史寶平

(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局115地質(zhì)大隊(duì)，貴州 清鎮(zhèn) 551400)

0 引 言

地質(zhì)勘查其目的是為了查明地質(zhì)現(xiàn)象，探尋礦產(chǎn)資源，為工程建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)做貢獻(xiàn)，但地質(zhì)現(xiàn)象大多深埋于地下深處，看不見(jiàn)摸不著，具有巨大的不確定性，所以鉆探技術(shù)作為一門(mén)重要的地質(zhì)勘查手段，在進(jìn)行地質(zhì)勘查時(shí)，鉆探也存在著巨大的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，為了盡量減少經(jīng)濟(jì)損失，鉆探技術(shù)也在不斷改進(jìn)。

1 我國(guó)主要鉆探技術(shù)應(yīng)用概述

這些年以來(lái)，我國(guó)地質(zhì)勘查領(lǐng)域當(dāng)中鉆探技術(shù)開(kāi)發(fā)和實(shí)踐都取得了不錯(cuò)成績(jī)，尤其是繩索取心技術(shù)和液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了非常不錯(cuò)的應(yīng)用效果，對(duì)于提高地質(zhì)勘探效率有很大優(yōu)勢(shì)。

1.1 繩索取心鉆探技術(shù)

該技術(shù)突出特點(diǎn)在于不需要頻繁提升鉆桿便可提取巖芯進(jìn)行分析，一般在鉆頭出現(xiàn)故障等情況才會(huì)提起鉆桿。該技術(shù)在進(jìn)行地質(zhì)勘查時(shí)，主要設(shè)施為巖心導(dǎo)管和打撈工具，對(duì)土層巖石進(jìn)行提取。該技術(shù)具備較廣應(yīng)用面，且操作實(shí)施都比較便捷，另外該技術(shù)鉆孔深度要求不高，并且在施工過(guò)程中產(chǎn)生的勞動(dòng)強(qiáng)度也較低，因此在加快勘探速度和保障巖石質(zhì)量方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。就目前我國(guó)各工程勘察領(lǐng)域需求來(lái)講，坑道、冰層、固體礦產(chǎn)等勘察項(xiàng)目中，繩索取心技術(shù)應(yīng)用價(jià)值比較高。

1.2 液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)

該技術(shù)基于回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化發(fā)展而來(lái)，其以沖洗液帶動(dòng)潛孔錘產(chǎn)生能量傳輸，借此讓鉆頭沖擊巖石，該技術(shù)當(dāng)中對(duì)于泥漿泵的應(yīng)用尤為重要。該技術(shù)很好繼承了回轉(zhuǎn)鉆探技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。該技術(shù)整體應(yīng)用成本降低了很多，同時(shí)操作管理也比較便捷。目前液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)在多個(gè)工程行業(yè)中均有應(yīng)用，尤其在涉及到礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)和隧道建設(shè)行業(yè)地質(zhì)勘查的領(lǐng)域中更是應(yīng)用頻繁。值得一提的是，在該技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)工具設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面把控，同時(shí)對(duì)核心液壓泥漿泵性能質(zhì)量進(jìn)行檢查。另外，應(yīng)當(dāng)選用含沙量較少且潤(rùn)滑性能出眾的沖洗液，這主要是為了減少摩擦，減少液動(dòng)錘損耗，并提高勘察效率。

1.3 反循環(huán)鉆探技術(shù)

反循環(huán)鉆探技術(shù)是通過(guò)循環(huán)介質(zhì)配合相關(guān)設(shè)備，通過(guò)沖擊巖層等方式來(lái)將巖層中樣本帶出地面的技術(shù)，其中反循環(huán)鉆探技術(shù)核心介質(zhì)又分為空氣和水。前者為將空氣進(jìn)行壓縮再傳入孔底，壓縮空氣爆炸性振動(dòng)對(duì)地下巖土進(jìn)行沖擊，讓剝離的巖屑進(jìn)入取樣器，被帶出地面。后者則是利用液態(tài)泥漿混合物或水結(jié)合鉆桿進(jìn)入孔底，取得樣本后利用液體帶回地面。其中水循環(huán)技術(shù)能夠獲得較為完整的巖土樣本，但其施工效率較低，且需要浪費(fèi)較多水資源。而空氣循環(huán)技術(shù)則在樣本代表性方面略差，但是這種技術(shù)適用于干燥地區(qū)，施工難度較低。

1.4 組合鉆探技術(shù)

地質(zhì)勘探往往涉及到較為復(fù)雜的地質(zhì)條件和環(huán)境，因此以上三種鉆探技術(shù)在很多時(shí)候都需要進(jìn)行搭配使用。特別是在很多大型項(xiàng)目當(dāng)中，會(huì)組成由三種專業(yè)技術(shù)人員和相關(guān)設(shè)備組成的勘探組，這種模式能夠根據(jù)實(shí)際情況充分發(fā)揮各種鉆探技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如在大型隧道項(xiàng)目前期勘探階段，會(huì)基于較為成熟的液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)進(jìn)行初期勘探，然后再結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源或相關(guān)技術(shù)設(shè)備條件，采用反循環(huán)技術(shù)進(jìn)行配合勘探，其很大程度上加快了勘探效率，并且降低了相關(guān)成本。

另外值得一提的是，部分地區(qū)和項(xiàng)目案例當(dāng)中，諸如能夠強(qiáng)化鉆頭的超聲波技術(shù)，以及適用于干旱地區(qū)的節(jié)水循環(huán)鉆探技術(shù)等新型改良技術(shù)也被逐漸應(yīng)用，他們的組合很好提升了勘測(cè)效果和效率。

