新形势下探矿工程中钻探技术的应用

王 强

我们很多地区矿产资源状态自然地质条件相对较差，存在着缺水干旱、分层、大量不易破坏岩层，甚至破碎带，有软硬互层、矿层自燃等多种因素。这些问题不仅增加了采矿的难度，而且使钻探更加困难。本文分析了勘探技术中钻井技术的相关问题，以期更好地了解我国钻探工程的现状，为钻探技术的实际应用提供有益的措施。

1 钻探技术及过程

目前，我国的探矿工程主要利用机械钻探的方式开展工作，主要是利用机械工具进行采样、勘探等开展工作。在实际施工中，面对地质条件的复杂情况，需要勘探人员对工作区域的地下结构预先进行研究，才能提高工作效率，保质保量地完成相关工作。但是，由于地理环境的复杂性，无法只通过地表表现来判断该地区地下是否存在可开采的矿物及其存储数量，这就需要对目标地区进行深入的勘查。在对地理环境复杂的区域进行勘探时，需要利用好的钻探技术，才能有效地控制成本，提高在复杂地形的钻探效率。通过钻探技术可以得到目标地区的岩石样本、水样本等，通过对这些样本成分的具体分析，可以得到目标地区地下矿物的实际状况。在实际钻探工作中，通过合理应用钻探技术可以得到目标地区的地质结构，岩层结构等信息。钻探技术是需要对钻孔结构、方法以及深度等多方面应用的综合性技术。在探矿工程进行过程中，地质钻探具有设备精度高、效率高等优势。但是，地质钻探过程是一个涉及面很大的工程，因此相关工作人员需要了解目标地区的地质环境、矿物储存量等内容，再利用这些基础信息对目标地区的地形地貌进行钻探，完成深入勘探任务。在钻探工作进行过程中，工作人员需要对目标地区的建筑物高度、地基深度等信息进行分析，尽力避让难以施工的区域，并采取一定的防护措施。只有进行了勘探工作，才能够快速获得目标地区的实际信息，为后续工程铺设良好通道，有效降低项目成本，保障工程质量，提高施工效率。

2 探矿工程钻探特点分析

首先，探矿工程所针对的主要对象是地下岩层结构，需要深入地表，获取地下岩层、土壤信息，才能实现高效率开采。实际上，矿产资源的开采与勘探大部分都是采用机械设备来完成。开采前，使用钻探技术是为了更好研究地下矿产的埋藏位置、深度、储量、品位等情况，全方位掌控整个开采工程，在复杂多变的地形中顺势而为，降低成本消耗，提高开采效率，增加经营收益。在矿物挖掘环节中，利用钻探技术能够直接了解到采集对象情况，获取岩石内部物质信息，使用数据分析去整合，得到最终结果。最后，应当明确矿产资源的开发对于我国经济发展具有重要意义，这样才可以推广钻探技术，实现大范围应用。在新时代背景下，我国科学技术发展态势迅猛，衍生出了许多钻探新技术、新设备、新工艺、新材料，有效促进国民经济发展。

3 钻探技术的应用价值

长期以来，我国通过大量的矿产开发来促进经济发展，其对矿产资源的依赖导致市场需求不断增加。由此可见，利用先进的钻探技术进行勘探是大势所趋。经过一代代探矿工程人员的实践努力，虽然钻探技术已经形成较为完善的体系，但是受诸多因素制约，相关产业仍有很大的发展空间。鉴于这些情况，政府部门加大矿产资源开采的投入，希望有效解决存在的问题。我国矿业面临的主要问题是，浅层矿床的开采已经比较成熟，而深部矿床的地质条件一般比较复杂，开采难度和技术要求相对较大。可持续发展理念的提出，对资源开采作业提出了新的要求。只有加强钻探新技术的研究和开发，探矿产业才能具备长期发展的条件。综上所述，在勘探项目由浅部开采向深部开采的过渡时期，有必要根据地质环境的复杂性和深部开采的要求，科学构建更为完善的钻探技术。只有这样，才能保证地下资源的高效获取；同时，最大限度地保障区域环境不会受到严重破坏。

