浅析金属矿的钻探技术

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  摘要:由于金属矿床成因复杂,以及后期地质构造对金属矿床的影响,导致岩石的完整性以及力学性质差异很大,钻探工程中容易出现钻孔坍塌等问题。金属矿对国家的安全与经济发展有较大的影响力,钻探技术对于找矿的重要性不言而喻,因此,本文对金属矿的钻探技术进行简单的探讨与分析。
  关键词:金属矿床;钻探技术;组织管理
  1.钻探技术在矿产资源勘查的作用
  矿产资源是维持人类生存的一种重要物质基础,是国家安全的一种保证,并推动国民经济的快速发展。在矿产资源的勘查项目中,以地质工作为核心,地球物理、地球化学、遥感、测量等是勘查地质工作不可缺少的方法和手段。勘查工程进行到一定阶段后,通过钻探对矿体的规模及形态进行控制与验证,同时测定矿石品位。当前的物理、化学等探测技术对矿体的规模及位置的控制并不精确,钻探工程是深部找矿必不可少的重要手段。由于金属矿床形成原因复杂多样,成矿作用及后期地质构造的影响,导致岩石的完整性及其力学性质差异很大,钻探工程中容易出现破碎带、硬岩钻进以及钻孔坍塌等问题。
  2.我国当前的钻探技术
  钻探技术对于找矿的重要性不言而喻,我国著名的河南省的钼矿田、白云鄂博矿区以及其他大量的铝土矿床的探明,都是通过钻探技术确定了其高储存级别的金属开采量。钻探技术在地质勘查中一直发挥着巨大的作用,而现阶段的钻探技术是找矿不可缺少的手段。
  2.1.反循环钻探技术
  反循环钻探技术通常包括水力反循环与空气反循环两种技术,二者的区别主要在于循环的介质的不同。泥浆或者水充当水力反循环钻探技术的循环介质,在循环过程中介质被传送到孔底部,取心钻头就能够得到柱状的岩心,随后岩心与冲洗液同时回到地面;而空气作为空气反循环钻探技术的循环介质,在双壁钻杆外管的作用下被传送到孔底部,由于空气的剧烈膨胀产生的强大冲击力,使得底部的潜孔锤剧烈的撞击底部的岩石,空气返回地面的同时岩屑也被带到地面上,通过这些岩屑我们就可以探查出这个矿的一些基本信息。
  空气反循环钻探技术和水力反循环钻探技术,它们的适用范围很广泛,无论是在复杂的地层锚固施工或注浆,或是在有松软缺陷的地层中都可以采用这两种钻探技术。水力反循环钻探技术与空气反循环钻探技术各有优缺点,空气反循环钻探技术的优点是低成本和低劳动强度,对于缺水干旱的地区,空气反循环钻探技术更为适合,不足之处在于空气反循环钻探技术获得的岩屑样本,代表性不强,不能够完整的反映出矿床结构的缺陷;而通过水力反循环钻探技术得到的岩块相比于空气反循环钻探获得的岩屑更加完整,所需的劳动强度也比空气反循环钻探技术更低,完整的岩块充分的保证了对矿层結构判断的精确性,缺点是对水资源的耗费比较大,钻进的速度较慢且工作效率低。
  2.2 绳索取心技术
  绳索取心技术具有十分广泛的应用范围,在我国的很多领域中,如钻探天然气、钻探固体矿产等领域,都应用了绳索取心技术。这是由于在获取岩心的过程中,绳索取心技术不需要提升钻杆,只有在钻头出现质量问题,必须更换钻头的时候,才会用到钻杆。正是因为绳索取心技术的便捷性及适应性,绳索取心技术才获得广泛的应用。在提取岩心时,绳索取心技术并不需要提升钻杆柱,其核心是在发生堵塞问题的时候用打捞器及时打捞装满了岩矿心的岩心管。绳索取心技术钻进的深度深,在保证了钻进的效率的同时还能够保证获取岩心的质量。打捞工具的存在使得即使作业中发生阻塞的现象,也可以及时打捞,减少矿心与钻具之间的摩擦,进一步保证了获取岩心的采取率。由于不需要频繁的拉升钻杆,所以在保证钻头的使用寿命的同时也降低了工作人员的劳动强度。
