勘探鉆孔技術(shù)設(shè)計(jì)

劉 新

摘要:鉆孔技術(shù)設(shè)計(jì)是獲取勘探成果資料的主要途徑,它直接關(guān)系到地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性和可靠性,并影響到工程建設(shè)的質(zhì)量和造價(jià)。文章對(duì)地質(zhì)找礦中的勘探鉆孔技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析,并指出各個(gè)勘探鉆孔的設(shè)計(jì)并不是一次完成的,而是根據(jù)施工順序分期分批進(jìn)行設(shè)計(jì)的;設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用已完工的鉆孔所提供的地質(zhì)資料和物化探成果,盡量做到設(shè)計(jì)指示書(shū)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞:勘探鉆孔;鉆孔技術(shù)設(shè)計(jì);操作規(guī)范

中圖分類(lèi)號(hào):TD672文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)22-0052-02

地質(zhì)勘探工程是根據(jù)一定的地質(zhì)資料,通過(guò)一些具體的方法和步驟,將各個(gè)勘探工程布置到實(shí)地位置,并提出勘探工程的施工目的,任務(wù)和質(zhì)量要求等,為施工技術(shù)設(shè)計(jì)提供地質(zhì)資料。因此,在對(duì)一個(gè)礦床進(jìn)行勘探時(shí),當(dāng)勘探工程的種類(lèi)、總體布置形式和間距確定之后,還要分別對(duì)每一個(gè)勘探工程進(jìn)行設(shè)計(jì),才能進(jìn)行施工。在對(duì)單個(gè)勘探工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)從勘探總體方案的全局出發(fā),以達(dá)到預(yù)期地質(zhì)目的為前提,同時(shí)也要考慮每個(gè)勘探工程的實(shí)際施工條件,特別是勘探坑道應(yīng)盡量照顧到能為以后礦山開(kāi)采所利用。

一、操作規(guī)范

工程地質(zhì)鉆孔是獲取勘探成果資料的主要途徑,它直接關(guān)系到地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性、可靠性,影響到工程建設(shè)的質(zhì)量和造價(jià)。工程地質(zhì)鉆孔技術(shù)要求按下列規(guī)定操作:

1.鉆進(jìn)深度、巖土分層深度的量測(cè)誤差范圍在0.05m以?xún)?nèi)。

2.非連續(xù)取芯鉆進(jìn)的回次進(jìn)尺,對(duì)螺旋鉆在1.0m以?xún)?nèi),對(duì)巖心鉆探應(yīng)在2.0m以?xún)?nèi),取芯鉆進(jìn)時(shí)軟土層每回次進(jìn)尺不宜大于2.0m,粉土每回次進(jìn)尺不大于1.5m。每一個(gè)回次完成后,根據(jù)所采取巖芯的性狀,確定是否進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)和采取原狀試樣。一般是一個(gè)回次完成后進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和取一個(gè)原狀土樣。當(dāng)土層中夾有大量粉質(zhì)土或砂土?xí)r,應(yīng)用標(biāo)貫器采取土樣,用于土層鑒別。

3.對(duì)鑒別地層天然濕度的鉆孔,在地下水位以上應(yīng)進(jìn)行于鉆。

4.巖芯鉆探的巖芯采取率,對(duì)于一般巖石、軟土應(yīng)不低于80%,對(duì)于軟質(zhì)、破碎巖石應(yīng)不低于65%。

施工過(guò)程中巖芯應(yīng)按次序排放,每一回次應(yīng)插放巖芯牌,注明起止深度,取樣或標(biāo)貫位置、編號(hào)、擊數(shù)等,根據(jù)需要決定是否應(yīng)裝箱保存。鉆孔主要記錄包括鉆探班報(bào)表、地質(zhì)編錄、整體或代表性部位巖性彩照。地質(zhì)編錄應(yīng)由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員承擔(dān),記錄應(yīng)真實(shí)及時(shí),按鉆進(jìn)回次逐段

二、勘探鉆孔設(shè)計(jì)

