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摘要 ：当前中国的矿产勘查工作正处于新阶段，这项 技术的应用不仅能够为深部地质找矿提供准确的地下资 料，还能为最终的成矿鉴定提供依据。因此，本文从地质 调查和深部地质钻探开采技术的作用入手， 对反循环钻探、 钻绳取芯、高精度可控定向钻探技术等进行了简要分析。
关键词 ：地质勘查,技术分析,钻探技术
2021 年，自然资源部发布的《中国矿产资源报告》将 对近年来矿产资源勘探、开发利用以及地质矿产资源评价 的重要成果进行总结。新疆塔里木盆地的超深层和准格 尔盆地新层系的基础勘探工作已经取得了阶段性进展。此 外，川东南和松辽地区的非常规油气勘探和开发工作已完 成。为了实现持续的地质找矿，必须依靠地质勘查和深部 地质钻探技术的应用。因此，对我国深部地质钻探技术发 展的关键问题进行深入分析， 具有重要的实际意义。
1 地质勘查和深部地质钻探找矿技术的作用
1.1 测量地质地形
通过有效利用地质勘查和深部地质钻探开采技术，在 大范围内融合我国全新测量点的坐标系，精确测量地质地 形。在精确测量的基础上，借助智能化技术，建立独立的 坐标体系，了解区域内的地质地貌、地壳活动、水文环境 和自然条件， 有助于地质勘探工作人员进行勘查和探矿。 1.2 预测潜在矿区
通过科学利用地质勘查和深部地质钻探开采技术，分 析矿山地质特征，并结合已知矿山空间环境特点，利用专 业经验对矿山所在区域进行评价。确认矿区后，利用地质 勘察技术有计划地收集该区域的信息，纠正信息偏差，助 力对潜在矿山进行分析和判断。
2 地质勘查内容和原则
矿产资源开发的首要步骤是进行探矿工作，必须运用 地质勘查方法来寻找地质构造中储存的矿产资源，并派遣 人员进行开发。地质调研主要包括四个方面的内容。首先 是选择新的资源，能够在未来替代现有矿产资源。其次， 在矿产资源开采过程中使用勘查技术，可以缩短开采时间，获得准确可靠的地质信息，协助制定科学合理的开采 方案和开采安全系数，同时掌握矿块总数，进行整体规划 开采， 避免过度开发。再次， 地下矿产资源种类繁多， 在开 采过程中要注重共伴生矿的开发工作，利用优秀的勘查技 术，确保各种矿产资源得到充分开发利用，使矿产资源结 构更加合理，尽量减少对单一矿产资源的依赖。最后，这 项工作还包括尾矿的调研。长期以来，中国的矿产资源开 发存在着尾矿库利用率不高的问题，需要加强地质调研， 以保证开采效率和高效利用。此外，很多企业在完成开采 后没有按照国家标准撤出矿山，对周边的生态环境带来危 害。地质勘查应通过技术手段掌握矿山开采附近的具体情 况，并为环境和地质情况提供建议。
地质勘探工作是一项综合性、复杂的工作，在实践中 必须严格遵守相关准则。首先，要坚持科学化安排地质勘 探工作布局。在我国，矿藏分布的主要特点是具有较强的 地区性。主要矿产资源的产地也存在很大差异，确保有效 开采就必须采用不同的勘探技术。因此，地质调研应根据 各地区的地质情况和成矿特点进行整体性布局。其次，在 所有实地调查中，只需合理安排，协调好各个工艺流程和 关系，既能高效地完成调研任务，又可以最大限度地减少 资源浪费。再次，要坚持技术创新。随着地表浅层矿产资 源的减少，需要加强对深部地质探矿技术的研究，并对勘 探技术提出更高要求，为达到预期的地质勘查总体目标， 必须利用包括电子信息技术、遥感技术和信息科技等在内 的新科研成果。最后，要不断完善地质勘查机制和管理模 式，明确所有人员在勘查岗位上的职责，严格遵守标准规 范，全程进行标准化的地质调研。引入奖惩机制，激发勘 查工作人员的主动性，有利于提高勘查质量，也有助于矿 产资源的开发。
