鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)鉆探中的運(yùn)用

文｜福建省閩南地質(zhì)大隊(duì) 郭德健

0 前言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工程地質(zhì)鉆探項(xiàng)目也變得越來越多，其中，鉆孔技術(shù)就是地質(zhì)鉆探技術(shù)的重要組成部分。本文從鉆孔找礦技術(shù)出發(fā)，首先從常用的地質(zhì)鉆探設(shè)備、鉆探技術(shù)，結(jié)合不同種類的鉆孔找礦技術(shù)以及我國鉆孔技術(shù)今后發(fā)展方向?qū)こ痰刭|(zhì)鉆探和鉆孔找礦技術(shù)做一個(gè)較為全面的介紹，然后，結(jié)合鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)鉆探中的具體用途，和一些更好利用鉆孔找礦技術(shù)的方法，分析鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)鉆探中的實(shí)際運(yùn)用。

1 工程地質(zhì)鉆探的發(fā)展應(yīng)用

1.1 常用的地質(zhì)鉆探設(shè)備

國內(nèi)主要的地質(zhì)鉆探設(shè)備有：立軸式巖心鉆機(jī)，是我國地質(zhì)鉆探設(shè)備中的主力機(jī)型；全液壓動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)，是我國目前發(fā)展速度較快的機(jī)型；國產(chǎn)坑道鉆機(jī)，主要用于深部礦山區(qū)的鉆探；以及煤層氣鉆機(jī)，用于煤層氣的鉆探工程。因?yàn)槊簩託忏@機(jī)中使用較多的進(jìn)口設(shè)備，價(jià)格較為昂貴，因此為我國在煤層氣鉆機(jī)的研究和生產(chǎn)方面提供了十分廣闊的市場。而國外主要的地質(zhì)鉆探設(shè)備有：全液壓動(dòng)力頭巖芯鉆機(jī)，是國外發(fā)展規(guī)模較為完整的主流機(jī)型；新型中深孔鉆機(jī)，是隨著復(fù)合鉆探技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，得到日益廣泛的使用的機(jī)型；自動(dòng)化、智能化鉆機(jī)，是在歐美國家發(fā)展并成熟的，能夠依靠計(jì)算機(jī)和設(shè)備主動(dòng)完成單人操作，適應(yīng)多種作業(yè)條件的機(jī)型。

1.2 常用的地質(zhì)鉆探技術(shù)

1.2.1 回轉(zhuǎn)式

回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆探技術(shù)指的是，利用鉆孔設(shè)備的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，逐漸將巖石粉碎并成孔鉆進(jìn)，是一種非常普通的鉆探方法?；剞D(zhuǎn)式鉆探技術(shù)中，經(jīng)常使用的鉆機(jī)分為兩種：一種是正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)；另一種為大、小鍋錐鉆機(jī)，不同類型的鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)速度具有相當(dāng)大的差別。而按照功能的不同，又可以將回轉(zhuǎn)鉆機(jī)分為兩種：只具備鉆進(jìn)功能的相對簡單的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)；以及具備鉆進(jìn)功能，和循環(huán)洗井功能的結(jié)構(gòu)完整的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

1.2.2 沖擊式

沖擊式地質(zhì)鉆探技術(shù)的使用歷史非常長。這種鉆探技術(shù)指的是：使用一字型或者十字型的鉆頭，通過鋼絲繩或者鉆桿相連的方式，進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，沖擊巖石，將被粉碎掉的巖屑等撈出去除后，就形成了鉆孔。

1.2.3 沖擊回轉(zhuǎn)式

沖擊回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆探技術(shù)指的是：同時(shí)使用沖擊式和回轉(zhuǎn)式的地質(zhì)鉆探技術(shù)，擊破巖石鉆進(jìn)成孔。按照使用的沖擊器的不同，被分為液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)，以及氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。沖擊回轉(zhuǎn)式地質(zhì)鉆探技術(shù)能夠保證硬質(zhì)層轉(zhuǎn)速的提高，以及回轉(zhuǎn)進(jìn)尺長度的增加，還能夠減小鉆孔的彎曲程度，從而能夠降低工程成本[1]。

1.3 工程地質(zhì)鉆探的特點(diǎn)

