地質工程勘查中鉆探技術方法及應用效果研究

摘" 要：隨著科技進步及我國經濟的迅猛發展，工程地質勘查的鉆探技術已逐漸發展成型并不斷創新升級。鉆探技術為地質勘查工作提供技術支撐和安全保障，已經成為地質工程勘查工作中不可缺少的一部分，有著不可替代的地位。在進行野外地質調查時為了全方面了解地質信息，可通過鉆探技術對巖體和斷層進行處理，然后提取地質信息并結合化探、物探和遙感等多元化信息進行數據處理與分析，從而確定其地質構造和地質規律。我國是一個發展中國家，無論是生產還是人們生活都需要大量礦產資源支持，為了促進我國經濟的整體快速發展和改善社會生活質量，要積極發展和創新鉆探技術，加強鉆探技術和設備在我國工程勘查中的普及和應用，達到雙向帶動發展，對地質工程勘查質量的提高起到至關重要的作用。因此，該文通過綜述地質鉆探技術和使用條件，分析地質鉆探技術應用中存在的問題及其各應用方法的使用效果。

關鍵詞：地質工程；勘查；鉆探技術；應用效果；使用條件

中圖分類號：P634.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）10-0160-04

Abstract： With the progress of science and technology and the rapid development of China's economy， the drilling technology of engineering geological exploration has gradually developed and been innovated and upgraded. Drilling technology， which provides technical support and safety guarantee for geological exploration， has become an indispensable part of geological engineering exploration and has an irreplaceable position. In order to understand all aspects of geological information in field geological survey， rock mass and faults can be processed by drilling technology， and then geological information can be extracted and combined with diversified information such as geochemical exploration， geophysical exploration and remote sensing for data processing and analysis. In order to determine its geological structure and geological law. China is a developing country， which needs a lot of mineral resources to support both production and people's life. In order to promote the overall rapid development of our economy and improve the quality of social life， we should actively develop and innovate drilling technology， strengthen the popularization and application of drilling technology and equipment in China's engineering exploration， achieve two-way development， and play a vital role in improving the quality of geological engineering exploration. Therefore， by summarizing the overview and application conditions of geological drilling technology， this paper analyzes the problems existing in the application of geological drilling technology and the application effect of various application methods.

Keywords： geological engineering; exploration; drilling technology; application effect; use condition

隨著科技的進步，地質勘查技術也在不斷發展，為了保證經濟發展的需求、保障施工工人的人身安全、提高地質勘查工作的準確性，要了解地質勘查特點，提高技術人員的綜合素質，保證工作人員掌握技術要求復雜的地質工程勘查鉆探技術。同時想要更好地開展地質勘查工作就要根據不同的地質條件選擇適合的鉆探技術并作積極研究，利用波譜技術分析得出更多專業理論，發展鉆探技術，快速得到地質環境特征和相關數據理論，了解礦區地質的碳酸鹽巖、水合物和含羥基礦物，保證工作人員利用設備在鉆探過程中得到更多準確數據，保證通過數據可以更好地完成地質勘查工作。

1" 地質工程勘查鉆探技術概述

地質工程勘查中的鉆探技術是指在一定區域范圍內，通過相應設備確定當地地理環境并進行數據分析與處理后得到準確地質結果的一種現代地質勘查技術手段。鉆探技術是利用地質基礎信息和實踐結果，對地質規律信息進行深入的分析研究。鉆探技術能初步對地質環境進行探索和檢查，工作人員可以利用這些鉆探基礎數據信息加上專業設備的積累知識對地質構造和規律特點進行深入的研究。進入21世紀，隨著我國經濟不斷發展，我國生產領域對礦產資源的需求不斷提高，而且鉆探技術發展過程中衍生出來的科學研究項目也對人們日常生活產生了重要影響，成為我國甚至是全世界關注的重點。地質勘查信息中包含的礦產、能源信息一直都在鉆探技術發展中發揮著重要指導作用，所以地質信息研究至今為止都是我國在不斷探究的項目，為的是將與社會發展和人們生活息息相關的鉆探技術優勢發揮到最大，提升整個系統的運行效率，提高科技含金量。另外科技的運用也可以將知識和實踐更有效結合，并在實踐中不斷驗證理論是否存在漏洞，及時修補理論內容，通過相互作用增強地質信息勘查的能力和效率，保證工程實施質量和效率，提高人們生活質量，保障國家基礎的發展。

