绿色勘查中以钻代槽技术应用前景浅析

近年来,浅层取样(心)钻探技术与地表基岩水平钻探技术作为新时期地质找矿工作手段,受到越来越多地勘单位的关注与试用。本文通过对浅层取样(心)钻探技术与地表基岩水平钻探技术在槽(井)探工程上的应用分析,从设备工艺、布孔要求、产状测量、样品规划及测试成效上探讨这两种技术替代槽(井)探工程的可行性和特点。笔者认为浅层取样(心)钻探技术通过合理布孔在一定范围内可以实现部分替代槽(井)探工程的功能,从而达到减少布设槽探工作量的目的;地表基岩水平钻探技术在异常查证及厘定标志层产状、矿(化)体深部延伸情况上成效显著,可较好替代槽(井)探工程。作为技术可行、经济可控、社会效益显著的新型矿产勘查方法,合理选用上述方法将势必成为新时期地质找矿工作行之有效的绿色山地工程手段。     

煤层底板孔多分支点取样钻进技术及应用研究

针对碎软煤层长距离瓦斯参数测定、瓦斯抽采钻孔工程设计指导和抽采效果评价的技术需求,在分析现有碎软煤层取样钻进技术存在问题的基础上,提出了煤层底板孔多分支点取样钻进方法,制定了取样钻进工艺流程,开发了随钻轨迹精准调控、“机械+水力”高效排渣等关键钻进技术,选型配套了定点取样钻孔钻进装备和密闭取样装备。在安徽省宿州市某矿开展了现场试验,施工了1个主孔深度301 m的取样定向钻孔,在取样分支孔中实施了2次定点密闭取样,取样深度分别为178、238 m,顺利在碎软煤层中采取了煤样,获取煤样的瓦斯含量分别为9.05 m3/t和10.08 m3/t,与常规方法相比测得瓦斯含量分别提高了12.4%和25.2%,确保了煤层瓦斯参数测试的准确性,可为碎软煤层瓦斯参数测定提供一种新的技术途径。      

砂土卵石地层高频冲击直推半合管取样工艺应用研究

地层的取样质量决定了污染场地调查的准确性,获取无污染、无扰动、结构完整且取心率要达到一定要求的样品对于环境取样具有十分重要的意义。砂土卵石地层软硬交错、结构松散,造成取样率低、样品结构易破坏、钻进取样效率低等问题。本文采用高频冲击直推钻机,配合半合管取样钻具,以乌海市重点行业企业某化工园区的污染详查工作为例,介绍了高频冲击直推半合管取样工艺及其应用效果。该工艺在砂土卵石地层中岩心采取率达85%以上,样品原状性好,为后期该类地层的钻探取样提供了可靠的参考依据。     

气体推动式地下流体取样技术的室内验证

获取高质量的地下流体样品对于二氧化碳地质利用与封存(CCUS)场地的CO₂泄漏监测具有重要意义。基于气体推动原理的地下流体取样器具有取样精度高、地层扰动小、易与井下监测技术集成从而实现地下流体原位连续监测等多方面优势,已广泛应用于多个CCUS场地中。然而,在实际应用中取样器存在取样量不稳定、受地下水水位波动影响大等问题。为解决上述关键问题,作者研发并搭建一套模拟井筒内地下流体取样可视化实验装置,通过开展不同液面高度下地下流体的取样实验,探究气体推动式取样器的取样过程及取样机制。实验结果显示：气体推动式取样技术在取样过程对井筒内液体无干扰,证明具有被动取样的特点,对环境影响程度低。取样量大小主要取决于井筒内液面高度和储流容器大小,可通过液面高度及管路尺寸精确计算得出理论取样量。不同液面高度下实际取样量与理论计算量基本一致,其误差随液面高度的增加而降低,最大误差小于6.6%。取样时间与平均取样速率主要取决于注气压力,并与注气压力呈现幂函数关系,拟合相关系数大于99%。上述实验结果将有助于进一步理解气体推动式取样器的取样机理,对于取样器结构优化以及指导现场取样效果具有重...     