1.3.1 依工程實(shí)際要求鉆孔

在工程地質(zhì)鉆探中，在考察施工地區(qū)的地質(zhì)條件后，還要根據(jù)即將進(jìn)行的工程項(xiàng)目的特點(diǎn)對工程地質(zhì)鉆孔進(jìn)行詳細(xì)的分析，比如：在進(jìn)行民用建筑的鉆孔布孔時(shí)，需要依照建筑的輪廓線進(jìn)行鉆孔，而在水利工程的鉆孔布孔時(shí)，需要按照水利工程的壩軸線進(jìn)行鉆孔，見圖1。

1.3.2 鉆孔深度因外界條件不同而不同

工程建筑鉆孔的深度是根據(jù)擬建構(gòu)筑物的荷載確定鉆孔深度的，與擬建場地土體類別有關(guān)，因此，無論哪種工程建筑所使用的鉆孔其深度也必須根據(jù)建筑物荷載和土體類別確定。

圖1 礦體內(nèi)部邊界的界定

1.3.3 使用鉆孔進(jìn)行地質(zhì)勘察

通過鉆孔，能夠?qū)こ态F(xiàn)場的地層巖性，地質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及地下水文地質(zhì)條件進(jìn)行勘察。需要注意的是，為了保證使用鉆孔技術(shù)得出的分析的準(zhǔn)確性，還需要通過地質(zhì)鉆探技術(shù)對工程施工地區(qū)進(jìn)行取樣觀測。

2 鉆孔找礦技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

2.1 鉆孔找礦技術(shù)的分類

2.1.1 淺鉆

淺鉆技術(shù)與淺井的功能相似，主要被應(yīng)用于開采埋藏較淺的礦床的勘探工作中。在鉆探過程中，如果出現(xiàn)大量涌水的現(xiàn)象時(shí)，也可以使用淺鉆技術(shù)進(jìn)行工程的鉆探。淺鉆經(jīng)常被安裝在汽車上使用，操作方便，容易獲取礦體表層數(shù)據(jù)，鉆出的孔淺，而且使用淺鉆的成本與使用其他鉆孔技術(shù)相比要低很多。但是淺鉆技術(shù)不能用于巖石硬度過大的鉆探工作中。

2.1.2 地下鉆

又被稱為坑內(nèi)鉆，屬于巖心鉆的一種，主要被應(yīng)用于水平坑道的打孔鉆探中。一些復(fù)雜礦床的勘探工作（礦體的數(shù)量多，礦體的產(chǎn)狀復(fù)雜），還可以被應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的礦床的勘探工作等，在這些情況下使用地下鉆技術(shù)，與其他鉆探技術(shù)相比，更具與準(zhǔn)確性和高效性。但是因?yàn)榈叵裸@技術(shù)的應(yīng)用原理復(fù)雜，且使用代價(jià)較大，因此，地下鉆技術(shù)適用的范圍較小。

2.1.3 巖心鉆

巖心鉆技術(shù)是應(yīng)用的最廣泛的技術(shù)，因?yàn)檫@種技術(shù)不容易受其他條件（礦床、礦種、地質(zhì)條件）的限制和影響，而且操作方便，準(zhǔn)確度較高，因此具有十分廣闊的運(yùn)用范圍。巖心鉆技術(shù)指的是在進(jìn)行地質(zhì)鉆探的過程中，經(jīng)過巖心，對巖心進(jìn)行相關(guān)的分析研究，獲取在地下深處礦體的地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，和水文參考數(shù)據(jù)，從而分析得出在礦床的分布和延伸情況，以及礦含量和礦質(zhì)質(zhì)量的主要情況[3]。

2.2 我國鉆孔找礦技術(shù)的發(fā)展方向

我國國土面積遼闊，地形復(fù)雜多樣，復(fù)雜多樣的地質(zhì)條件，就決定著在不同地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)鉆探時(shí)，要使用不同的鉆孔找礦技術(shù)。這就要求要加大對鉆孔找礦技術(shù)的研究力度，不斷尋找新的有效的鉆孔技術(shù)；而且有些地區(qū)地質(zhì)條件惡劣，地質(zhì)鉆探的難度大，為了進(jìn)行有效的地質(zhì)鉆探，就需要改進(jìn)鉆探設(shè)備和鉆探技術(shù)。這就要求要改進(jìn)鉆探設(shè)備的研究和生產(chǎn)工作，提高鉆探設(shè)備的質(zhì)量，提高在不同地質(zhì)條件下的適應(yīng)能力和使用能力；而礦產(chǎn)資源需求量的不斷增加，以及易采礦產(chǎn)資源的減少，進(jìn)行鉆孔找礦時(shí)，探測的深度就會(huì)大大增加，對技術(shù)的要求更高。

