地質工程勘察中鉆探技術的方法及應用實踐

周力濤

（貴州地質工程勘察設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550001）

在地質工程勘察中，鉆探技術已經被廣泛應用了很多年，鉆探技術的原理是使用鉆機在所要勘察的地域，對地質層進行鉆探，形成圓柱形的鉆孔，在使用相關設備及技術，使三者有效結合，實現對地質構造及其他數據信息的有效采集，鉆探技術在整個地質工程勘察中為采集地質情況的資料提供了理論基礎。所以，相關部門必須明白鉆探技術在地質工程勘察中方法及應用實踐對提高地質勘察工作的重要性，并有效完善及創新鉆探技術，進而提高地質勘察工作的工作質量及工作效率。

1 鉆探技術在地質工程勘察中的有效應用分

通過鉆孔方式將礦石擊碎以達到深部鉆探的目的，實施地質鉆可得到不同地層下礦石品位信息、巖層材料信息及礦物儲量信息等等[1]。在相關部門接收到不同類型的地質工程勘察需求時，就需要針對具體需求具體分析，按照實際的地質工程勘察情況來選擇科學適宜的鉆探工具及技術手段。現階段，我國提高了對地質鉆探技術的重視程度，專門成立了實驗室來研究鉆探技術相關的內容，目前的研究成果為：液動潛孔錘鉆探技術、反循環鉆探技術、繩索取芯技術、定向鉆進技術常應用于地質工程勘察工作中。這些技術的應用對地質工程勘察具有重要的意義，有效提高了地質工程勘察工作的工作水平及工作質量。

2 地質工程勘察中鉆探技術的方法及應用實踐

2.1 反循環鉆探技術

反循環鉆探技術是地質工程勘察中鉆探技術的一種，通過其利用的介質可大致分為兩類，一是以水力作為介質；另一種是以空氣作為介質。其中水力反循環鉆探技術較優于空氣反循環鉆探技術，水力反循環鉆探技術是將水或者泥漿作為介質來抽取柱狀的巖芯，能夠十分完善和精準地測量地質結構成分，并且耗費的人力及物力較低，十分適用于在地質工程勘察中的取樣工程和水文水井、復雜錨固施工、松軟塌陷的地表層及注漿工程地質等工程；空氣反循環鉆探技術與水力反循環鉆探技術不同，它是將空氣進行壓縮[2]，利用雙壁鉆桿外管將壓縮的空氣輸送到鉆孔底層，在利用空氣的膨脹作用力將孔底的潛孔錘作用到巖石上，然后利用壓縮的空氣作用后可以將巖屑借助鉆桿中心的通道再輸送至地面表層，實際上與水力反循環鉆探技術的原理相同，這樣都可以便利的得到巖屑樣本，有效開展其屬性的實驗研究工作。

圖1 水力反循環鉆探技術

2.2 液動潛孔錘鉆進技術

沖洗液是地質鉆探的“血液”，關系到鉆探作業的質量和成敗，與鉆孔安全息息相關。隨著深部地質鉆探、復雜地層鉆探、新礦種鉆探作業的增多，這一認識已經成為行業內的基本共識之一。因此近年來，地質鉆探用沖洗液性能、質量和固相控制(凈化)工作逐步得到強化，有利支撐了液動沖擊回轉鉆進技術推廣應用。據此新的標準對鉆探沖洗液的選用方面的規定亦趨于簡化。

應根據地層情況確定沖洗液性能參數，確保沖洗液的潤滑和流變特性良好；

需提高沖洗液密度時，可加入重晶石、石灰石粉等，其粒度應為200目以細；不得選用含有固體潤滑球、噴射鉆砂粒、堵漏劑等顆粒狀惰性材料的沖洗液；孔內返回的沖洗液應進行凈化處理。應根據施工現場條件選擇配備振動篩、旋流除砂器、離心機等凈化沖洗液設備；可在沖洗液中加入絮凝劑(如部分水解聚丙烯酰胺)，使固相顆粒聚結沉淀，使沖洗液凈化。利用絮凝劑凈化沖洗液時，應按要求設置完善的沉淀系統，并及時撈取沉淀物；泥漿池、沉淀池上應有遮雨設施，避免雨水流人；防止沖洗場地的水、棉紗、樹枝等異物流人池中。

