談地質(zhì)資源勘查工程中的鉆探技術(shù)

陳 城

(天津市瑞勘工程勘察有限公司，天津 300350)

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談地質(zhì)資源勘查工程中的鉆探技術(shù)

陳 城

(天津市瑞勘工程勘察有限公司，天津 300350)

介紹了我國地質(zhì)勘察工程的概念、特點(diǎn)與使用條件，從液動(dòng)潛孔錘技術(shù)、組合鉆探工藝、反循環(huán)鉆探技術(shù)等方面，闡述了目前地質(zhì)勘察中常用的鉆探技術(shù)及特性，為鉆探技術(shù)的選擇提供參考。

地質(zhì)勘察，鉆探技術(shù)，繩索取心技術(shù)，組合鉆探工藝

0 引言

我國幅員遼闊，并且蘊(yùn)含著豐富的礦產(chǎn)資源，但是受我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制和影響，致使我國的鉆探技術(shù)和一些發(fā)達(dá)國家比較起來還有非常大的距離。隨著我國各方面技術(shù)和水平的不斷進(jìn)步和提升，一些產(chǎn)業(yè)對礦產(chǎn)的需求量在不斷增加，這在很大程度上促進(jìn)我國鉆探技術(shù)的發(fā)展水平，其具體表現(xiàn)在裝備、工藝技術(shù)等多方面，在多個(gè)領(lǐng)域都有所涉及，并且我國地質(zhì)勘察事業(yè)發(fā)展良好大家有目共睹，這也是促進(jìn)我國鉆探技術(shù)水平不斷提升的重要因素。

1 我國地質(zhì)勘察工程的概念、特點(diǎn)及使用條件

1.1 我國地質(zhì)勘察工程的概念

工程勘察有自己的定義，具體是指在測繪、調(diào)查以及試驗(yàn)、勘察等手段和方式的協(xié)助下，獲得和工程建設(shè)相關(guān)的水體、土體和巖體的力學(xué)參數(shù)，與此同時(shí)變化規(guī)律等信息都能得到，并在這些工作的基礎(chǔ)上論證、評價(jià)以及檢驗(yàn)建筑的適宜性、場地穩(wěn)定性和環(huán)境演化性，除此之外，還可以提出一些關(guān)于施工原則和資料的建議。地質(zhì)工程鉆探作為非常重要的勘探方法，既是確保勘察資料準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，又是測試孔內(nèi)原位和巖土樣品采取的一個(gè)非常重要的輔助手段，特別是對巖溶、砂土以及碎石土等一些復(fù)雜的地層更是發(fā)揮著非常大的作用。如果在實(shí)際工作中運(yùn)用的是不合格的鉆探技術(shù)，那么在揭露地層結(jié)構(gòu)時(shí)的準(zhǔn)確性就不能得到很好的保證，而且根本就不會(huì)獲得力學(xué)參數(shù)，再嚴(yán)重一點(diǎn)直接會(huì)出現(xiàn)虛假的勘察報(bào)告這種問題，會(huì)對工程建設(shè)的質(zhì)量造成直接性影響，而且還會(huì)出現(xiàn)不必要的安全隱患。

1.2 我國地質(zhì)勘察工程的特點(diǎn)和使用條件

第一，在實(shí)際布置勘探工程鉆孔工序時(shí)，工作人員萬不可僅僅將自然地質(zhì)情況考慮在內(nèi)，我們還要將工程的特點(diǎn)和類型全部考慮進(jìn)去。以人們常見的民用建筑和工業(yè)建筑為例，要按照建筑的輪廓線開展布孔，而且水壩還要順著壩的軸線進(jìn)行布孔等等；第二，在地質(zhì)勘察工程中，鉆孔的用途非常多，比如，通過一個(gè)小小的鉆孔，水文地質(zhì)條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層巖性等都是可以查明的，除了所提到的這些我們還可以做各種長期的觀測、取樣以及試驗(yàn)等；第三，按照通常情況分析，絕大多數(shù)的鉆進(jìn)深度都在十余米左右不會(huì)太深，但是要除去大型水利工程、控測深巖漿以及需要深埋的隧道等，因此，我們?nèi)粘９ぷ髦谐Ｓ玫姆椒ㄊ禽p便鉆機(jī)和簡易鉆探法。另外，有一部分試驗(yàn)時(shí)和鉆進(jìn)來是同步進(jìn)行的，所以整個(gè)進(jìn)尺的速度是比較慢的；第四，對于鉆進(jìn)方法和鉆孔結(jié)構(gòu)中的編錄、觀測等方面，我們都有許多特殊性的要求。

2 我國地質(zhì)資源勘查工程中的鉆探技術(shù)分析

2.1 液動(dòng)潛孔錘技術(shù)

