地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的方法以及具體應(yīng)用

霍峰森

（山西省地質(zhì)勘查局二一一地質(zhì)隊(duì)，山西忻州034000）

地質(zhì)工程勘察中的鉆探技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)擁有非常長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，其技術(shù)利用鉆機(jī)從所要勘察地表進(jìn)行鉆探，并讓其形成圓柱狀鉆孔，通過(guò)與相關(guān)技術(shù)的配合，可以對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、地質(zhì)規(guī)律等內(nèi)容進(jìn)行確定。在整個(gè)地質(zhì)勘察工作中，鉆探技術(shù)的應(yīng)用為采集各種地質(zhì)勘探資料提供了方便。因此，針對(duì)其鉆探技術(shù)的方法及具體應(yīng)用進(jìn)行分析，具有十分重要的社會(huì)價(jià)值。

1 地質(zhì)工程勘察簡(jiǎn)述與鉆探技術(shù)的使用條件

1.1 地質(zhì)工程勘察概述

地質(zhì)工程勘察主要是通過(guò)技術(shù)性手段，對(duì)相關(guān)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)繪、勘探與調(diào)查。通過(guò)其勘察工作，可以有效地收集到當(dāng)?shù)貛r體、水體、土體等方面的力學(xué)參數(shù)以及相關(guān)的地質(zhì)變化規(guī)律等信息。通過(guò)相關(guān)信息的分析，有利用于后續(xù)一系列建設(shè)活動(dòng)的順利開(kāi)展，可以為其建設(shè)活動(dòng)提供相應(yīng)的資料參考以及施工原則。在進(jìn)行地質(zhì)工程勘察過(guò)程中，鉆探技術(shù)是一項(xiàng)非常重要且技術(shù)含量較高的勘探方法。通過(guò)其技術(shù)的支持，可以對(duì)測(cè)試孔中的原位和巖土進(jìn)行取樣，為整個(gè)地質(zhì)工程勘察提供完整且精準(zhǔn)的勘察資料[1]。特別在進(jìn)行復(fù)雜性地層勘察過(guò)程中，如果沒(méi)有合理化地選擇好鉆探技術(shù)，對(duì)于其地層結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)分析，從而阻礙了對(duì)其地層力學(xué)參數(shù)信息的獲取。由于其信息獲取存在問(wèn)題，對(duì)地質(zhì)工程勘察工作報(bào)告也會(huì)形成影響，嚴(yán)重影響到了其后續(xù)開(kāi)展的工程建設(shè)的質(zhì)量，導(dǎo)致其工程存在一系列安全隱患。

1.2 地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)特點(diǎn)及使用條件分析

1.2.1 布置鉆孔時(shí)需要對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行綜合考慮

在實(shí)際開(kāi)展地質(zhì)工程勘察鉆孔布置過(guò)程中，需要認(rèn)真分析其勘察點(diǎn)的自然地質(zhì)情況，同時(shí)結(jié)合其建設(shè)工程特點(diǎn)與類型來(lái)進(jìn)行綜合考慮。例如：民用建筑及工業(yè)建筑，必須要嚴(yán)格遵循建筑工程的大概輪廓線進(jìn)行鉆孔布置。對(duì)于水利工程而言，需要根據(jù)其工程建設(shè)的軸線來(lái)進(jìn)行鉆孔布置。

1.2.2 使用簡(jiǎn)易型鉆探法為主

為了提高鉆探工作效率，可以通過(guò)使用簡(jiǎn)易型鉆探法來(lái)進(jìn)行地質(zhì)工程勘察。因此，除了大型水利項(xiàng)目以及深埋隧道等工程以外，通常情況下所進(jìn)行的地質(zhì)勘察工作鉆探深度會(huì)保持在15m左右[2]。所以只需要使用輕便鉆機(jī)以及一些簡(jiǎn)易型鉆探法就可以滿足其地質(zhì)勘察要求。

1.2.3 鉆探技術(shù)需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇

鉆探技術(shù)在地質(zhì)工程勘察中的用途非常廣。通常情況下，鉆孔可以協(xié)助工作人員對(duì)其勘察點(diǎn)的水文地質(zhì)、地層巖性等方面進(jìn)行分析。通過(guò)鉆探所形成的鉆孔也還會(huì)被應(yīng)用于對(duì)其地質(zhì)情況進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)以及取樣等工作中。因此，在進(jìn)行鉆探過(guò)程中，需要結(jié)合其鉆孔的實(shí)際途徑來(lái)選擇相應(yīng)的技術(shù)方法，以此來(lái)滿足不同勘察工作所需要的鉆孔技巧和鉆孔結(jié)構(gòu)的編錄、觀測(cè)等方面的需求。