2 地質(zhì)勘查中鉆探技術(shù)設(shè)備和應(yīng)用方法

在實(shí)際地質(zhì)勘查工作當(dāng)中，很多時(shí)候面臨著復(fù)雜地質(zhì)條件和施工條件，因此在該過(guò)程中不僅需要結(jié)合多種鉆探技術(shù)，同時(shí)還需要根據(jù)實(shí)際情況選用不通設(shè)備，采用合適鉆探方案。這樣不僅能夠讓鉆探勘察工作順利推進(jìn)，同時(shí)也避免了不合理方案影響勘探結(jié)果，甚至破壞相關(guān)技術(shù)設(shè)備和地質(zhì)條件。當(dāng)前基于回轉(zhuǎn)和沖擊技術(shù)的相關(guān)設(shè)備在地質(zhì)勘探中應(yīng)用廣泛，無(wú)論是機(jī)械助力還是人力操控，其都能夠?qū)崿F(xiàn)不錯(cuò)鉆探效果。正常情況下，機(jī)械助力設(shè)備憑借較高效率和較深鉆孔徑而廣受信任，在該過(guò)程中，取土器和取土方法的選用需要認(rèn)真考慮。具體使用過(guò)程中，設(shè)備及方法應(yīng)用技巧如下：

2.1 擊入法

該方法適用于較多類型地質(zhì)條件，在土料巖石取料過(guò)程中，在鉆孔外側(cè)利用輕錘進(jìn)行多次沖擊，或者在鉆孔內(nèi)部利用重錘少量沖擊，這兩種方法尤其在硬質(zhì)土層中具備很好應(yīng)用效果。基于可靠數(shù)據(jù)，孔內(nèi)重錘沖擊法在效果和效率方面都更有優(yōu)勢(shì)。

2.2 壓入法

對(duì)于軟土地質(zhì)條件，比較常用的取樣方法為壓入法，一般原則上都采用連續(xù)性壓入法來(lái)提取土層樣品，利用專用按壓裝置對(duì)目標(biāo)土層進(jìn)行按壓提取，當(dāng)遇到突發(fā)情況和土層較為復(fù)雜情況，則可采用斷續(xù)壓入法。壓入法在實(shí)際地質(zhì)勘探過(guò)程中，幾乎不會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生不必要擾動(dòng)和影響，同時(shí)也有利于后續(xù)勘察工作。

2.3 振動(dòng)法

利用機(jī)械振動(dòng)原理，置于土層中的取土器能夠收集土樣，顯然相比壓入法，該方法會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生較大擾動(dòng)和影響，如果土層地質(zhì)條件不穩(wěn)定或抗擾動(dòng)性較差，則需要謹(jǐn)慎使用該方法。而振動(dòng)法優(yōu)勢(shì)在于取樣效率較高，且操作簡(jiǎn)單，設(shè)備消耗也較低。

3 對(duì)未來(lái)鉆探技術(shù)的憧憬

通過(guò)前面的介紹，不難看出，現(xiàn)代鉆探技術(shù)都是利用機(jī)械動(dòng)能傳輸，直接獲取巖芯來(lái)進(jìn)行地質(zhì)勘查，還需針對(duì)不同地質(zhì)巖體選用不同的鉆探方法和設(shè)備，工序復(fù)雜，而且這種機(jī)械動(dòng)能式的鉆探能耗大，還會(huì)產(chǎn)生噪音，同時(shí)，機(jī)械動(dòng)能式的鉆探設(shè)備龐大，搬遷困難，不易操作，說(shuō)白了現(xiàn)代鉆探技術(shù)都是對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械鉆探技術(shù)進(jìn)行不斷的升級(jí)和改造，但都未跳出實(shí)物取芯的傳統(tǒng)思想，這種傳統(tǒng)的機(jī)械鉆耗時(shí)、耗力，且獲取的巖芯還得送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析，不能達(dá)到立竿見(jiàn)影的效果，隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，這種傳統(tǒng)機(jī)械鉆的弊病和局限性日趨突出，只有打破傳統(tǒng)機(jī)械鉆探技術(shù)和實(shí)物取芯思想，未來(lái)鉆探技術(shù)的才會(huì)得到質(zhì)的改變。因此，筆者認(rèn)為未來(lái)鉆探技術(shù)的發(fā)展方向是利用納米機(jī)器人滲透入地下深處，通過(guò)機(jī)器人自帶的放射源探頭或者電子顯微鏡，將觀測(cè)到的信號(hào)傳輸?shù)降乇?，再同過(guò)顯示器顯示出地下物質(zhì)的性質(zhì)或地質(zhì)現(xiàn)象，從而達(dá)到直觀高效的探測(cè)地下物質(zhì)和地質(zhì)現(xiàn)象。這種方法完全打破了傳統(tǒng)的機(jī)械鉆探技術(shù)和實(shí)物取芯思想，它不是一種新的鉆探技術(shù)，而是一種新的物探技術(shù)，暫且叫它納米顯微探測(cè)技術(shù)吧。其實(shí)，這種技術(shù)也并不新鮮了，因?yàn)樵卺t(yī)學(xué)領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用，目前需要解決的問(wèn)題有兩點(diǎn)：①研發(fā)能夠滲透到地下的納米機(jī)器人；②研發(fā)能探測(cè)地質(zhì)體和地質(zhì)現(xiàn)象的地質(zhì)探頭。筆者堅(jiān)信，這兩個(gè)問(wèn)題在未來(lái)一定能夠攻克，那么未來(lái)的鉆探技術(shù)也必將向著納米顯微探測(cè)技術(shù)方向發(fā)展，也必將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。