4 钻探施工的作用

4.1 资源勘探过程

我国在规模、资源储量和矿产储量方面处于世界领先地位，但开采效率不高，造成不必要的浪费，这给地质勘探留下很大的改进空间。随着钻探技术的不断发展，勘探深度也逐渐加深。但是很多新的钻探理论没有得到有效转化和利用，限制了矿产资源的开发。目前，较先进的探矿技术能够在8000m深度进行钻探作业，在一定程度上提高资源利用率。我国的勘探技术尚未达到先进水平，资源利用率相对较低。因此，从我国的实际情况出发，需要加大资金投入，提高研发水平和钻探技术。同时，在勘探过程中，也要注意环境保护、防灾治理，合理提高技术水平，尽快把勘探水平提高到先进水平，加强矿产资源勘查开发，提高经济效益。

4.2 钻探取样过程

调查方法的出现丰富了地理和资源开发领域的研究工具，提供了真实有效的参考数据。钻探技术是勘探技术的重要分支，它不仅可以将地理与勘探工作联系起来，而且还可以提供勘探方法来开发勘探工作中的资源。钻探技术的有效利用使我们能够从实物中选择适合个人分析和研究的样品。此外，钻探技术还可以应用于海洋研究、地下勘探、航空研究等领域。随着现代科学技术的发展，地下资源的开发也在不断深化和扩大。因此，有必要更准确地了解和研究地球的潜在资源。这一环节要求利用钻探技术收集目标区域丰富多样的动态信息，充分掌握目标区域地质信息、内部结构、外壳结构等。在调查过程中，需要钻孔和取样，只有有了合适的样本，才能进行科学研究，分析实际情况，提供有用的信息，确保后续项目取得成功，并提高资源利用率。

5 钻探技术应用具体分析

5.1 设备使用与选择方面

钻探技术收集地质矿产作为样品，用于勘探和分析与岩石有关的数据。因此，在选择钻探设备时，应严格考虑地质条件，不同的设备与工艺，产生不同的钻井结果。在选择钻探设备时，应根据地形和环境选择最合适的设备。目前，我国钻探技术包括钢丝钻芯、气泡钻孔、液压锤旋转钻孔等。随着科技的蓬勃发展，人们获得了许多新的钻探技术，如对接钻井技术、经济钻井技术等。通过合理运用这些钻探方法，可以快速提高钻探效率，同时优化矿山环境，提高开采质量。选择以下具体工具：首先，气泡钻探技术通常应用于气候干燥区。实验研究表明，该技术可在水体中发挥重要作用。尽量避免破坏和影响地质构造，获得更精确的数据和更准确的定位，增加对地质地貌的充分了解。其次，应用于地形水平差异较大地区的反周期钻探技术可以发挥重要作用。这项技术的原理是通过压缩空气和液体获得岩石材料样品，通过压缩空气直接获得样品。由于空气在高压压缩时具有较大的冲击力，充分发挥了钻机的作用。等到机器探测面重回地表后，外部会附着地下岩层的土壤与岩体物质，实现有效取样。该钻探技术可以快速突破地表，获取的信息比较准确，适合大规模应用于岩层地段、区域。

5.2 应用绳索取芯技术

顾名思义，绳索取芯主要是通过操作钻杆和提升绳索来提取岩心。这样，岩芯提取过程可以更加方便快捷。正常钻进时，只有当钻头部分出现故障时，才提取钻具更换钻头。在钻探作业中，岩芯通常由岩心管补充。无需将钻杆提回地面即可填充岩芯。如果要打捞岩芯管，可以用钻井设备中的支撑绳将其取出。该技术的应用可以为后续钻探工作预留更多的时间，提高项目的整体效率。绳索取芯是目前钻探工程中常用的技术。通过绳索取芯技术可以提高采取岩芯的速度和质量。同时，也能及时处理堵塞问题，减少钻杆磨损，延长钻杆使用寿命。绳索取芯操作方便，减少了工作人员的工作任务，降低了工作强度，该技术目前已得到广泛应用。

