工程地質勘察中地質鉆探的應用研究

文／王后紅 阜陽市測繪院有限責任公司 安徽阜陽 236000

引言：

在工業技術飛速發展的今天，資源供應與需求矛盾愈發突出。以礦產資源為例，隨著礦產資源需求量的增加，如何通過合理技術，提升工程地質，勘探水平，已然成為地質勘察從業者的重點關注問題。作為工程項目設計前沿工作，工程地質勘探人員，只有充分掌握項目實際狀況，系統性分析地質情況，才能保障工程項目設計方案切實可行。因此，研究此項課題，具有十分重要的意義。

1.基于工程地質勘察視角常見的地質鉆探技術

工程建設期間，高水準的地質勘察作業落實對于其順利展開有顯著的促進效應，而隨著鉆探技術普及度的日益提高，地質勘察從業者對于相關技術的應用也提出了更為嚴苛的技術需求。在實際鉆探期間，必須充分結合現實狀況，以系統性分析落實，充分了解巖層提取率以及夾層采取率等參數后，再依據巖層種類的不同，選擇最為適用的鉆探技術工藝，以此順利達到科學調控鉆探實效性這一目標。下面，筆者將基于工程地質勘探視角，對常見的地質鉆探技術展開分析，望能借助對相關技術的分析，幫助人們明確技術使用要點，為之后更快速地選擇適用地質鉆探技術提供支持[1]。

1.1 孔錘鉆探

孔錘鉆探工藝是基于回轉鉆探，并充分借助沖洗劑驅動功效，順利將能源傳到鉆頭區域。這種對巖石摩擦鉆進的工藝落實，鉆孔成本投入上相對較低。需注意為優化具體的技術建設成效，在使用前也要及時對設備加以檢查，確保設備都處于緊固狀態時，再實現技術操作。只有這樣，才能憑借高頻振動，確保孔錘工作性能順利達到預期。

1.2 繩索取芯

繩索取芯工藝鉆孔速率較突出。在具體應用繩索取芯工藝期間，不需要借助鉆桿，就可順利取出巖芯。繩索取芯技術主要有巖芯管以及打撈設備這兩種中心設備。在具體實踐時，相關人員可充分結合施工現狀，選擇一定施工技術及設備，保障繩索取芯質量更為高質，以保證繩索取芯質量。

1.3 反循環鉆探

反循環鉆探工藝通常會將空氣或水力作為其具體利用介質來完成操作。空氣反循環鉆探工藝是指將空氣壓縮，并利用雙壁鉆桿外管順利將所壓縮的空氣傳輸至鉆孔底，再利用空氣膨脹功效，及時將孔底前孔錘作用至具體巖石之上，最后，即可利用壓縮空氣作用力，將鹽屑由專業通道送至地表，進而幫助人們取得深層巖屑樣本；而水力反循環鉆探工藝，則是指將水作為介質來對柱狀巖心實現抽取，并借助與空氣反循環鉆探一樣的原理，幫助作業人員獲得實際樣本。

1.4 大口徑鉆探

此種正常工藝主要是借助機械或者是破巖刀具來實現巖石破碎操作，與人工挖探作業相比，其機械化水準相對較高，鉆進效率快，地質人員能夠更為直觀地觀察到地質現狀，并深層次分析某部分地質問題，從而得出更為客觀的實際結論。

大口徑鉆探技術依據破碎功效以及用途的區別，可分為沖擊鉆進、回轉鉆進以及沖回鉆進三種。在其中，回轉鉆進的適用匹配度相對較高，在各類別地層中都十分適用。而沖擊鉆進則只適用于松散地層[2]。

2.工程地質勘察中地質鉆探的實踐應用

2.1 工程背景

某項目的工程地質勘察集中在礦山采空區域，且整個區域內還分布著幾十個采空區域，不僅部分區域出現坍塌問題，而且很多采空區域都屬于貫通的狀態。此外，隨著項目采空區域范圍的持續擴大，移動型盆地也逐漸出現在停止擴張之后，即會出現無法估量的裂縫，致使采空區域邊界十分顯著。

