地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用實(shí)踐

周力濤

（貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550001）

在地質(zhì)工程勘察中，鉆探技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用了很多年，鉆探技術(shù)的原理是使用鉆機(jī)在所要勘察的地域，對(duì)地質(zhì)層進(jìn)行鉆探，形成圓柱形的鉆孔，在使用相關(guān)設(shè)備及技術(shù)，使三者有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造及其他數(shù)據(jù)信息的有效采集，鉆探技術(shù)在整個(gè)地質(zhì)工程勘察中為采集地質(zhì)情況的資料提供了理論基礎(chǔ)。所以，相關(guān)部門必須明白鉆探技術(shù)在地質(zhì)工程勘察中方法及應(yīng)用實(shí)踐對(duì)提高地質(zhì)勘察工作的重要性，并有效完善及創(chuàng)新鉆探技術(shù)，進(jìn)而提高地質(zhì)勘察工作的工作質(zhì)量及工作效率。

1 鉆探技術(shù)在地質(zhì)工程勘察中的有效應(yīng)用分

通過鉆孔方式將礦石擊碎以達(dá)到深部鉆探的目的，實(shí)施地質(zhì)鉆可得到不同地層下礦石品位信息、巖層材料信息及礦物儲(chǔ)量信息等等[1]。在相關(guān)部門接收到不同類型的地質(zhì)工程勘察需求時(shí)，就需要針對(duì)具體需求具體分析，按照實(shí)際的地質(zhì)工程勘察情況來選擇科學(xué)適宜的鉆探工具及技術(shù)手段?，F(xiàn)階段，我國提高了對(duì)地質(zhì)鉆探技術(shù)的重視程度，專門成立了實(shí)驗(yàn)室來研究鉆探技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容，目前的研究成果為：液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)、反循環(huán)鉆探技術(shù)、繩索取芯技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)常應(yīng)用于地質(zhì)工程勘察工作中。這些技術(shù)的應(yīng)用對(duì)地質(zhì)工程勘察具有重要的意義，有效提高了地質(zhì)工程勘察工作的工作水平及工作質(zhì)量。

2 地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用實(shí)踐

2.1 反循環(huán)鉆探技術(shù)

反循環(huán)鉆探技術(shù)是地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的一種，通過其利用的介質(zhì)可大致分為兩類，一是以水力作為介質(zhì)；另一種是以空氣作為介質(zhì)。其中水力反循環(huán)鉆探技術(shù)較優(yōu)于空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)，水力反循環(huán)鉆探技術(shù)是將水或者泥漿作為介質(zhì)來抽取柱狀的巖芯，能夠十分完善和精準(zhǔn)地測量地質(zhì)結(jié)構(gòu)成分，并且耗費(fèi)的人力及物力較低，十分適用于在地質(zhì)工程勘察中的取樣工程和水文水井、復(fù)雜錨固施工、松軟塌陷的地表層及注漿工程地質(zhì)等工程；空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)與水力反循環(huán)鉆探技術(shù)不同，它是將空氣進(jìn)行壓縮[2]，利用雙壁鉆桿外管將壓縮的空氣輸送到鉆孔底層，在利用空氣的膨脹作用力將孔底的潛孔錘作用到巖石上，然后利用壓縮的空氣作用后可以將巖屑借助鉆桿中心的通道再輸送至地面表層，實(shí)際上與水力反循環(huán)鉆探技術(shù)的原理相同，這樣都可以便利的得到巖屑樣本，有效開展其屬性的實(shí)驗(yàn)研究工作。

圖1 水力反循環(huán)鉆探技術(shù)

2.2 液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)

沖洗液是地質(zhì)鉆探的“血液”，關(guān)系到鉆探作業(yè)的質(zhì)量和成敗，與鉆孔安全息息相關(guān)。隨著深部地質(zhì)鉆探、復(fù)雜地層鉆探、新礦種鉆探作業(yè)的增多，這一認(rèn)識(shí)已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)的基本共識(shí)之一。因此近年來，地質(zhì)鉆探用沖洗液性能、質(zhì)量和固相控制(凈化)工作逐步得到強(qiáng)化，有利支撐了液動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用。據(jù)此新的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鉆探?jīng)_洗液的選用方面的規(guī)定亦趨于簡化。

應(yīng)根據(jù)地層情況確定沖洗液性能參數(shù)，確保沖洗液的潤滑和流變特性良好；

需提高沖洗液密度時(shí)，可加入重晶石、石灰石粉等，其粒度應(yīng)為200目以細(xì)；不得選用含有固體潤滑球、噴射鉆砂粒、堵漏劑等顆粒狀惰性材料的沖洗液；孔內(nèi)返回的沖洗液應(yīng)進(jìn)行凈化處理。應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場條件選擇配備振動(dòng)篩、旋流除砂器、離心機(jī)等凈化沖洗液設(shè)備；可在沖洗液中加入絮凝劑(如部分水解聚丙烯酰胺)，使固相顆粒聚結(jié)沉淀，使沖洗液凈化。利用絮凝劑凈化沖洗液時(shí)，應(yīng)按要求設(shè)置完善的沉淀系統(tǒng)，并及時(shí)撈取沉淀物；泥漿池、沉淀池上應(yīng)有遮雨設(shè)施，避免雨水流人；防止沖洗場地的水、棉紗、樹枝等異物流人池中。