實施地質工程勘察工作過程中我們發現液動潛孔錘鉆探技術使用范圍更廣，在世界其他地區也有較高的應用頻率。液動潛孔錘鉆探技術能夠實施需要以回轉鉆探為基礎，對回轉鉆探技術進行優化，同時在鉆探設備中注入適量的沖洗液，液動潛孔錘在設備運行驅動下，錘體接收能量傳輸給鉆頭，對礦石進行鉆進。鉆探中所使用沖洗液主要是由現場施工使用泥漿提供，鉆頭鉆進鉆出過程中對巖石產生節奏性的沖擊[3]。液動潛孔錘鉆探技術通過完善并不斷優化鉆機鉆數，在外力作用下形成較強的回轉力，巖石爆破工作得以順利完成，在提升地質鉆探效率的同時也降低了鉆進施工的成本。除此之外，地質工程勘察工作進行中根據巖體的抗剪度和脆性特征，有效利用液動潛孔錘技術，如遇到地質復雜情況則需要改變鉆探策略，需重點關注的是在使用液動潛孔錘鉆探技術進行地質工程勘察的過程中，為解決高頻振動的問題，相關操作人員需要緊固液動潛孔錘鉆探技術的鉆探設計。為了防止液動錘出現磨損嚴重情況，提升地質鉆探速率，鉆探設備運行要配合沖洗液，液壓泥漿有一定的粘稠度，另外還要控制沖洗液內砂含量，使其具備良好的潤滑功能。最后，液動潛孔錘鉆探技術還被應用于一些口徑較小的巖芯鉆探工程，在水下爆破及錨固施工方面。現階段，我國在對液動潛孔錘鉆探技術進行分析和研究的過程中，又在其原有應用功能的基礎上，拓展到了高強度環境和增加潛孔錘性方面，使其物盡其用[4]。

2.3 繩索取芯技術

在我國的地質鉆探技術中，繩索取芯技術的主要特點是在不適用鉆桿升降的基礎上，將巖體的巖芯便捷取出，大多被應用于坑道、冰層、石油天然氣及固體礦產等方面。一般情況下，只有在鉆機的鉆頭出現問題時才會使用鉆桿，在進行地質工程勘察鉆探的過程中[5]，利用巖芯管填滿巖礦芯，不用將鉆孔中的鉆桿帶到地表上來，再利用繩索取芯技術設備上中的專用繩索打撈其巖芯管。應用繩索取芯技術，能夠獲得更多的鉆進時間，在很大程度上提升了鉆探效率，另外，繩索取芯技術是現階段地質工程勘察中經常使用到的地質鉆探技術，利用繩索取芯技術能夠提高取芯的效率和質量，并在鉆探工作過程中遇見阻塞問題進行實時處理和解決，有效減小了鉆桿與礦芯之間因為主客觀因素造成阻礙而到來的磨損情況[6]。最后，繩索取芯技術的技術特征增強了其鉆頭的使用年限，對改善了相關操作人員的工作時間和工作強度。

圖2 地質鉆探中鉆孔結構圖

2.4 創新節約型鉆探技術

在我國的地質鉆探技術中，除上文提到的三種主流地質工程勘察鉆探技術之外，伴隨著我國經濟的發展及科學技術的進步，也隨著出現了許多創新節約型鉆探技術，其利用新材料、新工藝，能夠實現在特殊地質條件下的使用，彌補了傳統地質鉆探技術的不足和空缺[7]。例如：節水鉆探技術，這種鉆探技術主要應用于干旱地區的地質工程勘察工作。或者為有效鉆探的質量和效率，相關研究人員利用超聲筆技術來制作金剛石的鉆機鉆頭，有效提高了其使用年限，也提高了地質工程勘察工作的轉進速率[8]。

綜上所述，在地質工程勘察中，鉆探技術的方法及應用實踐具有十分重要的意義，也是一個十分復雜和系統的工藝體系，這就要求相關技術人員在實際的地質工程勘察中，結合不同類型的地質條件來選擇適宜的鉆探技術，這才能有效提升地質工程勘察工作的工作質量及工作效率，降低操作人員的工作難度，獲取更豐富的礦物資源信息，為日后開展其他地質工程勘察工作打下良好基礎。另外，相關技術人員和操作人員也要具備與時俱進的思維，提升自身的職業技能水平，有效落實地質工程勘察工作，為我國在鉆探技術領域提供更廣闊的發展空間。