2.2 應用布局

相關作業人員基于此項目區域現實狀況，計劃采用地質鉆探技術來落實具體的實踐操作。同時，為優化整體的技術介入成效，在具體展開測試期間，還要求相關測試人員提高自身工作戰略部署，嚴格避免因操作不當而對地層造成破壞。在面對薄度較薄的地層位置區域時，可采用技術套管等手段，憑借一次性成孔的工藝來實現細致探勘。同時，探測期間測線布置也要確保其水平方位與鉆孔勘探線保持一致，并有意識在采空區域邊界區點點距以及線距二者所產生的距離實現最大化縮小，進而完善測網控制成效。最后，考慮到整體項目區域范圍相對較大，為此在具體測試期間，要有意識地把控測點間距，在嚴格保證點距不超過20 米，間距不超過50米的基站上，科學設置測試點以及測試線數量[3]。

2.3 具體應用

依據實際情況，本工程項目決定采用大口徑鉆探勘察的工藝手段來實現操作。考慮到鉆頭的不同，可能會對施工工藝質效產生一定影響。故本工程決定使用牙輪鉆頭這一器具，來進行碎巖滾動式碾壓作業，以保證具體的鉆孔環狀間隙能夠較大，不妨礙后續取芯作業的落實。針對破巖斷面這一地質狀況，則計劃使用動力強度大的鉆機，以低轉速的運作功率實現運轉，以此保障鉆機鉆進穩定度順利達到預期。在每一次鉆進作業結束之后，為確保后續工作不會受到影響，還要求操作人員及時將鉆桿升至初次鉆深位置，并及時對工作區巖性實現判斷，待鉆桿順利連接至取芯裝置后，即可對具體位置實現在線記錄。如若此時杠桿突發下降或上升等不穩定狀態，則要立即取出巖芯，以免因折斷狀態的存在，而致使后續工作受到影響。

在鉆探施工作業完畢后，也要對獲取的數據實現細致化分析，并將野外所采集到的參數數據及時錄入到計算機平臺之中。憑借點、線、電阻等參數的有機介入，優化電阻率斷面圖生成質效，以幫助人員快速展開斷面圖分析，順利得出工作區域內地質所出現的變化狀態。依據具體狀態產出結果，如若發現等直線屬于均勻分布態勢，則表明產生地質變化的可能性相對較小，反之則說明地層巖性變化波動較大，可能在此區內存在諸多不均勻地質體。以本工程為例，基于現實需求，相關人員決定在本區域內布設15 條測線，同時為深化斷面圖生成效果，還隨機選擇了某條測線作為具體的編譯及分析對象，得出了實際的斷面圖，具體如圖1 所示。

圖1 反阻率斷面生成圖

最后，考慮到在項目區范圍內所采用的主要是大口徑鉆探工藝，為此在施工期間，相關人員則有意識地選用了型號為φ311mm 的硬材質合金鉆頭來實現鉆進，同時，為確保在鉆進期間能夠順利應對砂卵石層，相關作業人員還及時更換了具體的鉆頭，旨在借助堅硬鉆頭，助力鉆進作業順利展開，優化礦山開采地點實測結果產出質效，最終獲得的采空區內礦山開采地點實測結果具體見下表1。

表1 基于采空區視角的礦山開采地點實測結果

3.優化地質鉆探技術應用策略

由上文實例可看出，隨著地質鉆探的深層次介入，項目區具體勘察結果精準度更高，整體作業落實時效性更強，實用性十分顯著。因而為進一步優化地質鉆探技術介入成效，筆者提出科學落實鉆探施工設計、優選鉆探設備、強化鉆探相關計算以及嚴格把控鉆探質量等相關應用策略，望能借助相關應用技術介入，革新創造出更為合理的勘探體系，為之后高效率滿足不同條件下鉆探工作需求提供可能。

還沒完。那邊林白軒也有賬跟這小姑娘算：“你由為師一百張畫里，認出加入的吳太師父的真跡，也就罷了，女孩兒學畫畫、彈琴本來就有天分，可是為什么袁安與李離也一認一個準呢？我剛才晚飯時百思不得其解，與你雨鸞師父參詳了半天，也沒想明白！”

3.1 科學落實鉆探施工設計

在落實鉆探施工設計布局期間，要有意識將關注重點放在鉆孔結構把控以及鉆進工藝選取優選兩方面，統計分析地質影響因素，并以此為基準，選擇更為適宜的鉆孔結構和鉆進技術[4]。

