地質工程勘查中鉆探技術方法及應用效果研究

史鵬月 申彥蕭

河北省水文工程地質勘查院（河北省遙感中心） 河北 石家莊 050000

在現代經濟社會中，由于人民生活質量的提高，對各類能源的需求越來越大。然而，因為地面和淺層的礦物資源開采變得更加困難，所以為了適應現代社會對礦物資源的需要，有關部門也開始重視利用地質勘探和深部地質鉆探找礦技術來尋找深部的礦物資源。因此，對深層鉆井與勘探工藝進行全面的剖析，對于地質工作中深層鉆井與勘探工作的成功進行具有重大的現實意義。

1 地質工程勘察的概述

“地質工程勘查”是指利用儀器或其它方法，對相關的地質情況進行的測繪、測量和分析。通過地質勘探，就可以比較精確的分辨出所探查區域的地質情況、水源情況和土質情況，并可以對這些環境信息的參數及地理變化進行記錄。在地質勘探過程中，能夠為后續工作的進行提供很好的保證，同時，所采集到的資料也能夠為其它有關研究部門提供資料。在地質工程勘查中，鉆井技術以其高科技含量和不可替代的作用，為勘查工作提供了比較完整的技術支撐。同時，在鉆井的同時，還能對巖層及其它樣品進行取樣，從而為工程地質勘查提供了樣品及準確的資料[1]。

2 鉆探技術概述

2.1 鉆探技術的具體分析和應用環境

在選擇鉆孔地點時，應綜合考慮當地的地質條件及項目需要。施工技術人員在進行實際勘查時，除了要結合勘察現場的土壤地質情況確定鉆井的布置位置之外，還要結合施工項目的特點及使用情況，例如：我們居住的居民樓和其它使用的建筑都要按照施工現場的劃分輪廓線來確定鉆井的方位，而大壩等工程都要以豎直的軸線為基準來進行鉆井的方位設計，圖1為鉆探流程。

圖1 鉆探流程

采用簡單的鉆孔工藝進行地質勘察工作。在實際的勘查工作中，為保證鉆井作業的高效性，可以采用簡化的鉆井方法進行工程地質勘查。在一些特殊情況下，例如：大型的水利水電項目，采用深度挖掘技術來進行隧道的施工，此外，通常的地質勘探測試只需要深入十余米，所以，有些比較輕、比較簡單的鉆井方式也可以起到勘探的效果。

鉆井工藝的選用。因為鉆探技術在地質工程勘查中的應用很廣，例如，鉆孔可以提供技術操作人員對地質情況和水源水質的判斷，并且可以提供長期觀察地質情況和樣品采集的參考。因此，在進行勘查的時候，工作人員要按照具體的條件和目的，來對鉆井的形式和構造進行合理的選擇，從而達到對各種勘察需要資料數據的搜集和調查的目的[2]。

2.2 鉆探技術的具體方式和應用

在面臨不同的勘探需求時，也會采用不同的鉆探工具和技術方法，在當前階段，我國政府十分注重地質鉆探技術，建立了一個特別的實驗室，對有關技術進行了深入的研究，到現在為止，研究人員所取得的結果有：可循環鉆探技術、繩索取芯技術、定向鉆進技術、液動潛孔錘鉆進技術以及極具創新的節約型鉆探技術。

3 鉆探技術在地質工程勘察中存在的不足及解析

鉆井工藝裝備落后，智能化程度不高。雖然在我國，地質工程勘察應用歷史悠久，但在實際操作過程中，我們的勘探及鉆井設備仍然多采用落后的設施，除此之外，一些建設單位雖然對落后的設施進行了改造，但整體上存在著智能化程度不高、設備落后等問題。一般情況下，老式機械都很笨重，不方便使用和搬運，導致鉆井的總體效果很差。

鉆井設備功能單一化。綜上所述，我們可以看出，地質勘查工作的設施比較陳舊，這也就是說，在進行工作的時候，它的功能單一、適應性差，一種設備只被用于應用勘探工作中的一個方面，從而導致了某種程度的資源浪費。

