礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀與發(fā)展方向

楊 偉

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀與發(fā)展方向

楊 偉

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

就水文地質(zhì)鉆探工作的必要性進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)煤礦水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和總結(jié)，以此為基礎(chǔ)對(duì)提升水文地質(zhì)鉆探工作質(zhì)量的方法提出了幾點(diǎn)見(jiàn)解，最后簡(jiǎn)述了水文地質(zhì)鉆探新技術(shù)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

礦井，水文地質(zhì)鉆探，現(xiàn)狀，發(fā)展

1 水文地質(zhì)鉆探的必要性

地質(zhì)勘探工作一直是煤礦生產(chǎn)有效進(jìn)行所不可獲取的重要部分。其中水文地質(zhì)的勘探就是其主要構(gòu)成環(huán)節(jié)之一。在礦井的建設(shè)生產(chǎn)中，水文地質(zhì)一直是其主要干擾因素之一，如何有效地對(duì)礦井水文地質(zhì)情況進(jìn)行勘查一直是管理者所關(guān)注的焦點(diǎn)，其中水文地質(zhì)鉆探作為水文地質(zhì)勘查中最基本也是最主要的手段，有著諸多其他勘探手段所不具備的優(yōu)點(diǎn)：首先水文地質(zhì)鉆探不僅能直接揭露地下含水層的位置，確定相關(guān)地質(zhì)特性，明確所測(cè)含水層與地表水及其他含水層的聯(lián)系，更能通過(guò)抽水實(shí)驗(yàn)，對(duì)含水層水文地質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)等進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)其水位變化實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控。可以說(shuō)積極開(kāi)展對(duì)相關(guān)理論實(shí)踐的深入研究，有效促進(jìn)水文地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展是確保礦井長(zhǎng)久、高效生產(chǎn)的重要條件和必然要求。

2 煤礦水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀

2.1 礦井水文來(lái)源介紹

1)地表水及斷層水。礦井地表水通常指自然降水、江河湖泊水以及植物根部的儲(chǔ)水等，不過(guò)由于煤炭埋藏深度的問(wèn)題，地表水雖是礦井水源的來(lái)源之一卻非主要因素，影響一般。斷層水是指存儲(chǔ)在地質(zhì)斷層中的地下水，其對(duì)于地下水的排泄、流動(dòng)方向等均有著顯著影響，是水文地質(zhì)鉆探的重點(diǎn)之一，在礦井建設(shè)前，必須由專業(yè)人員對(duì)井田范圍內(nèi)的斷層水分布進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查。

2)地下水。依據(jù)巖性組合的不同和水利性質(zhì)的不一，礦區(qū)內(nèi)地下水含水層大致可劃分為兩種類型，即含水層與含水帶。以碎石土及粘土為主要構(gòu)成的散層空隙含水帶，因其儲(chǔ)水能力的地下河含水層厚度不偏小被稱之為弱含水層，對(duì)礦井影響較小；以碎石灰?guī)r和硅質(zhì)層為主要構(gòu)成的巖溶裂隙含水帶厚度多為數(shù)十米且裂隙發(fā)育完善呈蜂窩狀，有著較為嚴(yán)重水蝕現(xiàn)象，對(duì)礦井生產(chǎn)影響較大。

