地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用研究

鄧君君

（柳州市勘察測(cè)繪研究院，廣西 柳州 545006）

如今，鉆探技術(shù)在地質(zhì)工程勘查中的應(yīng)用率非常高，它是進(jìn)行地質(zhì)工程勘查的有效手段。我國(guó)地質(zhì)工程勘查中的鉆探技術(shù)已經(jīng)有了較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用實(shí)踐，此技術(shù)是利用鉆機(jī)在工程地表上開(kāi)展鉆探工作，在選定的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行鉆探使其形成圓柱鉆孔，結(jié)合相應(yīng)的探測(cè)技術(shù)，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)成分、地質(zhì)形成規(guī)律等進(jìn)行分析研究。在地質(zhì)勘查過(guò)程中，鉆探技術(shù)為地質(zhì)工程勘查提供了便利，因此，對(duì)鉆探技術(shù)的方法和應(yīng)用進(jìn)行深入的分析研究，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有非常重要的意義。

1 地質(zhì)工程勘查和鉆探技術(shù)的相關(guān)概述

（1）地質(zhì)工程勘查。地質(zhì)工程勘查是為了研究地質(zhì)因素而進(jìn)行測(cè)量、勘探、調(diào)查，并得出相關(guān)報(bào)告的工作。通過(guò)勘查工作，可以獲取巖體、斷層、水體等具有研究意義的參考資料，了解地質(zhì)規(guī)律的相關(guān)信息。在對(duì)這些信息進(jìn)行充分的分析研究，為后續(xù)工程工作的有效開(kāi)展提供了科學(xué)的依據(jù)。（2）鉆探技術(shù)。地質(zhì)鉆探技術(shù)指的是利用鉆機(jī)在地表中鉆孔，并且將孔底堅(jiān)硬的巖體逐步破碎的鉆進(jìn)技術(shù)和施工工藝，它是獲取地質(zhì)研究樣品、計(jì)算礦產(chǎn)資源、評(píng)價(jià)礦石品質(zhì)、對(duì)地下巖土層材料信息進(jìn)行科學(xué)探測(cè)的一種重要的技術(shù)手段[1]。自新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)地質(zhì)工程勘查設(shè)備和鉆探技術(shù)水平得到了飛速的發(fā)展，并逐步形成成熟的工程技術(shù)體系。而且國(guó)家也十分重視地質(zhì)勘查工程領(lǐng)域的發(fā)展，積極地加大對(duì)其人力、物力以及資金的投入力度，從而使我國(guó)的鉆探技術(shù)建立了自己特有的較為完備的工程技術(shù)體系，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我國(guó)的地質(zhì)勘查技術(shù)如反循環(huán)鉆探技術(shù)、液壓潛孔錘鉆技術(shù)、繩索取心鉆探技術(shù)、組合鉆探工藝技術(shù)、空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)等都獲得了飛速的發(fā)展。

2 鉆探技術(shù)的重要性

地質(zhì)鉆探技術(shù)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展史，在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。人們利用地質(zhì)鉆探技術(shù)探索自然的奧秘，獲取自然資源。我國(guó)疆域遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，而深藏地表之下的礦產(chǎn)資源需要依賴(lài)于地質(zhì)鉆探技術(shù)才能被發(fā)現(xiàn)，要想在生產(chǎn)生活中使用礦產(chǎn)資源也要依賴(lài)于地質(zhì)鉆探技術(shù)才得以實(shí)現(xiàn)。除了對(duì)地下礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘查之外，建筑工程地質(zhì)情況的探測(cè)、以及地下水的探測(cè)與開(kāi)采利用，都無(wú)法離開(kāi)地質(zhì)鉆探技術(shù)的支持[2]。因此，地質(zhì)鉆探技術(shù)對(duì)人們的生產(chǎn)生活以及社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步具有非常重要的作用。

雖然我國(guó)地表礦產(chǎn)資源十分豐富，但是跟不上時(shí)代發(fā)展變化的地質(zhì)勘查技術(shù)和地質(zhì)鉆探技術(shù)導(dǎo)致我國(guó)的礦產(chǎn)資源利用率低下，甚至出現(xiàn)礦產(chǎn)資源供不應(yīng)求的情況，這種現(xiàn)狀在某種程度上減緩了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，阻礙了國(guó)家社會(huì)主義建設(shè)的步伐?，F(xiàn)如今，為了解決礦產(chǎn)資源短缺的難題，國(guó)家加大對(duì)地質(zhì)勘查工程的扶持力度，而地質(zhì)鉆探技術(shù)的重要作用終于得到了高度重視，在新時(shí)代發(fā)展的背景下，地質(zhì)鉆探技術(shù)將會(huì)得到更快、更好的發(fā)展。

