淺析我國地質(zhì)鉆探技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新

蘇琳

河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第六地質(zhì)大隊， 鄭州 450000

我國幅員遼闊，資源豐富，新中國成立以來，大規(guī)模開展地質(zhì)勘探工作，開發(fā)礦產(chǎn)資源，為經(jīng)濟的發(fā)展做出了巨大貢獻。隨著現(xiàn)代化進程的加速推進，當代社會的發(fā)展更是離不開各種礦產(chǎn)資源的支持，加上大量淺層易采礦產(chǎn)大都已被開發(fā)，而留下的多是深層難采礦源亦或復雜地層、開采難度較大礦源，對于此類礦產(chǎn)的勘查，除了相關(guān)理論的支持，進行實地的鉆探檢驗也十分必要。這些都對地質(zhì)鉆探設(shè)備和技術(shù)工藝提出了新要求，如何提高鉆探效率，保證鉆探安全，控制鉆探成本，確保鉆探質(zhì)量是當前探索和研究的重點。

地質(zhì)鉆探指從鉆孔中不同深度處取得巖心、礦樣進行分析研究、鑒別查明礦體或劃分地層，判定地層地質(zhì)情況的作業(yè)，一般孔直徑較小(約46～91毫米)，按礦種的不同，深度從幾十米到幾千米。目前，我國的地質(zhì)鉆探的發(fā)展還存在諸多問題及制約因素，如鉆探設(shè)備陳舊、鉆探技術(shù)落后、鉆探效率低下等，而這些也恰恰是影響鉆探施工進度和質(zhì)量的關(guān)鍵因素。那么使用何種鉆探技術(shù)，包括如何選用恰當?shù)你@探設(shè)備，采用合適的鉆進工藝等就顯得尤為重要。

1 地質(zhì)鉆探設(shè)備現(xiàn)狀

鉆探設(shè)備是鉆孔施工所使用的地面設(shè)備總稱，是鉆探工程的重要組成部分，包括鉆探機、動力機、泥漿泵、鉆塔等。它隨著鉆探方法和鉆探工藝的發(fā)展而不斷變化，也直接影響著鉆探技術(shù)水平的進步。

1.1 國外鉆探裝備發(fā)展現(xiàn)狀

全液壓動力頭巖心鉆機已成為主流機型，形成了完整系列，具有如下結(jié)構(gòu)特點∶液壓動力頭式回轉(zhuǎn)機構(gòu)、長行程的給進系統(tǒng)、液壓絞車組成的提升系統(tǒng)、無級調(diào)速、機械化程度高、配套器具齊全、能做大范圍鉆孔角度調(diào)整的桅桿機構(gòu)。新型中深孔鉆機多為多功能鉆機。隨著復合鉆探技術(shù)——即金剛石巖心鉆探、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探、空氣潛孔錘取樣鉆探的廣泛應(yīng)用，適用于該復合鉆進工藝的多功能鉆機得到迅猛發(fā)展。

1.2 國內(nèi)鉆探裝備發(fā)展現(xiàn)狀

立軸式巖心鉆機仍是主力機型，占據(jù)了90%以上的市場份額，具有造價低、操作簡單、維修方便、可靠性較高等特點，在性能和技術(shù)上已基本接近國外水平?！笆晃濉逼陂g我國地質(zhì)鉆探裝備得到了空前的高速發(fā)展，特別是經(jīng)過新一輪的研發(fā)，全液壓動力頭巖心鉆機發(fā)展迅速，加上傳統(tǒng)立軸鉆機的系列化工作，全面推進了地質(zhì)巖心鉆機及其配套設(shè)備的現(xiàn)代化、系列化、專業(yè)化。鉆機技術(shù)性能指標達到同類鉆機國際先進水平，且具有價格比較優(yōu)勢，成功實現(xiàn)了我國地質(zhì)鉆探設(shè)備的技術(shù)升級，減少了對進口設(shè)備的依賴。