2.2 礦井水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀

鑒于礦井水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性和水源來(lái)源的多樣性以及相關(guān)技術(shù)、設(shè)備、人員等影響因素，在實(shí)際的礦井水文地質(zhì)鉆探中有著諸多問(wèn)題，其大致可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：1)現(xiàn)場(chǎng)施工人員水平不足。目前我國(guó)多數(shù)煤炭企業(yè)中的水文地質(zhì)鉆探施工與管理人員普遍存在專業(yè)水平不足、職業(yè)道德修養(yǎng)低下、工作散漫、法律法規(guī)意識(shí)不足等問(wèn)題，在實(shí)際施工中施工人員不遵守相關(guān)規(guī)定，隨意施工，技術(shù)監(jiān)管人員不僅未進(jìn)行有效監(jiān)管，在后期勘查報(bào)告上也多應(yīng)付了事，例如未進(jìn)行測(cè)井參數(shù)的對(duì)比就隨意對(duì)水文地質(zhì)的觀測(cè)曲線進(jìn)行繪制，從而使得勘查報(bào)告與施工實(shí)際存在出入，阻礙施工的有效進(jìn)行。2)鉆探設(shè)備選擇不當(dāng)。國(guó)內(nèi)多數(shù)礦區(qū)的水文地質(zhì)鉆探施工均施行分包制度，將其承包給第三方施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。而這些施工隊(duì)伍為節(jié)約成本，在鉆探設(shè)備的選擇上不會(huì)依據(jù)所在地水文地質(zhì)狀況進(jìn)行合理選擇和替換，而是以一概全，選擇一個(gè)型號(hào)一干到底，從而使得施工中存在許多問(wèn)題，例如鉆機(jī)鉆壓、鉆機(jī)速度和旋轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)之間不匹配，難以滿足實(shí)際需求等。此外這些第三方施工隊(duì)伍的鉆探設(shè)備不僅型號(hào)老舊且疏于維護(hù)，設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題突出，例如鉆頭磨損嚴(yán)重、泥漿泵壓力不足等。3)水文地質(zhì)條件復(fù)雜、施工環(huán)境不佳。礦井水文地質(zhì)鉆探的條件極為復(fù)雜多變，鉆探施工時(shí)不僅會(huì)遭遇斷層、溶洞等自然因素的干擾，還會(huì)不時(shí)受到老窯等人為生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境影響。在斷層裂隙等發(fā)育良好的巖層中，巖體整體性受到嚴(yán)重破壞，巖層內(nèi)水力聯(lián)系復(fù)雜難測(cè)，嚴(yán)重制約了鉆機(jī)的工作效率，從而導(dǎo)致鉆頭巖石鉆取的不均勻，易引起泥漿充填裂隙無(wú)法順利排出，嚴(yán)重的還可能引起卡鉆、掉鉆等嚴(yán)重事故。而對(duì)于礦井老窯廢水，因其長(zhǎng)時(shí)間處于密閉環(huán)境，內(nèi)部可能封存有大量的有毒有害氣體，鉆機(jī)一旦鉆通，就有可能威脅到施工人員的生命健康。

3 促進(jìn)礦井水文地質(zhì)鉆探工作質(zhì)量提升的措施

3.1 進(jìn)行科學(xué)、合理的鉆探設(shè)備選擇

鉆探設(shè)備的選擇對(duì)于鉆探效率有著直接影響，在實(shí)際施工時(shí)必須依據(jù)當(dāng)?shù)貛r層的鉆探難度對(duì)鉆機(jī)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)選型，盡量選用先進(jìn)的設(shè)備，以為施工提供保障，譬如選用新型的正方向一體化鉆頭；此外應(yīng)注重對(duì)鉆探設(shè)備的保養(yǎng)維護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)鉆頭過(guò)度磨損應(yīng)及時(shí)更換，以確保鉆機(jī)的最佳工作狀態(tài)。

3.2 對(duì)鉆探工藝進(jìn)行優(yōu)化

鉆探中必須委派專人對(duì)鉆機(jī)中的水文變化、沖洗液消耗狀況、水溫變化以及鉆頭狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)和記錄，以避免事故的發(fā)生；委派技術(shù)人員對(duì)泥漿翻漿速度、顏色變化等進(jìn)行觀測(cè)，以實(shí)時(shí)、合理的對(duì)鉆進(jìn)措施進(jìn)行調(diào)整和完善，確保事故的最高效；遭遇斷層、溶洞等復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)，對(duì)其水力聯(lián)通情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的判斷，從而選用適宜的短鉆桿和巖芯管及起拔鉆進(jìn)工藝以避免斷裂處巖塊的掉落而引起卡鉆、掉鉆現(xiàn)象。

3.3 對(duì)鉆孔布置進(jìn)行改良

水文地質(zhì)鉆探中鉆孔依據(jù)功效的不同可劃分為勘探孔、觀測(cè)孔、試驗(yàn)孔、開(kāi)采孔等多種類型。在實(shí)際施工前施工方首先充分收集相關(guān)水文地質(zhì)資料，依據(jù)“先疏后密、點(diǎn)線與深淺”的原則進(jìn)行科學(xué)的布孔規(guī)劃；其次鉆孔相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)上必須充分考慮鉆孔類型、出水量、過(guò)濾器等相關(guān)因素，避免廢孔出現(xiàn)的同時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)一孔的多次利用。