3 地质勘查和深部地质钻探找矿技术的类型
3.1 地质勘查技术的类型
3.1.1 重力勘探
重力勘探是一种地球物理探测方法，主要利用测量矿 山开采周围岩体与地质体之间相对密度差异或周边岩体 所产生的重力异常来确定地质体的尺寸、形态和空间位置，为确定矿山开采空区的大面积地质构造和矿产资源分 布提供依据。
重力勘探具有不容易受到干扰的优点，在存在相对密 度差异的矿块和周边岩石情况下，能够科学研究地区的地 质结构， 并进行成矿发展前景预测分析。
3.1.2 X 射线荧光
X射线荧光是一种依靠X射线管和探测器组成的X射 线能谱仪进行检测的专业技术。通过刺激被测区域，使其 中的各种元素放射出具有特定能量和波长特性的次生矿 物X射线，并通过探测仪系统软件进行精确测量，获取辐 射量、能量和波长信息，然后通过软件进行元素分类和成 分分析。X射线荧光是一种应用于矿山地质环境勘探的新 技术，在广阔的戈壁滩地区以及岩层裸露的低山丘陵地区 具有较好的效果，整体展现出速度更快、质量更高而价格 更实惠的特点。
3.2 深部地质钻探找矿技术的类型
3.2.1 反循环连续取样钻探技术
反循环连续取样钻探技术，又称为采样钻探(CSR)， 主要利用双壁螺旋钻头进行反循环钻井。在钻井过程中， 通过侧入式气自来水龙头向双壁钻具的环状空隙中注入 压缩气体、砂浆或冷水，以粉碎岩层。然后通过内管路将 岩屑回到地面，并以每秒不少于25.0m 的速率。最后，将采 样和岩屑放入旋风除尘器与空气分离，根据地质环境要求 进行不同的包装和检测。
反循环连续取样钻探技术具有地质环境信息收集精 确、采样质量高、孔道安全事故少、钻井工作效率高、地质 环境信息收集快速、钻井成本费用低、节约资源、减少空 气污染等显著特点。与常规的正向循环和交叉式连接头部 分反循环钻井相比，反循环连续取样钻探技术注重使用压 缩气体，增加了粉碎岩屑和岩柱回到地面的动力，避免了 附近岩层环境污染和判层不清楚等问题。同时，反循环连 续取样钻探技术适用于获取一定粒度(0.9mm ～ 5.0mm) 的岩矿颗粒， 适用于各种岩矿地质环境的描述。
3.2.2 金刚石绳索取芯技术性
金刚石绳索取芯技术由绳索取芯钻头和打捞器两个部 分组成，前者由外管组件和内管组件构成。外管内设有弹 卡，使得内管组件可以沿着打孔壁向下移动，而避免了内 管的上升。当内管组件到达外管组件的规定位置时，它将 停靠在座环上，阻塞了冲洗液通道，冲洗液则能够抵御弹 簧的力向下滑动。此外， 当木地板离心泵的气压表升高时， 内管组件的清扫孔会打开。当内管组件到达相应的位置 后，使用打捞器在重锤快速下降的影响下进入钻具中，使 其到达内管的整个程度， 并固定住捕捞枪尖。
金刚石绳索取芯技术具有如下显著特点 ：高性价比、 高钻井工作效率、企业涌水量成本费用低、劳动效率低。 通过金刚石绳索取芯技术，可以立即进行芯取样，而无需 进行挖掘。与传统的开挖方式相比，金刚石绳索取芯技术 还具有结构紧凑、坚固耐用、功能齐全和对地质环境效果 好等特点。
3.2.3 液动锤技术