2 地質(zhì)鉆探技術(shù)在不同地層的應(yīng)用

地質(zhì)鉆探技術(shù)是向地質(zhì)體鉆孔并破碎孔底巖石的方法及鉆進工藝的綜合。根據(jù)目的的不同，可采用不同的鉆進方式和鉆探設(shè)備，從而形成各種不同的鉆探方法。依據(jù)外力作用方式的不同，可分為回轉(zhuǎn)式鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)式鉆探、重錘沖擊式鉆探、振動式鉆探和噴射式鉆探等。依據(jù)地質(zhì)設(shè)計和不同地層的巖石硬度可分為合金鉆進、鋼粒鉆進、金剛石鉆進等不同的工藝。在施工中還應(yīng)考慮實地因素，再綜合選擇鉆進方法、鉆頭類型等，以求鉆探的高質(zhì)量以及效率最大化。下面將針對不同地層，具體闡述鉆探技術(shù)的選擇和運用。

2.1 粘土層

粘土指含沙粒很少、有黏性的土壤，具有礦物顆粒細小等特點，尺寸一般在膠體范圍內(nèi)，水濕潤后具有可塑性，在較小壓力下可以變形且能長久保持原狀。

1) 軟弱黏性土層及可塑偏軟黏性土層：該土層特點為土壤強度低，鉆進效率高，巖心相對完整，可較真實反應(yīng)地層天然狀態(tài)。若該土層高于地下水位，可用帶閥管鉆頭配以套管進行沖擊，或選擇低角度的長螺旋鉆回轉(zhuǎn)，速度控制在90轉(zhuǎn)/分～100轉(zhuǎn)/分，下鉆前宜采用高品質(zhì)泥漿先進行沖洗以去除孔底泥沙，防止埋鉆；也應(yīng)注意跟進套管，防止塌孔。若該土層低于地下水位，則可根據(jù)孔深決定鉆探方法，如套管螺旋鉆適宜淺孔，沖擊回轉(zhuǎn)式適合深孔。要注意調(diào)試泥漿配比，適當降低泵的流量，以利于防止土壤與泥漿發(fā)生混合。若有必要可使用干孔卡取法獲得巖心。

2) 可塑偏硬、硬塑及堅硬黏性土層∶該土層較上種土層想對偏硬，宜采用沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，使用略大于巖芯管的小肋骨鉆頭慢速鉆進且保持低速水流，遇到堅硬鵝卵石或碎石時，應(yīng)該適當提升壓力，直至鉆頭切入土層后再中速鉆進（可配合中速水流）。相對慢速鉆進來說，中速檔鉆進不僅在速度上具有優(yōu)勢，且鉆桿提升時所遇阻力相對較小。同上種土層，在此土層使用干孔卡取法也可獲得較好效果，活動分水投球鉆的使用可以使取芯效果得到加強。

2.2 沙層

沙層由大量的沙和少量的黏土混合而成，土質(zhì)較疏松。此地層鉆探工藝的選取與砂土的顆粒大小和地下水水位有密切聯(lián)系。針對粉細砂可采用螺旋鉆進，鉆壓不宜過大，鉆速不宜高，如果孔深較深，可以在后期更換小直徑螺旋鉆；而針對中粗砂，砂石等地層可使用三角形硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭直徑略大于巖心筒。若遇到體積較大碎石，可先破碎再鉆進。鉆探速率應(yīng)保持低速，鉆桿慢提快放，也應(yīng)指出的是，要注意泥漿稠度，加強對孔壁的保護，必要時可跟進套管。遇含水層應(yīng)人工注水，使孔內(nèi)水位抬升，使其高于地下水位，以防止涌砂現(xiàn)象。鉆進中常用管沖擊，一般為0.1至0.2米，回次進尺約0.5米，如果有必要，可使用泥漿加重壓力或投放粘土入孔再鉆進。

2.3 滑坡體

滑坡體表面較不穩(wěn)定，為保證鉆探質(zhì)量，宜選用干鉆，雙層巖芯管，無泵孔底反循環(huán)等鉆探方法。同時應(yīng)隨時觀察濕度、密度的變化，根據(jù)地層破碎情況，仔細分析可能產(chǎn)生滑動位置。鉆孔時，預(yù)期到達未來滑動面周圍時，回次進尺應(yīng)控制在0.15至0.3米以內(nèi)，以減少干擾，利于識別滑動特性。