超声波取样钻机电耦合特性研究

压电驱动的超声波取样钻具有质量轻、能耗低、无回转部件的特点,可以满足地外岩石采样的需求。电能通过压电陶瓷转换为致动器高频振动的机械能,使其在特定频率做超声的共振。这种超声取样钻的机电耦合特征,使超声致动器的设计变得复杂。基于ANSYS环境,研究超声致动器在机电耦合场边界条件下的动力学特性,其耦合场的模态频率、激励响应与单一机械结构场条件得到的结果具有较好的一致性。结果表明,超声致动器把电能转换机械能过程的机电耦合场相互作用是很弱的。因此,采用解耦方法,超声致动器的设计过程将大大简化。     

江苏栖霞山铅锌矿成矿物质来源与成矿过程:S-C-O同位素证据

为揭示江苏栖霞山矿床成矿物质来源与成矿过程,对取自该矿床两个深钻孔的岩芯样品进行了电子探针及S、C、O稳定同位素分析。电子探针分析结果显示,矿化早期的磁铁矿具有Ag-Pb-Zn热液矿床特征;不同成矿期的闪锌矿中的Fe含量有从成矿早期到晚期逐渐降低的趋势,暗示成矿是一降温过程。同位素分析样品采用微钻取样,测试结果表明矿石中的铅锌硫化物的δ~(34)S值为-4.44‰～7.22‰,表明硫主要为岩浆来源;围岩中硫化物的δ~(34)S值较矿石的δ~(34)S值要小,结合地层中存在沉积型黄铁矿,推测部分硫来自地层。脉石矿物的C、O同位素数据表明,成矿期流体主要来源于岩浆,运移过程中与围岩发生水-岩反应;晚期方解石脉的C、O同位素更接近岩浆范围,表明随着温度的降低,热液与围岩的反应强度降低。栖霞山铅锌矿床的成矿物质与成矿流体主要来自深部岩浆热液,温度、围岩性质是制约矿质沉淀的重要因素。     

葛洲坝泥化夹层的物质组成特性

葛溯坝基岩中,砂岩或粉砂岩岩层间夹有一些厚薄不等,性状各异的粘土岩或粉砂质粘土岩,以及它们的泥化夹层等软弱夹层。本文主要是根据若干典型夹层的矿物成分及其定量分析结果和部分颗粒分析资料等,叙述和讨论了软弱岩层的物质组成,特别是亲水性粘土矿物的组成特性与泥化夹层形成的关系。     

卫星导航系统中轮循式时频测量的数据预处理方法

针对时间频率系统中轮循式测量多通道信号与标准1PPS信号时差的记录错误通道数据问题,对阿伦方差等计算带来的不利影响,提出了一种结合Baarda算法和三次样条插值算法的数据预处理方法,有效地探测数据记录异常点,并计算异常点的三次样条内插值以替换,提高了原始数据可利用率和计算精确度。     

Geoprobe直推钻机在城市水土环境地质调查中的应用

为进一步查明某大型废弃工矿场地水土环境影响范围和程度,对其影响区进行详细的水土环境质量综合调查,基本查明“起步区”范围内土壤和地下水所受污染状况,进行风险评价并提出土地使用的初步对策与建议。设计水土环境取样钻孔386个,钻探工作量4180 m,要求定位采集土壤和地下水原状样品,以判定地层结构、含水层结构、岩土体力学等关键参数以及场地内土壤的垂向污染特征、污染深度和地下水坏境质量现状。为保证工程质量,采用了美国Geoprobe Systems(地探系统公司) Kejr分公司的Geoprobe系列直推钻机,采用静压或锤击不提钻取土法无水钻进、静压或锤击提钻取土法无水钻进和静压或锤击提钻临时取水钻进方法,有效解决了砂土层液化和钻孔涌砂而造成的取样量不足和样品扰动、污染等问题。本文对其设备、钻具、工艺方法及应用进行了介绍、分析。     

海洋沉积地层多功能取样钻具研制

目前,海洋钻探取心主要采用提钻或绳索打捞的方式获取岩心。随着对取心质量和采取率要求越来越高,再加上海底沉积层变化多样,单一的取样器具已经不能满足当前的取样需要。为此,本文研制了一种海洋沉积地层多功能取样钻具,能够根据海底地层性质,开展低扰动、高品质的取样操作。通过海洋钻进取样试验表明,针对海底的淤泥、粘土及砂质地层,超前取样钻具、液压剪切取样钻具和半合管取样钻具能够有效获取海底的沉积层岩样,平均采取率为73.34%。研制的多功能取样钻具采用超前取样和液压压入取样技术,降低了对沉积物岩心的扰动,提升了岩心品质和采取率,为下一步的工程化应用奠定了基础。