3 鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)鉆探中的運(yùn)用

3.1 鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)鉆探中設(shè)備的運(yùn)用現(xiàn)狀

鉆探技術(shù)設(shè)備是鉆孔找礦工程中的重要組成部分，它會(huì)隨著鉆探工藝，鉆探技術(shù)以及鉆探方法的進(jìn)步而不斷的發(fā)展。同時(shí)它也會(huì)直接影響鉆孔找礦技術(shù)水平的進(jìn)步。地質(zhì)鉆探設(shè)備是指直接應(yīng)用于鉆孔找礦工程中的機(jī)械設(shè)備，它們主要包括動(dòng)力機(jī)，泥漿泵，鉆機(jī)等設(shè)備，這其中最重要、最核心的部分就是鉆機(jī)。這些設(shè)備會(huì)隨著科技的進(jìn)步而不斷的進(jìn)行改進(jìn)和完善。

3.2 鉆孔找礦技術(shù)在工程地質(zhì)探索中的實(shí)際運(yùn)用

3.2.1 資源勘查

通過對鉆孔找礦技術(shù)，獲取地下地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而對地下的地質(zhì)狀況進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析?？梢杂糜诘叵碌V產(chǎn)資源的探尋和開采、地下石油資源的開采、地下頁巖氣和地?zé)崮艿奶綄ず烷_發(fā)。

3.2.2 水文研究

在城市化發(fā)展速度不斷加快，和水資源愈發(fā)緊缺的現(xiàn)代社會(huì)，可以使用鉆孔找礦技術(shù)對城市地下水的水質(zhì)和其他水文狀況進(jìn)行勘察和監(jiān)督，保證城市用水的安全；還可以用于農(nóng)業(yè)地下水水文狀況的檢測，為農(nóng)業(yè)用水提供保證。用于工業(yè)地下水的水文狀況研究和檢測，為合理利用工業(yè)用水，節(jié)約成本，減少污染提供支持。

3.2.3 輔助施工

當(dāng)被應(yīng)用于建筑工程，或者是水利工程的建筑時(shí)，為了保證工程的安全性，可以使用鉆孔找礦技術(shù)在工程正式實(shí)施之前進(jìn)行地質(zhì)勘探，這樣便于施工的安全開展。在施工過程中也可以使用鉆孔找礦技術(shù)，為通訊線路的安裝，建筑施工過程中的爆破提供支持，還可以用于采礦過程中的探氣探水和通風(fēng)排水，保障施工的安全。

3.3 鉆孔找礦技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

隨著科技的進(jìn)步和人類對礦產(chǎn)資源需求的增加，鉆孔找礦技術(shù)的未來發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.定向技術(shù)水平提高即定向?qū)蛹夹g(shù)和定向鉆井技術(shù)這兩項(xiàng)技術(shù)，需要國家和科研機(jī)構(gòu)加大投入力度，并爭取取得具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)成果，而非依靠引進(jìn)他國技術(shù)。

2.設(shè)備制造技術(shù)提升。即提高鉆頭，鉆機(jī)等一系列鉆具的制造技術(shù)，雖然我國目前傳統(tǒng)的鉆具已走向成熟階段，并且給企業(yè)帶來了非常可觀的利益，不過隨著鉆孔地質(zhì)條件的日益復(fù)雜，要求社會(huì)上有新的能夠適應(yīng)這種復(fù)雜地址條件的鉆具出現(xiàn)，這樣才能與時(shí)俱進(jìn)，真正提高企業(yè)的效率。

4 結(jié)語

隨著鉆探技術(shù)的不斷發(fā)展，鉆孔技術(shù)也在不斷進(jìn)步。鉆孔找礦技術(shù)運(yùn)用于工程地質(zhì)鉆探中，大大提高了工程施工的效率和安全，并將會(huì)有越來越先進(jìn)的鉆孔找礦技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)鉆探中，在技術(shù)不斷豐富和發(fā)展的今天，鉆孔找礦技術(shù)將會(huì)與其他技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于更多的領(lǐng)域，擁有更廣闊的發(fā)展空間。