該鉆探技術(shù)不只是在我國的應(yīng)用和研究前景良好，在世界范圍內(nèi)都名列前茅。具體來講，該項(xiàng)技術(shù)是在回轉(zhuǎn)鉆探的基礎(chǔ)上建立起來的，工作流程是沖洗液驅(qū)動(dòng)液動(dòng)潛孔錘，采用這樣的方式可以保證其在受到?jīng)_擊時(shí)能夠?qū)⑺艿降哪芰宽樌麄鬟f給鉆頭，進(jìn)而成功完成破巖的動(dòng)作。除此之外，沖洗液是運(yùn)用現(xiàn)場的泥漿泵配送的，而且會(huì)在鉆頭的深入淺出中產(chǎn)生有節(jié)奏的沖擊負(fù)荷。液動(dòng)潛孔錘技術(shù)在一些脆性大，巖層堅(jiān)硬的地質(zhì)中適用最為廣泛。因此，對液壓泥漿的要求是粘稠度低、含砂量少而且潤滑性也要好。液動(dòng)潛孔錘技術(shù)作為常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆探的一個(gè)改進(jìn)結(jié)果，通過回轉(zhuǎn)力和沖擊力的雙重作用，對高硬巖鉆進(jìn)的效率會(huì)有很大程度上的提升，進(jìn)而就為我們降低了打孔成本。另外，這項(xiàng)技術(shù)還可以利用堅(jiān)硬巖石抗剪度低和脆性大的顯著特點(diǎn)，所以一些鉆孔質(zhì)量差、鉆探復(fù)雜地形的難度比較大的情況都可以通過這項(xiàng)技術(shù)得到全面解決。對于小口徑巖心的鉆探現(xiàn)在也有自己新的發(fā)展方向，正在逐步向水下爆破，錨固施工及水文水井等一些領(lǐng)域發(fā)展，但是這項(xiàng)技術(shù)在日常工作中有許多自己的弊病，比如在高強(qiáng)度的工作環(huán)境中，工作人員要采取各種方式增強(qiáng)潛孔錘的工作性能和使用壽命，在金屬礦山、石油、地質(zhì)以及化工等多個(gè)領(lǐng)域都非常常見。

2.2 組合鉆探工藝

組合鉆探工藝顧名思義是將多種鉆探技術(shù)組合在一起的一種工藝技術(shù)，具體是將繩索取心技術(shù)、反循環(huán)取樣、取心技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)綜合在一起形成的一種鉆探工藝，所以其優(yōu)勢特點(diǎn)是非常明顯的：該項(xiàng)技術(shù)可以根據(jù)地質(zhì)的鉆探要求和地層的實(shí)際情況提升鉆探的效率，可以很好地降低額外勞動(dòng)以及成本。

2.3 反循環(huán)鉆探技術(shù)

反循環(huán)鉆探技術(shù)本身也有自己的分類，區(qū)分點(diǎn)在重要因素循環(huán)介質(zhì)的不同，以此為依據(jù)分為水力反循環(huán)技術(shù)和空氣反循環(huán)技術(shù)。前者的循環(huán)介質(zhì)是水或者是泥漿，兩者的循環(huán)方式?jīng)]有大的差異，都是使用鉆桿作為介質(zhì)傳送到孔底，在這個(gè)過程中在取心鉆頭的協(xié)助下能夠獲得柱狀巖心，并且還可以將這些巖心帶到地面上。這項(xiàng)鉆探技術(shù)具有的優(yōu)勢特點(diǎn)是我們最終所獲得的巖塊是很完整的，取心質(zhì)量高，而且還能非常有效地減輕我們的勞動(dòng)強(qiáng)度，特別值得指出的是可以合理利用時(shí)間并對巖層做出準(zhǔn)確的判斷。但是此技術(shù)的缺陷就在于它和空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)相比較起來，無論是鉆進(jìn)的速度還是效率都比較低，并且還比較耗費(fèi)能量。通過空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)的名稱我們也可以看到此項(xiàng)技術(shù)的循環(huán)介質(zhì)是壓縮空氣，在雙臂鉆桿外管的推動(dòng)下壓縮的空氣會(huì)輸送到鉆孔底，然后在空氣劇烈膨脹作用下出現(xiàn)沖擊力，孔蒂潛孔錘隨之被驅(qū)動(dòng)起來，讓其順利作用在巖石上。工作人員需要將這些作為鉆探取樣樣本并對巖屑展開相關(guān)的化驗(yàn)。該技術(shù)可以非常好地提升鉆探效果，并且還具有勞動(dòng)強(qiáng)度和成本都很低的優(yōu)勢特點(diǎn)，更為重要的是它還可以及時(shí)的判斷出巖層的變化。但是此種方法有缺陷：它是用巖屑作為確定巖樣的標(biāo)準(zhǔn)的，這是不符合我們的常規(guī)情理的，因?yàn)檫@些標(biāo)準(zhǔn)不可以如實(shí)反映地層結(jié)構(gòu)中所呈現(xiàn)出來的缺陷。反循環(huán)鉆探技術(shù)的適用范圍比較廣，在地質(zhì)勘察的取樣工程、復(fù)雜地層錨固施工和注漿中都可以使用該項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)而可以順利成孔。