2" 地質工程勘查中鉆探技術的使用條件

勘查工作開始之前，工作人員要對施工地的地理環境進行考察，要了解其自然的地質情況，方便勘查工作進行。同時要根據不同的工程類型和特點選擇不同的鉆探技術，鉆孔的深度也是根據工程類型不同而改變的，如果是大型的水利工程、控測深巖漿和深埋隧道這類工程，為了保證工程質量和使用時限，就要加深鉆進深度。而對此以外的工程來說，鉆進深度大概在10 m左右，用輕便鉆機和簡易鉆探法即可。

鉆井的作用有很多，在工程勘查階段，工作人員要通過鉆孔勘查環境，通過鉆孔可以了解施工地的水文地質條件、地質結構和地層巖性，方便施工設計人員根據實際情況制作或調整施工方案，將施工發生事故可能性降到最低。同時也可以通過鉆孔做長期觀測和取樣、實驗等，可以對地質環境有進一步了解。而且一般情況下實驗和鉆進是同時進行的，這樣便于觀察不同深度地質環境變化，但是這樣可能會拖慢進尺的速度。鉆探技術作為地質工程勘查對環境了解的必要環節，無疑是重要的，但是由于鉆探技術的復雜性，所以在鉆進方法和鉆孔結構上都有著特殊要求，與之相對的編錄、觀測也有著特殊要求。

3" 地質鉆探技術的應用問題

為了滿足我國經濟發展對煤礦資源的需求，提高我國居民的生活水平，自19世紀后期我國就使用地質巖心鉆探技術，開展對礦產資源的勘查工作，但是由于我國經濟水平落后、科學技術水平不高，相關的勘查理論知識和勘查設備大多是引進外國的，這就導致我國地質工程系統理論中缺少了我國特色地質環境的勘查理論，導致技術進步速度和發展需求速度之間的不匹配，耽誤工程進度、增加成本和降低效益，甚至還會因為技術研究慢、發展不到位引起勘探事故，直接威脅到工作人員的生命安全，這些都導致我國地質工程的競爭力始終達不到發展要求。主要存在著如下的問題。

第一，我國能源結構呈現煤礦資源多，其他資源較少的形式，但是隨著我國社會生產的擴大和人們對生活水平需求的不斷提高，使得各種礦產資源都存在著較大的需求，資源短缺的情況日漸嚴重。為了獲得更多的資源，我國政府逐漸提高對地質勘查工作的重視，不斷加大對地質勘查資金的投入量，并提高了相關勘查經費，以提高資源勘查的效率和質量，但是目前勘查領域仍存在一定的問題，因此我國要注重培養地質專業人才，要提高地質勘察工作人員專業能力，使得勘查人員可以有效結合理論知識和實際情況做設計施工。同樣資金的注入也在一定程度上推進了鉆探技術的發展，政府部門要根據實際情況優化地質勘察行業規范，保障資金可以滿足發展需要，加大投入力度，開拓海外學習渠道，鼓勵相關人員加深對地質巖心鉆探技術研究，支持理論和實踐相輔相成式發展，從而提高地質工程施工質量和安全，保障施工人員的生命健康，提高地質勘查工作效率和質量。

第二，地質工程探測結果的單方面分析顯得缺少專業性，特別是在地質方面及具有復雜地礦的位置。所以，在研究的過程中要結合地質實況、遙感探測、化學探測及物理探測等結果綜合進行地質分析和結果驗證，有效配合多種不同的技術手段方法，從而對單一的技術缺陷作出彌補，并且可以很好地提升整體工作的效率。同時多種技術手段不僅能夠幫助地質探測發展，還會對其他行業的發展提供一定支持。同時通過參照實際勘測地區，能夠發現多重的措施，進而完善采集的信息，對有效獲取資料提供便利，全面提升測量工作的水平和質量。此外，通過實際勘測，也可以體現鉆探技術的準確率，將探測技術提升到一個全新的層次。

第三，就獲取地質信息而言，不能流于表面，要通過地質觀察和分析圖像，以獲得更加全面的信息。因為地質環境相對較為復雜，在短時間內作出改變是不太現實的，會對后期提取和獲取地質信息產生不良影響。所以，在實際施工中應該派遣專業工作人員深入實地作出考察，對相關的信息進行查證，確保準確率，且高效結合物理探測技術、化學探測技術和遙感技術等技術手段結果，保障采集人力資源數據和設備數據的高效性和準確率。

