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西部地区蕴藏着大量的矿产资源,加速西部地质矿产资源的勘探开发有着十分重要的战略意义。取样钻探施工仍是目前确定矿产资源各项物化参数的唯一最终技术手段,加大先进钻探技术开发及应用的投资力度必将获得更大的最终效果。由于西部地区特殊地质地理环境,传统单一的取样钻探技术无法满足地质勘探的需要,特别是干旱及高海拔地区。

由于任何取样钻探技术都有其特点及局限性,对于西部干旱地区,应采用组合钻探多工艺取样施工方法,达到“因地施钻”的目的,才能取得最佳的综合钻探目的。从地质找矿角度出发及经济分析与对比,应转变传统的地质找矿观念,可以采用先钻后研的“逆向找矿”思维方式,即根据简单地质理论及成矿判断,首先布置取样钻孔进行钻探取样施工,并确定地下是否有矿,然后再确定其成因以及进行其他地质理论的研究。

根据我国西部高原及干旱确水的特点,以空气作为循环介质的取样取心并举的组合钻探方法将是加快勘探周期、降低成本最有效的方法。尽管西部地区是我国欠发达地区,但其面积及矿产资源储量却占居较大比例。特别是矿产资源量占全国矿产资源量的近73%,因此加速我国西部地区矿产资源的勘探与开发对满足国家经济社会对矿产品的需求和经济持续发展以及社会稳定有着十分重要的战略意义,正在实施的地质大调查及西部大开发重大工程正体现了上述战略意义。

西部地质大调查及大开发已经实施多年,但由于西部特殊的地质地貌环境、气候条件以及取样钻探仍是目前最终确定地下矿产埋藏深度、品位、储量、地质构造等重要物化参数唯一的技术手段,使得西部地质调查及矿产资源的勘探开发没有达到预想的结果。为了加速西部地区地质调查取得实质性进展,国家应加大对钻探技术研发的投资,推广高效、先进钻探取样钻探技术非常必要和可行。

1、　以空气循环为主体的组合取心(样)钻探技术及其可行性分析

尽管地质找矿取心取样钻探施工被看作商业行为,但在我国矿产资源仍归国家所有和控制,所以国家应重视取样钻探技术的投入及其发挥的关键作用。从目前地质找矿的技术发展现状看,地质取心取样钻探仍是目前最终确定地下矿产物化技术参数的根本手段。从目前我国西部地区的地理及地质环境看,以空气作为循环介质的取心取样钻探技术是加速西部地质矿产勘探开发最有效和经济实用的综合技术方案。

1.1 可行性

尽管我国西部地区海拔较高,空气含量比平原地区稀薄,但采用大功率的空压机,还是能够满足钻进要求的,因为西部地区地下水位深、水量少,对空压机的背压的影响较小。目前国内外大功率商用空压机技术性能已经发展到十分成熟的地步,国产及合资生产的大风量、中风压空压机已经批量生产,为深孔空气正、反循环取心取样钻探技术的应用提供了可能。

另外,为了提高现有空压机的钻深能力,国内外也都开发出了空压机增压装置(Booster),并已成功应用,确实能大大增加相同空压机的钻深能力。在钻机的选配方面,长行程动力头钻机是最适合的钻机。尽管我国在地质找矿钻探施工钻机方面几乎还是空白,但采用我国现有的大通孔立轴式钻机,如XY-2B、XY-4-2型等完全可进行空气钻探施工。另外,空气地质取样钻探技术已在国外工业发达国家广泛应用。

在英国, 70%以上的煤田钻探都是采用空气作为循环介质的钻探方式完成的。在北美,空气反循环连续取样钻探技术在多金属勘探中已广泛应用,以岩屑代替传统的柱状岩心完全可以满足确定地下矿产各项技术参数的要求。一些来华进行风险勘探的外国矿业公司,在勘探阶段都主动提出采用空气反循环连续取样钻探技术(RC钻探法)。以上事实证明,以空气作为循环介质进行地质找矿钻探是完全可行的。

1.2 西部地区空气及液体取心取样钻探技术综合效益对比分析

由于西部地区干旱确水,地层破碎漏失,如果采用液体作为循环的钻探方式,那么仅供水的施工费用将占总施工费用的30%。目前西部许多取心钻探施工过程中需要配备专门的施工供水车,有的要到离工地40 km以外地方取水,一辆5 t卡车有时一天不停的取水还不能满足生产需要。另外,采用液体循环的钻探效率要比空气取样钻探效率低50%~100%,液体循环钻探的成本是空气钻探成本的2~3倍。从目前我国水文水井勘探施工的实践证明,在干旱缺水的中西部地区采用压缩空气作为循环实施地质找矿钻探是完全可能和可行的。

目前水井钻进施工采用中风量和中风压空压机进行正循环钻进的孔深已超过400 m,水井钻探的孔径不仅要比地质找矿钻孔大得多,而且地下水位及水量对采用空气钻探带来的不利影响也要比固体矿产钻探大得多。目前我国西部地区绝大部分地质普查钻探钻孔多为中深孔(深度都在600 m以内),从水井钻探的实践以及国外空气钻探成功的经验看,大力推广应用以空气作为循环介质的组合钻探技术将是加速我国西部干旱地区及危机矿山接替资源找矿的最有效的技术手段。从我国目前空压机的满足程度看,我国21 m3/min的风量和2. 1MPa压力的空压机的技术性能、市场供应等都完全可以满足中深地质勘探孔取心取样钻探要求。

2、 不同空气钻探工艺方法及器具

为了满足不同空气钻探取样,可以根据地质需要及地层情况,配备不同的取心取样钻具。

2.1 空气反

循环(RC)连续取样钻探技术