淺析水文地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)

苗興杰

(河南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院有限公司,河南鄭州　450045)

淺析水文地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)

苗興杰

(河南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院有限公司,河南鄭州450045)

在水文地質(zhì)勘測工程中,非常重要的部分就是鉆探。在水文地質(zhì)鉆探過程中,可以獲得關(guān)于巖層和水體的相關(guān)數(shù)據(jù),從而建立一個數(shù)據(jù)資料庫,其中包括巖層的物理數(shù)據(jù)、化學(xué)數(shù)據(jù)以及水位方面的信息數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在施工過程中能夠為其提供輔助作用,同時也可以為水利工程施工或地下水探查等工作提供重要的參考資料,以保障工程能夠順利進行。在鉆探過程中,其重點部分就是鉆孔技術(shù),要對其進行充分地重視。在進行鉆孔時,需要依據(jù)施工現(xiàn)場具體情況以及施工的規(guī)范和要求,選取合理的方式進行鉆孔操作。

水文地質(zhì)勘察鉆探技術(shù)鉆孔

現(xiàn)在的一些工程，例如礦區(qū)的生產(chǎn)和開采，很容易導(dǎo)致一些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。如:地下水位上升、侵腐嚴(yán)重、礦區(qū)地表坍塌和土壤結(jié)構(gòu)砂化嚴(yán)重等，這些都阻礙了礦區(qū)的開采和生產(chǎn)發(fā)展。為了確保工程在安全的環(huán)境下進行，對其周圍的水文地理環(huán)境進行勘探是很有必要的。對水文地理環(huán)境的勘探有很多種方法，例如:對周圍的水文地理環(huán)境進行測定、采集，水文地理環(huán)境的勘查以及地下水的變化，根據(jù)搜集和整理出來的數(shù)據(jù)進行科學(xué)的實驗和分析等。而本文主要通過鉆探過程中的一些具體環(huán)節(jié)，來展開討論。

1　水文地質(zhì)勘擦工程的概述

1.1水文地質(zhì)勘察概念

對水文地質(zhì)進行勘察一般是指通過勘探調(diào)查、測繪并進行試驗等手段，來取得各種需要的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括其在空間上的分布、變化規(guī)律及環(huán)境條件等重要信息。在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，討論、證明、檢驗并評價工程的穩(wěn)定性、場地的適宜性與場地周邊環(huán)境的演變，然后擬定施工計劃制定一些相關(guān)原則與規(guī)定，整理資料并提出一些施工建議。在水文地質(zhì)勘察工程中鉆探是一種十分重要的技術(shù)，它是勘測資料準(zhǔn)確度的基本保障。一旦鉆探技術(shù)不達(dá)標(biāo)將直接影響到水文條件的分析結(jié)果，也無法取得準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，甚至水文地質(zhì)勘測報告上出現(xiàn)虛假信息，最終導(dǎo)致在應(yīng)用該技術(shù)的工作中存在著安全隱患。此外，鉆探技術(shù)在水體樣本的取樣與孔內(nèi)原位的測試工作中，也發(fā)揮著必不可少的輔助作用。

1.2水文地質(zhì)勘查中鉆探的重要意義

通過水文地質(zhì)鉆探可以很直觀、全面地判斷出，礦區(qū)周圍是否存在含水巖層，它所處的位置是深是淺、巖層屬性、空間分布、合理與否、流量多少等情況。同時，也可以通過水文地質(zhì)鉆探弄清楚各含水巖層之間存在的聯(lián)系，以及地表與含水巖層之間的聯(lián)系。在水文地質(zhì)鉆探過程中，可以通過對礦區(qū)的地下水進行抽樣檢測，來判斷出各個含水巖層的具體水文資料信息;同時也可以實現(xiàn)對礦區(qū)周圍的地下水位進行實時檢測。

1.3鉆探技術(shù)存在的問題

在地質(zhì)調(diào)查以及資源勘察工程建設(shè)過程中，鉆探技術(shù)是不能缺失的一種重要的技術(shù)手段，同時它也是將地下水的實際樣品從地下取到地上的重要途徑。在鉆探項目中進行鉆孔，是為了獲得更多的地下水信息，然而在鉆探過程中鉆孔技術(shù)將面臨很多的問題和挑戰(zhàn)。例如，在對深度超過1萬米及以上的海洋進行鉆探時，鉆孔技術(shù)需要進一步加強，而且要根據(jù)實際情況，加強鉆孔技術(shù)自動化、智能化以及實用性。

