張 哲

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四一七隊(duì)，湖南 衡陽(yáng) 421001）

我國(guó)幅員遼闊、地大物博，地下礦產(chǎn)資源十分豐富，資源種類多，存量大。但是因?yàn)槲覈?guó)地質(zhì)勘測(cè)與地質(zhì)鉆探技術(shù)起步較晚，地下資源的開(kāi)發(fā)程度較低，現(xiàn)有開(kāi)發(fā)的礦產(chǎn)資源僅占地下存量的一小部分。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)不斷發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)的需求也越來(lái)越高，另一方面，高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)也推動(dòng)了地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展。

1 地質(zhì)鉆探技術(shù)的意義與作用

地質(zhì)鉆探技術(shù)有著漫長(zhǎng)的發(fā)展歷史，對(duì)于人類社會(huì)的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活有著重要的作用。地質(zhì)鉆探技術(shù)幫助人們了解自然，利用自然資源。我國(guó)地大物博，資源豐富，地下豐富的礦產(chǎn)資源需要依靠地質(zhì)鉆探技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)，礦產(chǎn)資源的使用也需要依靠地質(zhì)鉆探技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了地下礦產(chǎn)資源的勘測(cè)，建筑工程的地質(zhì)勘測(cè)、地下水的勘測(cè)與開(kāi)采，都離不開(kāi)地質(zhì)鉆探技術(shù)。因此，地質(zhì)鉆探技術(shù)對(duì)我們的生產(chǎn)生活都具有重要的意義。地質(zhì)鉆探技術(shù)直接或間接地推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步。

我國(guó)地下礦產(chǎn)資源豐富，但是陳舊落后的地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)和地質(zhì)鉆探技術(shù)使得礦產(chǎn)的利用量很少，有著礦產(chǎn)甚至出現(xiàn)稀缺情況，這在一定程度上限制了我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，阻礙了國(guó)家的建設(shè)。近年來(lái)，為解決資源緊缺的問(wèn)題，國(guó)家加大了力度發(fā)展地質(zhì)勘測(cè)工程，地質(zhì)鉆探技術(shù)的重要性重新被認(rèn)識(shí)到，地質(zhì)鉆探技術(shù)在新時(shí)代得到了更快的發(fā)展。

2 地質(zhì)鉆探技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

地質(zhì)鉆探技術(shù)廣泛應(yīng)用于需要進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)的各行各業(yè)。最初，地質(zhì)鉆探主要應(yīng)用于對(duì)地下礦產(chǎn)、各種金屬和稀有元素的勘測(cè)，建國(guó)初期，我國(guó)因礦產(chǎn)開(kāi)采，已經(jīng)形成了多個(gè)以大型礦山為中心的礦產(chǎn)城市。地質(zhì)鉆探另一個(gè)十分重要的應(yīng)用是地下水資源勘探，通過(guò)地質(zhì)鉆探可以判定相關(guān)區(qū)域地下水資源的情況，為地下水的開(kāi)發(fā)和相關(guān)工程應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。此外，通過(guò)地下鉆探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)，有助于了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的防治。比如山區(qū)和江河地區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)生泥石流、地面沉降、地面塌陷、地下水污染事件，沿海地區(qū)可能會(huì)發(fā)生海水入侵城市等災(zāi)害，處于地震帶的地區(qū)頻受地質(zhì)災(zāi)害困擾，這些地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人們的生產(chǎn)生活都造成了嚴(yán)重的影響。地質(zhì)鉆探技術(shù)可以作為地震監(jiān)測(cè)、抗泥石流、地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)等工程項(xiàng)目的輔助技術(shù)，為地質(zhì)災(zāi)害的防治提供指導(dǎo)，從而進(jìn)行合理的工程設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的防治工作。在建筑施工過(guò)程中，基于地質(zhì)鉆探技術(shù)，可以為地質(zhì)勘探提供各項(xiàng)地質(zhì)參數(shù)，有助于開(kāi)展建筑方案設(shè)計(jì)，為建筑工程經(jīng)濟(jì)、合理地開(kāi)展提供支持。同時(shí)，在建筑工程施工過(guò)程中，地質(zhì)鉆探技術(shù)也有用武之地，施工人員可以利用地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行打樁、防滲和注漿，或?qū)Φ鼗M(jìn)行加固。此外，在考古勘探和采礦鉆孔時(shí)，都能用到地質(zhì)鉆探技術(shù)。由此可見(jiàn)，地質(zhì)鉆探技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用[1]。

3 地質(zhì)鉆探技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)地質(zhì)鉆探技術(shù)起步較晚，雖然近幾年進(jìn)步很快，但仍與世界一流水平有著不小的差距。目前地質(zhì)鉆探技術(shù)所廣泛應(yīng)用的立軸式巖心鉆機(jī)還是20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)并投入使用的。傳統(tǒng)的鉆探設(shè)備很難適應(yīng)現(xiàn)代地質(zhì)勘測(cè)的需要，很多高新企業(yè)所用的液壓性動(dòng)力頭鉆機(jī)大多是從國(guó)外進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)研發(fā)規(guī)模較小，研發(fā)成果不令人滿意。國(guó)際上前沿的金剛石繩索鉆探取芯技術(shù)在我國(guó)使用范圍還比較小，尚需得到推廣。近年來(lái)，因?yàn)榻ㄖI(yè)的高速發(fā)展，國(guó)家對(duì)于地質(zhì)勘探的投入逐漸增加，地質(zhì)鉆探技術(shù)也得到了相應(yīng)的重視，在這樣的環(huán)境下，我國(guó)鉆探技術(shù)雖然已經(jīng)得到了很大的進(jìn)步，但是尚存極大的發(fā)展空間。在實(shí)際操作中，因?yàn)殂@探技術(shù)不足的限制仍會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，比較常見(jiàn)的如在地質(zhì)情況復(fù)雜的區(qū)域開(kāi)展鉆探工作，深孔鉆進(jìn)的難度很高，現(xiàn)有鉆探技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，工程進(jìn)展速度慢、效果不理想、鉆探成本高。因此，為推動(dòng)地質(zhì)勘測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我們應(yīng)對(duì)地質(zhì)鉆探技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，對(duì)于它的原理進(jìn)行深入的挖掘，結(jié)合國(guó)際上先進(jìn)的理論與技術(shù)，不斷推動(dòng)我國(guó)地質(zhì)鉆探技術(shù)與國(guó)際接軌，充分發(fā)揮其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用[2]。

