張磊，陳輝，韋瑞杰，李紹英（.河南省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南信陽464000；.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009）

地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展與思考

張磊1，陳輝1，韋瑞杰1，李紹英2
（1.河南省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南信陽464000；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北唐山063009）

地質(zhì)鉆探技術(shù)對社會各方面的發(fā)展及人類的進(jìn)步影響很大。因此，提高地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展水平是十分緊要的。通過簡要分析地質(zhì)鉆探技術(shù)的作用和意義，介紹了鉆探工藝的發(fā)展概況，并在此基礎(chǔ)上，對新形勢下的地質(zhì)鉆探技術(shù)提出了新的發(fā)展方向和建議，以促進(jìn)我國鉆探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

地質(zhì)鉆探；鉆探工藝；發(fā)展趨勢；思考建議

1　鉆探技術(shù)的作用和意義

地質(zhì)鉆探技術(shù)是指利用一定的機(jī)械設(shè)施和方法取得地表以下的巖心礦樣，并對巖心樣進(jìn)行分析化驗，從而為地質(zhì)和礦產(chǎn)資源參數(shù)做出可靠評價的一項地質(zhì)工程。我國擁有非常豐富的自然資源，這些豐富的礦產(chǎn)資源一部分存在于地表，但仍有很大一部分是位于地表以下，甚至在地下幾百、數(shù)千米的地層中。所以，對礦產(chǎn)資源的利用經(jīng)歷了一個漫長的過程，地質(zhì)鉆探技術(shù)也擁有一個長期的蛻變史。它對于人類認(rèn)識自然、開發(fā)自然提供了巨大幫助［1］。

我國的地質(zhì)鉆探技術(shù)是一門歷史較為悠久的專業(yè)，它是人類生存和發(fā)展的過程中不可或缺的一門基礎(chǔ)科學(xué)。我國的鉆探技術(shù)起始于四川，首先是為了尋找水資源，后來用于尋找鹽資源，該技術(shù)的使用對當(dāng)時社會和人民的生活帶來了極大的便利。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的領(lǐng)域也開始不斷引入該技術(shù)。改革開放以后，鉆探技術(shù)逐步被重視，更體現(xiàn)了其重要性。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化、科技全球化的推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對礦產(chǎn)資源的需求趨于增大。但是在粗放經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式下，許多易采礦床大部分已經(jīng)被開采，現(xiàn)存的礦床多具有地質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜、不利于勘查和采掘的特點(diǎn)，對于此類特殊礦產(chǎn)的鉆探，一方面需要有相關(guān)理論的支撐，另一方面面臨著許多復(fù)雜的工程實踐問題。提高鉆探效率，保證工程安全順利進(jìn)行，鉆探成本最小化，質(zhì)量最大化，一直都是地質(zhì)工作者努力的方向，也是今后鉆探技術(shù)革新的一個準(zhǔn)繩。