2 地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用分析

所謂地質(zhì)鉆探技術(shù)就是對(duì)地下進(jìn)行鉆孔來(lái)打碎巖石的一種工藝方法，鉆探技術(shù)也是一種驗(yàn)證、取得地下巖層材料信息、地下實(shí)物資料、評(píng)估礦石的品位和計(jì)算儲(chǔ)量的一個(gè)技術(shù)手段。對(duì)于不同鉆探的目的，鉆探工藝和裝備也有所不同，我國(guó)現(xiàn)在對(duì)鉆探技術(shù)投入了大量的人力、物力、財(cái)力，這也使我國(guó)的鉆探技術(shù)形成了一種技術(shù)體系，如反循環(huán)鉆探技術(shù)、繩索取芯技術(shù)、定向?qū)泳@探技術(shù)、液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)以及新型的節(jié)水鉆探技術(shù)等。

3 地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)存在的問(wèn)題分析

3.1 鉆探技術(shù)設(shè)備自動(dòng)化程度不高

雖然我國(guó)對(duì)地質(zhì)工程勘察工作的開(kāi)展歷史已經(jīng)非常悠久，但從當(dāng)前我國(guó)鉆探設(shè)備來(lái)進(jìn)行分析，基本還在沿用老式設(shè)備，或者在其原基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。在一定程度上呈現(xiàn)出了自動(dòng)化程度不高的問(wèn)題。而且老式設(shè)備較為笨重，不利于鉆探效率的提升。

3.2 鉆探設(shè)備通用性不高

由于鉆探設(shè)備較為陳舊，許多鉆探設(shè)備在進(jìn)行跨行業(yè)運(yùn)用時(shí)，缺少通用性，導(dǎo)致只能針對(duì)某一個(gè)指定項(xiàng)目開(kāi)展工作。

3.3 操控體系不夠完善

我國(guó)當(dāng)前正在使用的鉆機(jī)控制體系，由于其鉆機(jī)本身的自動(dòng)化程度不高，缺少相應(yīng)的鉆探監(jiān)測(cè)功能。在開(kāi)展實(shí)際工作時(shí)，無(wú)法對(duì)其整體工作進(jìn)行有效精準(zhǔn)的操控。此外，在進(jìn)行鉆探操作時(shí)，其操作參數(shù)儀表指標(biāo)不夠完善。

4 地質(zhì)工程勘察中鉆探技術(shù)的方法及具體應(yīng)用

4.1 繩索取芯技術(shù)

繩索取芯技術(shù)的特點(diǎn)主要是在不使用鉆桿升降的前提下，可以輕易地將其巖芯取出來(lái)。通常情況下，只有在其鉆機(jī)鉆頭出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)才需要使用鉆桿。在進(jìn)行鉆探時(shí)，通過(guò)巖芯管來(lái)對(duì)巖礦芯進(jìn)行填滿，無(wú)須將鉆孔中鉆桿提升到地表。利用設(shè)備中的專用繩索對(duì)其巖芯管進(jìn)行打撈。采用這種鉆探技術(shù)，可以獲取到非常多的鉆進(jìn)時(shí)間，很大程度上地提升了鉆探效率。繩索取芯技術(shù)是當(dāng)前較為主流的一種鉆探技術(shù)，通過(guò)其技術(shù)可以提升取芯質(zhì)量，在鉆探工作時(shí)發(fā)生阻塞可以得到及時(shí)處理，減小了礦芯和鉆桿之間因阻塞造成的磨損[3]。由于其技術(shù)特點(diǎn)可以不使用鉆桿升降來(lái)完成取芯工作，可以增強(qiáng)了其鉆頭的使用壽命。此外，對(duì)于鉆探員的工作強(qiáng)度也有很大程度的改善。對(duì)于此技術(shù)的應(yīng)用，主要面向坑道、石油天然氣、冰層、固體礦產(chǎn)等方面的鉆探操作。

4.2 液動(dòng)潛孔錘技術(shù)

我國(guó)對(duì)于液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)的研究及應(yīng)用，在世界上排名非常靠前。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)，主要是基于回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)基礎(chǔ)，并在其設(shè)備中增加了沖洗液，讓其對(duì)液動(dòng)潛孔錘進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在其錘體受到?jīng)_擊后，會(huì)將能量最大化地傳遞給鉆機(jī)鉆頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體的破巖操作。在其設(shè)備中的運(yùn)用到的沖洗液，主要是來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)泥漿泵操作中所產(chǎn)生，并會(huì)在鉆頭深入淺出作用下，形成具有節(jié)奏性的沖擊負(fù)荷。該技術(shù)通過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)的改良，讓回轉(zhuǎn)力形成一股巨大的沖擊力，讓鉆頭對(duì)一些高硬巖進(jìn)行破巖，提升了其鉆進(jìn)效率的同時(shí)，也降低了鉆孔成本。此外，液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)，可以根據(jù)堅(jiān)硬巖石抗剪度低和脆性大的特征，針對(duì)地質(zhì)情況較為復(fù)雜的地形進(jìn)行鉆探。在此需要提的是，在應(yīng)用液動(dòng)潛孔錘技術(shù)過(guò)程中，為了能夠應(yīng)對(duì)高頻振動(dòng)，需要對(duì)其鉆探設(shè)計(jì)進(jìn)行緊固。同時(shí)，為了減少液動(dòng)錘的磨損，需要在進(jìn)行配送沖洗液時(shí)，確保其液壓泥漿保持較低的粘稠度，嚴(yán)格控制好其沖洗液中的含砂量，讓其具有非常強(qiáng)的潤(rùn)滑性能。該技術(shù)主要是針對(duì)一些小口徑巖芯鉆探操作，在水下爆破以及錨固施工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，我國(guó)針對(duì)此技術(shù)的研究，主要是從高強(qiáng)度工作環(huán)境以及增加潛孔錘性能方面入手。相信在未來(lái)其技術(shù)的發(fā)展，會(huì)在礦山地質(zhì)勘察、石油天燃?xì)饪辈斓阮I(lǐng)域大放異彩。