4 常見(jiàn)地質(zhì)鉆探技術(shù)及其工作原理

地質(zhì)鉆探技術(shù)籠統(tǒng)地包括向地下鉆孔及將孔底碎石破碎的工藝與方法?；诘刭|(zhì)鉆探技術(shù)，勘測(cè)人員可以對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的了解，了解地下巖土層材料組成及礦物質(zhì)的儲(chǔ)備含量，有效地評(píng)估礦石的規(guī)格和品質(zhì)。地質(zhì)鉆探技術(shù)的開(kāi)展需要勘測(cè)人員首先對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行粗略的了解，然后選用不同的鉆探技術(shù)與設(shè)備開(kāi)展鉆探工作，常見(jiàn)的地質(zhì)鉆探技術(shù)及其工作原理如下。

4.1 反循環(huán)式鉆探技術(shù)

反循環(huán)式鉆探技術(shù)根據(jù)所用介質(zhì)的不同分為水力反循環(huán)和空氣反循環(huán)兩種形式。空氣反循環(huán)是將空氣壓縮后作為循環(huán)介質(zhì)，通過(guò)雙臂式鉆桿的外管運(yùn)送到孔底，孔底的潛孔錘在壓縮空氣自然膨脹的沖擊下撞擊巖石，同時(shí)膨脹的空氣可將破碎的巖屑通過(guò)雙臂式鉆桿的管道帶出地面，巖屑作為采集的樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，可以了解該區(qū)域的地質(zhì)情況。水力反循環(huán)是以清水和泥漿作為循環(huán)介質(zhì)，通過(guò)雙臂鉆桿的管環(huán)隙送到孔底，以取芯后獲得的柱狀巖芯作為采集的巖石樣本，經(jīng)內(nèi)管帶出地面以便試驗(yàn)分析。

4.2 繩索取芯鉆探技術(shù)

繩索取芯是一種較為先進(jìn)的地質(zhì)鉆探技術(shù)，基于這種技術(shù)，無(wú)須提升鉆桿即可取出巖芯。其特點(diǎn)是“三高、一低”——鉆速高、鉆頭壽命長(zhǎng)、效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，因此被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)找礦、煤田勘探等領(lǐng)域。整套鉆具中，最為重要、價(jià)值最高的就是鉆桿，鉆桿質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到繩索取芯鉆探優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，對(duì)于地質(zhì)資料的準(zhǔn)確獲取、鉆探成本的控制也至關(guān)重要。

4.3 液動(dòng)錘鉆探技術(shù)

液動(dòng)錘鉆探技術(shù)是我國(guó)發(fā)展最成熟的鉆探技術(shù)，我國(guó)的發(fā)展水平已達(dá)到世界先進(jìn)水平。液動(dòng)錘鉆探技術(shù)的原理是以回轉(zhuǎn)鉆為主體，利用沖洗液的沖擊力使液動(dòng)錘推動(dòng)鉆頭實(shí)現(xiàn)巖石的破碎。使用液動(dòng)錘鉆探技術(shù)時(shí)一般需要使用泥漿泵來(lái)實(shí)現(xiàn)沖洗液的配送，液動(dòng)錘位于鉆桿和鉆頭的中間，在隨著鉆頭深入的同時(shí)，不斷給鉆頭提供一定頻率的撞擊。

4.4 組合形式的鉆探技術(shù)

實(shí)際鉆探過(guò)程中，往往會(huì)將反循環(huán)式鉆探技術(shù)與繩索取芯鉆探技術(shù)結(jié)合使用，兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合可以最大程度地發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)并彌補(bǔ)二者的不足，形成具有很強(qiáng)綜合性的地質(zhì)鉆探技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用中，這樣的組合技術(shù)能根據(jù)地質(zhì)情況的不同，發(fā)揮兩種鉆探技術(shù)的長(zhǎng)處，大幅度提高鉆探效率，降低鉆探成本。

地質(zhì)鉆探是地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)勘查工作最直接的技術(shù)手段。相對(duì)其他民生行業(yè)，地質(zhì)鉆探行業(yè)受經(jīng)濟(jì)形勢(shì)及國(guó)家宏觀調(diào)控的影響較為顯著，如何應(yīng)對(duì)“新常態(tài)”，是鉆探工程行業(yè)人士普遍關(guān)心的話題，也是行業(yè)共同面臨的挑戰(zhàn)。分析地質(zhì)鉆探行業(yè)現(xiàn)狀，研判未來(lái)前景和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)鉆探施工決策部門、鉆探裝備投資規(guī)劃部門和鉆探技術(shù)研究攻關(guān)部門非常必要。地質(zhì)勘測(cè)工作人員也應(yīng)著力關(guān)注地質(zhì)鉆探技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新，使之更好地為礦產(chǎn)勘探、地下水質(zhì)檢測(cè)及建筑施工的地質(zhì)勘測(cè)服務(wù)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)更快發(fā)展。