苗興杰

(河南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院有限公司,河南鄭州　450045)

淺析水文地質(zhì)勘察工程中的鉆探技術(shù)

苗興杰

(河南省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院有限公司,河南鄭州450045)

在水文地質(zhì)勘測工程中,非常重要的部分就是鉆探。在水文地質(zhì)鉆探過程中,可以獲得關(guān)于巖層和水體的相關(guān)數(shù)據(jù),從而建立一個(gè)數(shù)據(jù)資料庫,其中包括巖層的物理數(shù)據(jù)、化學(xué)數(shù)據(jù)以及水位方面的信息數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)在施工過程中能夠?yàn)槠涮峁┹o助作用,同時(shí)也可以為水利工程施工或地下水探查等工作提供重要的參考資料,以保障工程能夠順利進(jìn)行。在鉆探過程中,其重點(diǎn)部分就是鉆孔技術(shù),要對其進(jìn)行充分地重視。在進(jìn)行鉆孔時(shí),需要依據(jù)施工現(xiàn)場具體情況以及施工的規(guī)范和要求,選取合理的方式進(jìn)行鉆孔操作。

水文地質(zhì)勘察鉆探技術(shù)鉆孔

現(xiàn)在的一些工程，例如礦區(qū)的生產(chǎn)和開采，很容易導(dǎo)致一些地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。如:地下水位上升、侵腐嚴(yán)重、礦區(qū)地表坍塌和土壤結(jié)構(gòu)砂化嚴(yán)重等，這些都阻礙了礦區(qū)的開采和生產(chǎn)發(fā)展。為了確保工程在安全的環(huán)境下進(jìn)行，對其周圍的水文地理環(huán)境進(jìn)行勘探是很有必要的。對水文地理環(huán)境的勘探有很多種方法，例如:對周圍的水文地理環(huán)境進(jìn)行測定、采集，水文地理環(huán)境的勘查以及地下水的變化，根據(jù)搜集和整理出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和分析等。而本文主要通過鉆探過程中的一些具體環(huán)節(jié)，來展開討論。

1　水文地質(zhì)勘擦工程的概述

1.1水文地質(zhì)勘察概念

對水文地質(zhì)進(jìn)行勘察一般是指通過勘探調(diào)查、測繪并進(jìn)行試驗(yàn)等手段，來取得各種需要的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，包括其在空間上的分布、變化規(guī)律及環(huán)境條件等重要信息。在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，討論、證明、檢驗(yàn)并評價(jià)工程的穩(wěn)定性、場地的適宜性與場地周邊環(huán)境的演變，然后擬定施工計(jì)劃制定一些相關(guān)原則與規(guī)定，整理資料并提出一些施工建議。在水文地質(zhì)勘察工程中鉆探是一種十分重要的技術(shù)，它是勘測資料準(zhǔn)確度的基本保障。一旦鉆探技術(shù)不達(dá)標(biāo)將直接影響到水文條件的分析結(jié)果，也無法取得準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)，甚至水文地質(zhì)勘測報(bào)告上出現(xiàn)虛假信息，最終導(dǎo)致在應(yīng)用該技術(shù)的工作中存在著安全隱患。此外，鉆探技術(shù)在水體樣本的取樣與孔內(nèi)原位的測試工作中，也發(fā)揮著必不可少的輔助作用。

1.2水文地質(zhì)勘查中鉆探的重要意義

通過水文地質(zhì)鉆探可以很直觀、全面地判斷出，礦區(qū)周圍是否存在含水巖層，它所處的位置是深是淺、巖層屬性、空間分布、合理與否、流量多少等情況。同時(shí)，也可以通過水文地質(zhì)鉆探弄清楚各含水巖層之間存在的聯(lián)系，以及地表與含水巖層之間的聯(lián)系。在水文地質(zhì)鉆探過程中，可以通過對礦區(qū)的地下水進(jìn)行抽樣檢測，來判斷出各個(gè)含水巖層的具體水文資料信息;同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對礦區(qū)周圍的地下水位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。

1.3鉆探技術(shù)存在的問題

在地質(zhì)調(diào)查以及資源勘察工程建設(shè)過程中，鉆探技術(shù)是不能缺失的一種重要的技術(shù)手段，同時(shí)它也是將地下水的實(shí)際樣品從地下取到地上的重要途徑。在鉆探項(xiàng)目中進(jìn)行鉆孔，是為了獲得更多的地下水信息，然而在鉆探過程中鉆孔技術(shù)將面臨很多的問題和挑戰(zhàn)。例如，在對深度超過1萬米及以上的海洋進(jìn)行鉆探時(shí)，鉆孔技術(shù)需要進(jìn)一步加強(qiáng)，而且要根據(jù)實(shí)際情況，加強(qiáng)鉆孔技術(shù)自動化、智能化以及實(shí)用性。