液动锤技术是一种基于传统旋转钻井的新型采矿工 艺，在铁矿石行业有广泛的应用范围。实际上，液动锤技 术是基于洗脱液，利用内部隐含爆破装置的机械能传导到 钻头磨损部位， 从而破碎岩石层的方法。在特定的条件下， 可以采用液动锤WL 的钻井技术，再结合液动锤和金刚石 WL，可以简化钻孔抽芯的过程， 从而提高钻孔效率。
4 地质勘查和深部地质钻探找矿技术的应用
4.1 地质勘查的应用
4.1.1 重力勘探
在地质勘查环节中，成矿远景区至关重要，涉及成矿 基础理论、矿区地质结构等多种因素。通过运用精确度较 高的中小型比例尺重力勘探技术，并结合其他地质勘探信 息内容，可以圆满完成对成矿发展前景的预测和分析。以 某堆积霉变矿区为例，该矿区铁矿石层的建造形式主要为 硅质，同时也有铁元素石英岩玉和铁角闪岩的存在。根据 早期勘查信息，该矿区在前震旦系和上部地质构造之间存 在着相对密度差为 0.10g/cm3 的页面，因此可以利用重力 异常测量来了解前震旦系地层结构，为进一步探矿提供参 考。进行重力勘查时，专业技术人员必须充分考虑地质环 境和勘查工作的尺寸，一般采取 1:10000 ～ 1:500 的工作比 例尺。确定工作比例尺后，技术人员可根据一定长度进行 测线设置，并根据需要在测线上设置测量站。由纵横交错 连接形成的重力测量网络中，每个联系点均为重力测站， 密度约为 1个 /m2 ～ 3个/m2.在完成测量网络设计后，技 术人员应进行总标点的设计，以确定重力仪运行期间的零 点位移计算依据，并确保仪器设备的零点位移线在两个标 点之间进行平滑变换。基于此，专业技术人员每 30分钟进 行一次读值和温度、时间统计，连续24 小时后制作仪器设 备读值与时间的变化曲线图，从而揭示重力异常值，进而 绘制重力异常平面图和等值线图。通过绘制图形，可以分 析截面重力异常波动幅度和平面变化趋势，进而推测矿区 矿带分布情况。
4.1.2 X 射线荧光
X射线荧光技术不仅适用于矿产资源检测，还可以实 现即时的快速采矿，特别适合于自然调节条件较差、运输不便利的地段。在X射线荧光应用方面，目前主要采用轻 便型FD-256 型X射线荧光计、占比计数管和微机的程序 控制仪表系统。在确认仪器安装后，技术人员可以根据数 据资料编写 1:200000 的探针数据，以确定与探矿元素相关 的其他元素，为探矿研究提供依据。同时，根据X射线荧 光技术指南，选择主要特征谱线的谷点后的三个安全通道 作为主要特征谱线测量动能窗口的起始位置，并通过基本 剥谱技术扣减邻近谱线对总体目标动能窗口的贡献，将邻 近谱线的干扰降至最低，从而取代点射方法，通过多点测 量均值，收集并导出仪器设备对各元素特征X射线的计数 率。这样可以将当场测量中的酸化不均匀效应和其他几何 图形效应影响降到最低。
4.2 深部地质钻探找矿技术的应用
4.2.1 反循环连续取样钻探
根据不同的岩层条件，可以选择各种反循环气体取样 技术方法。例如，对于特殊的岩层情况，可以选择更高效 的气体逆循环钻机钻探方法 ;对于较分散的第四纪岩层， 选择了气体逆循环刮刀法钻进的工艺方法。以中国新疆哈 密迦太基综合治理勘测区的赤岩铜金勘探线开挖工程为 例，上部岩层呈缓堆积状态，深度在 10m ～ 100m之间，而 下部则为较平稳的岩层地层，首先采用气体潜孔锤反循环 法钻机进行开挖，以处理上部较松散的沙石地层，然后再 采用反循环法钻头气体潜孔锤，持续对于根管径潜孔锤质 量不高、降深超标的岩层进行钻进，利用气体反循环钻机 传动齿轮钻进技术，进行钻头歪斜调节，确保反循环钻机 的钻进效率。
