礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀與發(fā)展方向

楊 偉

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀與發(fā)展方向

楊 偉

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

就水文地質(zhì)鉆探工作的必要性進行了說明，并對煤礦水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀進行了分析和總結(jié)，以此為基礎對提升水文地質(zhì)鉆探工作質(zhì)量的方法提出了幾點見解，最后簡述了水文地質(zhì)鉆探新技術和未來發(fā)展趨勢。

礦井，水文地質(zhì)鉆探，現(xiàn)狀，發(fā)展

1 水文地質(zhì)鉆探的必要性

地質(zhì)勘探工作一直是煤礦生產(chǎn)有效進行所不可獲取的重要部分。其中水文地質(zhì)的勘探就是其主要構成環(huán)節(jié)之一。在礦井的建設生產(chǎn)中，水文地質(zhì)一直是其主要干擾因素之一，如何有效地對礦井水文地質(zhì)情況進行勘查一直是管理者所關注的焦點，其中水文地質(zhì)鉆探作為水文地質(zhì)勘查中最基本也是最主要的手段，有著諸多其他勘探手段所不具備的優(yōu)點：首先水文地質(zhì)鉆探不僅能直接揭露地下含水層的位置，確定相關地質(zhì)特性，明確所測含水層與地表水及其他含水層的聯(lián)系，更能通過抽水實驗，對含水層水文地質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)等進行測定，并對其水位變化實施動態(tài)監(jiān)控?？梢哉f積極開展對相關理論實踐的深入研究，有效促進水文地質(zhì)鉆探技術的發(fā)展是確保礦井長久、高效生產(chǎn)的重要條件和必然要求。

2 煤礦水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀

2.1 礦井水文來源介紹

1)地表水及斷層水。礦井地表水通常指自然降水、江河湖泊水以及植物根部的儲水等，不過由于煤炭埋藏深度的問題，地表水雖是礦井水源的來源之一卻非主要因素，影響一般。斷層水是指存儲在地質(zhì)斷層中的地下水，其對于地下水的排泄、流動方向等均有著顯著影響，是水文地質(zhì)鉆探的重點之一，在礦井建設前，必須由專業(yè)人員對井田范圍內(nèi)的斷層水分布進行詳細的調(diào)查。

2)地下水。依據(jù)巖性組合的不同和水利性質(zhì)的不一，礦區(qū)內(nèi)地下水含水層大致可劃分為兩種類型，即含水層與含水帶。以碎石土及粘土為主要構成的散層空隙含水帶，因其儲水能力的地下河含水層厚度不偏小被稱之為弱含水層，對礦井影響較?。灰运槭?guī)r和硅質(zhì)層為主要構成的巖溶裂隙含水帶厚度多為數(shù)十米且裂隙發(fā)育完善呈蜂窩狀，有著較為嚴重水蝕現(xiàn)象，對礦井生產(chǎn)影響較大。

2.2 礦井水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀

鑒于礦井水文地質(zhì)條件的復雜性和水源來源的多樣性以及相關技術、設備、人員等影響因素，在實際的礦井水文地質(zhì)鉆探中有著諸多問題，其大致可總結(jié)為以下幾點：1)現(xiàn)場施工人員水平不足。目前我國多數(shù)煤炭企業(yè)中的水文地質(zhì)鉆探施工與管理人員普遍存在專業(yè)水平不足、職業(yè)道德修養(yǎng)低下、工作散漫、法律法規(guī)意識不足等問題，在實際施工中施工人員不遵守相關規(guī)定，隨意施工，技術監(jiān)管人員不僅未進行有效監(jiān)管，在后期勘查報告上也多應付了事，例如未進行測井參數(shù)的對比就隨意對水文地質(zhì)的觀測曲線進行繪制，從而使得勘查報告與施工實際存在出入，阻礙施工的有效進行。2)鉆探設備選擇不當。國內(nèi)多數(shù)礦區(qū)的水文地質(zhì)鉆探施工均施行分包制度，將其承包給第三方施工隊伍進行施工。而這些施工隊伍為節(jié)約成本，在鉆探設備的選擇上不會依據(jù)所在地水文地質(zhì)狀況進行合理選擇和替換，而是以一概全，選擇一個型號一干到底，從而使得施工中存在許多問題，例如鉆機鉆壓、鉆機速度和旋轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)之間不匹配，難以滿足實際需求等。此外這些第三方施工隊伍的鉆探設備不僅型號老舊且疏于維護，設備質(zhì)量問題突出，例如鉆頭磨損嚴重、泥漿泵壓力不足等。3)水文地質(zhì)條件復雜、施工環(huán)境不佳。礦井水文地質(zhì)鉆探的條件極為復雜多變，鉆探施工時不僅會遭遇斷層、溶洞等自然因素的干擾，還會不時受到老窯等人為生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境影響。在斷層裂隙等發(fā)育良好的巖層中，巖體整體性受到嚴重破壞，巖層內(nèi)水力聯(lián)系復雜難測，嚴重制約了鉆機的工作效率，從而導致鉆頭巖石鉆取的不均勻，易引起泥漿充填裂隙無法順利排出，嚴重的還可能引起卡鉆、掉鉆等嚴重事故。而對于礦井老窯廢水，因其長時間處于密閉環(huán)境，內(nèi)部可能封存有大量的有毒有害氣體，鉆機一旦鉆通，就有可能威脅到施工人員的生命健康。

