(一)项目来源及研究目的
安徽是资源储量的大省,具有得天独厚的成矿地质条件。它地处华北、扬子、大别山三个板块结合带,在华北、扬子两个板块结合缝上,驰名中外的郯庐断裂自北向南纵穿全省,是全国19个成矿带之一的长江中下游铜铁多金属成矿带。为了进一步加快深部找矿步伐,安徽省地矿局313地质队于2008年4月向安徽省国土资源厅、安徽省地矿局申请“深部矿体勘探钻探技术方法及设备研究”项目立项,2009年被列入安徽省重点科技攻关项目(编号:09010301015)。
该项目的研究目的是提高深部矿体勘探速度、勘探靶区精度、地质成果的准确性,为加速我国寻找隐伏矿与开拓深部“第二找矿空间”提供技术支持。主要任务是通过研发钻探设备及机具、钻探方法、取心方法、钻孔护壁、高效长寿钻头等技术,解决深部钻探效率问题;通过研究受控定向钻探技术解决深部陡矿体和异型矿体、地表障碍物下部矿体勘探难题;通过钻孔摄像及定向取心技术完成钻孔地质信息采集,由单孔获取岩矿层参数的任务。历经近四年的研究、试验,再研究、试验与完善,于2012年底结题,通过鉴定验收。
(二)项目研究的主要内容
“深部矿体勘探钻探技术方法及设备研究”项目由安徽省地矿局313地质队主持承担,合作单位有:中国地质装备总公司、中国地质大学、中国科学院武汉岩土力学研究所、无锡探矿工具厂、唐山市金石超硬材料有限公司、张家口探矿机械厂等,同时聘请了国内部分资深专家作项目指导。
“深部矿体勘探钻探技术方法及设备研究”项目指导思想是,结合我国深部找矿技术需要,充分集成国内探矿技术优势,实行产、学、研、用相结合机制,以缩短研究周期,加速成果转化。项目的总体思路是:符合我国国情,以野外生产需求为中心,要求研究成果适用性好、可靠性强,易推广应用,且具有先进性、创新性,有自主知识产权。该项目共分4个课题:
课题一:分体塔式全液压动力头钻机及高强度绳索取心钻杆研制
(1)分体塔式全液压动力头钻机(FYD-2200型)
1)钻机实行分体结构设计,改变深孔钻探车载、桅杆式结构存在的弊端,以适应山区、丘陵、农田等道路较差的地区运输;
2)提升钻具设计为高塔形式,以增加立根长度;
3)钻机实现无级变速,增加调速范围;
4)钻机长行程(4.8m)设计,以增加回次进尺长度;
5)钻机动力头卡盘设计为卡瓦夹持和顶驱式两用结构;
6)钻机操作系统实现参数数字化,塔上操作可视化及钻探现场远程监控。
(2)高强度绳索取心钻杆
1)钻杆及接头优选国产高钢级无缝管材,进行特殊热处理,以增加强度和耐磨性满足3000m以内孔深钻探要求;
2)钻杆螺纹副设计为特殊形式,以增加抗扭、抗拉、防脱和密封性;
3)采用成型精密刀具加工钻杆接头螺纹,以提高螺纹加工精度。
课题二:钻孔摄像及定向取心技术在地质勘探中的应用研究
(1)钻孔摄像技术
1)实现360°孔壁数字成像、无缝拼接及高清晰度虚拟钻孔岩心图显示;
2)具有深孔内信息传输与数字分析处理功能;
3)运用钻孔摄像技术在单孔中解析岩矿层产状。
(2)定向取心技术
1)研究垂直孔、倾斜孔岩心定向系统,以扩大定向取心技术应用范围;
2)设计恒压岩心打印装置,保证可靠的导向钻进和平衡反扭矩效果;
3)研究水压力平衡,提高机械仓密封的可靠性;
4)研究孔底岩心打印控制装置,实现电机工作状态的自动控制;
5)研制微型金刚石钻头,以保证定向取心器孔底打印可靠性;
6)研究定向取心技术,在泥浆护壁钻孔中解析岩矿层产状。
课题三:钻孔设计与轨迹动态监控技术研究
1)钻孔弯曲规律分析,预测待钻钻孔的轨迹形态变化规律;
2)钻孔轨迹设计及钻孔轨迹形态绘制;
3)钻孔轨迹空间位置计算及中靶精度预测;
4)探矿、地质综合设计书编制;
5)钻孔综合资料整理及其电子文档自动生成;
6)钻孔轨迹三维可视化动态显示。
课题四:深部岩心钻探钻进工艺方法研究
1)关键装备优化选择与配置;
2)钻孔结构及套管设计;
3)特殊地层钻进取心技术;
4)高效、长寿命金刚石钻头研制与使用;
5)泥浆与护壁技术;
6)钻孔轨迹控制技术;
7)孔内事故预防与处理;
8)钻头成本与技术指标分析。
(三)项目研究主要成果
经过几年的研究与实践,“深部矿体勘探钻探技术方法及设备研究”项目按任务书设计要求完成了FYD-2200型分体塔式全液压动力头钻机及配套机具、高强度绳索取心钻杆(N、H系列,施工深度3000m以内)、地质勘探钻孔摄像及定向取心技术、钻孔设计与轨迹动态监控技术、深部岩心钻探钻进工艺方法的研究与开发。完成了“江淮下游新生代晚期环境变化研究”与“湖北神农架晚期第四纪环境研究”不扰动样环境科学钻探孔、“汶川地震断裂带科学钻探”WFSD-3孔、“深部矿体勘探钻探技术方法及设备研究”ZK1725孔等科学钻探试验孔,国家深部探测3000m科学钻探“华南于都 赣县矿集区科学钻探选址预研究”NLSD-1孔与“华东庐枞盆地科学钻探选址预研究”LZSD-1孔、安徽寿县正阳关铁及多金属潜力资源预查项目和滁州明光盐矿勘探孔等深部找矿钻孔的钻探任务,并在安徽霍邱铁矿、金寨沙坪沟钼矿、泥河铁矿、庐枞铁矿、琅琊山铜矿以及山东、浙江、江西、甘肃、四川、北京、上海等地不同地层、不同口径、不同钻进方法的深孔地质找矿和科学钻探中加以应用,取得了良好的效果。
项目研究共获得8项国家专利(其中发明专利3项)、1项国家计算机软件著作权。项目四个课题全部通过国内外科技查新及安徽省科学技术厅组织的专家技术鉴定。项目全面总结的小口径深部岩心钻探工艺及配套机具体系,对地质岩心钻探、科学钻探、环境地质勘探、水文地质水资源勘探施工等项目具有指导意义。项目研究成果总体评价为达到国际先进、国内领先水平。