5.3 反循环技术

反循环钻探技术由德国和荷兰提出，并在世界各地广泛使用，已衍生出多种适用于不同地层的技术类型。如果以介质为基础，该技术可分为空气反循环和液压反循环两大类。二者对应不同的适用范围，前者主要依靠空气，空气通过机器进入孔底，空气带来的压力通常使岩石受到强烈冲击。原道路返回的空气通常可以携带研究中使用的岩石碎片，以确保作业人员对地质情况有更深入的了解。后者确保钻头在泥浆的作用力下，通过传递到井底的方式获得相应的岩芯，原始路径中返料的成分主要是岩芯和泥浆。对于地形相对复杂的地区，应用该技术能起到重要作用。受岩石特性的影响，上述技术的应用领域通常存在显著差异。一方面，通过空气反循环获得的岩石碎片是不完整的，不能系统地反映地层情况，但该技术的优点是可以在大多数地区使用。另一方面，液压反循环可以获得相对完整的岩石破片。由于该技术以泥浆为介质，要充分发挥其优势，必须有足够的水资源提供支持。该技术的缺点主要体现在速度慢、效率低。由此可见，在实施钻探作业时，施工人员应根据实际情况确定技术类型。在条件允许的情况下，还可以将两种技术结合使用，以保证不同技术的优势得到充分发挥。

5.4 气动锤技术

钻探作业前，施工人员应系统分析地质环境、条件和类型，真正做到以工程特征为依据，在规划设计的基础上，对勘查设备进行配置。除特殊情况外，设备配置原则一切从简，切记不可出现过度配置。在严寒区域、干旱区域，气动锤技术应用的频率较高，该技术对钻进效率的提升有明显效果，施工人员可借助其实现连续取样的设想，在钻进速度方面，该技术和传统技术的差距，通常能够达到八倍之多。

5.5 提升技术人员综合素质

经研究对比表明，技术人员的素质和知识储备直接影响钻探技术的应用效率。钻探技术本质上是人与设备有效配合才能体现出来。专业人员的操作水平和应急意识是充分发挥设备使用效率的关键。为了取得最佳效果，科学地推进勘探过程，需要丰富的理论知识、较强的实践经验、准确的研究判断。因此，我们应该以作业人员为出发点，努力提高人的整体素质。具体内容包括：一是加强理论和实践培训，使钻探人员了解勘探设备的技术状况，提高勘探设备的操作水平。二是提高技术人员的应急意识。如果出现问题，钻探人员可以快速评估情况，找到最佳解决方案，不断获得实践经验，为可能或存在的问题找到解决方案，进而解决问题。三是“精工意识”。在应用钻探技术时，作业人员必须有明确的工作理念，收集和分析数据，以科学的方法和严谨的态度对待，避免工作中出现不必要的失误，提高钻进效率。四是高校应建立相应的人才培养体系，与企业建立实践和教学平台，保持一批具有丰富理论经验和实践能力的高素质人才，创造人才学习的新环境。只有建立科学有效的钻探技术人员培训体系，才能扩大人才储备，保证地质勘探事业的顺利发展。

5.6 应用潜孔锤技术

潜孔锤技术是较为先进的钻探技术，它是将回转钻探技术作为基础，在此之上进行深入研究才产生的一项技术。潜孔锤技术是指将冲洗液添加进入潜孔锤中，再利用加入时产生的能力驱动潜孔锤进行钻进。当潜孔锤接收能量，可以把获得的能量最大限度地传送给钻头，传送中不会产生不必要的能量消耗，提高潜孔锤在使用过程中对岩体进行操作的效率。而添加进入潜孔垂的冲洗液，是钻进过程中对泥浆泵操作获得的产物，可以在钻头升降过程中带来具有一定节奏的较强的冲击力，凭借这种力驱动潜孔锤。潜孔锤技术主要是对回转钻探技术进行了一些优化，把回转力替换为相对较强的冲击力，对钻头施加更大的力提高钻头的钻进能力，尤其对硬度较高的岩石使用效果明显，其应用范围更广，提高钻探效率的同时降低矿产工程的成本。

使用潜孔锤技术需要注意以下几点：一是需要先固定好潜孔锤，再使用高频震动模式。二是要严格控制冲洗液传送，减少潜孔锤的磨损，保障泥浆具有一个较低状态的粘稠度。三是合理控制冲洗液中砂质的分布状态，使冲洗液保持一定的润滑性。只有这样，潜孔锤技术应用于小口径的探矿工程才能收到良好效果，还可以应用于锚固施工、水下爆破等方面。我国对潜孔锤的研究主要从提高潜孔锤钻探能力和对高强度环境适应两方面进行。目前，我国潜孔锤技术已经位居世界前列，在未来有希望将潜孔锤技术应用在石油天然气勘探和矿山地质勘察的各个领域中。

