探矿工程

工程简介

探矿工程有时也称勘探技术，一般泛指地质勘探工作中有关的工程技术。除钻探和坑探两个主要方面外，凡为了完成地质勘探工作而必须进行的其他工程，如交通运输、修配业务、动力供配等，也都属探矿工程的范畴。其中钻探工程又分为地质勘探钻进和工程技术钻进两种。前者根据地质设计，在预定地点，利用钻探设备钻穿岩层，取得岩样、水样、土样等实物资料，并通过钻孔进行地下物理测量或地下水动态观测等，在地质勘探中应用最广。

工程简介

地质勘探工作中，为探明隐伏矿体或某些特定地质体的形态、产状、深度、规模、结构和储量，取出有代表性的实物地质资料的工程技术。研究这一工程技术的学科称探矿工程学或探矿工程。其内容包括钻探工程、坑探工程和探矿机械。

随着生产技术的发展，工程钻进的应用不断扩大，如水坝或其他工程建筑基础的灌浆和固结处理、矿山竖井建设中冻结孔的钻凿，以及地下坑道的通风孔、电缆孔等的钻进，都属钻探工程的范畴。坑探工程是指勘探巷道的气掘进，即按地质设计在岩层内凿出一个可供人员及设备进入的通道，从中直接采集所需的实物样品，并在其中进行观察、描述等，从而为地质和矿产情况提供资料。根据业务工作的内容，探矿工程还分为机械设备及工艺技术两个方面。

第二次世界大战后，科学技术和工业得到迅猛发展，对矿产资源的需求猛增，从而促进了地质工作的技术进步：

①地质勘探从单一的地质调查发展为多工种综合地质勘探；

②地质工作从过去局部的、浅层的、定性描述阶段转向地壳的纵深方向和定量测定的新阶段；

③探矿工程是直接获得大量地下实物地质资料和地球物理信息的唯一方法，并作为计算矿产储量或提出地质体科学结论的可靠依据；

④地质勘探工作要力求投资少、收效大、勘探周期短，探矿工程能加快勘探速度、缩短勘探周期。

钻探工程

介绍

在地质勘探和建筑基础勘查工作中，根据地质设计的勘探线距离和网度,用专用的钻探机械,按一定设计角度、方位和钻孔轨迹施工的钻孔，通过钻孔取得岩（矿）心、岩屑，下入测试仪器探测钻孔内地层、矿体、油气和地热等情况的工程。简称钻探。钻进中破碎岩石主要采用机械方法。其他物理的或化学的碎岩方法尚处于试验研究阶段。根据破碎岩石的外力作用方式，钻探方法可分为回转钻探、冲击钻探、冲击回转钻探、振动钻探和喷射钻探等。

目的

钻孔的目的是为了探测，首先是从钻孔中逐段取出岩（矿）心（见岩心与矿心）、岩屑、液态样（石油、水、地热水、矿化水、结晶水等）、气态样（天然气、二氧化碳、氢、氦等）等实物地质资料，供观察研究、物质成分化验和物性测定，以获得齐全的定性定量数据。

作用

钻探能验证地表地球物理资料是否准确可靠，为孔内物理测试提供通道，获得岩矿层的物性信息。一些大口径钻探孔可以用作开采地下水、地热能、油气，观测地下水动态，钻孔安置仪器可作长期观测站监测预报地震或为加固改造薄弱地基打灌注基础桩、加固建筑物基础，整治泥石流、滑坡等。

特点

地质钻探工程的工艺流程、工艺技术和基础理论，与石油天然气开发钻井工程大体相近。但钻孔较浅、较小，设备较轻，面临的岩矿层品种很多，采取岩（矿）心样品等的工艺技术远较油气钻探复杂。钻孔的直径和深度取决于矿层的埋藏深度和钻孔的用途。①固体矿产钻探。钻孔直径小（一般为46～94毫米）；要全孔取岩（矿）心和矿屑；按矿种的不同，深度从几十米到2000多米不等；中国东部地区最深岩心钻孔为4006.17米，中部地区最深岩心钻孔2818.88米。西部地区最深岩心钻孔2472.66米。世界最深岩心钻孔为5424米（1988，南非威斯特兰）。②水文地质钻探。普查孔直径小于150毫米;勘探孔直径一般为150～350毫米；水井直径一般为150～550毫米，深度一般为300米左右,中国最深水井1200米。③石油天然气钻探。口径大（一般开孔915毫米，终孔216毫米），较深（一般为1000～7000米），主要钻探沉积岩，取岩心较少，以岩屑录井为主，要用大型石油钻机施工，为防止高压油气层发生井喷，井口要安装防喷器具。④地热钻探。遇到的是高温热流体（一般为100～200°C）,在沉积岩或火成岩中钻探，钻孔口径、施工方法与油气井近似，要安装高压耐热防喷器，使用高温处理剂防止钻井液在高温下失去稳定性，还要预防高温热膨胀使套管折断。井深一般1000～3000米，世界最深井是美国索尔顿湖地热井(1986)，井深3220米，井温高达365°C。