2　鉆探工藝的發(fā)展

2.1鉆探工藝主要種類

地質(zhì)鉆探技術(shù)主要分為地下鉆孔破碎巖石的方法和鉆進(jìn)工藝［2］。對不同地質(zhì)條件的待勘區(qū)，采用不同的鉆孔設(shè)備和方法。不同的鉆孔方法形成了不同體系的鉆孔工藝。機(jī)械破碎巖石法是工程施工中較常用的鉆探方法。根據(jù)作用外力的方式不同，機(jī)械破碎巖石法又可細(xì)分為振動鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊鉆探等。根據(jù)鉆孔的差異又分為巖心鉆、地下鉆、淺鉆。依據(jù)鉆探切削設(shè)備的區(qū)別分為金剛石材料鉆探、硬質(zhì)的合金鉆探技術(shù)以及鋼珠鉆探技術(shù)。鉆探時，會用到?jīng)_洗液，其有鉆進(jìn)工程“血液”的榮譽(yù)稱號。沖洗液具有清洗孔底，帶走碎屑；冷卻鉆頭，保護(hù)鉆頭；潤滑鉆具及鉆頭減小鉆具振動使鉆頭平穩(wěn)工作；保護(hù)孔壁，避免孔內(nèi)異?，F(xiàn)象發(fā)生等作用。鉆探過程中，沖洗液是循環(huán)使用的，主要包括正循環(huán)、反循環(huán)、孔底反循環(huán)三種方式。根據(jù)沖洗介質(zhì)的差異，沖洗液主要有三類：第一類，由水和脂類油為主體的液態(tài)沖洗介質(zhì)，主要包括乳狀液、泥漿、鹽類飽和溶液、清水或淡水等；第二類，以空氣為主體的氣態(tài)沖洗介質(zhì)，包括霧化氣和干燥的空氣；第三類，作用原理和功能不同于前兩類的一種新型沖洗介質(zhì)，如充氣泥漿和黏性泡沫等。其中后兩類仍然在研究階段。根據(jù)待勘測地質(zhì)的差異，鉆探技術(shù)可分為水域鉆探、陸地鉆探等。隨著地?zé)豳Y源的開發(fā)，地?zé)徙@井的技術(shù)也應(yīng)該得到長足的發(fā)展和變化，主要應(yīng)用的地?zé)徙@探技術(shù)有潛孔錘鉆探、沖擊鉆探、反循環(huán)鉆探、平衡缺失類鉆探，但目前使用較多的是正循環(huán)（泥漿）、氣舉反循環(huán)、高壓噴射、泡沫增壓等技術(shù)。

振動鉆探適用于如礫石層、黏土層、卵石層等第四紀(jì)沖擊層，并且采用取巖心和巖屑法；回轉(zhuǎn)鉆探適合應(yīng)用于硬度小于7級的巖層及堅硬巖層；沖擊回轉(zhuǎn)鉆探適合于堅硬、強(qiáng)研性、破碎、軟硬相交巖層，它一般僅采用取巖心法；沖擊鉆探同樣適用于第四紀(jì)沖擊層，它一般僅采用取巖屑法。淺鉆：主要用于勘探埋藏較淺或者不需要使用深鉆的礦床，其優(yōu)勢在于低成本，工藝簡單快捷，不足之處是不能用于硬體巖層或深層巖層的地質(zhì)勘探工程。巖心鉆：該鉆孔工藝不受客觀地質(zhì)條件影響，使用群體較豐富［3］。

正循環(huán)（泥漿）鉆探工藝，有很強(qiáng)適用性的特點(diǎn)，受環(huán)境影響較小，其缺點(diǎn)為一般會出現(xiàn)糊鉆、縮徑以及漏水的情況［4］。氣舉反循環(huán)鉆探工藝，可以防止含水層淤塞，降低地層漏水發(fā)生率并有效降低對環(huán)境的污染程度，但要解決好雙壁鉆桿的密封性問題［5］。高壓噴射鉆井是采用噴射式鉆頭的一種鉆井工藝。它既有助于鉆頭對巖石破碎，又能很好地清洗井底和鉆頭、鉆具。泡沫增壓鉆探工藝，主要是利用鉆探過程中，孔底形成較大負(fù)壓產(chǎn)生抽吸作用的原理，減少了含水層的淤塞現(xiàn)象發(fā)生。

反循環(huán)式鉆探技術(shù)所用的循環(huán)介質(zhì)一般為水力和空氣兩種，又可細(xì)分為兩類鉆探工藝。但是反循環(huán)式（空氣）鉆探易受空壓機(jī)、雙臂式鉆桿、潛孔錘等輔助設(shè)備性能的影響。繩索取芯法，具有正?？碧綍r不需要提升鉆桿即可取出巖心的優(yōu)點(diǎn)。如果巖心充滿了巖心管（或發(fā)生管內(nèi)阻塞時），無須將鉆桿柱全部提出，借助一些簡單的工具就可以排除阻塞。液動錘鉆探技術(shù)是工程項目中非常常用的技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)發(fā)展的瓶頸是受鉆頭、沖洗液、液動錘等性能的影響。組合形式鉆探法主要是利用實際工作中，借助不同鉆探方法之間的優(yōu)勢互補(bǔ)的概念而形成的一種新方法。如將反循環(huán)式技術(shù)和繩索取心式技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行融合，劣勢互消，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合而重新整合出來一種綜合性的鉆探方法。在實際地質(zhì)工程實踐中，這種組合新技術(shù)能夠因地制宜，有針對性地提高鉆探效率，有效降低鉆探成本。

