礦山水文地質(zhì)工程鉆探關(guān)鍵技術(shù)研究

呂杰

（武漢中地環(huán)科水工環(huán)科技咨詢有限責任公司，湖北 武漢430205）

中國礦業(yè)在實際開發(fā)和生產(chǎn)的過程中，地質(zhì)鉆探工作一直都是最不可或缺的一個環(huán)節(jié)，而在地質(zhì)工程開發(fā)工作中，最重要的構(gòu)成部分就是水文地質(zhì)鉆探工作。基于此，為了保證水文地質(zhì)鉆探工作的順利進行，就要應用相應的關(guān)鍵技術(shù)，以礦山地下水層的實際發(fā)育特征為主要依據(jù)，進而對鉆探設(shè)備的實際需求進行全面分析，提出鉆探設(shè)備的優(yōu)選方法，并實時設(shè)計鉆孔大小和間距等施工參數(shù)。

1 鉆探施工設(shè)計與設(shè)備優(yōu)選

在設(shè)計鉆探施工的過程中，必須要以工程水文地質(zhì)資料作為主要依據(jù)，并且將其全面結(jié)合進來。在保證鉆探施工條件合理性的前提下，不但要對鉆孔的結(jié)構(gòu)和鉆孔的方法進行實時設(shè)計，還要對泥漿的體系和鉆柱的結(jié)構(gòu)進行全面設(shè)計。此外，還要對鉆探參數(shù)的設(shè)定以及鉆探設(shè)備的優(yōu)選進行相應的設(shè)計，進而使鉆探施工效率得以全面提高，使施工的質(zhì)量得到保證，有效控制施工成本。在對鉆探施工進行實際設(shè)計的過程中，工程的水文地質(zhì)因素對其有著非常重要的影響，其主要的影響因素不僅有礦山地層結(jié)構(gòu)、地下水和含水層巖石特性，還有巖體構(gòu)造、巖石力學和礦物成分，不僅如此，還有實際的地質(zhì)風化和地質(zhì)構(gòu)造因素。其中，在進行鉆探施工設(shè)計的過程中，主要考慮的因素就是礦山地層結(jié)構(gòu)。

在對鉆探施工進行實際設(shè)計的過程中，還要對工程水文地質(zhì)的巖石力學因素進行重點考慮。在鉆探施工開展的過程中，經(jīng)常會破壞原有的地下巖石結(jié)構(gòu)，就會產(chǎn)生人工應力干預下的巖石力學特征，而對于此種巖石力學特征而言，其會嚴重影響到實際的鉆孔工藝，與此同時，鉆孔的速度和質(zhì)量也與巖石的硬度和軸向應力息息相關(guān)。

對于工程地下水構(gòu)造而言，其實際的構(gòu)造比較復雜，不僅有含水層，還有隔水層，此外，還有頂板，而如果出現(xiàn)了溶解性的地下水構(gòu)造，或者是破碎性的地下水構(gòu)造，就會嚴重影響鉆孔的穩(wěn)定性，而且還會嚴重影響到孔內(nèi)的清潔度。因此，在實際設(shè)計鉆孔軌跡時，要將其作為主要的依據(jù)。

含水層主要的巖性特征包含巖床的分布特征、巖層的序列特征和巖石的裂隙特征。而這些特征都與鉆孔的深度設(shè)計和鉆具的選擇有著密切的關(guān)系。在實際鉆探施工的過程中，鉆速不但會受到工程巖石紋理的影響，還會受到巖石種類和顆粒大小的影響，不僅如此，巖石的具體密度也會進一步影響到實際的鉆速，在對鉆速施工參數(shù)進行實際設(shè)計的過程中，要以其作為主要依據(jù)，進而進行科學的設(shè)計。在礦山水文地質(zhì)工程鉆探施工過程中，其并不會涉及到這三個要素，即便是涉及到也可以忽略不計。首先是礦物成分，其次是地質(zhì)構(gòu)造，最后是地質(zhì)風化，因此，這里不作過多的說明。在對鉆探施工進行實際設(shè)計的過程中，必須要對以上提出的水文地質(zhì)特征進行充分的考慮，進而使施工設(shè)計的合理性與科學性得到根本性的保證。

在對鉆探設(shè)備進行實際選擇的過程中，其選擇的合理與否，不但與鉆探施工的效率息息相關(guān)，還與實際的鉆探施工質(zhì)量有著直接的關(guān)系。需要將工程的巖石條件全面結(jié)合進來，進而對鉆探設(shè)備進行科學合理的選取，其中鉆機選擇的最主要依據(jù)就是孔深的設(shè)計深度。在鉆機選擇的過程中，要以實際的系數(shù)作為主要的依據(jù)，進而進行選擇，而且要以該選擇系數(shù)計算公式作為依據(jù)，即：