立足于鉆孔結構設計布局視角來看，要全方位對工程實際狀況加以考量，通過系統化分析巖石物理性質、覆蓋層實體厚度、開孔基層實況、鉆孔深度以及鉆探設備性能參數，優化選取鉆孔結構。為保障鉆孔結構形式更適宜項目區實踐要求，可優先使用二級成孔結構的手段，對鉆孔結構實現細化設計，并深層次探尋鉆孔作業期間所存在的相關問題。如若發現鉆孔質量偏低或整體的工作效率較預期存在差距，要立即反應，及時更換設計方案。同時，基于實用性視角，還要充分參考施工現場狀況，考慮鉆孔結構是否需要設置為三級成孔模式，以此深化鉆探施工作業質效。最后還要具有擇優意識，及時將兩種成孔模式的具體施工成效實現有機對比，以此精選出鉆探作業效率更高，質量更高的成孔結構，保障鉆探施工需求被充分滿足。

再立足于鉆進工藝布局這一層面來講，則要充分結合項目工作區地層特征，科學設定鉆探方式、鉆頭以及鉆進等具體規格。如在針對地層可允許鉆性小于七級的區域，可借助常規型金剛石巖鉆探模式來展開具體的鉆探作業；如項目區地層多存在零散破碎地層時，則要有意識選取跟管鉆探工藝手段，以高效率滿足鉆探需求；如若面對的是存在顯著地面塌陷問題的不良地質時，就要充分發揮協同效應，以跟管鉆進和泥漿護壁工藝的有機結合，深化鉆進模式質效。

3.2 優選鉆探設備

基于時效性的鉆探設備優選落實，需將關注重點放在下述幾個方面。（1）以鉆孔設計深度為基準，科學選擇鉆具，進而保障鉆孔設計深度明顯小于鉆探深度。（2）基于地層實際條件實現系數科學確定。通常情況下，若項目區地質條件相對較為復雜，需有意識選取細小系數。若項目區實際狀況出現一定變化，選取格局也要適時改變，適當啟用較大的備用型系數。若項目區位于地層相對穩定的區域，則可選擇具體值接近為“1”的系數加以落實。（3）堅持具體問題具體分析原則。如若項目區運輸不便，那么在鉆孔過程中，則要優先選取附屬設備可靠度更強的鉆機設備進行工作，從而順利實現優化鉆進效率目標。同時還要充分參照鉆進工藝選擇最為適宜的鉆機，如項目區域地層十分復雜時，則可使用金剛石鉆頭鉆進。如若工程項目區域位于高速公路等車輛過往十分頻繁等區域，則在地質鉆探期間，要有意識布置淺孔，并選擇經濟成本較高的給進立軸式鉆機。總而言之，在工程地質勘察作業落實期間，要嚴格依據具體的鉆探工藝，選擇適宜的鉆探設備，憑借因地制宜式設備的介入，最大化激發鉆探技術實效性[5]。

3.3 強化鉆探相關計算

考慮到在具體落實鉆探作業期間，如若調節鉆具過程用力過猛或者鉆具被施加已明顯超過自身能承受荷載量的荷載負荷，那么極易會加大鉆具故障問題出現頻率，故必須有意識保障鉆探操作科學落實，并憑借細致化鉆探相關計算預先完成，為工作的針對性展開提供可能。在具體計算期間，要積極對套管柱下放極限深度、水泥固孔等展開計算。

套管柱下放極限深度具體計算公式如下：

式中，F0表示管子車口視角下的危險斷面；σT表示管材屈服的極值；q表示每米管子的質量；p表示沖洗密度；pm表示管材密度；d2BP、d2BH分別為絲扣、接頭內徑；L則屬于套管柱的具體長度。

此外，在選用不同類別的鉆探工藝期間，為優化整體的技術介入成效，也要充分結合鉆探關鍵技術落實要點以及工藝參數完成計算。如在應用鉆探取心工藝，實現工程地質勘探作業時，要提前對巖心采取率加以計算。具體計算公式如下：