2　鉆探技術(shù)的介紹

2.1淺鉆技術(shù)的介紹

在實(shí)際施工操作過程中，淺鉆與淺井具備相似的功用，但是在涌水量較大時(shí)，淺井就會被淺鉆所取代。因此，在埋藏較淺的礦床勘探過程中會使用淺鉆的技術(shù);同時(shí)，若礦井沒有必要進(jìn)行深鉆，也會使用淺鉆的技術(shù)。其技術(shù)操作方便，而且成本相對較低，在設(shè)備移動方面也比較容易些，能夠快速獲取各類數(shù)據(jù)信息。淺鉆技術(shù)擁有很多的種類，通常情況下都是自行將設(shè)備安裝在汽車上，需要注意的是，在進(jìn)行淺鉆時(shí)巖石的厚度不能過大。

2.2巖心鉆技術(shù)的介紹

在對礦床進(jìn)行勘探時(shí)，為了對深部水文的情況以及地質(zhì)的情況進(jìn)行全面了解，通常采取的一種重要的技術(shù)就是巖心鉆。在使用巖心鉆進(jìn)行勘測時(shí)，不會受到相關(guān)條件的制約，在平地以及山區(qū)都可以使用。通常情況下，對礦體延伸的情況以及礦體的規(guī)模進(jìn)行大致的了解時(shí)，可以采用巖心鉆技術(shù)。通過巖心鉆技術(shù)獲得的巖粉以及巖心，能夠?qū)Φ刭|(zhì)的條件進(jìn)行詳細(xì)充分的研究。在實(shí)際的操作過程中，巖心的采取率要高于70%，如果進(jìn)行勘探的礦體存在傾角，在進(jìn)行鉆孔時(shí)要使用傾斜的鉆孔;如果進(jìn)行勘探的礦體不存在傾角，在進(jìn)行鉆孔時(shí)則通常使用垂直鉆孔。

2.3地下鉆技術(shù)的介紹

當(dāng)巖心鉆在水平坑道中進(jìn)行操作時(shí)，我們稱之為地下鉆。這種鉆孔技術(shù)相對較為復(fù)雜，而且花費(fèi)的成本也比較高，適用范圍非常小。但是，在對礦井地質(zhì)多變或者是礦體較為復(fù)雜的情況進(jìn)行勘測時(shí)，地下鉆所獲得的資料和數(shù)據(jù)與前兩種方式相比較，其精度更加準(zhǔn)確，在效率方面比前兩種方法更為高效。

3　水文地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)鉆孔分類

在水文地質(zhì)鉆探過程中，由于鉆孔所要承擔(dān)的任務(wù)不同，可以將其分為以下幾種類型:

3.1勘探鉆孔

勘察鉆孔一般都是在范圍比較小的水文地質(zhì)勘探中使用。在使用過程中，大都是用鉆頭鉆取一部分巖礦心，并根據(jù)鉆取上來的這些巖礦心，對地下的巖層以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一個(gè)簡單的觀測記錄。但在這個(gè)過程當(dāng)中并不會進(jìn)行取水檢驗(yàn)，其主要是因?yàn)樵诖谁h(huán)節(jié)當(dāng)中，重點(diǎn)需要了解礦區(qū)周圍的土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及地下水的情況。

3.2觀測鉆孔與試驗(yàn)鉆孔

觀測孔一般可分為取水檢驗(yàn)觀測孔和長期觀測孔。這種鉆孔一般都會在勘測范圍比較大的情況下使用，而且這兩種鉆孔所要承擔(dān)的任務(wù)也是不同。取水檢驗(yàn)孔主要是用在特定巖層上，借以測量該區(qū)域地下水狀況;而長期觀測孔，則是對該區(qū)域的地下水進(jìn)行一個(gè)長久有效的觀察。此外，要了解當(dāng)?shù)氐叵滤母鞣N變化和運(yùn)動的規(guī)律，同時(shí)還要做好取水檢驗(yàn)工作。對于試驗(yàn)鉆孔來說，尤其在礦區(qū)周圍的水文地質(zhì)勘探過程中，常用的就是單孔定流取水檢測，有的情況下也會進(jìn)行多孔非定流取水檢測。在勘探過程中根據(jù)不同的要求，通過使用不同鉆孔，來獲取不同的信息資料。試驗(yàn)孔一般應(yīng)用于取水檢驗(yàn)中，有時(shí)也會用來檢測地下水的各種變化和運(yùn)動規(guī)律。為達(dá)到特殊目的而選擇使用水文地質(zhì)試驗(yàn)孔時(shí)，一般要進(jìn)行多層次檢測、多層次取水或多孔取水檢驗(yàn);在鉆孔大小的選擇上，一般選擇較大的鉆孔。