3.4 增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工及管理人員的培訓(xùn)

伴隨科技的不斷發(fā)展，各類高新科技產(chǎn)品不斷應(yīng)用到礦井水文地質(zhì)鉆探工作中，相關(guān)設(shè)備的機(jī)械自動(dòng)化水平不斷提升，這也就對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工與管理人員的技術(shù)水平和職業(yè)道德素養(yǎng)提出了更高的要求，除在掌握必要的理論與實(shí)踐知識(shí)外，還應(yīng)對(duì)相關(guān)的技術(shù)操作規(guī)范有著深入的理解，并能將其貫徹到生產(chǎn)實(shí)際中。在企業(yè)積極招收青年人才的同時(shí)還應(yīng)增強(qiáng)對(duì)原有工人的再培訓(xùn)，使其可以緊跟時(shí)代變遷，養(yǎng)成求真務(wù)實(shí)工作態(tài)度的同時(shí)及時(shí)掌握各種相關(guān)的新型技術(shù)與設(shè)備操作工藝，確保生產(chǎn)高效高質(zhì)進(jìn)行的同時(shí)有效避免安全事故的發(fā)生。

4 水文地質(zhì)鉆探新技術(shù)發(fā)展

近年來(lái)，科技的進(jìn)步亦讓水文地質(zhì)鉆探技術(shù)獲得顯著進(jìn)步。各類新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)并在實(shí)踐中成功應(yīng)用，在此對(duì)當(dāng)前幾種新型技術(shù)加以介紹：1)液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。該技術(shù)一方面增強(qiáng)對(duì)洗井液的驅(qū)動(dòng)，另一方面在液動(dòng)回轉(zhuǎn)上增強(qiáng)了潛孔錘的功效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其潛力的充分挖掘，進(jìn)而極大的提升了鉆機(jī)的鉆探動(dòng)力和鉆探效率，可以說(shuō)這一技術(shù)的應(yīng)用是水文地質(zhì)鉆探技術(shù)新時(shí)代的顯著標(biāo)志，目前已在實(shí)際中取得良好的使用效果。2)空氣鉆探。這一技術(shù)以被充分壓縮后的空氣為介質(zhì)對(duì)鉆探出的孔洞進(jìn)行二次沖洗，從而大幅提升了鉆機(jī)的破巖能力，加快了鉆探工作的整體進(jìn)度，節(jié)約了生產(chǎn)成本。3)繩索取芯鉆探。通過(guò)這一技術(shù)的運(yùn)用可大幅提升水文地質(zhì)鉆探中的巖芯提前效率，避免了鉆機(jī)的多次提降，顯著降低了設(shè)備的磨損。此外繩索取芯鉆探技術(shù)還有著極強(qiáng)的適應(yīng)性，在各類地質(zhì)條件下均可使用。

5 水文地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)展前景

伴隨著中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷進(jìn)行，國(guó)家能源消耗亦在不斷增長(zhǎng)，各類能源尤其是煤炭的地表淺層儲(chǔ)量已逐漸消耗殆盡，煤炭礦井水文地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展必須開(kāi)始向深層地下水文探查進(jìn)行轉(zhuǎn)變，積極開(kāi)展適用于地層深部的鉆探理論與相關(guān)技術(shù)的研究，從而為今后煤炭行業(yè)的深部開(kāi)采的有效進(jìn)行提供充足的數(shù)據(jù)參考，為生產(chǎn)的安全、高效提供保障。

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Drilling status and development direction of mine hydrogeology engineering

Yang Wei

(ShanxiCoalHydrogeologySurveyInstitute,Taiyuan030006,China)

The paper describes the necessity of hydrogeology drilling, analyzes and summarizes coal mine hydrogeology drilling status, and puts forward some views for hydrogeology drilling work, and finally describes new hydrogeology drilling techniques and development trend.

mine, hydrogeology drilling, status, development

1009-6825(2015)01-0093-02

2014-10-20

楊 偉(1981- )，男，助理工程師

P642

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