2.2鉆探技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域

隨著社會的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域引入了地質(zhì)鉆探技術(shù)。地質(zhì)鉆探技術(shù)由最初的地質(zhì)礦產(chǎn)勘察領(lǐng)域擴(kuò)展到了地下水資源利用、地質(zhì)災(zāi)害防治、工程建設(shè)以及環(huán)保領(lǐng)域。礦產(chǎn)地質(zhì)的勘探方面，主要包括對多種礦產(chǎn)（如銅、鈷、鉬、鉛、鋅等各類有色金屬、黑色金屬和稀貴金屬）地質(zhì)構(gòu)造的分析，化學(xué)化工生產(chǎn)所需原材料、非金屬礦（如金剛石、石墨、云母等）和建材原料的勘探等方面。地下水資源在勘察、開發(fā)、利用過程中，同樣離不開地質(zhì)鉆探技術(shù)。通過鉆探對待勘區(qū)域進(jìn)行初步勘測，根據(jù)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行初判該區(qū)域地下水儲量、分布等情況，形成水文參數(shù)供開發(fā)和評價該區(qū)域水資源使用。由于近些年地球地殼板塊的活動加劇以及一系列人為因素的影響，導(dǎo)致滑坡、泥石流、崩塌及火山、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害時有發(fā)生。如，汶川地震、玉樹地震、舟曲泥石流等，這些災(zāi)害的發(fā)生給人民生命財產(chǎn)以及社會發(fā)展帶來了嚴(yán)重的破壞。如何削弱地質(zhì)災(zāi)害的負(fù)面影響，科學(xué)家們進(jìn)行了積極的探索。在災(zāi)害預(yù)防方面，我們可以建設(shè)完善的監(jiān)測設(shè)施、抗滑加固工程等；在災(zāi)后處理方面，可以通過一系列措施來實現(xiàn)。而在工程施工過程中，同樣需要利用鉆探技術(shù)。鉆探技術(shù)能及時有效地提供防治災(zāi)害的方案和措施。在工程項目的運(yùn)行中，鉆探技術(shù)能在工程設(shè)計方面提供部分設(shè)計參數(shù)，以利于基礎(chǔ)設(shè)計的有效進(jìn)行。在工程基建中，可以利用最佳的鉆探工藝進(jìn)行加固軟地基、地基樁基、防滲和灌注等處理。除此以外，鉆探技術(shù)和工藝同樣應(yīng)用在考古、生物溶浸采礦等領(lǐng)域中。

2.3鉆探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

礦產(chǎn)資源屬于不可再生資源的一種，我國生產(chǎn)生活的能源和工業(yè)原料的來源均依賴于礦產(chǎn)資源，這就是矛盾的根源。新形勢下，礦產(chǎn)資源勘探領(lǐng)域的發(fā)展方向是資源與環(huán)境并重，既要金山銀山，也要綠水青山?？辈楣ぷ髡咭查_始將目光由陸地轉(zhuǎn)向海洋（深洋或大洋底部等）。對海洋的勘探也逐漸成為鉆探技術(shù)前進(jìn)的一個方向，大洋中蘊(yùn)藏著豐富礦產(chǎn)資源（如錳結(jié)核等），因此，發(fā)展海洋鉆探技術(shù)，也將是十分有必要的。

對地質(zhì)鉆探技術(shù)影響較為明顯的是近些年鉆探設(shè)備的不斷發(fā)展，鉆頭的變化，鉆桿的變化等都對鉆探技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響［6］。我國鉆探設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷了由立軸式鉆機(jī)到轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，再到動力頭鉆機(jī)的蛻變過程。我國還需要加強(qiáng)對中大型鉆探設(shè)備的開發(fā)和研究，自動化程度也有待于提高。