施工人員在作業中沒有按照作業規程進行操作。我國常用的鉆井裝備，因為其智能程度不高，沒有或者缺少實時監測的功能，所以在具體的運作中，無法進行準確的運作，主要是依靠操作者的經驗進行工作，從而產生了一些誤差。此外，目前用于觀察的儀器設備，其性能指標、設定的距離等都相對落后，不能滿足目前復雜多變的調查需要[3]。

4 地質工程勘查中鉆探技術的方法及應用

4.1 反循環連續取樣鉆探技術

反循環式連續取樣鉆井技術是一種在深層勘探中應用的新型鉆井技術，其工作機理是通過自身的循環器來實現對氣體的加壓，并通過雙墻式鉆柱來實現對巖石持續破碎與整體破碎的緩沖。盡管反循環式連續取樣鉆井技術可以節約工程造價，但同時也會導致出現施工工期較長等問題，其關鍵在于反循環式連續取樣鉆井所形成的地層碎石需要與雙層井筒相匹配。隨著時間的推移，相關人員應該對國外的先進技術進行研究，并在此基礎上對自己的技術進行改進，提倡與自己的國家和地區相適應的技術[4]。

4.2 受控定向鉆探技術

與其它鉆井技術相比，可控定向鉆井技術的最大特征在于，它可以通過對鉆井軌道的主動控制，使鉆頭可以沿著預先設定的曲線，順利地靠近到目的對象（區域），從而更好地實現對深層礦產資源的高精度勘查，并有效地解決井眼偏斜和陡斜礦體的勘查難題，圖2為鉆探鉆頭。利用這一鉆探技術，可以實現一主多支的羽狀或傘狀鉆井，從而可以降低鉆探工作量，節省深度地質找礦的投資，縮短勘探時間，提高深度地質找礦的精度。此外，因為受控定性鉆探技術可以自主地設定某些軌道曲線，基于此可以順利地避開障礙物，還可以有效地防止發生鉆井偏斜問題，保證鉆井可以按照期望的要求，精確地抵達鉆探目標落點，同時還可以降低不必要的能量損耗和鉆材消耗，達到復雜軌道鉆井的特殊目的[5]。

圖2 鉆探鉆頭

4.3 地質鉆探技術

在地質勘查中，通常采用沖擊鉆井、旋轉鉆井和振動鉆井等方法。以前的鉆井技術所采用的鉆孔技術太過簡陋，對裝備的需求不高，盡管施工容易，但其應用的鉆孔深度、鉆孔的寬度都比較窄，具有很大的局限性。隨著鉆井工藝的革新和進步，鉆井工藝逐步向全液壓驅動、儀表控制、勘探測試一體化方向發展。循環式巖心鉆孔技術是指在鉆孔時對巖屑進行加壓，使得巖屑在氣體的壓力下由巖屑向導管內輸送，從而實現巖屑的快速采集。不過這種方式因為要求使用專用的墻壁上的鉆頭，所以并沒有得到廣泛的應用。目前較為常用的高效定向鉆探技術，無論在探測的深度還是探測的準確性上，都要比常規鉆探技術優越。在深部地質鉆井勘探中，因鉆柱操作不方便，可以利用繩索取芯技術，根據鉆井深度調整提升或下降頻率，利用儀器填充和取出巖芯，既便于施工，又減少了鉆頭磨損。在鉆井時，如果發生了阻塞，可以利用工具將其取出，以減少巖心和鉆頭之間的摩擦力的影響，從而導致巖心的取心品質下降[6]。

4.4 金剛石繩索取芯技術

金剛石繩索巖心提取技術，是充分發揮了金剛石巖石硬度高、巖心硬度高等特點，實現了深層鉆進尋找礦產資源的有效方法。相對于普通的鉆井技術而言，由于金剛石的高密度與高硬度，使得其鉆井的深度可以更深，所以被廣泛用于深部地質勘探。在這種技術的具體實現中，使用了一種特殊的材料來制造繩索，這樣就可以更好的對金剛石的方向進行控制，而且因為堅固的金剛石和這種特殊材料的繩索取芯可以被很好的結合起來，所以可以得到更好的碎石效果，而且不需要提鉆，工作效率更高，還可以有效的減少鉆探的費用，所以很適用于在深部地質鉆探中。