3 促進礦井水文地質(zhì)鉆探工作質(zhì)量提升的措施

3.1 進行科學、合理的鉆探設備選擇

鉆探設備的選擇對于鉆探效率有著直接影響，在實際施工時必須依據(jù)當?shù)貛r層的鉆探難度對鉆機參數(shù)進行科學選型，盡量選用先進的設備，以為施工提供保障，譬如選用新型的正方向一體化鉆頭；此外應注重對鉆探設備的保養(yǎng)維護，一旦發(fā)現(xiàn)鉆頭過度磨損應及時更換，以確保鉆機的最佳工作狀態(tài)。

3.2 對鉆探工藝進行優(yōu)化

鉆探中必須委派專人對鉆機中的水文變化、沖洗液消耗狀況、水溫變化以及鉆頭狀態(tài)等進行實時觀測和記錄，以避免事故的發(fā)生；委派技術人員對泥漿翻漿速度、顏色變化等進行觀測，以實時、合理的對鉆進措施進行調(diào)整和完善，確保事故的最高效；遭遇斷層、溶洞等復雜地質(zhì)條件時，對其水力聯(lián)通情況進行及時準確的判斷，從而選用適宜的短鉆桿和巖芯管及起拔鉆進工藝以避免斷裂處巖塊的掉落而引起卡鉆、掉鉆現(xiàn)象。

3.3 對鉆孔布置進行改良

水文地質(zhì)鉆探中鉆孔依據(jù)功效的不同可劃分為勘探孔、觀測孔、試驗孔、開采孔等多種類型。在實際施工前施工方首先充分收集相關水文地質(zhì)資料，依據(jù)“先疏后密、點線與深淺”的原則進行科學的布孔規(guī)劃；其次鉆孔相關參數(shù)的設計上必須充分考慮鉆孔類型、出水量、過濾器等相關因素，避免廢孔出現(xiàn)的同時，盡可能實現(xiàn)一孔的多次利用。

3.4 增強對現(xiàn)場施工及管理人員的培訓

伴隨科技的不斷發(fā)展，各類高新科技產(chǎn)品不斷應用到礦井水文地質(zhì)鉆探工作中，相關設備的機械自動化水平不斷提升，這也就對現(xiàn)場施工與管理人員的技術水平和職業(yè)道德素養(yǎng)提出了更高的要求，除在掌握必要的理論與實踐知識外，還應對相關的技術操作規(guī)范有著深入的理解，并能將其貫徹到生產(chǎn)實際中。在企業(yè)積極招收青年人才的同時還應增強對原有工人的再培訓，使其可以緊跟時代變遷，養(yǎng)成求真務實工作態(tài)度的同時及時掌握各種相關的新型技術與設備操作工藝，確保生產(chǎn)高效高質(zhì)進行的同時有效避免安全事故的發(fā)生。

4 水文地質(zhì)鉆探新技術發(fā)展

近年來，科技的進步亦讓水文地質(zhì)鉆探技術獲得顯著進步。各類新型技術不斷涌現(xiàn)并在實踐中成功應用，在此對當前幾種新型技術加以介紹：1)液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。該技術一方面增強對洗井液的驅(qū)動，另一方面在液動回轉(zhuǎn)上增強了潛孔錘的功效，實現(xiàn)了對其潛力的充分挖掘，進而極大的提升了鉆機的鉆探動力和鉆探效率，可以說這一技術的應用是水文地質(zhì)鉆探技術新時代的顯著標志，目前已在實際中取得良好的使用效果。2)空氣鉆探。這一技術以被充分壓縮后的空氣為介質(zhì)對鉆探出的孔洞進行二次沖洗，從而大幅提升了鉆機的破巖能力，加快了鉆探工作的整體進度，節(jié)約了生產(chǎn)成本。3)繩索取芯鉆探。通過這一技術的運用可大幅提升水文地質(zhì)鉆探中的巖芯提前效率，避免了鉆機的多次提降，顯著降低了設備的磨損。此外繩索取芯鉆探技術還有著極強的適應性，在各類地質(zhì)條件下均可使用。

5 水文地質(zhì)鉆探技術發(fā)展前景

伴隨著中國現(xiàn)代化建設的不斷進行，國家能源消耗亦在不斷增長，各類能源尤其是煤炭的地表淺層儲量已逐漸消耗殆盡，煤炭礦井水文地質(zhì)鉆探技術的發(fā)展必須開始向深層地下水文探查進行轉(zhuǎn)變，積極開展適用于地層深部的鉆探理論與相關技術的研究，從而為今后煤炭行業(yè)的深部開采的有效進行提供充足的數(shù)據(jù)參考，為生產(chǎn)的安全、高效提供保障。

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Drilling status and development direction of mine hydrogeology engineering

Yang Wei

(ShanxiCoalHydrogeologySurveyInstitute,Taiyuan030006,China)

The paper describes the necessity of hydrogeology drilling, analyzes and summarizes coal mine hydrogeology drilling status, and puts forward some views for hydrogeology drilling work, and finally describes new hydrogeology drilling techniques and development trend.

mine, hydrogeology drilling, status, development

1009-6825(2015)01-0093-02

2014-10-20

楊 偉(1981- )，男，助理工程師

P642

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