鉆探取芯技術在砂巖礦山地質勘察工程中的應用研究

摘要：由于沉積環境的變化，在砂巖的形成過程中，其礦物成分、顆粒大小、孔隙度等物理性質存在較大差異，這就使在勘察過程中難以準確預測不同區域砂巖的工程特性，增加了地質分析的難度。因此，對鉆探取芯技術在砂巖礦山地質勘察工程中的應用進行了深入研究。通過分析工程概況，詳細闡述了鉆探點位布置、鉆進參數調整、取芯操作規范等應用要點，明確了該技術在確定砂巖分布范圍、厚度和結構特征，以及查明地質構造、分析水文地質條件等方面的重要作用，為砂巖礦山的后續開采設計和安全生產提供了準確的地質依據。

關鍵詞：鉆探取芯 砂巖礦山 地質勘察 取芯操作

Analysis of the Application of Core-Drill Technology in Geological Survey Engineering of Sandstone Mines

HU Guanglin

Mineral Resources Management Institute of Qijiang District， Chongqing， 401420 China

Abstract： In the formation process of sandstone， due to the change of sedimentary environment， there are significant differences in physical properties such as mineral composition， particle size， porosity. This makes it difficult to accurately predict the engineering characteristics of sandstone in different areas in the process of investigation， which increases the difficulty of geological analysis. Therefore， in-depth research has been conducted on the application of core-drill technology in sandstone mine geological survey engineering. Through the analysis of the project overview， the application points such as drilling point layout， drilling parameter adjustment and coring operation specification are elaborated. The important role of this technology in determining the distribution range， thickness and structural characteristics of sandstone， ascertaining the geological structure and analyzing the hydrogeological conditions is clarified， which provides an accurate geological basis for the subsequent mining design and safe production of sandstone mines.

Key Words： Core-drill; Sandstone mine; Geological survey; Coring operation

礦產資源的開發與利用對經濟的持續發展起著至關重要的作用。砂巖作為一種主要的礦產資源，被廣泛應用于建筑、化工等多個領域[1]。然而，砂巖礦山的地質條件復雜多變。為了確保礦山的安全、高效開采，必須進行精準的地質勘察。砂巖礦山地質勘察工程面臨著諸多挑戰，砂巖的形成過程受到多種地質因素的影響，其礦物成分、結構特征、物理力學性質等具有較大的差異。這種非均質性使準確把握砂巖的特性變得困難，增加了勘察工作的復雜性[2-3]。例如：不同區域的砂巖可能在硬度、孔隙度、滲透性等方面存在顯著差異，這就需要在勘察過程中采用多種技術手段，全面了解砂巖的地質特征[4-5]。鉆探取芯技術作為一種重要的地質勘察手段，在砂巖礦山地質勘察工程中具有獨特的優勢。通過鉆探取芯，可以直接獲取地下砂巖的巖芯樣本，為地質分析提供可靠的實物資料。同時，結合先進的測試技術，可以對巖芯的物理力學性質、礦物成分等進行詳細分析，從而全面了解砂巖的地質特征。因此，本文研究了鉆探取芯技術在砂巖礦山地質勘察工程中的應用，這對提高勘察精度和效率、保障礦山的安全開采具有重要的現實意義。

1 工程概況

本次玻璃用砂巖的勘查區位于綦江區藻某村，該勘查區域位于綦江城區159°方向，直線距離35 km，運距約58 km，平面形態呈南—北向展布的五邊形。勘查面積1.56 km2，由5個拐點坐標圈定。礦體走向延伸長度大于2.1 km，傾向方向延伸大于700 m，礦體規模屬大型。地表出露區主要分布在近西傾向的斜坡坡面上，地表出露面積0.288 3 km2，地下埋藏面積0.749 5 km2。礦體產狀與地層一致，礦層產狀277°～305°∠28°～48°。礦體走向延伸長度大于2.1 km，走向品位延伸較穩定。礦體沿傾向方向延伸大于700 m，槽探及鉆孔顯示礦體在傾向延續穩定，傾角變化較小。本次地質勘察工程的主要目的是全面了解砂巖礦山的地質條件，為礦山的后續開采設計和安全生產提供準確的地質依據。

2 鉆探取芯技術在勘察工程中的應用要點

2.1 鉆探點位布置

在砂巖礦山地質勘察工程中，鉆探點位布置是至關重要的環節，需要收集礦山區域的地質、地形、水文等資料，分析已有數據，確定可能的砂巖分布區域和地質構造特征。該工程通過查閱以往的地質報告，了解到該區域砂巖的大致走向和傾向，為鉆探點位的初步選擇提供依據。砂巖礦山鉆探點位布置具體情況如表1所示。

考慮代表性原則，在藻某村礦山的不同地形部位布置鉆探點，在高處、低處、中部各布置至少一個鉆探點。在高處選擇海拔相對較高的位置布置一個鉆探點ZK3-1，是勘查區內海拔標高最高的一個點，標高為+628.31 m，代表勘查區高處地形；在低處選擇靠近山谷的位置布置一個鉆探點ZK4-1，是勘查區內海拔標高最低的一個點，標高為+492.07 m，代表勘查區低處地形；在中部選擇標高相對一致的區域布置3個鉆探點，分別為ZK0-1、ZK0-2、ZK4-2，代表勘查區中部地形。遵循均勻分布原則，根據礦山面積和勘察精度要求，采用600 m×400 m的網格間距初步確定鉆探點位。通過以上鉆探點位布置，可以較為全面地了解該砂巖礦山的地質情況，為后續的勘察工程提供準確的位置信息。