3 地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)存在的問(wèn)題

（1）如今的勘查市場(chǎng)沒(méi)有得到嚴(yán)格的科學(xué)化管理，并且投資量在逐漸減少。開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展?jié)摿κ请y以估量的，而它只能通過(guò)一份勘查資料來(lái)開(kāi)展工作。礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與其他的地產(chǎn)有著根本性的區(qū)別。通過(guò)調(diào)查總結(jié)近幾年的探礦權(quán)轉(zhuǎn)讓情況，從中發(fā)現(xiàn)有許多機(jī)構(gòu)為了獲取更多經(jīng)濟(jì)效益而在勘查資料里弄虛作假，導(dǎo)致勘查市場(chǎng)的秩序混亂不堪，并且礦產(chǎn)投資者獲取的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)不到預(yù)期的效果，浪費(fèi)心力，甚至血本無(wú)歸，打擊多方投資者的投資信心。（2）雖然國(guó)家的財(cái)政狀況較為緊迫，但是對(duì)于在礦產(chǎn)勘查上的投資力度并沒(méi)有因此而減少，反而投資領(lǐng)域在逐漸擴(kuò)大，然而，即使有國(guó)家政策的支持，我國(guó)公益性的地質(zhì)勘查鉆探技術(shù)工程依然在不斷走下坡路，局面變得越來(lái)越緊張。（3）產(chǎn)能過(guò)剩。與國(guó)外的勘查機(jī)構(gòu)相比，我國(guó)的地質(zhì)勘查隊(duì)伍的規(guī)模太過(guò)飽和，國(guó)家投入地質(zhì)勘查工程的資金鏈從未中斷過(guò)，并且根據(jù)其發(fā)展?fàn)顩r發(fā)布相應(yīng)的政策[3]。但是地質(zhì)勘查隊(duì)伍開(kāi)展勘探的主要依據(jù)不符合國(guó)家發(fā)展的實(shí)際需要，他們依據(jù)隊(duì)伍的總體人數(shù)來(lái)分配勘查工作。這種情況就導(dǎo)致了許多先來(lái)的勘查人員擠掉后來(lái)者的工作機(jī)會(huì)，致使礦產(chǎn)資源勘查產(chǎn)能過(guò)剩，包括在鉆探技術(shù)和研發(fā)方面同樣存在著上述問(wèn)題，阻礙了我國(guó)地質(zhì)勘查工作的發(fā)展。

4 地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用

4.1 繩索取心技術(shù)

繩索取心鉆探技術(shù)是當(dāng)前領(lǐng)域應(yīng)用率最高的一項(xiàng)鉆探技術(shù)，使用它時(shí)探取的巖心質(zhì)量很高，而且要求的鉆進(jìn)深度較低。除此之外，繩索取心鉆探技術(shù)能夠大大加快鉆探效率，減少鉆具在工作時(shí)的升降所耗費(fèi)的時(shí)間[4]。但是在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)必須使用專(zhuān)用帶鋼絲繩的打撈器進(jìn)行打撈，利用打撈器將孔底內(nèi)管銜接起來(lái)，以便將其提取到地面上來(lái)。設(shè)計(jì)打撈器的工作目的是為了減少堵塞情況，從而減少鉆桿的磨損。地質(zhì)勘查工程中所應(yīng)用的繩索取心鉆探技術(shù)，對(duì)于工程機(jī)械技術(shù)的要求頗高，可以較少施工人員的工作強(qiáng)度。例如，就深部構(gòu)造來(lái)說(shuō)，深部構(gòu)造指的是由于地質(zhì)情況較為復(fù)雜且鉆孔深度較深而采用繩索取鉆探技術(shù)進(jìn)行勘查時(shí)，需要綜合考慮內(nèi)因或者外因等多個(gè)因素，首先必須先對(duì)獲取的巖心進(jìn)行仔細(xì)的分析研究，根據(jù)相應(yīng)的地理環(huán)境和專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)來(lái)進(jìn)行深入探討，之后以自身的經(jīng)驗(yàn)為輔助來(lái)做出最后的分析結(jié)果。此外，在勘查工程開(kāi)展之前還要制定出盡可能全面的應(yīng)急預(yù)案來(lái)防范錯(cuò)誤性的操作。

4.2 反循環(huán)鉆探技術(shù)

反循環(huán)鉆探技術(shù)可以分為水力反循環(huán)鉆探技術(shù)和空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)，它們是以介質(zhì)為區(qū)分依據(jù)的[5]。此循環(huán)方式與正循環(huán)恰恰相反。水（或泥漿）或空氣經(jīng)過(guò)鉆具環(huán)空后抵達(dá)鉆孔的最底部，再經(jīng)過(guò)鉆頭、鉆具返回到地面。不管是哪種反循環(huán)鉆探技術(shù)都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。水力反循環(huán)鉆探技術(shù)多數(shù)是在探測(cè)水資源的時(shí)候應(yīng)用，而針對(duì)一些干旱或無(wú)水地區(qū)該技術(shù)的使用就會(huì)有所限制。此外，水力反循環(huán)技術(shù)在應(yīng)用時(shí)可以探取到較為完好的巖體樣品，取心質(zhì)量很好，且對(duì)巖層的判別十分精確，但是其鉆進(jìn)速度比較慢，工作效率比不上空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)。相反，空氣反循環(huán)技術(shù)不適合用于水資源的探測(cè)，并且使用該技術(shù)所探取得信息的不精確，可能會(huì)對(duì)后續(xù)開(kāi)展的的資源勘查工作有一定的阻礙作用。但是空氣反循環(huán)技術(shù)有成本低廉、工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆探效率高等特點(diǎn)?？偠灾鶕?jù)具體的地質(zhì)環(huán)境來(lái)選用適合的反循環(huán)鉆探技術(shù)。