第四，工作人員尤其是年輕的地質人員缺少實踐的機會和經驗，在處理部分問題時采取的措施過于片面。針對此類問題，若是條件允許可組織年輕工作人員充分地參與到工作中，采用師徒制讓老員工充分帶動新員工，并且定期組織開展交流溝通，讓新員工學習到更多的知識和實際解決問題的經驗。同時還可以積極通過互聯網平臺，學習其他公司或國外的先進技術經驗。公司若有條件，可派遣優秀員工到國外交流學習新技術、新方法和新手段。還要轉變傳統的技術理念與管理思維，從根本上將傳統的認知打破，制定出與企業實際情況相符合的考核制度，在不對工作產生影響的前提下，聘請專家團隊開展宣傳教育，工作人員還可利用空余時間學習基礎知識和前人經驗，不斷提升和完善自我，從而全面提升員工整體水平，快速推進地勘事業的高效和可持續發展。

4" 地質工程勘查中鉆探技術的方法和使用效果

地質工程勘查中鉆探技術是利用地下鉆孔來打碎巖石的一種工藝方法，鉆探技術是一種驗證地質結果、取得地下巖層材料信息和地下實物材料、評估礦石品味和計算礦產儲量的技術手段，這對我國規劃礦石資源使用起到一定的指導作用。鉆探技術的使用要根據不同地質環境確定，施工類型不同、所在環境不同，鉆探目也不盡相同，所以在施工過程中用到的設備和工藝也會有所區別。隨著我國經濟的不斷發展，我國生產和生活中對礦石資源的需求量不斷攀升，政府已經在鉆探技術發展方面投入了大量的人力物力財力，使得我國鉆探技術逐漸形成并發展成為體系，常見比較成熟的方法有反循環鉆探技術、繩索取心技術、液動潛孔錘鉆技術、VLF技術、圖形處理方法、地質資源信息提取、RS和GPS技術等[1-4]。

4.1" 反循環鉆探技術

根據介質的不同，反循環鉆探技術可以分為2種類型，一種是空氣反循環，另一種是水力反循環。空氣反循環技術是通過空氣介質，采用雙臂鉆桿外管，將空氣輸送到孔底，空氣擠壓發生膨脹，達到一定程度后膨脹會產生巨大沖擊力，空氣在孔底會使巖石產生強烈沖撞，鉆桿將空氣輸送到地面，這個過程中會帶出細小的巖石，工作人員可以對這些巖石進行研究，從而得知工程實施地點的地質環境和構造規律。這個方法的優點在于工作強度較低、使用簡單，不需要工作人員具備精湛的技術水平，且錯誤率較低，所以能很好地節約工作成本。但是空氣反循環鉆探技術的使用也有其局限性，例如空氣反循環在干旱地區使用時會因為土層較為疏松，使得空氣帶出的樣品缺少代表性，技術人員很難通過這些樣品判斷地層結構實際情況，對地質勘查工作無法作出準確判斷。水力反循環與空氣反循環原理類似，是利用水或泥漿作為介質，將水或泥漿輸送到孔底，取心鉆頭取出后帶出巖心，巖心跟隨鉆頭返回地面，工作人員對巖心樣品進行研究后得到地質環境的實際勘查結果。此方法的優點在于水或泥漿帶出的巖心樣品具有較高完整性，而且也不需要很高的勞動強度，地質勘查人員能通過樣品完整推測出地質環境結構，不過該方法需要耗費大量水資源，且泥漿配比量也需要嚴格把控，所以該方法可能會大大降低地質勘查效率，影響工程進度。

4.2" 繩索取心技術

繩索取心技術主要是通過借助打撈工具和巖心管來解決堵塞問題，工具的使用保證技術使用時更加便捷，可以使用的范圍更廣，在任何環境下得到的結果和實際更為貼近，所以具備更強的實用性。同時工具的使用可以幫助工作人員提高效率，工作人員可以通過控制工具的升降頻次，減少不必要的操作，這樣可以延長鉆頭的使用壽命。但是繩索取心技術使用中最大的問題在于工具在鉆進過程中鉆頭很容易堵塞，影響工作進程。出現堵塞后要借助打撈工具解決，這樣可以有效避免鉆桿工具和巖心之間產生不必要的摩擦，保證取心效率和取心的質量更加符合標準。