4.3 反循環(huán)鉆探技術(shù)

反循環(huán)鉆探技術(shù)主要是利用循環(huán)介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生沖擊力，并讓其對(duì)孔底潛孔錘進(jìn)行作用進(jìn)行鉆進(jìn)操作。對(duì)于其技術(shù)而言，可以劃分為水力反循環(huán)技術(shù)(如圖1所示)和空氣反循環(huán)技術(shù)。所謂水力反循環(huán)技術(shù)所指的是，利用泥漿或者水來(lái)作為其鉆探技術(shù)的循環(huán)介質(zhì)。通過(guò)鉆桿將其介質(zhì)向著孔底進(jìn)行傳送，可以讓其鉆頭獲取到柱狀巖芯，并能隨著鉆頭的提升而將其帶回到地表。所謂空氣反循環(huán)技術(shù)所指的是，通過(guò)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，并讓其壓縮后的氣體作為循環(huán)介質(zhì)，通過(guò)雙壁鉆桿外管將經(jīng)過(guò)壓縮處理后的空氣傳送到鉆孔底，讓其在壓縮空氣的膨脹作用下形成非常大的沖擊力并對(duì)孔底潛孔錘進(jìn)行驅(qū)動(dòng)進(jìn)行鉆進(jìn)?？諝夥囱h(huán)技術(shù)可以在完成空氣作用后，將巖石碎塊通過(guò)鉆桿中心通道帶回地表，方便對(duì)其巖體進(jìn)行取樣分析[4]。在選擇以何種介質(zhì)來(lái)作為循環(huán)介紹時(shí)，主要是根據(jù)鉆探需求以及當(dāng)?shù)毓ぷ鳝h(huán)境來(lái)決定。水力反循環(huán)技術(shù)可以通過(guò)鉆探來(lái)獲取到較為完整的巖塊，提升了取芯質(zhì)量的同時(shí)也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,可以通過(guò)完整的巖塊來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)的地質(zhì)分析。而空氣反循環(huán)技術(shù)的鉆進(jìn)效率并不高，而且所消耗的能耗也相對(duì)較大。通過(guò)反循環(huán)技術(shù)可以應(yīng)用于地質(zhì)勘察取樣工程中。比較適用于水文水井以及一些較為松軟塌陷地層勘察工作中。此外，還可以將其技術(shù)應(yīng)用到較為復(fù)雜地層的錨固施工以及注漿施工中?？諝夥囱h(huán)鉆探技術(shù)，在缺水干旱地區(qū)非常適用，而且可以降低鉆探成本。但其巖樣獲取方面存在一些問(wèn)題，無(wú)法通過(guò)其巖樣來(lái)對(duì)所勘察地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行如實(shí)反映。

4.4 組合鉆探技術(shù)

對(duì)于此技術(shù)而言，更準(zhǔn)確的說(shuō)法應(yīng)該是以工藝來(lái)形容。因?yàn)椋斯に囀怯缮鲜鰩追N鉆探技術(shù)組成而成。其鉆探工藝不僅具有各鉆探技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件以及鉆探需要來(lái)選擇適用的鉆探方法，提升了其工作效率的同時(shí)，還降低了勞動(dòng)強(qiáng)度與鉆探成本。

4.5 其他鉆探技術(shù)

本文所分析的是當(dāng)前較為主流的地質(zhì)工程勘察鉆探技術(shù)，當(dāng)前有的廠家研發(fā)出了一些采用新材料、新工藝的鉆探技術(shù)，可以在一些特殊的地質(zhì)條件下進(jìn)行使用。比如：節(jié)水鉆探技術(shù)，主要是針對(duì)于干旱地區(qū)所研發(fā)的鉆探技術(shù)。再比如：為了提升鉆探效率，以超聲波技術(shù)來(lái)制作金剛石鉆頭，讓其鉆頭使用壽命有了大幅度提升，同時(shí)也能夠提高鉆進(jìn)速度。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，地質(zhì)工程勘察中的鉆探技術(shù)是一項(xiàng)較為復(fù)雜且具有較高技術(shù)性的工藝。在開(kāi)展實(shí)際鉆探操作時(shí)，需要結(jié)合不同地質(zhì)勘察工程需求來(lái)進(jìn)行合理的技術(shù)選擇，不僅可以提高取芯質(zhì)量，還能夠降低鉆探工作量以及成本。希望相關(guān)工作人員在工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以及探索鉆探技術(shù)知識(shí)，為我國(guó)鉆探技術(shù)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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