4.2.2 高精度受控定向钻探
高精度受控定向钻探的关键设备包括脚踏式持续控 制斜器和液控阀螺杆钻具。前者广泛应用于单底定向孔、 多孔结构底钻或直孔斜调整。例如，直径为 56mm 的节式 无楔斜器可以在黄金白银、铜、锡等多种矿种内进行持续 开洞 ;后者主要依靠压井液驱动，配合歪斜器完成持续 歪斜。液控阀螺杆钻具配置了小孔径钻头、打孔钻头等仪 器设备，可以满足斜撑大曲率、总体小曲率驱动钻头的需 求。此外，还应根据特殊的勘探技术需求，配备即时测向 仪或随钻测向仪、逆变技术仪、点射测向仪、大埋孔水口 等设备。
目前，在中国深部地质勘探开发过程中已经出现各种 类型的定向钻孔项目实施，但小口径定向钻孔项目的实 施仍存在精密性不足的情况。因此，在精确定向钻孔过程中，可以结合国际创新的高精度钻探机倾斜仪和大扭矩小 转速比的蜗杆钻具，来实现对大口径、大造直线倾斜度及 深部复杂地质条件的钻孔进行精确控制。以深 750m 井孔 孔径 17m 灌水补漏的直线式煤矿为例，如果使用德国进口 的孔径为 95mm 的蜗杆钻具和陀螺图片倾斜仪，钻探仪器 的外径分别为 54mm、73mm， 钻头内外径分别为 118mm、 152mm，在一个主孔里多方位开展 6个定向孔，同时进行 3 条勘查配电线路操控，除了螺旋钻机定向钻入，还确保了 直线式煤矿外，竖直平面图“l”型(平行线——曲线图形) 定向井是非常常见的。
4.2.3 液动锤技术性
液压锤钻包含双喷头液压锤和WL钻头两个部分，液 体从上方的喷头喷出，并迅速旋转推动上壳腹腔物质进入 下部腔室。与此同时，由于节流阀工作压力急剧降低，阀 体迅速移动到限制位置， 使得锤头进入轴连接头部。
以某花岗石块状矿井为例，该矿井经常受到爆头青断 裂的冲击，而且保险等级不足，可钻探等级介于八级至九 级之间，并且围岩具有高硬度和延性。基于这种情况下液 压锤技术的特性，建议使用XY 负六钻头或 SYZX75 液压 锤进行三阶段的数据加密钻探。施工范围为 55000.00m，水 深范围在 750.00m ～ 1750.00m之间，等深挖掘施工数量与 等深基坑总数之比为 12/1.根据矿山特点，在设计钻压达 到 12.00kN 后，泵油压力约为 60l/min较合适，最大泵油水 压约为0.5MPa，中后期还可以通过提高深度来调整最大泵 油水压， 以确保实际冲击效果。
5 结语
一般来说，深部地质钻探与勘查特指以地质勘查的形 式，对不同类型矿藏和矿床中矿物成分进行测定和分析。 同时，需要根据在地质实地调查中获得的地质信息进行地 质现象分析， 以做好深部探矿的前期准备工作。地质勘查、 深部地质勘探开发等技术是推动矿山资源采出程度和绿 色利用的关键。因此， 针对我国重要的未知矿产资源储量， 科研人员合理安排了反循环法钻机连续取样钻井技术、金 刚石绳芯技术、高精密操纵定向钻井技术等一系列先进的 钻井技术，大量进行了地质和工程测量、潜在特征矿预测 等工作，为深部矿产资源研究工作奠定了坚实的技术物质 基础。
(作者单位 ：安徽省地质矿产勘查局 321地质队)
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