2.4 繩索取心技術(shù)

繩索取心技術(shù)不需要以鉆桿為工具就可以將巖心取出來，在這項(xiàng)技術(shù)中，我們只需要在鉆頭出現(xiàn)問題需要更換時(shí)才能使用到鉆桿。繩索取心技術(shù)核心部分在于巖礦心灌滿巖心管或者是堵塞時(shí)幫助我們打撈的工具，之后還可以將鉆桿中的巖礦心取出來，這樣一來就不用再提升鉆桿柱了。正是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)具備這么多的優(yōu)勢，所以其使用范圍也是比較廣的，可以說在鉆探坑道、鉆探固體礦產(chǎn)、鉆探工程地?zé)嵋约般@探工程地質(zhì)等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域都能應(yīng)用到。其優(yōu)點(diǎn)具體為此技術(shù)鉆進(jìn)深度比較低，所以取心的質(zhì)量處于比較低的水平，并且還能有效提高鉆進(jìn)效率，鉆具升降時(shí)所用到的輔助時(shí)間也可以大量節(jié)省。假如在操作的過程中出現(xiàn)了阻塞的情況，也可以在第一時(shí)間進(jìn)行打撈，有效避免或者是降低了礦心和鉆桿工具之間相互磨損的情況，取心的效率便可以得到全面提高。另外，使用該種技術(shù)還可以有效降低升降頻次，進(jìn)而鉆頭的使用壽命就可以得到增加，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度可以大大降低，有效避免出現(xiàn)經(jīng)常提升鉆桿的情況。

3 鉆探技術(shù)在地質(zhì)勘察領(lǐng)域中的全面應(yīng)用

在地質(zhì)勘察中，鉆探技術(shù)的運(yùn)用很廣泛，許多地質(zhì)勘察階段都能用得到，但是不同的鉆探方法本身有自己顯著的優(yōu)缺點(diǎn)，各種方法所受自然條件的影響也會(huì)有所差異，在鉆進(jìn)深度和鉆孔目的上有著綜合的要求，對鉆進(jìn)方法和結(jié)構(gòu)等方面也有特殊性要求，鉆進(jìn)方法也有很大差異，通過各種各樣的方式確保巖心獲取效率，地下水文勘察中要確保鉆孔結(jié)構(gòu)含水層位置和相關(guān)的要求，并且土層的鉆進(jìn)是要以干鉆為主，盡可能地縮短鉆程。在地質(zhì)鉆探過程中，工作人員要選擇好取土器和取土的方法，通常而言，取土主要包括壓入法、擊入法等等，按照不同取土方法選擇合適的鉆探方法，相關(guān)工作人員要注意在工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)不只是要選擇好鉆探的方法、取土器以及取土方法，還要注意到鉆孔的類型。

4 結(jié)語

地質(zhì)鉆探技術(shù)作為一項(xiàng)非常繁瑣的工藝，所涉及到的領(lǐng)域非常廣泛，所以在實(shí)際工作中，工作人員要以地質(zhì)勘察工程的不同為依據(jù)，選擇具體的鉆探技術(shù)。在實(shí)際工作中，受多種因素的影響，我們難免會(huì)遇到資源開采比較緊張的情況，有關(guān)工作人員應(yīng)該以積極的態(tài)度對地質(zhì)鉆探技術(shù)展開全方位的研究，而且隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，對相關(guān)人員的專業(yè)要求也越來越高，所以相關(guān)人員應(yīng)該多學(xué)習(xí)鉆探技術(shù)知識，為我國鉆探技術(shù)水平的全面提升付出行動(dòng)。

[1] 高富麗，劉躍進(jìn)，張 偉.我國地質(zhì)鉆探技術(shù)裝備現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009(1)：79-80.

[2] 劉 輝，張永勤，陳修星，等.空氣反循環(huán)鉆進(jìn)工藝在物探爆破孔施工中的試驗(yàn)應(yīng)用研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2001(1)：33-34.

[3] 冉恒謙，張金昌，謝文衛(wèi),等.地質(zhì)鉆探技術(shù)與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011(11)：127-128.

On drilling technique of survey project for geological resources

Chen Cheng

(TianjinRuikanEngineeringSurveyCo.,Ltd,Tianjin300350,China)

The paper introduces the concept, features and utility features of the geological survey in China, and illustrates the common drilling techniques and features of the current geological survey from the down-the-hole hammer, combined drilling craft, and reverse circulation drilling techniques, so as to provide some reference for the selection of drilling techniques.

geological survey, drilling technique, rope coring technique, combined drilling craft

1009-6825(2017)13-0077-02

2017-02-20

陳 城(1987- )，男，助理工程師

P624

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