式（1）中：L為選擇系數(shù)；H為在實際鉆探施工設(shè)計的過程中具體的孔深；N為指鉆機的能力。

選擇系數(shù)要在0.5～1.2區(qū)間內(nèi)選取，如果實際的工程水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復雜，則選擇系數(shù)選取得要盡量大一些，而且取值盡量保證趨近于1.2；如果實際的工程水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，則選擇系數(shù)選取得要盡量小一些。

2 地層壓力預測技術(shù)

在實際鉆探的過程中，由于發(fā)生事故的程度不同，可以進一步對礦山水文地質(zhì)進行分類，具體如圖1所示。

圖1 礦山水文地質(zhì)分類

孔內(nèi)實際的情況復雜程度會直接受到地層壓力變化的影響，因此，應用地層壓力預測技術(shù)，使礦山水文地質(zhì)工程的鉆探施工安全性和高效性得到根本性的保證。在對礦山地層壓力進行實際預測的過程中，保證預測的精準性，可以使鉆探過程中孔內(nèi)壓力的平衡得以保持。地層壓力預測的方法有很多種，例如儀器探測法、現(xiàn)場水壓探測法、超聲探測法、密度調(diào)整法。以礦山水文地質(zhì)工程的鉆探需求為實際依據(jù)，采用密度調(diào)整法最為合適。該方法不但預測精準，還具備操作簡單的特點，因此，被廣泛地應用到礦山水文地質(zhì)工程的鉆探施工中來。在應用該技術(shù)的過程中，要以該計算公式作為主要的依據(jù)，即：

式（2）中：ρm為泥漿的厚度；Pt為孔內(nèi)的疑似壓力；H為預測層的孔深。

基于式（2），對工程地層的壓力進行計算。

3 孔內(nèi)事故預防與處理技術(shù)

在實際鉆探的過程中，由于會破壞原本的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，進而使孔內(nèi)事故的發(fā)生概率進一步增加，因此，在鉆探關(guān)鍵技術(shù)中，孔內(nèi)事故預防與處理技術(shù)也是非常重要的一項技術(shù)，在實際鉆探施工的過程中，采用合理的預防措施可以使孔內(nèi)事故的發(fā)生概率進一步降低，進而使鉆孔報廢的情況得以避免，進而使鉆探施工的經(jīng)濟損失得以減小。就以往的鉆探施工經(jīng)驗而言，發(fā)生概率最高的事故就是卡鉆，而且其實際的處理難度非常大，其發(fā)生的根本原因有沉沙卡鉆、坍塌卡鉆、縮徑卡鉆。在對該類事故進行預防和處理的過程中，要以卡鉆的位置為實際的依據(jù)，應用相應的計算公式得出卡鉆的位置，即：

式（3）中：H為鉆柱最上的一個卡點深度；k為計算的系數(shù)，在k取值的過程中，其不但與繩索取心管的規(guī)格息息相關(guān)，還與其力學性能和材質(zhì)有著密切的關(guān)聯(lián)；L為沒有被卡住的部分連續(xù)上提時的平均伸長；P為鉆具沒有被卡的部分連續(xù)上提的平均拉力。

基于式（3），計算出孔內(nèi)卡鉆事故發(fā)生的具體位置，進而采取具體的處理措施。在實際鉆探的過程中，如果發(fā)生了卡鉆事故，則要以司鉆規(guī)定的噸位范圍作為主要依據(jù)，進而對鉆具進行活動，設(shè)法將循環(huán)建立進來，進而使卡鉆的問題得以解決，使鉆探的施工安全性和穩(wěn)定性得到根本性的保證。

4 結(jié)語

總而言之，本文對礦山水文地質(zhì)工程鉆探關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究和探討。對于礦山水文地質(zhì)工程鉆探施工而言，其不但具有一定的施工難度，還具有一定的施工復雜性，因此，在礦山水文地質(zhì)工程鉆探施工的工程中，要以實際的施工需求作為主要的依據(jù)，進而對鉆探關(guān)鍵技術(shù)進行深入的探究，進而使礦山水文地質(zhì)工程鉆探施工的安全性和穩(wěn)定性得到保證，最終使礦山水文地質(zhì)工程的鉆探施工得到更大程度的發(fā)展。