3　思考及建議

我國鉆探技術(shù)雖然得到迅猛的發(fā)展，但是在一些細(xì)節(jié)方面還依然存在諸多制約因素，如我國的鉆探設(shè)備依然落后于發(fā)達(dá)國家，自動化程度還很低；我國的產(chǎn)、學(xué)、研體系沒有能夠有效的結(jié)合；我國的工程安全意識很薄弱，相關(guān)的制度還不完善；我國對高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員需求依然很大；我國還未形成應(yīng)用新技術(shù)，提高生產(chǎn)率的意識；我國與世界其他領(lǐng)域的合作密度有待于進(jìn)一步加強(qiáng)，還未真正做到“他山之石，可以攻玉”。

通過以下幾個方面來促進(jìn)我國鉆探技術(shù)的發(fā)展。其一，進(jìn)一步加強(qiáng)我國鉆探設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新。吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗，結(jié)合我國的實際形勢，將新的自動化技術(shù)、新的材料等應(yīng)用到我國鉆探設(shè)備的研發(fā)上。其二，提高我國的安全生產(chǎn)管理水平。可以通過提高鉆探技術(shù)水平實現(xiàn)安全管理，鉆探生產(chǎn)安排要合理均衡，安全使用鉆探設(shè)備，參考國外先進(jìn)經(jīng)驗制定完善的安全生產(chǎn)制度，及時有效地進(jìn)行安全檢查，提高工人的安全意識。其三，加大對專業(yè)鉆探人員的培養(yǎng)。技術(shù)人員是技術(shù)實施的主體和主動輪，只有具備高技術(shù)的人才，才能有效地全面普及、推廣和促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而提高鉆探質(zhì)量，提升鉆探效率和經(jīng)濟(jì)效益。其四，實時關(guān)注世界新技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，積極運(yùn)用新的科學(xué)成果，加強(qiáng)各領(lǐng)域之間的技術(shù)合作。

［1］呂忠恒.試論地質(zhì)鉆探技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及工作原理［J］.科技與企業(yè)，2013，（12）：188.

［2］梁耀雄.工程地質(zhì)鉆探中鉆孔技術(shù)的探討［J］.低碳世界，2013，（14）：106-107.

［3］王春蓮.鉆孔技術(shù)在鉆探工程中的應(yīng)用［J］.化學(xué)工程與裝備，2012，8（02）：135-136.

［4］彭新明，張勇，趙立新.北京地區(qū)地?zé)峋@探工藝發(fā)展［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2004，（08）：56-59.

［5］林圣明，雷潔力，卡宏偉.淺論地?zé)峋@探工藝及方法［J］.科技致富向?qū)В?013，（17）：81.

［6］張秉正.地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)［J］.黑龍江科學(xué)，2014，5（08）：245.

The Developm ent and Suggestion o f Geological D rilling Process

ZHANG Lei1；CHENHui1；WEIRui-jie1；LIShao-ying2
（1.InstituteofGeological&MineralResourcesSurvey ofHenan，Xinyang464000，China；2.North ChinaUniversityofScienceand Technology Institute ofMining Engineering，Tangshan 063009，China）

Geological drilling technology in all aspects of the social development and the progress of the human impact is significant.Therefore，improve the levelof the development ofgeological drilling technology is very urgent. There are three partwere investigated in this paper，which included the analysis of the function and significance of the geological drillin g technology，introduces the general situation of the developmentof drilling technology.Base on thisbasis，the currentnew situation ofgeological drilling technology is put forward to the new development direction and the suggestion，in order to promote the further developmentofdrilling technology in China.

Geological drilling；Drilling technology；Develop tendency；Suggestions

P62

A

1674-8646（2015）05-0098-03

2015-01-15

張磊（1986-），男，河南信陽人，助理工程師，主要從事地質(zhì)鉆探、樁基等工程勘察工作。

李紹英（1981-），男，工程師，講師，博士，主要從事地質(zhì)、選礦等相關(guān)研究，e-mail：muzi1201@126.com。