4.5 其他工藝技術

筆者在本文中所分析的地質勘探鉆探技術屬于目前勘探市場上比較主流的技術，除了以上幾種較為成熟的鉆探技術工藝之外，還有以新理論、新材料、新發展要求為基礎，初步開發出來的，但是其應用實踐還不夠成熟的新技術。比如，新型節水鉆探技術就是專為干旱地區或者地質深部有水的地區而開發的一種新型技術，其采用的是新型節水理念，符合新時代可持續發展的要求，能夠有效地解決水資源匱乏的問題，降低工作人員的勞動強度，最主要的是可以避免環境污染。現在，各個國家都在大力發展新的鉆探工藝技術，而最新的研究結果，就是在鉆頭表面涂上一層薄薄的金屬涂層，這就是所謂的金剛石鉆頭。不僅可以提高鉆削的效率，延長鉆削的壽命，還可以加快鉆削的速度。

5 地質工程勘查中鉆探技術方法及應用改進策略

5.1 規范鉆探技術的操作流程

在地質工程勘查中，鉆探技術作為重要的技術手段，其操作流程規范與否，直接影響著地質工程勘查質量，圖3為鉆探機器。因此，在實際鉆探過程中，要嚴格按照相應的操作規范開展鉆探工作，以確保鉆探技術的科學性、合理性。工作人員要規范設計和施工方案。在進行鉆探之前，要對所要進行鉆探的區域進行地質環境勘查，并結合地質勘查的實際情況來制定相應的鉆探技術方案。方案中不僅要考慮到工程項目所需要的各種地質條件、鉆進速度以及鉆頭類型等因素，還要考慮到所選擇的鉆孔位置是否滿足工程實際要求。在設計方案時，應全面分析工程項目施工區域的地形、地質條件等因素，結合實際情況進行設計[7]。

圖3 鉆探機器

5.2 制定完善的鉆探技術制度

要想保證地質工程勘查中鉆探技術的應用效果，就必須要制定完善的鉆探技術制度，這一制度是保證鉆探技術能夠順利應用的基礎，只有這樣才能夠避免因鉆探技術應用不當而影響到勘查工作的開展。在制定完善的鉆探技術制度時，需要根據地質工程勘查中鉆孔布置方案，按照相關要求確定好鉆孔位置，并對鉆孔深度、直徑以及孔徑進行詳細規定。在鉆孔過程中，要按照相關規定進行操作，確保施工人員按照規定執行。在鉆進過程中，需要加強對鉆具的檢查工作，并對鉆具的使用情況進行檢查，只有這樣才能夠提高鉆探作業效率，促進鉆探技術的應用效果[8]。

5.3 提高鉆探技術人員的專業素養

隨著地質工程勘查中鉆探技術方法的不斷發展和進步，相應的鉆探技術人員也需要具備較高的專業素養，因此，地質工程勘查中鉆探技術人員需要具備較高的專業素養和職業道德。在地質工程勘查中，地質工作人員需要對相關的法律法規進行認真地學習和研究，并將其應用到實際工作中。同時，地質工程勘查中鉆探技術人員還需要掌握相應的技能知識，這樣才能有效地提高工作效率和質量，為地質工程勘查工作提供有效地支持。

5.4 加大鉆探技術研發力度，增加資金投入

從當前地質工程勘查鉆探技術的應用現狀來看，還存在一些問題，嚴重影響著我國地質工程勘查行業的發展，為此，應該加大地質工程勘查鉆探技術的研發力度，增加資金投入，解決鉆探技術應用中存在的問題。一方面，可以從國外引進先進的鉆探設備和鉆探技術，促進我國地質工程勘查行業的發展。另一方面，可以結合我國具體的地質環境和施工要求，對不同類型的地質進行勘查分析，根據實際情況選擇相應的鉆探設備和技術進行施工。

6 結束語

總之，在產業技術進步的同時，能源問題也日益凸顯。隨著對礦產資源的日益迫切的需要，越來越多的學者開始將目光投向了地下勘探和深層鉆井技術。隨著深層礦物資源的開采，鉆井與尋找變得越來越困難，文章對深層礦物勘探與常規鉆井與尋找礦物學的技術特征進行了探討，以便于有關部門對礦床的有利部位進行鑒別。