应用

随着工业和建设事业的迅速发展，钻探工程应用领域日益拓宽。地质找矿任务已转入以区测普查能源、水资源、贵金属和非金属为重点，普查找矿和矿产预测规模大了，还需要探明埋藏较深的隐伏矿体。随着航测、遥感区域的扩展，钻探验证工作量急剧增加。煤、地热、水资源、贵金属和非金属矿产钻探工作量也随之增加。钻孔口径和孔深将向两极发展，既要用金刚石打小口径钻孔，又要用大型钻机打地热井和1～3米大口径基桩孔。还要为深部地质学研究施工深孔、超深孔作好前期准备。

坑探工程

在地质勘探工作中，用来揭露和追踪地质现象、矿体产状，从地表或地下掘进的各类小断面的坑、井、槽、巷工程。它是探矿工程的一个组成部分，也是采矿工程的一个分支。

作用：

①供地质人员进入坑道内直接观察研究地质构造与矿体产状，进行地质素描；

②直接采集样品，为探明高级储量，以及后续的矿山设计、采矿、选矿和安全防护措施提供依据；

③若干有色和稀有贵重金属矿床必须用坑探工程验证物探、化探和钻探资料；

④部分坑道用于探采结合。

特点：

①断面小，机掘水平坑道一般为1.8×2.0～2.2×2.2平方米，手掘一般为1.2～1.5平方米；

②坑道一般都比较短浅，因筹建、搬迁较频繁，宜于使用小型轻便、自行式机械设备；

③为防止有害气体溢出，人畜掉入和保护矿山完整，坑探任务完成后，要充填或封闭坑道。

应用领域：

坑探工程除在稀有金属、贵金属、有色金属等普查勘探中发挥重要作用外，近年来也拓展到隧道、采石、小矿山采掘和砂矿探采等领域。

探矿机械

钻探和坑探施工设备的总称。钻探过程中带动钻具向地下钻取样品的专用机械，包括钻探机、泥浆泵、动力机和钻塔，称钻探机械。坑道掘进过程中使用的凿岩、装岩、运岩、通风排水等专用设备，称坑探机械。探矿机械与石油开采和采矿机械相比，其特点为：①机械设备小而轻便；②矿山以压风为动力的机械较多，而坑探短浅坑道，多以电和内燃作动力，只在深坑道才多以压风作为动力。

理论应用

由于探矿工程是在石油天然气及其他矿产的钻井和采掘工作中演变、发展起来的。因而其应用的基础理论也与其大同小异。它既利用了前者已建立的一些理论基础,又结合自身的特点加以应用,建立并发展了自身的一些独特之处。

钻探岩石力学　研究钻探过程中孔底碎岩、保持孔壁稳定和岩（矿）心完整等机理及方法的学科。它既把石油天然气钻井的孔底碎岩及压力平衡保持孔壁稳定的理论和方法应用于地质岩心钻探及水文、工程地质钻探等方面，又利用岩石强度抗压大于抗剪，抗剪大于抗弯，抗弯大于抗拉的原理，发展了冲击回转钻探，及用各种单动的双层岩心管、半合管等减少振动及磨损的方法保护了岩（矿）心的完整。

岩心可钻性研究　在这方面是结合地质钻探和坑探的技术条件，通过研究、发掘岩心物理力学性质与钻探和坑探凿岩的相关关系，把钻探与坑探凿岩的岩心分级，建立在岩石试验力学与岩石可钻性相关关系和岩石破碎理论的基础之上（见岩石物理力学性质与可钻性、坑探岩石分级）。

此外，在水力学应用于钻头设计的钻头水力学、胶体化学、高分子化学及流变学在钻井液中的应用与研究，优化理论和优选法在探矿工程中的应用，遥感、遥控技术以及计算技术在探矿工程中的应用与研究等也都已有一定的开展和成果。

发展趋势

探矿工程将致力于：

①开拓高技术应用，包括优化钻进与掘进参数、建立多功能数据库、开展“CAD”机械设计、研究新式随钻测量(MWD)仪器，试行钻进水平孔、煤田气化钻孔体系等；

②研究新一代小型轻便和高效率设备；

③积极开展大陆科学深钻（超深孔钻探）的科研工作，研制新型深钻设备。

钻探标准

《地质岩心钻探规程》（DZ/T0227－2010）是地质钻探行业标准，由中华人民共和国国土资源部发布，于2010年12月31日起实施。

专业院校

中国探矿工程专业（勘查技术与工程）相关的知名院校有中国地质大学，吉林大学，成都理工大学等。

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