3.4 鉆探質量嚴控

想要保障鉆探質量順利達到預期，要積極從鉆孔定位、鉆孔孔深、鉆孔取樣以及鉆孔記錄等多層面入手，憑借細致化作業落實，嚴格把控鉆探質量產出成效。

3.4.1 鉆孔定位

立足于鉆孔定位視角，相關人員需嚴格依據工作量表坐標實現孔位確定，并充分借助GPS 等先進技術實現細致化精準定位，待明確具體的定位之后，即可統籌組織落實開鉆操作。實操期間，需優化把控水平精度，將測量誤差控制在0.1m 左右，高程測量的誤差時刻保持在±0.01m 標準。

3.4.2 鉆孔孔深

如果在實際鉆探期間，受破碎帶或軟弱夾層等不良地質狀況的影響，無法順利展開鉆探落實，相關人員需積極反應，及時保障鉆孔深度能夠順利達到有效池底層下方六米左右，并遵循孔深把控原則，保障實際的鉆孔深度不會超過設計深度下部區域10cm，進而有效規避鉆孔深度檢驗落實期間，下鉆桿測量深度無法順利達到具體的設計深度需求這一問題。

3.4.3 鉆探取樣

基于鉆孔取藥層面看，如若路基地質圖屬于粘性土或者是粉土，要積極采用取原形樣的技術手段實現鉆探取樣處置，以有機保障取樣點間距能夠順利維持在1m 左右；若項目區路基地質土多為碎石土或者是沙土，則要采用取擾動樣的工藝方式實現取樣處置，保障整體的取樣點所隔間距順利達到預期；若處于高路堤背景，且地質土層多為粉土或者粘性土，則要充分發揮協同效應，采用原狀樣方式實現鉆探取樣同時，還要嚴格控制處于0-10m 深度范圍內的各取樣點，其所隔間隔維持在1m 左右，至于10m 以下的深度，只需要保證各個取樣點間隔距離不超過2.0m 即可。

同時在采用不同種類的鉆探技術工藝期間，還要及時對鉆探取樣的質量，實現針對性系統維護。如在使用繩索取芯工藝展開工程地質勘察期間，如果發現鉆探過程出現明顯堵塞問題，則可借助打撈工具，實現定位式處置，以此嚴防鉆具和巖芯二者發生大面積的摩擦。同時，鉆探期間也要重復多次展開運作，嚴禁一次性實現鉆進過深處置。

3.4.4 鉆孔記錄

立足于鉆孔記錄這一層面來看，要切實保障記錄內容全面清晰，并憑借對地層層位變動，地下水位，埋深層以及鉆進參數實現詳細記錄的方式，為后續施工細致化檢測實現提供可能。在具體記錄期間，為保障鉆孔記錄工作順暢運行，還要有意識對土層和巖層實現定名，并明確對鉆探區域位置、孔口位置實現標注，待所有標注完成之后，即可落實原位測試實驗，需注意為優化測試實驗成效，在落實灌入實驗期間，還要及時對動力觸探試驗的結果，實現比對分析。如若發現記錄存在異常，必須立即反應，進行二次實驗。

3.4.5 樣品取材、運輸和交接

基于樣品的取材對接視角，想要優化工作落實質效，還要嚴格依據鉆探取樣標準規范流程，實現提取操作，并充分結合搬運防護把控措施，實現標準化樣本運輸交接。實操期間可憑借土樣標簽的填寫，幫助人們迅速實現存檔歸檔，且在整體的巖土試驗采集工作完畢之后，還要快速將具體的巖土試樣轉交到專業實驗室，并依據單項工程試驗委托單實現合理試驗。

3.4.6 水文觀測

立足于水文觀測視角，必須確保在鉆孔終孔一天內水位穩定性觀測落實就能夠順利展開，此外，還要及時對相關的產出內容實現全面記錄，以此盡可能為后續施工作業操作提供更為嚴謹的數據信息支撐。

結語：

綜上所述，工程地質勘察作業作為保障工程順利建設的基礎性程序，在具體工作實施期間，相關人員需明確認知鉆探技術對其的重要作用，在具體實踐階段，充分結合項目區工程地質勘察條件，選擇最為適宜的鉆探技術，憑借優化鉆探施工設計布局、優選鉆探設備、嚴格把控鉆探質量等行為，最大化激發鉆探工藝的實效性，以保證工程地質勘察結果可順利滿足預期制定目標。