3.3礦區(qū)探放水鉆孔與開采鉆孔

探放水孔在礦區(qū)周圍的地質(zhì)勘探過程中，一般都用于疏散和降低礦區(qū)地下水位，以及在礦井下進(jìn)行水文地質(zhì)檢驗(yàn)等。探放水孔的施工有時(shí)會在地下完成，有時(shí)則會在地面進(jìn)行。通過使用地下鉆探進(jìn)行地質(zhì)勘探，不僅具有很強(qiáng)的針對性、而且大大縮短了鉆井長度，進(jìn)一步增大了勘測區(qū)域，提高了勘測效果。疏通和降低地下水位、開采地下水時(shí)，都會用到開采孔。開采孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該符合當(dāng)?shù)氐牡叵滤|(zhì)和水量的要求。在對開采孔進(jìn)行施工時(shí)，應(yīng)該在滿足取水實(shí)驗(yàn)和了解礦區(qū)水文地質(zhì)的情況下，使用較小口徑鉆頭鉆孔，然后再將鉆孔口徑擴(kuò)大成井的施工方法。

4　勘探過程中鉆孔的結(jié)構(gòu)

水文地質(zhì)鉆探過程中，鉆孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般可分為:鉆孔直徑、鉆孔深度和井管直徑等。

4.1鉆孔的深度

在水文地質(zhì)鉆探過程中，鉆孔的深淺都是由當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況、施工要求、鉆探的目的以及鉆探技術(shù)的好壞來決定。也就是說，鉆孔的深度很大一部分都是由含水層的深度決定。在含水巖層厚度過大時(shí)，鉆孔過程中很難穿透整個(gè)含水巖層。鉆探過程中，碰到基巖含水層時(shí)，探孔應(yīng)該從整個(gè)含水巖層的多水地段或多水結(jié)構(gòu)帶中穿過;鉆探過程中，碰到巖溶含水層，探孔應(yīng)該從含水巖層的薄弱地帶穿過;在鉆探過程中，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際情況和具體目的所需要的地質(zhì)條件，來確定鉆孔的深度。

4.2鉆孔的直徑

鉆孔直徑的設(shè)計(jì)應(yīng)該包含以下內(nèi)容:開孔直徑、變徑尺寸和終孔直徑。在鉆探過程中，用來觀測當(dāng)?shù)厮臓顩r的勘測孔、取水檢驗(yàn)孔和對地下水位進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測的探孔，一般情況下口徑都較小，而且觀測探孔和取水孔經(jīng)常會需要改變孔徑的大小來控制水量。作為供水用的開采孔、疏通孔，一般情況下都會要求使用口徑較大的鉆孔。在土壤結(jié)構(gòu)比較松軟的底層中，一般鉆孔的孔徑大約在390mm以上，在基巖中的鉆孔孔徑一般也要大于190mm。而井下探放水孔的孔徑一般都會小于59mm。

5　結(jié)論與建議

目前，鉆探技術(shù)在海洋地底鉆探、地殼礦源開采等方面的延伸，促使鉆探技術(shù)更快地發(fā)展，豐富了地質(zhì)鉆探的理論體系，為我國的新能源開發(fā)、地質(zhì)災(zāi)害的防治方面做出了重大的貢獻(xiàn)。在鉆探過程中，我們要重視鉆孔技術(shù)中存在的問題和面臨的各種挑戰(zhàn)，要加強(qiáng)對鉆孔技術(shù)的有效應(yīng)用，加強(qiáng)鉆孔設(shè)備、方法以及技術(shù)研究和創(chuàng)新，從而使鉆孔能夠滿足不斷變化的現(xiàn)實(shí)要求，以保障施工能夠順利進(jìn)行，進(jìn)而保障工程的施工質(zhì)量。

[1]劉淑芬,李亞偉.北山預(yù)選區(qū)公婆泉形成的地質(zhì).水文地質(zhì)條件分析[J].世界核地質(zhì)科學(xué),2010(3).

[2]勞文科,蔣忠誠.洛塔表層巖溶帶水文地質(zhì)特征及其水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型[J].中國巖溶,2013(4).

[3]王緒春.淮北市袁店深部勘探區(qū)煤炭普查9-2地質(zhì)孔施工工藝技術(shù)[J].地下水,2011(4).

[4]趙洪波,何遠(yuǎn)信,宋殿蘭,郭強(qiáng).以鉆代槽勘查技術(shù)方法與應(yīng)用研究[J].地質(zhì)科技情報(bào),2014(5).

苗興杰(1971—),男,河南新鄉(xiāng)人,大學(xué)本科學(xué)歷,畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué),土木工程專業(yè),目前主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)工作。