有我国自主知识产权的、先进的深孔全液压动力头岩心钻探装备系列，力争与国际岩心钻机先进水平接轨，使岩心钻探技术得到跨越式发展。如今，大多数国家在深层矿产勘查时已经普遍运用这种第三代岩心钻机，该类型钻机钻进效率极高，深孔可达3000m。而我国现在广泛运用的是第二代地质岩心钻机，也就是液压立轴式岩心钻机。如广西地矿局在某矿区先是运用国产立轴式钻机，它的钻进效率比较低，每小时钻探进尺仅lm左右。后来采用国外进口的全液压动力头钻机，在同样条件下小时进尺可达3m多，钻进效率提高了3倍。目前，我们国家这类机型的研制开发及应用上要落后于欧美一些发达国家。因此，我国今后一段时期地质勘查任务还是较繁重的，应当加快研究、开发自动化岩心钻机的步伐。

(2)不论是企事业内部还是外部都需要三者相互的结合，通力合作，将已有的钻探技术加以创新并融入实践当中，密切关注、掌握最新钻探技术及工艺，研究并解决钻探旋工过程中的难题，当问题解决了再反复实践，研发和应用两手抓以适应新形势下在深层找矿对钻探技术的要求。对钻探设备及其技术改进方法有以下几方面：

1)改进XY型系列立轴式液压钻机，具有冲击、回转钻进功能。钻塔、钻机、自动行走一体化。

2)我国YDX系列全液压动力头式钻机已经应用到了生产实践，应在地质钻探中推广使用，使我国钻探设备尽快实现升级换代。

3)国产地质管材材质，研制出高强度、耐磨性好、韧性佳等合金管材，以满足地质钻探需要，特别是满足中、深钻孔的需要。

4)研制出符合地质钻探各类岩层的人造超硬复合材料，从而提高钻头的使用寿命和小时效率。

5)在我国自主研制的三合一组合钻具(即：绳索取芯+液动潜孔锤+螺杆马达)，已成功应用在中国大陆科学钻探孔中，并可推广应用到钻探生产中。需加紧研制孔底换钻头，最终实现四位一体组合钻具，势必会产生显著的钻探效益。

(3)培养高素质钻探技术人员。目前，我国许多地质钻探技术人员和工人缺乏施工操作方面的经验，多数人还停留在过去常规的钻探操作上，如不能很好使用金刚石钻进与绳索取心技术，再加上深孔钻探技术方面的经验严重缺乏，其工作难度可想而知。如广西地矿局曾在桂北2个大型铅锌矿实施了2个750nl的钻孔，当钻探超过300m，地质结构变繁杂，技术操作难度加大时，只有经验丰富的退休老机班长方可施使操作，可想而知，一个连常规的钻探技术和设备无法掌握的技术人员就更别指望运用先进的钻探装备了。因新型的地质装备技术含量高、价格昂贵，所以必须加大对技术人员的培养，只有具备较高的文化素质和实际工作经验的技术人员才能顺利运行新型设备。

6结语

总之，为加强地质工作，实现地质勘查工作的要求，必须研发及应用当代最先进的钻探技术与装备，尽早使设备更新换代。通过采用最新的钻探技术及工艺方法，提升矿产勘查的技术水平和经济效益。