(壹)項目來源及研究目的
安徽是資源儲量的大省,具有得天獨厚的成礦地質條件。它地處華北、揚子、大別山三個板塊結合帶,在華北、揚子兩個板塊結合縫上,馳名中外的郯廬斷裂自北向南縱穿全省,是全國19個成礦帶之壹的長江中下遊銅鐵多金屬成礦帶。為了進壹步加快深部找礦步伐,安徽省地礦局313地質隊於2008年4月向安徽省國土資源廳、安徽省地礦局申請“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”項目立項,2009年被列入安徽省重點科技攻關項目(編號:09010301015)。
該項目的研究目的是提高深部礦體勘探速度、勘探靶區精度、地質成果的準確性,為加速我國尋找隱伏礦與開拓深部“第二找礦空間”提供技術支持。主要任務是通過研發鉆探設備及機具、鉆探方法、取心方法、鉆孔護壁、高效長壽鉆頭等技術,解決深部鉆探效率問題;通過研究受控定向鉆探技術解決深部陡礦體和異型礦體、地表障礙物下部礦體勘探難題;通過鉆孔攝像及定向取心技術完成鉆孔地質信息采集,由單孔獲取巖礦層參數的任務。歷經近四年的研究、試驗,再研究、試驗與完善,於2012年底結題,通過鑒定驗收。
(二)項目研究的主要內容
“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”項目由安徽省地礦局313地質隊主持承擔,合作單位有:中國地質裝備總公司、中國地質大學、中國科學院武漢巖土力學研究所、無錫探礦工具廠、唐山市金石超硬材料有限公司、張家口探礦機械廠等,同時聘請了國內部分資深專家作項目指導。
“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”項目指導思想是,結合我國深部找礦技術需要,充分集成國內探礦技術優勢,實行產、學、研、用相結合機制,以縮短研究周期,加速成果轉化。項目的總體思路是:符合我國國情,以野外生產需求為中心,要求研究成果適用性好、可靠性強,易推廣應用,且具有先進性、創新性,有自主知識產權。該項目***分4個課題:
課題壹:分體塔式全液壓動力頭鉆機及高強度繩索取心鉆桿研制
(1)分體塔式全液壓動力頭鉆機(FYD-2200型)
1)鉆機實行分體結構設計,改變深孔鉆探車載、桅桿式結構存在的弊端,以適應山區、丘陵、農田等道路較差的地區運輸;
2)提升鉆具設計為高塔形式,以增加立根長度;
3)鉆機實現無級變速,增加調速範圍;
4)鉆機長行程(4.8m)設計,以增加回次進尺長度;
5)鉆機動力頭卡盤設計為卡瓦夾持和頂驅式兩用結構;
6)鉆機操作系統實現參數數字化,塔上操作可視化及鉆探現場遠程監控。
(2)高強度繩索取心鉆桿
1)鉆桿及接頭優選國產高鋼級無縫管材,進行特殊熱處理,以增加強度和耐磨性滿足3000m以內孔深鉆探要求;
2)鉆桿螺紋副設計為特殊形式,以增加抗扭、抗拉、防脫和密封性;
3)采用成型精密刀具加工鉆桿接頭螺紋,以提高螺紋加工精度。
課題二:鉆孔攝像及定向取心技術在地質勘探中的應用研究
(1)鉆孔攝像技術
1)實現360°孔壁數字成像、無縫拼接及高清晰度虛擬鉆孔巖心圖顯示;
2)具有深孔內信息傳輸與數字分析處理功能;
3)運用鉆孔攝像技術在單孔中解析巖礦層產狀。
(2)定向取心技術
1)研究垂直孔、傾斜孔巖心定向系統,以擴大定向取心技術應用範圍;
2)設計恒壓巖心打印裝置,保證可靠的導向鉆進和平衡反扭矩效果;
3)研究水壓力平衡,提高機械倉密封的可靠性;
4)研究孔底巖心打印控制裝置,實現電機工作狀態的自動控制;
5)研制微型金剛石鉆頭,以保證定向取心器孔底打印可靠性;
6)研究定向取心技術,在泥漿護壁鉆孔中解析巖礦層產狀。
課題三:鉆孔設計與軌跡動態監控技術研究
1)鉆孔彎曲規律分析,預測待鉆鉆孔的軌跡形態變化規律;
2)鉆孔軌跡設計及鉆孔軌跡形態繪制;
3)鉆孔軌跡空間位置計算及中靶精度預測;
4)探礦、地質綜合設計書編制;
5)鉆孔綜合資料整理及其電子文檔自動生成;
6)鉆孔軌跡三維可視化動態顯示。
課題四:深部巖心鉆探鉆進工藝方法研究
1)關鍵裝備優化選擇與配置;
2)鉆孔結構及套管設計;
3)特殊地層鉆進取心技術;
4)高效、長壽命金剛石鉆頭研制與使用;
5)泥漿與護壁技術;
6)鉆孔軌跡控制技術;
7)孔內事故預防與處理;
8)鉆頭成本與技術指標分析。
(三)項目研究主要成果
經過幾年的研究與實踐,“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”項目按任務書設計要求完成了FYD-2200型分體塔式全液壓動力頭鉆機及配套機具、高強度繩索取心鉆桿(N、H系列,施工深度3000m以內)、地質勘探鉆孔攝像及定向取心技術、鉆孔設計與軌跡動態監控技術、深部巖心鉆探鉆進工藝方法的研究與開發。完成了“江淮下遊新生代晚期環境變化研究”與“湖北神農架晚期第四紀環境研究”不擾動樣環境科學鉆探孔、“汶川地震斷裂帶科學鉆探”WFSD-3孔、“深部礦體勘探鉆探技術方法及設備研究”ZK1725孔等科學鉆探試驗孔,國家深部探測3000m科學鉆探“華南於都 贛縣礦集區科學鉆探選址預研究”NLSD-1孔與“華東廬樅盆地科學鉆探選址預研究”LZSD-1孔、安徽壽縣正陽關鐵及多金屬潛力資源預查項目和滁州明光鹽礦勘探孔等深部找礦鉆孔的鉆探任務,並在安徽霍邱鐵礦、金寨沙坪溝鉬礦、泥河鐵礦、廬樅鐵礦、瑯琊山銅礦以及山東、浙江、江西、甘肅、四川、北京、上海等地不同地層、不同口徑、不同鉆進方法的深孔地質找礦和科學鉆探中加以應用,取得了良好的效果。
項目研究***獲得8項國家專利(其中發明專利3項)、1項國家計算機軟件著作權。項目四個課題全部通過國內外科技查新及安徽省科學技術廳組織的專家技術鑒定。項目全面總結的小口徑深部巖心鉆探工藝及配套機具體系,對地質巖心鉆探、科學鉆探、環境地質勘探、水文地質水資源勘探施工等項目具有指導意義。項目研究成果總體評價為達到國際先進、國內領先水平。