在進(jìn)行勘探鉆孔設(shè)計(jì)之前,要根據(jù)礦區(qū)地形地質(zhì)固、物化探成果及已施工的勘探工程等資料,結(jié)合成礦控制條件和礦體賦存規(guī)律,編制礦體理想剖面圖。然后按下述方法和步驟對(duì)勘探鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì):

(一)確定鉆孔截穿礦體的位置

在礦體理想剖面團(tuán)上,根據(jù)勘探對(duì)礦體追索和圈定的要求,以地表礦體出露位置或已施工的勘探工程截穿礦體的地置為起點(diǎn),沿礦體傾斜方向布置,若礦體厚時(shí)沿礦體中心線;若礦體薄時(shí),沿著礦體底板邊界線;若礦體呈小透鏡體成群分布在合礦帶內(nèi),則沿著含礦帶的下盤(pán)邊界線;若有數(shù)個(gè)彼此平行,大小不等的礦體時(shí),則以其中主要礦體為準(zhǔn);若有數(shù)個(gè)大小相近,彼此平行的礦體時(shí),應(yīng)以最下面一個(gè)礦體為堆,按所確定的勘探工程間距,自上而下的標(biāo)定預(yù)定截穿的礦體的位置如圖1、圖2所示:

(二)鉆孔類(lèi)型的確定

對(duì)截穿礦體的鉆孔要求是,盡可能使鉆孔沿著礦體真厚度方向穿過(guò)。但由于各種原因很難做到這一點(diǎn)。一般最低要求是,鉆孔在截穿礦體時(shí),鉆孔與礦體表面的夾角不得小于25°～30°,以防止鉆孔沿礦體表面沿過(guò)。

勘探鉆孔按鉆進(jìn)方向的不同,分為下述兩種類(lèi)型:

1.直孔:是沿著鉛直方向鉆進(jìn)的鉆孔。在勘探產(chǎn)狀平緩的曠體時(shí)選用,礦體的傾角應(yīng)小于30°～45°。

2.斜孔:是沿著與鉛直方向呈一定角度鉆進(jìn)的鉆孔。主要是在勘探傾角45°～60°的產(chǎn)狀較陡的礦體時(shí)選用。在選用斜孔時(shí),應(yīng)注意的是開(kāi)孔時(shí)鉆孔傾角不能小于65°～90°,以免給施工造成困難,如圖3所示:

在確定鉆孔類(lèi)型時(shí),要根據(jù)鉆孔截穿礦體位置的具體地質(zhì)情況,充分考慮上述要求和施工條件,選出合理的鉆孔類(lèi)型。

(三)終孔深度(設(shè)計(jì)孔深)的確定

確定鉆孔深度就是選擇適當(dāng)?shù)你@孔位置,主要是根據(jù)地質(zhì)要求來(lái)確定。在經(jīng)過(guò)對(duì)礦體地質(zhì)研究之后,有充分依據(jù)說(shuō)明除截穿的礦體,不再有與其平行的盲礦體存在時(shí),再繼續(xù)鉆進(jìn)1～2米(一般不超過(guò)5～10米)便停止鉆進(jìn)(終孔)。如果不能肯定下部有無(wú)盲礦體,或?qū)ΦV體與圍巖無(wú)明顯界線的細(xì)脈浸染狀礦體,應(yīng)根據(jù)具體情況繼續(xù)向下鉆進(jìn)到適當(dāng)?shù)纳疃?以相鄰勘探工程的資料或開(kāi)采所能達(dá)到的深度來(lái)確定終孔位置。

(四)鉆孔地表位置的確定

要確定鉆孔地表位置,首先是將設(shè)計(jì)的鉆孔標(biāo)定在礦區(qū)地形地質(zhì)圖上,再由測(cè)量人員實(shí)測(cè)到與圖上標(biāo)定的位置相應(yīng)的實(shí)際地點(diǎn)。具體作法如下:

