地質工程勘察中鉆探技術的方法以及具體應用

霍峰森

（山西省地質勘查局二一一地質隊，山西忻州034000）

地質工程勘察中的鉆探技術在我國已經擁有非常長的應用歷史，其技術利用鉆機從所要勘察地表進行鉆探，并讓其形成圓柱狀鉆孔，通過與相關技術的配合，可以對地質構造、地質規律等內容進行確定。在整個地質勘察工作中，鉆探技術的應用為采集各種地質勘探資料提供了方便。因此，針對其鉆探技術的方法及具體應用進行分析，具有十分重要的社會價值。

1 地質工程勘察簡述與鉆探技術的使用條件

1.1 地質工程勘察概述

地質工程勘察主要是通過技術性手段，對相關地質環境進行測繪、勘探與調查。通過其勘察工作，可以有效地收集到當地巖體、水體、土體等方面的力學參數以及相關的地質變化規律等信息。通過相關信息的分析，有利用于后續一系列建設活動的順利開展，可以為其建設活動提供相應的資料參考以及施工原則。在進行地質工程勘察過程中，鉆探技術是一項非常重要且技術含量較高的勘探方法。通過其技術的支持，可以對測試孔中的原位和巖土進行取樣，為整個地質工程勘察提供完整且精準的勘察資料[1]。特別在進行復雜性地層勘察過程中，如果沒有合理化地選擇好鉆探技術，對于其地層結構無法進行精準分析，從而阻礙了對其地層力學參數信息的獲取。由于其信息獲取存在問題，對地質工程勘察工作報告也會形成影響，嚴重影響到了其后續開展的工程建設的質量，導致其工程存在一系列安全隱患。

1.2 地質工程勘察中鉆探技術特點及使用條件分析

1.2.1 布置鉆孔時需要對地質情況進行綜合考慮

在實際開展地質工程勘察鉆孔布置過程中，需要認真分析其勘察點的自然地質情況，同時結合其建設工程特點與類型來進行綜合考慮。例如：民用建筑及工業建筑，必須要嚴格遵循建筑工程的大概輪廓線進行鉆孔布置。對于水利工程而言，需要根據其工程建設的軸線來進行鉆孔布置。

1.2.2 使用簡易型鉆探法為主

為了提高鉆探工作效率，可以通過使用簡易型鉆探法來進行地質工程勘察。因此，除了大型水利項目以及深埋隧道等工程以外，通常情況下所進行的地質勘察工作鉆探深度會保持在15m左右[2]。所以只需要使用輕便鉆機以及一些簡易型鉆探法就可以滿足其地質勘察要求。

1.2.3 鉆探技術需要結合實際情況進行選擇

鉆探技術在地質工程勘察中的用途非常廣。通常情況下，鉆孔可以協助工作人員對其勘察點的水文地質、地層巖性等方面進行分析。通過鉆探所形成的鉆孔也還會被應用于對其地質情況進行長期觀測以及取樣等工作中。因此，在進行鉆探過程中，需要結合其鉆孔的實際途徑來選擇相應的技術方法，以此來滿足不同勘察工作所需要的鉆孔技巧和鉆孔結構的編錄、觀測等方面的需求。

2 地質工程勘察中鉆探技術的方法及應用分析

所謂地質鉆探技術就是對地下進行鉆孔來打碎巖石的一種工藝方法，鉆探技術也是一種驗證、取得地下巖層材料信息、地下實物資料、評估礦石的品位和計算儲量的一個技術手段。對于不同鉆探的目的，鉆探工藝和裝備也有所不同，我國現在對鉆探技術投入了大量的人力、物力、財力，這也使我國的鉆探技術形成了一種技術體系，如反循環鉆探技術、繩索取芯技術、定向對接井鉆探技術、液動潛孔錘鉆探技術以及新型的節水鉆探技術等。

3 地質工程勘察中鉆探技術存在的問題分析

3.1 鉆探技術設備自動化程度不高

雖然我國對地質工程勘察工作的開展歷史已經非常悠久，但從當前我國鉆探設備來進行分析，基本還在沿用老式設備，或者在其原基礎上進行改造。在一定程度上呈現出了自動化程度不高的問題。而且老式設備較為笨重，不利于鉆探效率的提升。

3.2 鉆探設備通用性不高

由于鉆探設備較為陳舊，許多鉆探設備在進行跨行業運用時，缺少通用性，導致只能針對某一個指定項目開展工作。

3.3 操控體系不夠完善

我國當前正在使用的鉆機控制體系，由于其鉆機本身的自動化程度不高，缺少相應的鉆探監測功能。在開展實際工作時，無法對其整體工作進行有效精準的操控。此外，在進行鉆探操作時，其操作參數儀表指標不夠完善。

4 地質工程勘察中鉆探技術的方法及具體應用

4.1 繩索取芯技術

繩索取芯技術的特點主要是在不使用鉆桿升降的前提下，可以輕易地將其巖芯取出來。通常情況下，只有在其鉆機鉆頭出現問題時才需要使用鉆桿。在進行鉆探時，通過巖芯管來對巖礦芯進行填滿，無須將鉆孔中鉆桿提升到地表。利用設備中的專用繩索對其巖芯管進行打撈。采用這種鉆探技術，可以獲取到非常多的鉆進時間，很大程度上地提升了鉆探效率。繩索取芯技術是當前較為主流的一種鉆探技術，通過其技術可以提升取芯質量，在鉆探工作時發生阻塞可以得到及時處理，減小了礦芯和鉆桿之間因阻塞造成的磨損[3]。由于其技術特點可以不使用鉆桿升降來完成取芯工作，可以增強了其鉆頭的使用壽命。此外，對于鉆探員的工作強度也有很大程度的改善。對于此技術的應用，主要面向坑道、石油天然氣、冰層、固體礦產等方面的鉆探操作。