4.3" 液動潛孔錘技術

我國液動潛孔錘技術的理論和實踐研究，都在世界上具有一定的影響力。該技術的使用原理：在回轉鉆探的基礎上，用沖洗液代替原本材料驅動液動潛孔錘，當液動潛孔錘受到沖擊時，沖擊產生的能量會傳給鉆頭，帶動鉆頭破巖。該技術對回轉鉆探技術進行了改進，通過泥漿泵配送沖洗液，隨著鉆頭的深入潛出運動產生有節奏的沖擊負荷，這樣可以提高對高硬度基巖的鉆進效率，減少反復打孔的工作量，從而降低打孔的成本。該技術主要適用于脆性大、巖層堅硬的地質，即便是鉆孔質量差、需要鉆探地形十分復雜，液動潛孔錘技術也能很好適用。使用過程中要保證設備緊固，在高頻次振動中設備不移位、不脫落，這樣既能節省工作時間，還降低了操作頻次，降低了人工成本。液動潛孔錘技術的使用中磨損最大的就是液動錘，為了延長液動錘的使用壽命，要保證液壓泥漿的質量，泥漿選擇要符合黏稠度低、含砂量少和潤滑性好等特點。液動潛孔錘技術目前在礦山金屬、化工、石油和水電建材等工程中使用較為頻繁，但在其他高強工作環境中使用仍具有一定難度，所以液動潛孔錘技術今后的發展方向是攻克更多的技術障礙，要增強潛孔錘的工作性能、使用壽命和范圍。

4.4" VLF技術

VLF技術又稱低頻電磁勘查技術，與其他技術不同之處在于其是以電磁感應為基本的工作原理。工作人員利用低頻電磁法對已獲得的數據進行簡單處理后，可以通過數據顯示進行合理預算，預算內容包括礦產資源賦存位置及礦產資源的含量，最終分析礦產資源的具體位置。VLF技術是一種較為基礎和簡單的勘查方法，可以為找到礦產資源提供數據參考，但是其應用有限，想要獲得更準確的信息還要輔助其他技術。

4.5" 圖像處理方法技術

圖像處理方法技術首先要解決的是巖體的解譯和巖性增強工作。可以利用最小噪聲分離法處理有效信息，在經過篩選后將低緯度信息庫內的信息進行統一集中，然后排除干擾信息。當然為了讓巖性的識別更有效和直接，可以輔助ETM+數據處理技術，即在不同波段信息中填入不同顏色區分，例如填入紅綠藍合成通道內的彩色圖像，讓圖像顏色最大程度接近自然呈現的顏色，提高解譯的效率和質量。

4.6" 地質資源信息提取

基礎的地質資源信息提取在地質勘查研究中有著不可忽視的重要地位。資源信息提取常見的方法有比值法、主成分分析法、Crosta法和光譜法等。光譜法技術相對于普通技術更加準確、有效，但是要制作光譜角制圖（SAM）需要大量的復雜數據作為參考，整體上對制作圖件的工作人員的技術要求較高。主要成分分析法和Crosta法是應用范圍最廣泛的一種方法，其優勢在于信息提取并不需要光譜輔助，而是使用效果和比值法比較，這種方法更加穩定和便利。主要成分分析法本質是利用數學將光譜數據聯系起來，通過分析得到相應的新的成分或變量，突出罕見的地質數據和信息。在使用過程中通過對資源數據的獲取，分析得到矩陣選擇變量或主要成分，然后根據其線上的不同特征分析處理數據，進而得到所需要的主成分。

4.7" RS、GPS感應技術

RS又稱遙感技術，該技術可以進行大規模和大范圍的測繪，通過遙感技術分析礦中地質的相關信息，可以準確定位裸露巖石并利用光譜分析準確定位礦產資源位置。另外遙感技術還可以對礦區周圍的土壤環境、地質環境和水文環境進行詳細的大尺度長序列調查。GPS技術使用前需要先建立GPS監控和感應系統，通過檢測數據進行含礦物的特征分析，并將其和數據庫中礦產資源信息進行比對，以確定礦產資源的確切位置。

5" 結束語

綜上所述，鉆探技術可以確定工程勘查施工地的地質環境，并對采集數據進行分析處理得出地質結果的一種現代技術。該技術可以幫助工作人員對工作地區的地質構造和地質規律進行深入了解并對其中問題先一步分析，防止在工作中出現問題。隨著我國經濟發展，鉆探技術投入資金不斷增加，技術得以持續完善。目前我國鉆探技術已形成體系，根據施工地區地質環境和構造的不同，分為反循環鉆探技術、繩索取心技術、定向對接井鉆探技術、液動潛孔錘鉆技術和新型的節水鉆探技術等。不過從我國鉆探技術的研究深度上看，還有很大進步空間，設備和人才之間還不夠適配，不能對設備技術進行更深入的探究和分析。另外對于鉆探技術來說，前期數據采集是非常重要的，后期工程的開展需要依靠前期數據分析才能更好完成，不能忽視前期基礎工作的重要性，在前期數據采集和后期數據分析過程中要結合人力和設備綜合分析判斷，增強數據的準確性，保證施工過程不出問題，為地質工作建設和轉型發展作出巨大貢獻。

參考文獻：

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