1.在礦體理想剖面團(tuán)上,根據(jù)選定的鉆孔類(lèi)型,確定在剖面圖上的地表位置。如設(shè)計(jì)的是直孔,則由預(yù)定截穿礦體的位置,向上引鉛直線,與剖面圖上地形線的交點(diǎn)就是鉆孔在剖面圖上酌地表位置。如設(shè)計(jì)的是斜孔,則要考慮如何才能既滿足鉆孔截穿礦體時(shí)鉆孔與礦體表面夾角的要求,又要滿足開(kāi)孔時(shí)鉆孔傾角的要求。這是因?yàn)樾笨自阢@進(jìn)過(guò)程中隨著鉆進(jìn)深度的增加,鉆孔的傾角亦隨之發(fā)生變化。影響發(fā)生孔斜的因素主要是地質(zhì)特征和施工條件等。因此,不同礦區(qū)各有不同的變化規(guī)律。一般說(shuō)來(lái),斜孔每鉆進(jìn)100米,傾角變化2°～3°。在實(shí)際工作時(shí)就要求根據(jù)具體情況和實(shí)際鉆進(jìn)經(jīng)驗(yàn)找出孔斜變化規(guī)律。再根據(jù)孔斜變化規(guī)律以預(yù)定截穿礦體的位置。開(kāi)始遠(yuǎn)段向上反推投繪到地表,確定出鉆孔在剖面圖上的地表位置,開(kāi)孔的方位角(一般情況下都與礦體傾向相反,或與剖面方位一致)和傾角。

2.將在剖面圖上確定的鉆孔地表位置,按其座標(biāo)轉(zhuǎn)繪到礦區(qū)地形地質(zhì)圖上。

3.測(cè)量人員根據(jù)礦區(qū)地形地質(zhì)圖上標(biāo)定的鉆孔位置,用測(cè)量?jī)x器實(shí)測(cè)到相應(yīng)的實(shí)際地點(diǎn)。之后,地質(zhì)人員要會(huì)同鉆探,安裝人員等一起到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,如果因地形地物障礙或因施工條件限制不能在原設(shè)計(jì)位置施工,可適當(dāng)移位。移動(dòng)的范圍是根據(jù)礦床的復(fù)雜程度、儲(chǔ)量級(jí)別的要求和編圖比例尺來(lái)確定的,一般沿剖面線兩邊移動(dòng),但距離不能太大。

此外,還要根據(jù)推斷深部地質(zhì)情況,提出鉆孔的技術(shù)要求。主要是編制鉆孔理想往狀圖,鉆孔理想柱狀團(tuán)上應(yīng)反映鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中截穿的巖、礦層的巖石、礦石的硬度等級(jí),裂隙發(fā)育情況,見(jiàn)礦深度,浮土厚度及水文地質(zhì)情況等。同時(shí)還要提出征鉆進(jìn)過(guò)程中的一些技術(shù)要求,如開(kāi)孔方位角及傾角,開(kāi)孔及終孔的直徑,巖礦心采取率,鉆孔彎曲度及方位角的允許范圍、測(cè)量深度,孔深誤差校正,筒易水文地質(zhì)觀測(cè)以及封孔等項(xiàng)要求。以提供占探技術(shù)人員編制施工設(shè)計(jì)中的技術(shù)措施和設(shè)備,并作為占孔完工后質(zhì)量檢查驗(yàn)收的依據(jù)。

各個(gè)勘探鉆孔的設(shè)計(jì)并不是一次完成的,而是根據(jù)施工的順序分期分批進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用已完工的鉆孔所提供的地質(zhì)資料和物化探成果。盡量做到設(shè)計(jì)指示書(shū)的準(zhǔn)確性。

三、技術(shù)遠(yuǎn)景

鉆探工程隨著科學(xué)技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在探查、開(kāi)采、施工三方面的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大,并與許多尖端科學(xué)密切聯(lián)系,如深海洋地底鉆探、南極極地鉆探、地殼科學(xué)深鉆、月球表層鉆探等,將鉆探工程學(xué)科推向一個(gè)新高峰,將有可能對(duì)整個(gè)地學(xué)基礎(chǔ)理論提出挑戰(zhàn)性的認(rèn)識(shí),從而促使礦產(chǎn)、新能源、新材料以及地震、地質(zhì)災(zāi)害防治等領(lǐng)域有重大突破。

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