4.3 液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)

在這幾種鉆探技術(shù)中，液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)是比較先進(jìn)的，它是利用是應(yīng)沖洗液和潛孔錘發(fā)生作用，使?jié)摽族N和鉆頭產(chǎn)生一定的反應(yīng)，引發(fā)鉆頭和巖石發(fā)生沖擊，然后獲取相應(yīng)的勘查資料。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，鉆頭要和巖體進(jìn)行連續(xù)的撞擊，如此一來(lái)，可以適用于一些較為堅(jiān)硬的地質(zhì)環(huán)境。液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)，大大提高了硬巖的鉆探效率，有效降低鉆孔成本，而且鉆孔質(zhì)量較好，可適用于復(fù)雜地層的鉆探。同時(shí)，為了降低潛孔錘的磨損，在配送沖洗液時(shí)要確保泥漿有較低的黏稠度，嚴(yán)格限制沖洗液的含沙量，以使其具備非常好的潤(rùn)滑性能。

4.4 組合鉆探技術(shù)

顧名思義該技術(shù)就是將幾種鉆探技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)而研發(fā)出的鉆探技術(shù)，具體而言是把空氣反循環(huán)、繩討取心以及水力反循環(huán)中的鉆探技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有機(jī)融合起來(lái)的一種鉆探技術(shù)。但該技術(shù)需要使用液體循環(huán)介質(zhì)才能正常開(kāi)展工作。此技術(shù)適合于較為干旱缺水或者無(wú)水區(qū)以及探取巖心困難的復(fù)雜地質(zhì)上開(kāi)展勘查，自該技術(shù)研發(fā)初始，就已經(jīng)在甘肅、西藏等地區(qū)開(kāi)展了應(yīng)用。比較與傳統(tǒng)的勘探技術(shù)，組合鉆探技術(shù)可使工作效率至少提高5 倍之上，并且可以大大滴節(jié)約施工成本。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探中有著非常廣闊的發(fā)展前景。

4.5 空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)

空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)是將氣體、液體以及少許發(fā)泡劑混合起來(lái)的泡沫流體充當(dāng)沖洗介質(zhì)的鉆進(jìn)技術(shù)。當(dāng)進(jìn)行地質(zhì)勘查時(shí)遇到采空區(qū)、空巷等問(wèn)題地層時(shí)，采取傳統(tǒng)的鉆進(jìn)技術(shù)很難成功勘查到有用的資料，甚至可能會(huì)造成工程事故。通過(guò)空氣泡沫鉆進(jìn)技術(shù)可以有效地解決鉆孔漏失等工程難題，有效地提高地質(zhì)勘查鉆進(jìn)的。

4.6 其他工藝技術(shù)

筆者在本文所分析的地質(zhì)勘查鉆探技術(shù)為當(dāng)今勘查市場(chǎng)上相對(duì)主流的技術(shù)，除了上述幾種較為成熟的鉆探技術(shù)工藝，還有根據(jù)新理論、新材料、新發(fā)展要求而初步開(kāi)發(fā)出來(lái)的，應(yīng)用實(shí)踐還不成熟的新技術(shù)。例如，新型節(jié)水鉆探技術(shù)就是專(zhuān)門(mén)針對(duì)干旱地區(qū)或者地質(zhì)深部有水的地區(qū)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的新型技術(shù)，它應(yīng)用的是新型節(jié)水理念，順應(yīng)新時(shí)代可持續(xù)發(fā)展的要求，可以有效地應(yīng)對(duì)水資源短缺的問(wèn)題，并且減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最重要的是可以避免環(huán)境污染?，F(xiàn)如今，各國(guó)都十分注重新鉆頭的開(kāi)發(fā)，最新成果是利用超聲波電鍍技術(shù)給鉆頭鍍上一層金屬，人們將之成為金剛石鉆頭。使得鉆頭的消耗效率得到改善，延長(zhǎng)鉆頭的使用壽命，而且提高了鉆進(jìn)速度。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)工程勘查過(guò)程中對(duì)鉆探技術(shù)的要求十分嚴(yán)格，并且鉆探技術(shù)施工流程繁重、復(fù)雜。在開(kāi)展實(shí)際鉆探操作時(shí)，需要充分分析和考慮不同地質(zhì)勘查工程的實(shí)際需要而選擇適合的鉆探技術(shù)，確保地質(zhì)工程勘查的穩(wěn)步進(jìn)行。為了適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展的要求，我們必須要加強(qiáng)對(duì)鉆探技術(shù)的開(kāi)發(fā)和管理工作，不斷地提高地質(zhì)工程鉆探效率，保證地質(zhì)勘查的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)勘查工程先進(jìn)性、可持續(xù)性。