2.2 鉆進參數調整

在該工程中，首先，需要檢查鉆探設備的性能，確保其正常運行。工程采用XY-4液壓巖心鉆機，該型號鉆機具有鉆進能力強、操作方便等特點，適用于多種地質條件下的鉆探作業，可鉆進深度較大，能滿足砂巖礦山地質勘察的需求。采用PDC75 mm金剛石復合片鉆頭，其具有鉆進效率高、耐磨性好的優點，適用于砂巖等較硬巖層的鉆進。DZ40地質鉆桿具有較高的強度和剛度，能夠承受較大的鉆進壓力和扭矩，保證鉆探作業的順利進行。BW-150型泥漿泵用于向鉆孔內輸送泥漿，起到冷卻鉆頭、攜帶巖屑等作用。

其次，選擇一個具有代表性的區域進行試鉆進，記錄試鉆進過程中的各項參數，如鉆進速度、壓力、轉速等。假設試鉆進時初始鉆進速度為2 m/h、壓力為10 kN、轉速為300 r/min。對于硬度較大的砂巖，鉆進速度應控制在較低水平，通常在1-3 m/h之間。對于較軟的砂巖，鉆進速度可適當提高，但不宜超過5m/h。如果試鉆進區域的砂巖硬度較大，則可將鉆進速度調整為1.5 m/h。壓力的大小應根據砂巖的硬度和鉆進速度來確定，具體計算公式如下。

式（1）中：為調整系數，可根據實際情況取值，一般在0.5～1.5之間，用于根據實際情況調整壓力與鉆進速度和砂巖抗壓強度之間的關系；為鉆進速度，單位為m/h；為砂巖抗壓強度，單位為MPa。可根據計算結果適當調整壓力，轉速應根據鉆頭直徑和砂巖硬度來確定。在正式鉆進過程中，應當持續監測鉆進參數和巖芯質量，根據實際情況及時調整鉆進參數，確保取芯質量。

2.3 取芯操作規范

在砂巖礦山地質勘察工程中，取芯操作的大致流程如下圖1所示。

檢查取芯設備的完整性和性能，確保巖芯管、鉆頭等部件無損壞。檢查巖芯管的長度是否符合要求，根據鉆探深度選擇合適長度的巖芯管，例如：對深度為100 m的鉆孔，可選擇長度為3 m的巖芯管。準備好取芯所需的輔助工具，如卡簧、墊片等。同時，明確對于砂巖礦山地質勘察工程，要求巖芯采取率不低于80%。根據勘察設計要求，將鉆機鉆進至預定的取芯位置。在鉆進過程中，記錄鉆進參數，如鉆進速度為2 m/h、壓力為15 kN、轉速為350 r/min。將巖芯管、鉆頭等取芯工具正確安裝在鉆機上，確保連接牢固，避免在取芯過程中出現松動或脫落。選擇合適的卡簧尺寸，卡簧內徑應比巖芯直徑小1-2 mm，若巖芯直徑為50 mm，則卡簧內徑可選擇為48 mm。卡簧的彈性和強度要適中，既能牢固地卡住巖芯，又不會在提升過程中損壞巖芯。啟動鉆機，緩慢鉆進進行取芯操作。控制鉆進速度和壓力，避免過快鉆進導致巖芯破碎，鉆進速度控制在0.5～1 m/h。壓力根據巖層硬度調整，對于較硬的砂巖，壓力可適當增加，但不宜超過20 kN。觀察取芯過程中的異常情況，如卡鉆、漏水等，及時采取相應措施處理。

當取芯完成后，緩慢提升巖芯管，將巖芯從鉆孔中取出。在提升過程中，要保持平穩，避免晃動導致巖芯損壞。對取出的巖芯進行編號、記錄和包裝，以便后續分析。同時，可根據巖芯采取率公式計算實際的巖芯采取率，若采取率低于要求值，則需要分析原因并采取改進措施，如調整鉆進參數、更換取芯工具等。通過以上規范的取芯操作流程，可以提高砂巖礦山地質勘察工程中取芯的質量和效率。

3 結語

綜上所述，鉆探取芯技術在砂巖礦山地質勘察工程中具有不可替代的作用。通過合理布置鉆探點位、準確調整鉆進參數、嚴格規范取芯操作，可以有效地獲取高質量的巖芯樣本，為砂巖礦山的地質分析提供準確的數據支持。在未來的砂巖礦山地質勘察工作中，應不斷總結經驗，進一步改進鉆探取芯技術，提高其自動化程度和精度，以適應日益復雜的礦山地質條件。同時，結合其他先進的勘察技術和方法，如地球物理勘探、遙感技術等，實現多手段綜合勘察，為砂巖礦山的可持續開發利用提供更加全面、準確的地質信息。

參考文獻

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