2　鉆探技術(shù)的介紹

2.1淺鉆技術(shù)的介紹

在實際施工操作過程中，淺鉆與淺井具備相似的功用，但是在涌水量較大時，淺井就會被淺鉆所取代。因此，在埋藏較淺的礦床勘探過程中會使用淺鉆的技術(shù);同時，若礦井沒有必要進行深鉆，也會使用淺鉆的技術(shù)。其技術(shù)操作方便，而且成本相對較低，在設(shè)備移動方面也比較容易些，能夠快速獲取各類數(shù)據(jù)信息。淺鉆技術(shù)擁有很多的種類，通常情況下都是自行將設(shè)備安裝在汽車上，需要注意的是，在進行淺鉆時巖石的厚度不能過大。

2.2巖心鉆技術(shù)的介紹

在對礦床進行勘探時，為了對深部水文的情況以及地質(zhì)的情況進行全面了解，通常采取的一種重要的技術(shù)就是巖心鉆。在使用巖心鉆進行勘測時，不會受到相關(guān)條件的制約，在平地以及山區(qū)都可以使用。通常情況下，對礦體延伸的情況以及礦體的規(guī)模進行大致的了解時，可以采用巖心鉆技術(shù)。通過巖心鉆技術(shù)獲得的巖粉以及巖心，能夠?qū)Φ刭|(zhì)的條件進行詳細(xì)充分的研究。在實際的操作過程中，巖心的采取率要高于70%，如果進行勘探的礦體存在傾角，在進行鉆孔時要使用傾斜的鉆孔;如果進行勘探的礦體不存在傾角，在進行鉆孔時則通常使用垂直鉆孔。

2.3地下鉆技術(shù)的介紹

當(dāng)巖心鉆在水平坑道中進行操作時，我們稱之為地下鉆。這種鉆孔技術(shù)相對較為復(fù)雜，而且花費的成本也比較高，適用范圍非常小。但是，在對礦井地質(zhì)多變或者是礦體較為復(fù)雜的情況進行勘測時，地下鉆所獲得的資料和數(shù)據(jù)與前兩種方式相比較，其精度更加準(zhǔn)確，在效率方面比前兩種方法更為高效。

3　水文地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)鉆孔分類

在水文地質(zhì)鉆探過程中，由于鉆孔所要承擔(dān)的任務(wù)不同，可以將其分為以下幾種類型:

3.1勘探鉆孔

勘察鉆孔一般都是在范圍比較小的水文地質(zhì)勘探中使用。在使用過程中，大都是用鉆頭鉆取一部分巖礦心，并根據(jù)鉆取上來的這些巖礦心，對地下的巖層以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行一個簡單的觀測記錄。但在這個過程當(dāng)中并不會進行取水檢驗，其主要是因為在此環(huán)節(jié)當(dāng)中，重點需要了解礦區(qū)周圍的土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地下水的情況。

3.2觀測鉆孔與試驗鉆孔

觀測孔一般可分為取水檢驗觀測孔和長期觀測孔。這種鉆孔一般都會在勘測范圍比較大的情況下使用，而且這兩種鉆孔所要承擔(dān)的任務(wù)也是不同。取水檢驗孔主要是用在特定巖層上，借以測量該區(qū)域地下水狀況;而長期觀測孔，則是對該區(qū)域的地下水進行一個長久有效的觀察。此外，要了解當(dāng)?shù)氐叵滤母鞣N變化和運動的規(guī)律，同時還要做好取水檢驗工作。對于試驗鉆孔來說，尤其在礦區(qū)周圍的水文地質(zhì)勘探過程中，常用的就是單孔定流取水檢測，有的情況下也會進行多孔非定流取水檢測。在勘探過程中根據(jù)不同的要求，通過使用不同鉆孔，來獲取不同的信息資料。試驗孔一般應(yīng)用于取水檢驗中，有時也會用來檢測地下水的各種變化和運動規(guī)律。為達(dá)到特殊目的而選擇使用水文地質(zhì)試驗孔時，一般要進行多層次檢測、多層次取水或多孔取水檢驗;在鉆孔大小的選擇上，一般選擇較大的鉆孔。