5.7 其他钻探技术

探矿工程中钻探目的主要是为了弄清作业区域的地质构造和水文条件，能否达到这一目的取决于所用技术的适用性。因此，有必要对钻探技术进行创新研究。①强岩心钻机。岩心钻机是探矿作业所用核心技术之一，在长期实践的过程中，该技术不仅表现出了更高的数字化与智能化水平，针对孔底动力所进行研究的内容也更加详细。该技术所依托动力源为液压，要想使钻探工艺水平得到显著提升，关键是加大研究力度，通过全面开展检测和预防地质灾害的工作，确保探矿工程具备持续发展所需先决条件。②组合技术的应用。我国地域辽阔，地形复杂，不同地形的钻探技术往往存在明显差异。在某些领域，依靠单一技术无法达到理想的效果。因此，根据实际情况和需求综合应用上述技术具有突出的实用价值。实践证明，这可以使不同的技术更好地发挥潜力，自然可以保证施工效率。在相关工作的实施中，需要注意以下内容：一是将设备的维护保养工作分配给专业人员，通过引进优秀人才，确保管理工作达到预期效果；第二，严格规定施工时间，由于探矿工程往往需要较长的施工周期，因此，只有提供系统、科学的后勤保障，作业人员才能全身心地投入施工。

6 新形势下钻探技术的创新应用趋势

6.1 提高对钻探技术的重视程度

在矿山防治水工作中应用钻探技术，一个最主要的问题是对于钻探技术的重视程度不足，矿山防治水工作人员没有认识到钻探技术的重要性。想要在矿山防治水工作中更好地应用钻探技术，就需要提高对钻探技术的重视程度，重视程度体现了矿山防治水工作人员对于钻探技术的认可度，工作人员要清晰地认识到钻探技术在矿山防治水工作中的重要性，不断加深对钻探技术的认识和了解，这样才能更好地发现钻探技术的优点。要把眼光放长远，着眼于矿山防治水工作的长久发展，积极进行技术改革，大胆应用钻探技术。

6.2 钻探技术更加专业化

随着时间的推移，我国钻探技术不断取得创新，在理论知识实践技术等方面取得了显著进步。这不仅体现在钻探技术上，也体现在矿产资源的开采上。只有在专业设备和高水平作业人员的支持下才能实现。作为我国先进定向技术的典范，它不仅可以随时随地采集样本，还可以获取样本数据，整合岩石材料信息，快速穿透坚硬岩石，这表明，我国的勘探技术取得了质的突破，正在逐步走向现代化。

6.3 完善技术管理体系

钻探技术在探矿工程中的应用需要涉及到很多问题，其中技术管理是一个至关重要的因素。要想更好地将钻探技术应用于探矿工程，必须建立完善的技术管理体系，划分不同管理部门，明确相应的职责，开展相应的管理工作，制订完善的钻探方案，明确如何应用钻探技术，做好技术应用前的各项准备工作，制定详细的技术应用步骤，避免钻探技术在应用中出现问题，确保钻探技术更好地应用于探矿工程。

6.4 钻探技术投入充足资金

钻探技术在探矿工程中的应用往往受到资金的限制。在实际的矿山防治水工作中，钻探技术的资金投入不足，导致相应的设施设备、人员配置不足，不能充分发挥钻探技术应有的作用。要想更好地将钻探技术应用于矿山防治水，就需要在钻探技术上投入足够的资金，购置相应的设施设备，配备各类专业技术人员，以确保钻探技术在探矿工程中得到更好地应用。

6.5 专业人员的引进

钻探技术在探矿工程中的应用效果与专业人员密切相关。只有专业人员使用钻探技术才能确保最佳钻井效果。在探矿工程中，由于专业人才的缺乏，往往会影响钻井技术的应用效果。要更好地将钻探技术应用于探矿工程，需要积极引进专业人才，确保使用钻探技术的人员具有丰富的理论知识和实践经验，能够熟练掌握和使用钻探技术，并定期培训考核，测试其专业能力，确保其专业技术的不断提高，才能更好地保证钻探技术在探矿工程中的应用。

7 结论

我国是矿产资源大国，品种丰富，储量巨大，但是受到经济因素的制约和影响，使得我国的钻探技术还未能达到世界先进水平，与发达国家具有一定差距。随着我国经济水平不断提升，各产业领域对矿产资源的需求量逐渐上升，这一现状将直接促进钻探技术不断革新，助力我国勘探事业高质量发展，早日达到世界领先水平。