  2.3液动潜孔锤钻探技术
  我国在液动潜孔锤这类钻探技术的应用方面及获得的研究成果,领先于世界上的其他国家。目前,这一技术主要应用于水电建材、金属矿山以及石油化工等领域中。液动潜孔锤钻探技术利用的是冲洗液带动液动潜孔锤工作的原理,即冲洗液在施工现场的泥浆泵的输送下,液体能量作用于液动潜孔锤,钻头也受到这一能量的传递,而与钻头接触的岩石则被破碎,钻头的频繁的反复运动能够产生有节奏的冲击效果。液动潜孔锤钻探技术是对回转钻探技术的一种改进,在冲击力和回转力的作用下,钻进效率大幅提升,同时也降低了钻孔的成本。液动潜孔锤钻探技术适用于岩石坚硬的区域,能够充分利用坚硬岩石的特点,解决其他钻探技术无法解决的问题,同时还可以保证钻孔的质量。
  液动潜孔锤钻探技术通常应用于岩质坚硬以及脆性较大的地质结构中,一直处于高频的状态下,因此施工中必须重视设备的紧固问题。由于冲洗液质量直接关系这液动锤的磨损,所以最好选择含沙量低、粘稠度也较低,润滑效果好的泥浆。在高强度的作业条件下,无法充分保证液动潜孔锤的使用寿命以及良好的工作状态。所以,今后的动潜孔锤钻探技术研究重点应放在在延长潜孔锤的使用寿命的同时提升潜孔锤的工作效率。
  2.4钻探技术的组合
  应用于矿体的勘查工程中的钻探技术是一项比较复杂、比较系统的工艺。由于不同的矿体层次与不同的地质结构,需要根据实际情况选择相适应的钻探技术,反循环钻探技术、绳索取心技术与液动潜孔锤钻探技术三种技术有各自的优缺点,因此将这三种技术组合到一起,形成一个新的综合性的钻探技术,三种技术的结合能够更为充分发挥每一种钻探技术的优点,在降低劳动的强度和成本的同时,保证了钻探的效率,同时也增加了经济效益。
  3钻探现场的组织与管理
  3.1.钻探施工的管理
  钻探工艺技术以及设备选型是影响着深孔钻探成功与否的关键因素之一,而钻探施工的管理质量同样影响着深孔钻探是否能够成功。高水平的技术管理人员对深孔钻探施工的指导,钻探技术人员对钻探生产的管理与技术研究,以及施工操作工人熟练的技术,这都是保证深孔钻探成功的重要因素。
  3.2.人员与作业方式
  为发挥钻探技术在矿产资源勘查的作用,需要优化施工现场的组织与管理。首先对于钻机的维修及使用,应安排专门的技术人员与管理人员,并实行责任制。深孔施工过程中,施工技术人员配置充足,每组保证至少一名技术人员,施工采用4班6h的方式,保证施工人员最佳的体力状态,在充分发挥设备与人力资源的潜力的情况下,取得最大的经济效益。
  3.3.后勤保障体系
  金属矿的钻探技术施工具有较长的周期,深孔钻探的施工也有较高的风险。为保障钻探施工能够安全有序的进行,需要加强对钻探技术后勤保障体系的建立,对施工中需要的材料做好充足的准备,如:准备好钻探设备的主要零件、管材、泥浆材料以及钻头等等。
  4.结语
  矿产资源严重影响着人们的生活方式,是人类赖以生存重要的物质基础,是国家安全以及国民经济发展的重要保障。在当前资源严重短缺的环境条件下,研究人员应加快对相关的钻探技术的研究,更深入的了解钻探技术的相关知识,使得现场施工的工作人员掌握熟练的钻探的技能,从而真正实现我国钻探技术的飞速进步。
  参考文献:
  [1]张心剑,司百堂.金属矿床深孔钻探技术探讨[J].西部探矿工程,2010,(11):131-134.
  [2]张嘉峰.浅谈地质勘察工程中的钻探技术[J].科技创新与应用,2013,(30):25.
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