3.3礦區(qū)探放水鉆孔與開采鉆孔

探放水孔在礦區(qū)周圍的地質(zhì)勘探過程中，一般都用于疏散和降低礦區(qū)地下水位，以及在礦井下進行水文地質(zhì)檢驗等。探放水孔的施工有時會在地下完成，有時則會在地面進行。通過使用地下鉆探進行地質(zhì)勘探，不僅具有很強的針對性、而且大大縮短了鉆井長度，進一步增大了勘測區(qū)域，提高了勘測效果。疏通和降低地下水位、開采地下水時，都會用到開采孔。開采孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該符合當(dāng)?shù)氐牡叵滤|(zhì)和水量的要求。在對開采孔進行施工時，應(yīng)該在滿足取水實驗和了解礦區(qū)水文地質(zhì)的情況下，使用較小口徑鉆頭鉆孔，然后再將鉆孔口徑擴大成井的施工方法。

4　勘探過程中鉆孔的結(jié)構(gòu)

水文地質(zhì)鉆探過程中，鉆孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般可分為:鉆孔直徑、鉆孔深度和井管直徑等。

4.1鉆孔的深度

在水文地質(zhì)鉆探過程中，鉆孔的深淺都是由當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況、施工要求、鉆探的目的以及鉆探技術(shù)的好壞來決定。也就是說，鉆孔的深度很大一部分都是由含水層的深度決定。在含水巖層厚度過大時，鉆孔過程中很難穿透整個含水巖層。鉆探過程中，碰到基巖含水層時，探孔應(yīng)該從整個含水巖層的多水地段或多水結(jié)構(gòu)帶中穿過;鉆探過程中，碰到巖溶含水層，探孔應(yīng)該從含水巖層的薄弱地帶穿過;在鉆探過程中，根據(jù)設(shè)備的實際情況和具體目的所需要的地質(zhì)條件，來確定鉆孔的深度。

4.2鉆孔的直徑

鉆孔直徑的設(shè)計應(yīng)該包含以下內(nèi)容:開孔直徑、變徑尺寸和終孔直徑。在鉆探過程中，用來觀測當(dāng)?shù)厮臓顩r的勘測孔、取水檢驗孔和對地下水位進行實時觀測的探孔，一般情況下口徑都較小，而且觀測探孔和取水孔經(jīng)常會需要改變孔徑的大小來控制水量。作為供水用的開采孔、疏通孔，一般情況下都會要求使用口徑較大的鉆孔。在土壤結(jié)構(gòu)比較松軟的底層中，一般鉆孔的孔徑大約在390mm以上，在基巖中的鉆孔孔徑一般也要大于190mm。而井下探放水孔的孔徑一般都會小于59mm。

5　結(jié)論與建議

目前，鉆探技術(shù)在海洋地底鉆探、地殼礦源開采等方面的延伸，促使鉆探技術(shù)更快地發(fā)展，豐富了地質(zhì)鉆探的理論體系，為我國的新能源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害的防治方面做出了重大的貢獻。在鉆探過程中，我們要重視鉆孔技術(shù)中存在的問題和面臨的各種挑戰(zhàn)，要加強對鉆孔技術(shù)的有效應(yīng)用，加強鉆孔設(shè)備、方法以及技術(shù)研究和創(chuàng)新，從而使鉆孔能夠滿足不斷變化的現(xiàn)實要求，以保障施工能夠順利進行，進而保障工程的施工質(zhì)量。

[1]劉淑芬,李亞偉.北山預(yù)選區(qū)公婆泉形成的地質(zhì).水文地質(zhì)條件分析[J].世界核地質(zhì)科學(xué),2010(3).

[2]勞文科,蔣忠誠.洛塔表層巖溶帶水文地質(zhì)特征及其水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型[J].中國巖溶,2013(4).

[3]王緒春.淮北市袁店深部勘探區(qū)煤炭普查9-2地質(zhì)孔施工工藝技術(shù)[J].地下水,2011(4).

[4]趙洪波,何遠(yuǎn)信,宋殿蘭,郭強.以鉆代槽勘查技術(shù)方法與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)科技情報,2014(5).

苗興杰(1971—),男,河南新鄉(xiāng)人,大學(xué)本科學(xué)歷,畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué),土木工程專業(yè),目前主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。