實(shí)施地質(zhì)工程勘察工作過程中我們發(fā)現(xiàn)液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)使用范圍更廣，在世界其他地區(qū)也有較高的應(yīng)用頻率。液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)能夠?qū)嵤┬枰曰剞D(zhuǎn)鉆探為基礎(chǔ)，對(duì)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)在鉆探設(shè)備中注入適量的沖洗液，液動(dòng)潛孔錘在設(shè)備運(yùn)行驅(qū)動(dòng)下，錘體接收能量傳輸給鉆頭，對(duì)礦石進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆探中所使用沖洗液主要是由現(xiàn)場施工使用泥漿提供，鉆頭鉆進(jìn)鉆出過程中對(duì)巖石產(chǎn)生節(jié)奏性的沖擊[3]。液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)通過完善并不斷優(yōu)化鉆機(jī)鉆數(shù)，在外力作用下形成較強(qiáng)的回轉(zhuǎn)力，巖石爆破工作得以順利完成，在提升地質(zhì)鉆探效率的同時(shí)也降低了鉆進(jìn)施工的成本。除此之外，地質(zhì)工程勘察工作進(jìn)行中根據(jù)巖體的抗剪度和脆性特征，有效利用液動(dòng)潛孔錘技術(shù)，如遇到地質(zhì)復(fù)雜情況則需要改變鉆探策略，需重點(diǎn)關(guān)注的是在使用液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)工程勘察的過程中，為解決高頻振動(dòng)的問題，相關(guān)操作人員需要緊固液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)的鉆探設(shè)計(jì)。為了防止液動(dòng)錘出現(xiàn)磨損嚴(yán)重情況，提升地質(zhì)鉆探速率，鉆探設(shè)備運(yùn)行要配合沖洗液，液壓泥漿有一定的粘稠度，另外還要控制沖洗液內(nèi)砂含量，使其具備良好的潤滑功能。最后，液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)還被應(yīng)用于一些口徑較小的巖芯鉆探工程，在水下爆破及錨固施工方面?，F(xiàn)階段，我國在對(duì)液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)進(jìn)行分析和研究的過程中，又在其原有應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上，拓展到了高強(qiáng)度環(huán)境和增加潛孔錘性方面，使其物盡其用[4]。

2.3 繩索取芯技術(shù)

在我國的地質(zhì)鉆探技術(shù)中，繩索取芯技術(shù)的主要特點(diǎn)是在不適用鉆桿升降的基礎(chǔ)上，將巖體的巖芯便捷取出，大多被應(yīng)用于坑道、冰層、石油天然氣及固體礦產(chǎn)等方面。一般情況下，只有在鉆機(jī)的鉆頭出現(xiàn)問題時(shí)才會(huì)使用鉆桿，在進(jìn)行地質(zhì)工程勘察鉆探的過程中[5]，利用巖芯管填滿巖礦芯，不用將鉆孔中的鉆桿帶到地表上來，再利用繩索取芯技術(shù)設(shè)備上中的專用繩索打撈其巖芯管。應(yīng)用繩索取芯技術(shù)，能夠獲得更多的鉆進(jìn)時(shí)間，在很大程度上提升了鉆探效率，另外，繩索取芯技術(shù)是現(xiàn)階段地質(zhì)工程勘察中經(jīng)常使用到的地質(zhì)鉆探技術(shù)，利用繩索取芯技術(shù)能夠提高取芯的效率和質(zhì)量，并在鉆探工作過程中遇見阻塞問題進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和解決，有效減小了鉆桿與礦芯之間因?yàn)橹骺陀^因素造成阻礙而到來的磨損情況[6]。最后，繩索取芯技術(shù)的技術(shù)特征增強(qiáng)了其鉆頭的使用年限，對(duì)改善了相關(guān)操作人員的工作時(shí)間和工作強(qiáng)度。

圖2 地質(zhì)鉆探中鉆孔結(jié)構(gòu)圖

2.4 創(chuàng)新節(jié)約型鉆探技術(shù)

在我國的地質(zhì)鉆探技術(shù)中，除上文提到的三種主流地質(zhì)工程勘察鉆探技術(shù)之外，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也隨著出現(xiàn)了許多創(chuàng)新節(jié)約型鉆探技術(shù)，其利用新材料、新工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)在特殊地質(zhì)條件下的使用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)地質(zhì)鉆探技術(shù)的不足和空缺[7]。例如：節(jié)水鉆探技術(shù)，這種鉆探技術(shù)主要應(yīng)用于干旱地區(qū)的地質(zhì)工程勘察工作?；蛘邽橛行с@探的質(zhì)量和效率，相關(guān)研究人員利用超聲筆技術(shù)來制作金剛石的鉆機(jī)鉆頭，有效提高了其使用年限，也提高了地質(zhì)工程勘察工作的轉(zhuǎn)進(jìn)速率[8]。

綜上所述，在地質(zhì)工程勘察中，鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用實(shí)踐具有十分重要的意義，也是一個(gè)十分復(fù)雜和系統(tǒng)的工藝體系，這就要求相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際的地質(zhì)工程勘察中，結(jié)合不同類型的地質(zhì)條件來選擇適宜的鉆探技術(shù)，這才能有效提升地質(zhì)工程勘察工作的工作質(zhì)量及工作效率，降低操作人員的工作難度，獲取更豐富的礦物資源信息，為日后開展其他地質(zhì)工程勘察工作打下良好基礎(chǔ)。另外，相關(guān)技術(shù)人員和操作人員也要具備與時(shí)俱進(jìn)的思維，提升自身的職業(yè)技能水平，有效落實(shí)地質(zhì)工程勘察工作，為我國在鉆探技術(shù)領(lǐng)域提供更廣闊的發(fā)展空間。