2.4 巖溶地層

巖溶地層特征是基巖以灰?guī)r為主，表面風化侵蝕，內(nèi)部溶蝕發(fā)育，覆蓋層厚度十分不均勻，常含有孤石、漂石等，地層情況復雜。在鉆進過程中常易發(fā)生坍孔、漏漿及斜孔、超徑、卡鉆、掉鉆等事故。鉆進中如遇到巖層變軟、速度加快、巖芯含溶蝕等現(xiàn)象時應(yīng)格外注意。鉆穿洞穴頂板后應(yīng)詳細記錄洞的頂?shù)装迳疃?、填充物性質(zhì)、地下水情況等。如鉆進過程發(fā)生斜孔，可接長巖芯管或下導向管，低壓慢速鉆進。如發(fā)生漏水可使用粘土或者水泥封閉洞口，再進行鉆進。

3 鉆探技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新

從被譽為鉆探技術(shù)第一次革命的金剛石繩索取心技術(shù)，到第二次鉆探技術(shù)革命中反循環(huán)連續(xù)取心技術(shù)的運用；從“八五”期間重大成果之一的空氣泡沫鉆探技術(shù)的研發(fā)，到近10年來在受控定向及巖心定向等更成熟技術(shù)上的突破性進展，我們看到了鉆探技術(shù)發(fā)展的一條條清晰軌跡。2012年3月，大亞灣中微子實驗發(fā)現(xiàn)了新的中微子振蕩模式，并測量到其震蕩幾率，對中微子物理未來發(fā)展方向起到了決定性作用。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將來或有望利用中微子不跟物質(zhì)起反應(yīng)的特性，以其做探針直達地心深處，直接對地球做CT掃描，不再使用鉆機就完成地下勘探。

唯有發(fā)展，唯有創(chuàng)新，才能滿足我國對礦產(chǎn)資源日益增長的需求，更好的促進經(jīng)濟的發(fā)展。筆者認為目前應(yīng)做好如下幾點：

一是，產(chǎn)學研結(jié)合，通力合作，密切關(guān)注及了解國內(nèi)外最新鉆探技術(shù)的發(fā)展進程，提高科研工作力度，深入研究鉆探施工中難解問題，解決生產(chǎn)技術(shù)難題，將科研創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為切實生產(chǎn)力，注重新型鉆探設(shè)備的推廣應(yīng)用。

二是，要加快培養(yǎng)高素質(zhì)鉆探技術(shù)人員。我國地質(zhì)鉆探事業(yè)普遍存在缺乏專業(yè)技術(shù)人員及有經(jīng)驗操作工等問題。只有提供更多專業(yè)人員，才能更好的提高鉆探效率和鉆探質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益。

三是，實時關(guān)注新的科學進程，積極運用科學技術(shù)。利用現(xiàn)代計算機技術(shù)和微電子技術(shù)，給鉆機配備專業(yè)參數(shù)檢測系統(tǒng)，提高工作效率，實現(xiàn)信息共享。

四是，抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)。深入貫徹落實科學發(fā)展觀，科學布局、安全生產(chǎn)、資源節(jié)約、保護環(huán)境，以科技進步為支撐，抓住歷史發(fā)展機遇，更好的為社會主義經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。

[1] 徐景珠，王秋成.論工程地質(zhì)鉆探中的鉆孔找礦技術(shù) [J].西部探礦程，2013，(1)∶163-166.

[2] 王俊義.論工程地質(zhì)鉆探中的鉆孔找礦技術(shù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，(7)∶88.

[3] 王正林. 淺談特殊性土質(zhì)巖土工程勘察分析 [J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013∶35.

[4] 張林霞，李藝，周紅軍. 我國地質(zhì)找礦鉆探技術(shù)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析[J].探礦工程，2012，39(2).