工程地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)的應(yīng)用淺述

陳鴻濤

摘 要：在國家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)下，工程地質(zhì)勘察也取得可喜可賀的突出成績(jī)。我國土地地形和地勢(shì)差異較大，在一定程度上給工程地質(zhì)勘察增加了難度。鉆探技術(shù)作為工程地質(zhì)勘察的重要手段，由于其具備精確的分析手段故在實(shí)際應(yīng)用中得到的大范圍的運(yùn)用。本文結(jié)合工程地質(zhì)勘察的簡(jiǎn)要介紹及其特征，詳細(xì)地闡述了幾種鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察的實(shí)際應(yīng)用，期望能夠推動(dòng)地質(zhì)勘察工程的快速進(jìn)步與提升。

關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)勘察；鉆探技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU195 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

我國土地資源遼闊，但近些年隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口眾多的影響，對(duì)于礦產(chǎn)及其能源的消耗量在逐年增加。所以就需要對(duì)于工程地質(zhì)勘察工作的開展給予足夠的重視。鉆探技術(shù)作為工程地質(zhì)勘察的最重要的方法，能夠保證勘察數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確度及高效率。目前鉆探技術(shù)方法種類較多，就需要在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)施工中根據(jù)地質(zhì)條件的差異選擇適宜的鉆探技術(shù)。

1 工程地質(zhì)勘察的簡(jiǎn)要介紹及其特征

1.1 簡(jiǎn)要介紹

工程地質(zhì)勘察可以簡(jiǎn)單地理解為通過一定的技術(shù)手段對(duì)地形及地質(zhì)的整體狀況進(jìn)行縝密的勘測(cè)、調(diào)研與實(shí)驗(yàn)，以此能夠?qū)Φ赜蚍秶恼w地形及地質(zhì)的狀況有比較詳盡的了解，能夠?yàn)楹笃陧?xiàng)目的施工奠定良好的基石?？辈斓木唧w內(nèi)容包涵地質(zhì)情況的勘測(cè)、樣品的實(shí)驗(yàn)開展、地質(zhì)情況的調(diào)查及其測(cè)繪等，在相關(guān)工作完成后對(duì)項(xiàng)目籌建地點(diǎn)的土層情況和相關(guān)的力學(xué)參數(shù)有了準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，結(jié)合勘察相關(guān)數(shù)據(jù)就能夠?qū)?xiàng)目適應(yīng)性做好剖析與檢測(cè)，最終得出符合項(xiàng)目施工要求的方案與技術(shù)性建議。

1.2 特征

工程地質(zhì)勘察的目的是技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目施工地的地勢(shì)與地質(zhì)條件有足夠的了解，其特征大體包含如下4方面：第一，工程地質(zhì)勘察的勘察目標(biāo)是土地。因此需在開展詳細(xì)的施工操作開始之前對(duì)地勢(shì)及其地形有充分的了解，保證判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性及其合理性，從而確保能夠選取最佳的鉆探技術(shù)。第二，在鉆探過程中，需要認(rèn)識(shí)到布孔和取樣是同等重要的，既要保證合適的布孔又要確保取樣的代表性。在選取巖心過程中所布孔盡可能地控制在10m以內(nèi)，且沒必要過大，只有這樣才能保證對(duì)地質(zhì)的結(jié)構(gòu)未造成損害的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理分析。第三，鉆探技術(shù)是通過布孔的方式來實(shí)現(xiàn)采樣的目的，取樣的同時(shí)不能忽略布孔的重要性。布孔是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的技術(shù)，在布孔中會(huì)應(yīng)用到很多技巧，對(duì)于布孔的地點(diǎn)、深度的確定都需要布孔操作人員做好正確的評(píng)估。而且布孔的目的完成取樣的同時(shí)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的水源特征及其自然災(zāi)害的類別有初步的了解。第四，在地形情況較難估量的地點(diǎn)進(jìn)行勘察時(shí)對(duì)于布孔的要求就相對(duì)較高，若布孔操作人員的技術(shù)未達(dá)標(biāo)，不但很難保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)還會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)人員的生命安全產(chǎn)生一定的危害。

2 常用方法

2.1 擊入法

對(duì)于質(zhì)地較為堅(jiān)硬的地層，使用一般的鉆探方法往往由于對(duì)巖層的沖擊力不夠而無法快速的破碎巖石，使得鉆進(jìn)時(shí)效受到影響。擊入法則能夠提供足夠的能量，使得巖石快速的破碎，有利于鉆探工作的順利開展，通?？變?nèi)、孔外擊入兩種方式。

2.2 壓入法

對(duì)于質(zhì)地柔軟的巖層，不需要較大的沖擊力，只需要適當(dāng)?shù)氖┘訅毫?，因而此時(shí)可以采用壓入法來進(jìn)行鉆探，這樣就可以減少鉆進(jìn)過程中的能量消耗。通常來說根據(jù)工作連續(xù)性不同有連續(xù)壓入和間歇壓入兩種。

2.3 振動(dòng)法

振動(dòng)法對(duì)于一般性的巖層鉆探均能適用，它可以利用振動(dòng)器來使得土層產(chǎn)生震動(dòng)，并將鉆頭鉆進(jìn)到土層中。但應(yīng)當(dāng)注意該方法不適用于巖石層的鉆探以及原狀樣的提取。

