地質(zhì)工程勘查中鉆探技術的方法以及具體作用

劉世海，王朝輝，丁磊明

（山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021）

地質(zhì)工程中的勘查工作是依據(jù)技術性手段對工程地質(zhì)進行地質(zhì)的調(diào)研工作。通過調(diào)查工作，可以有效收集當?shù)貛r體、水體、土壤等相關地質(zhì)變化的力學參數(shù)信息。通過對相關信息的分析，有利于后續(xù)一系列施工活動的順利開展，為施工活動提供相應的數(shù)據(jù)參考和施工原則。鉆井技術是地質(zhì)工程勘探過程中非常重要的高科技勘探方法。在該技術的支持下，可以對試驗孔內(nèi)的場地和巖土場進行采樣，為整個地質(zhì)工程勘查提供完整、準確的測量數(shù)據(jù)。特別是在復雜的地層測量過程中，沒有合理的鉆井技術則就無法對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行合理的分析，無法獲得工程相關的數(shù)據(jù)。由于信息采集中存在的問題，不僅對工程勘探工作帶來了巨大的影響，更是嚴重影響相關工程的建設，使工程項目中埋下不同程度的安全隱患。

1 工程概況

山東省萊州市西嶺村礦區(qū)金礦勘探部分鉆探項目，位置東經(jīng)119°56′58″～119°59′45″，北緯37°23′46″～37°25′00″。在前期的勘探工作中，需要對勘探工程進行合理的布置，在勘探工程中主要使用鉆探作為勘探方式，并借助其它樣品檢測方式對項目選定區(qū)域的礦體進行詳細的勘探，以此查明項目所在地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、礦物構(gòu)成、規(guī)模形態(tài)等以此探明礦產(chǎn)的儲備含量等情況，以提高探礦權(quán)價值的目的。

2 鉆井技術在地質(zhì)工程勘查中的方法及應用分析

地質(zhì)鉆探技術是在地下鉆取破碎巖石的過程，并對采集到的巖石碎片進行分析，以此調(diào)查出地下巖層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)狀況、礦藏詳細數(shù)據(jù)等信息。對于不同的鉆井目的，鉆井技術和設備也是不同的。由于我國礦藏豐富，在鉆井技術方面進行了大量投入進行研究，并形成了反循環(huán)鉆井技術、繩索取芯技術、定向?qū)鱼@井技術、液壓鉆井技術和新型節(jié)水鉆井技術。

3 地質(zhì)工程勘查鉆井技術問題分析

3.1 鉆探設備通用性不高

由于鉆井設備相對陳舊，許多鉆井設備在跨行業(yè)使用時缺乏通用性，導致只能在特定項目上工作。

3.2 控制系統(tǒng)不夠完善

由于鉆機本身自動化程度低，目前國內(nèi)使用的鉆機控制系統(tǒng)缺乏相應的鉆井監(jiān)控功能。在實際工作中，不能有效、準確地控制其總體工作。此外，在鉆井作業(yè)中，儀器指標的操作參數(shù)也不完善。

3.3 鉆井技術設備的自動化程度不高

雖然中國地質(zhì)工程勘查歷史悠久，但根據(jù)目前對中國鉆井設備的分析，仍在使用老式設備或在原有基礎上進行改造。在某種程度上，存在自動化程度低的問題，舊設備復雜，不利于提高鉆井效率。

4 鉆井技術在地質(zhì)工程勘查中的方法和具體應用

4.1 液動潛孔錘鉆探技術

在勘探工程中液動潛孔錘鉆技術是在使用泥漿泵作為液動錘的驅(qū)動介質(zhì)從而產(chǎn)生一定的沖擊力的另一種形式的回轉(zhuǎn)鉆探技術。此技術常用于質(zhì)地較脆的底層勘探，相比其它技術其效率更高。在使用液動潛孔錘鉆探技術進行鉆探時需要實時的檢查設備固件的緊固狀況。當使用液動潛孔錘鉆探技術進行大直徑的潛孔施工時，可以和空氣室進行減震穩(wěn)流平壓進行聯(lián)動操作，由于可以增加液動潛孔錘工作時的穩(wěn)定性，而且還可以更好的對泥漿和設備起到保護作用。