4.2 液動潛孔錘技術

我國對于液動潛孔錘鉆探技術的研究及應用，在世界上排名非常靠前。該技術的開發，主要是基于回轉鉆探技術基礎，并在其設備中增加了沖洗液，讓其對液動潛孔錘進行驅動。在其錘體受到沖擊后，會將能量最大化地傳遞給鉆機鉆頭，實現對巖體的破巖操作。在其設備中的運用到的沖洗液，主要是來源于現場泥漿泵操作中所產生，并會在鉆頭深入淺出作用下，形成具有節奏性的沖擊負荷。該技術通過對回轉鉆探技術的改良，讓回轉力形成一股巨大的沖擊力，讓鉆頭對一些高硬巖進行破巖，提升了其鉆進效率的同時，也降低了鉆孔成本。此外，液動潛孔錘鉆探技術，可以根據堅硬巖石抗剪度低和脆性大的特征，針對地質情況較為復雜的地形進行鉆探。在此需要提的是，在應用液動潛孔錘技術過程中，為了能夠應對高頻振動，需要對其鉆探設計進行緊固。同時，為了減少液動錘的磨損，需要在進行配送沖洗液時，確保其液壓泥漿保持較低的粘稠度，嚴格控制好其沖洗液中的含砂量，讓其具有非常強的潤滑性能。該技術主要是針對一些小口徑巖芯鉆探操作，在水下爆破以及錨固施工領域得到了廣泛應用。當前，我國針對此技術的研究，主要是從高強度工作環境以及增加潛孔錘性能方面入手。相信在未來其技術的發展，會在礦山地質勘察、石油天燃氣勘察等領域大放異彩。

4.3 反循環鉆探技術

反循環鉆探技術主要是利用循環介質來產生沖擊力，并讓其對孔底潛孔錘進行作用進行鉆進操作。對于其技術而言，可以劃分為水力反循環技術(如圖1所示)和空氣反循環技術。所謂水力反循環技術所指的是，利用泥漿或者水來作為其鉆探技術的循環介質。通過鉆桿將其介質向著孔底進行傳送，可以讓其鉆頭獲取到柱狀巖芯，并能隨著鉆頭的提升而將其帶回到地表。所謂空氣反循環技術所指的是，通過對空氣進行壓縮，并讓其壓縮后的氣體作為循環介質，通過雙壁鉆桿外管將經過壓縮處理后的空氣傳送到鉆孔底，讓其在壓縮空氣的膨脹作用下形成非常大的沖擊力并對孔底潛孔錘進行驅動進行鉆進。空氣反循環技術可以在完成空氣作用后，將巖石碎塊通過鉆桿中心通道帶回地表，方便對其巖體進行取樣分析[4]。在選擇以何種介質來作為循環介紹時，主要是根據鉆探需求以及當地工作環境來決定。水力反循環技術可以通過鉆探來獲取到較為完整的巖塊，提升了取芯質量的同時也降低了勞動強度,可以通過完整的巖塊來進行精準的地質分析。而空氣反循環技術的鉆進效率并不高，而且所消耗的能耗也相對較大。通過反循環技術可以應用于地質勘察取樣工程中。比較適用于水文水井以及一些較為松軟塌陷地層勘察工作中。此外，還可以將其技術應用到較為復雜地層的錨固施工以及注漿施工中。空氣反循環鉆探技術，在缺水干旱地區非常適用，而且可以降低鉆探成本。但其巖樣獲取方面存在一些問題，無法通過其巖樣來對所勘察地層結構進行如實反映。

4.4 組合鉆探技術

對于此技術而言，更準確的說法應該是以工藝來形容。因為，此工藝是由上述幾種鉆探技術組成而成。其鉆探工藝不僅具有各鉆探技術的優點，同時還可以根據不同的地質條件以及鉆探需要來選擇適用的鉆探方法，提升了其工作效率的同時，還降低了勞動強度與鉆探成本。

4.5 其他鉆探技術

本文所分析的是當前較為主流的地質工程勘察鉆探技術，當前有的廠家研發出了一些采用新材料、新工藝的鉆探技術，可以在一些特殊的地質條件下進行使用。比如：節水鉆探技術，主要是針對于干旱地區所研發的鉆探技術。再比如：為了提升鉆探效率，以超聲波技術來制作金剛石鉆頭，讓其鉆頭使用壽命有了大幅度提升，同時也能夠提高鉆進速度。

5 結語

綜上所述，地質工程勘察中的鉆探技術是一項較為復雜且具有較高技術性的工藝。在開展實際鉆探操作時，需要結合不同地質勘察工程需求來進行合理的技術選擇，不僅可以提高取芯質量，還能夠降低鉆探工作量以及成本。希望相關工作人員在工作中不斷總結經驗以及探索鉆探技術知識，為我國鉆探技術的發展做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1] 洪成雨.淺談工程地質鉆探中的鉆孔技術[J].黑龍江科技信息,2013(4)：288.

[2] 孫世燦,孫飛.研究工程地質鉆探中的鉆孔技術[J].科技與企業,2013(12)：202.

[3] 梁耀雄.工程地質鉆探中鉆孔技術的探討[J].低碳世界,2013(14)：106-107.

[4] 彭華秀.工程地質鉆探中的鉆孔技術及其應用[J].江西建材,2012(5)：188-189.