3 應(yīng)用分析

鉆探技術(shù)是進(jìn)行地質(zhì)勘探以及獲取勘探成果的重要手段。我國國土資源極其豐富，在面積遼闊的土地及海洋中埋藏著極多的資源寶藏，要想獲得這些資源就需要利用鉆探技術(shù)來進(jìn)行資源的勘探，為我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供資源支持。另外，地質(zhì)勘探中樣品的采集也需要利用鉆探技術(shù)來獲取，人類到訪月球及火星甚至在未來去更遙遠(yuǎn)的星球進(jìn)行科學(xué)考察，也需要采用鉆探技術(shù)來進(jìn)行取樣，可見鉆探技術(shù)是人類了解地球的必要手段。常見的鉆塔技術(shù)有以下幾種：

3.1 反循環(huán)鉆探

反循環(huán)鉆探技術(shù)起始于20世紀(jì)中葉，歐洲國家開始使用，并逐漸推廣普及開來，并在發(fā)展過程中形成了多種形式。在一開始的反循環(huán)鉆探功能較少，主要用于巖礦屑的采集，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的對(duì)巖心進(jìn)行鉆探收集?！皦核头ā狈囱h(huán)鉆探適用于之地較軟或者是中硬質(zhì)地的勘探現(xiàn)場(chǎng)，工作時(shí)先壓送沖洗液進(jìn)入套管內(nèi)，隨后沖洗液又從鉆桿內(nèi)返回繼而形成循環(huán)，這樣鉆取的巖心就隨著沖洗液帶到地表?？諝夥囱h(huán)鉆探技術(shù)實(shí)現(xiàn)了節(jié)水的鉆探，特別是在一些水資源緊張的地區(qū)特別適用，它的循環(huán)介質(zhì)為空氣，多用于固體礦產(chǎn)鉆探。有些礦產(chǎn)質(zhì)地較為松散，適用其他的鉆探技術(shù)有可能對(duì)巖心造成較大的擾動(dòng)，使得取樣準(zhǔn)確率不高，特別是一些高嶺土?xí)谒淖饔孟掳l(fā)生膨脹現(xiàn)象，造成礦巖心的污染而使用空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)可避免此類問題，從而高效率的準(zhǔn)確取樣。實(shí)際的操作時(shí)，隨著鉆探深度的加深，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高，巖心礦物隨著空氣循環(huán)到地上，取樣人員只需要在按照一定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)接收收集。

3.2 繩索取心技術(shù)

進(jìn)行地質(zhì)勘探時(shí)，如果使用鉆探技術(shù)鉆進(jìn)到巖心時(shí)，巖心物質(zhì)進(jìn)入到管中，此時(shí)在提取巖心時(shí)不用將鉆上提，而是使用繩索等專業(yè)取樣工具將其從巖心管取出來，這樣就可以大大地縮短鉆探的有效時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在進(jìn)行金剛石巖心的勘探時(shí)，如果采用升降鉆機(jī)的方式進(jìn)行取樣，其升降鉆機(jī)的時(shí)間就占到總工作時(shí)間的四成左右，而使用繩索取心技術(shù)就可以節(jié)省這一部分時(shí)間，提高了工作效率。另外這種技術(shù)采用的厚壁鉆頭雖然鉆進(jìn)速度略慢，但總體上減少了升降工序，仍然有較高的鉆探效率，并且在出現(xiàn)巖心管堵塞時(shí)，能夠馬上進(jìn)行疏通，還能夠保證巖心的完整程度。采用升降鉆機(jī)取心還會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)的磨損加大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，繩索取心技術(shù)使用的鉆頭使用壽命可以延長(zhǎng)一倍。由于提鉆少，使得鉆桿始終處在鉆孔內(nèi)，一定程度上有護(hù)壁的作用。綜合來看，該方法減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，使得鉆探成本降低，但是同時(shí)也應(yīng)注意到，由于鉆頭壁厚，會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生大面積的削切，同時(shí)鉆進(jìn)的能耗較高。

3.3 液動(dòng)潛孔錘

液動(dòng)潛孔錘是一種新的鉆探技術(shù)，它在回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)后形成的，屬于液動(dòng)的類型，并在液動(dòng)能量的支持下給予鉆頭一定的沖擊力，使其向下錘動(dòng)，加速了巖石的破碎。在進(jìn)行實(shí)際的工作時(shí)，完全可以利用現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)鉆探的配套設(shè)施，其操作步驟也相同，而且適應(yīng)孔深可以達(dá)到5000m以下，具有較高的鉆進(jìn)時(shí)效，特別是對(duì)于一些硬質(zhì)的地層，使用液動(dòng)潛孔錘技術(shù)進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，通常不會(huì)有堵塞的情況，并能夠有效地降低孔斜強(qiáng)度，無須使用較大的能耗，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大的污染。對(duì)于含水層的鉆進(jìn)同樣有效，能夠利用液動(dòng)潛孔錘機(jī)械本身的性能來提高護(hù)壁能力，容易操作，進(jìn)行維護(hù)檢修工作也較為方便。

3.4 組合鉆探技術(shù)

工程地質(zhì)勘探工作通常面臨較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，有時(shí)僅憑一種鉆探方法難以達(dá)到理想的效果，因此可以綜合使用各種鉆探技術(shù)，根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行組合，這樣就可以整合各類鉆探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從而提高鉆探的效率，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約鉆探工作的成本，達(dá)到更好的鉆探效果。

結(jié)語

就目前我國工程地質(zhì)勘察的應(yīng)用來看，可供選擇的鉆探技術(shù)上面提及的幾種方法可供選擇，其所涵蓋的內(nèi)容較全面，所以在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)施工中就需要根據(jù)地質(zhì)條件的差異選取適宜的鉆探技術(shù)，期望能夠保證勘察數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，推動(dòng)地質(zhì)勘察工程的快速進(jìn)步與提升。只有保證鉆孔技術(shù)的正確應(yīng)用才能從根本上促進(jìn)地質(zhì)勘測(cè)工程的良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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