4.2 繩索取心鉆探技術

繩索取心鉆探技術具有提鉆取心的特性，主要施工工序是在巖心管被巖礦心填滿或者阻塞以后，不需要將孔內(nèi)鉆桿柱提出來，可利用繩索將巖心管提到地面。而只有檢查鉆頭的磨損情況時才需要將鉆桿柱進行提升。

4.3 反循環(huán)鉆探技術

反循環(huán)鉆探技術根據(jù)介質(zhì)的不同可以分為壓縮空氣反循環(huán)技術與水運反循環(huán)技術，顧名思義其驅(qū)動介質(zhì)主要是靠壓縮空氣或者泥漿、水運，在工作時將靠壓縮空氣或者泥漿、水運輸送到孔洞的底部，然后提鉆取芯。

4.4 組合鉆探工藝

該方法包括上述幾種鉆井技術。該鉆井工藝不僅具有多種鉆井技術的優(yōu)點，并且可以根據(jù)不同地址環(huán)境選擇不同的鉆井方式，以此增加工作效率，降低勞動強度和鉆井成本。

5 實例分析地質(zhì)勘查工程中的鉆探技術的應用

5.1 鉆探工作量部署

山東省萊州市西嶺村礦區(qū)金礦勘探部分鉆探項目部署實施11個鉆孔，實際實施14個。鉆探工作量18931.7m。

5.2 鉆探工藝技術

5.2.1 鉆探設備選擇

整個項目共投入鉆探設備7臺套，詳見表1。

表1 主要鉆探設備

5.2.2 鉆進方法

采用金剛石雙管單動取心鉆進工藝，配以SYZX95和SYZX75液動錘鉆具，有效提高鉆進效率。

5.2.3 泥漿技術

在勘探取芯時一般使用低失水、低滲透、高潤滑等特性的抑制性鹽水泥漿。在配制泥漿時，應先加入一定比例的水，然后啟動攪拌機并依次加入膨潤土、植物膠、堵漏劑（當溫度較低時應攪拌20min），然后加入CMC、PHP溶液，再繼續(xù)攪拌5min便可以使用。

當鉆進至復雜孔段時，選用聚乙烯醇溶液做沖洗液，聚乙烯醇溶液有很好的流動性、粘結(jié)性，能夠滲入到破碎地層中，把巖塊、巖屑膠結(jié)在一起，形成有一定強度的膜，起到穩(wěn)定孔壁的作用。

鉆進至破碎易剝落、掉塊地層，會出現(xiàn)回轉(zhuǎn)阻力大，此時將溶解的聚乙烯醇按比例加入到循環(huán)液中使用，加量根據(jù)孔內(nèi)狀況而定，比例一般為5%～10%。地層較為復雜時，為增強護臂效果和減少聚乙烯醇的用量，現(xiàn)場一般將10%～15%左右的聚乙烯醇溶液直接泵入到鉆桿內(nèi)，用泥漿泵循環(huán)把溶液輸送到復雜地層停止一段時間，讓溶液與孔壁充分接觸滲入到破碎層中形成保護膜，達到保護孔壁的目的，從而保證鉆孔的順利鉆進。

該泥漿技術在該礦區(qū)取得了較好的效果，并得到廣泛的應用，提高了鉆進效率和成孔質(zhì)量。

5.3 項目成果

（1）山東省萊州市西嶺村礦區(qū)金礦勘探部分鉆探項目設計11個鉆孔，完成14個鉆孔，完成率127.27%；設計鉆探工作量15440m，完成鉆探工作量18931.7m，完成率為122.61%，各項質(zhì)量指標合格。鉆井質(zhì)量評定：鉆孔均為優(yōu)質(zhì)鉆孔。

（2）鉆井井身結(jié)構(gòu)采用四開，即：150mm→122mm（PQ）→95mm（HQ）→75mm（NQ），結(jié)構(gòu)簡單合理，可在同類項目中推廣使用。

（3）低失水、低滲透性抑制性鹽水泥漿在金勘探施工中應用效果良好，可在同類地層鉆孔施工中借鑒使用。

6 結(jié)論

總之，地質(zhì)工程勘探工作較為復雜，工程難度較大，施工中常常潛在許多安全隱患。所以在進行實際的勘探鉆井作業(yè)必須對現(xiàn)場地質(zhì)進行調(diào)查，以此使用可行的施工工藝，保證工程的合理施工與質(zhì)量。