史建國(guó)

【摘要】科技的進(jìn)步，促進(jìn)人們對(duì)自然需求的增多。自然界有著豐富的地質(zhì)資源，在我們對(duì)自然界進(jìn)行探索的過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)的探索是沒(méi)有辦法回避的一個(gè)問(wèn)題。礦區(qū)鉆探過(guò)程當(dāng)中遇到花崗巖的情況是比較常見(jiàn)，因?yàn)榈貙訔l件比較復(fù)雜，鉆探的難度比較大，目前常用的技術(shù)手段是繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)，本文就針對(duì)礦區(qū)花崗巖鉆探技術(shù)的具體工藝展開(kāi)探討。

【關(guān)鍵詞】礦區(qū);花崗巖;鉆探;繩索取芯;工藝

引言

一些礦物結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指標(biāo)一直是專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的熱門(mén)話題，許多學(xué)者多對(duì)此進(jìn)行了探討，其中有些學(xué)者提出了一些非常具有啟發(fā)性的看法。如Hoek對(duì)泥沙巖的研究，我們便可以從他的一些研究成果中找到新的研究方向，并且在這個(gè)方向上做出自己的一些成就或者說(shuō)一些能夠解決實(shí)踐問(wèn)題的科技成果。這位學(xué)者對(duì)泥砂巖地質(zhì)強(qiáng)度的一系列探索研究，能夠?yàn)槲覀兲剿鞯V物結(jié)構(gòu)以及鉆探的花崗巖的地質(zhì)強(qiáng)度提供一系列可以參照的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，我們經(jīng)過(guò)野外和室內(nèi)的工作過(guò)程中，重新建立了一個(gè)礦物結(jié)構(gòu)與鉆探花崗石的強(qiáng)度指標(biāo)圖。在這個(gè)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)所在，第一，將礦物結(jié)構(gòu)等等一些數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。第二，在對(duì)巖心進(jìn)行描述時(shí)，我們不再采用辨識(shí)度比較低的素描了，轉(zhuǎn)而適用照片來(lái)表示，這一措施能夠很清晰地表現(xiàn)出我們所需要分析的部分，從而使分析得出的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

1花崗巖性質(zhì)

花崗巖的物理滲透性幾乎可以忽略不計(jì)，在0.2%～4%之間，具有高強(qiáng)度的耐熱穩(wěn)定性，不會(huì)因外界溫度改變而變化，抗腐蝕性很強(qiáng)，肖氏硬度大于HS70，主要化合物包括二氧化硅，三氧化二鋁，氧化鈣，氧化鎂，三氧化二鐵等。硬度為摩氏硬度在6左右，密度在2.63～2.75g/cm3之間，壓縮強(qiáng)度在100～300MPa，抗彎曲強(qiáng)度在10～30MPa之間。在地層當(dāng)中花崗巖常常以巖基、巖株、巖塊等形式存在，受區(qū)域大地構(gòu)造控制，一般規(guī)模較大。

2花崗巖地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的研究

花崗巖地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的取值圖基于泥砂巖地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的取值圖，加上野外花崗巖的分布和野外花崗巖礦物的特征，以及結(jié)構(gòu)面特征參數(shù)、巖體結(jié)構(gòu)參數(shù)和巖石礦物結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)進(jìn)行一個(gè)可以只針對(duì)花崗巖的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)取值圖?；◢弾r的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)取值圖需要巖石結(jié)構(gòu)、節(jié)理?xiàng)l件以及巖體結(jié)構(gòu)才能構(gòu)成，而完整巖芯的長(zhǎng)度可以確定巖體的結(jié)構(gòu)，節(jié)理粗糙度、節(jié)理充填、節(jié)理風(fēng)化程度可以確定節(jié)理?xiàng)l件，礦物成分、顆粒大小、顆粒相互關(guān)系可以確定巖石結(jié)構(gòu)。完整巖芯長(zhǎng)度地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)量方法為對(duì)比巖芯的中心面與巖芯上斷面、巖芯下斷面之間的距離，它是指以鉆探為基本工程可以獨(dú)立進(jìn)行測(cè)量巖芯長(zhǎng)度，并保證巖芯的完整性。地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)可以為鉆探顯示地下水地質(zhì)環(huán)境、地下節(jié)理、地下斷層、風(fēng)化情況、節(jié)理組數(shù)、節(jié)理間距以及節(jié)理走向等。地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)與鉆探巖芯之間的關(guān)系為，當(dāng)巖芯的大小或者鉆桿面積的大小數(shù)值一定時(shí)，完整巖芯長(zhǎng)度地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)等于控制巖塊體積，所以地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的研究也就是巖塊體積的研究;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體狀時(shí)，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)需要大于100cm，巖芯結(jié)構(gòu)表面為粗糙、新鮮，且?guī)r芯是非常好的鑲嵌狀，所以花崗巖的斜長(zhǎng)石、云母、鉀長(zhǎng)石、巖塊、節(jié)理表現(xiàn)為沒(méi)有高嶺土化、暗色礦石都光澤較好、表面亮度與新鮮度好、斷面光澤度與新鮮度好、沒(méi)有節(jié)理;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)塊體狀時(shí)，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)在30～100cm之間，巖芯、巖體、巖芯鑲嵌、云母、長(zhǎng)石、石英表現(xiàn)為長(zhǎng)柱狀、未擾動(dòng)、鑲嵌好、露出云母、不風(fēng)化、表面新鮮;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)層狀時(shí)，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)在10～30cm之間，巖芯表現(xiàn)為棱角狀巖塊、不連續(xù)面為3～4組以及受到小部分?jǐn)_動(dòng)，并且斜長(zhǎng)石和云母顯示為高嶺土化、風(fēng)化;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)碎裂狀時(shí)，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)在3～10cm之間，巖芯表現(xiàn)棱角狀巖塊，且表面是由多組不連續(xù)互切形成的，都經(jīng)歷過(guò)斷層活動(dòng)或者皺曲活動(dòng)，斜長(zhǎng)石和云母已經(jīng)有風(fēng)化;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)散體狀時(shí)，地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)在1～3cm之間，巖塊顯示為相互鑲嵌，并在鑲嵌作用下出現(xiàn)混合狀和結(jié)構(gòu)破碎;當(dāng)巖體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)剪切破碎狀時(shí)，巖體結(jié)構(gòu)以破碎，完整巖芯基本不會(huì)出現(xiàn)了，斜長(zhǎng)石、云母、采芯率表現(xiàn)出明顯的高嶺土、完全風(fēng)化和效率極低，所以節(jié)理的切割使得巖體呈現(xiàn)同性。巖石結(jié)構(gòu)是指礦物顆粒的相互關(guān)系、大小、自行程度、晶體形態(tài)、礦物相互關(guān)系以及結(jié)晶程度所形成的巖石的參數(shù)，花崗巖在工程上受礦物之間的相互關(guān)系、成份以及顆粒大小的影響。巖石是由礦物組成，且礦物必須具有一定的結(jié)構(gòu)，當(dāng)花崗巖中的礦物成分主要為長(zhǎng)石類(lèi)、石英類(lèi)、似長(zhǎng)石類(lèi)，則呈現(xiàn)淺色，當(dāng)花崗巖中的礦物成分主要為角閃石類(lèi)、橄欖石類(lèi)、黑云母類(lèi)以及輝石類(lèi)，則呈現(xiàn)暗色。

3繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)

繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)是一種采礦當(dāng)中比較先進(jìn)的巖芯鉆探工藝，這種工藝采用大直徑鉆桿，并且在鉆具當(dāng)中設(shè)置有取芯管，鉆進(jìn)過(guò)程當(dāng)中，巖芯緩慢地被取芯管收取，當(dāng)回次進(jìn)尺完成，取芯管當(dāng)中裝滿巖芯，帶繩索的打撈器將取芯管取出，提取巖芯，然后將取芯管再次放入到孔底繼續(xù)鉆進(jìn)。這種工藝技術(shù)在鉆復(fù)雜地層方面有著其他取芯技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用非常的廣泛。繩索取芯升降次數(shù)少，純鉆進(jìn)時(shí)間多，鉆進(jìn)效率高，相比傳統(tǒng)的取芯技術(shù)，繩索取芯鉆進(jìn)時(shí)間提高了45%左右，并且因?yàn)殂@桿與孔壁間隙均勻一致，可以方便地排除巖粉，改善孔內(nèi)的條件，也正是因?yàn)檫@種特點(diǎn)，方便鉆穿復(fù)雜的地層。同時(shí)因?yàn)槔K索取芯器使用的是單動(dòng)裝置，可以比較好地保持巖芯的原狀，從而提高巖芯采取率。

4花崗巖GSI研究

根據(jù)以往的一些巖石種類(lèi)的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)圖進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題。我們?cè)谄渲腥∧嗌皫r的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)圖進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)它的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)圖與一般的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)圖相比，有著非常大的優(yōu)越性，這些圖的信息更為詳細(xì)以及更加具有實(shí)用性。但是泥沙巖最提出的優(yōu)勢(shì)是，它在研究的過(guò)程中，將泥沙巖的土體結(jié)構(gòu)等等其他的特征，納入考慮范圍之內(nèi)，這就會(huì)使得出的地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)更具有信服力。在整個(gè)分析過(guò)程中，我們對(duì)泥沙巖進(jìn)行不同的分層分析，最后再?gòu)恼w的框架入手，這樣的研究方法是具有優(yōu)越性的。但是由于分層會(huì)帶來(lái)個(gè)人的看法，因此當(dāng)不同的人在對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行研究時(shí)，可能會(huì)得出不一樣的答案。為了完善這一研究方法，筆者提出了自己的一些意見(jiàn)，在本文中便是以花崗巖為例。從完整巖心長(zhǎng)度等角度對(duì)地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究。

5結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于礦區(qū)花崗巖的鉆探技術(shù)，繩索取芯是比較成熟而且具有一定優(yōu)勢(shì)的技術(shù)方法，在具體的鉆探過(guò)程當(dāng)中，工藝的選定關(guān)鍵還是要看地質(zhì)條件，并根據(jù)地質(zhì)條件來(lái)對(duì)比地質(zhì)取芯鉆探規(guī)程的可鉆性分級(jí)表，確定合理的工藝流程和參數(shù)，保證鉆探順利。

參考文獻(xiàn)

[1]徐國(guó)輝，馬志明.青海拉陵高里河溝腦礦區(qū)鉆探技術(shù)研究[J].中國(guó)錳業(yè)，2017，35（5）：196-199.

[2]徐國(guó)輝.青海省格爾木拉陵高里河溝腦ZK4001孔鉆探技術(shù)研究[J].河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，32（9）：59-60.

[3]盧書(shū)強(qiáng)，許模.基于GSI系統(tǒng)的巖體變形模量取值及應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009（S1）.

[4]蘇永華，封立志，李志勇，趙明華.Hoek-Brown準(zhǔn)則中確定地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)因素的量化[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).2017（16）：179～186.

[5]鄭文棠，汪華安，葛軍輝.基于地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)法的柱狀節(jié)理玄武巖體力學(xué)強(qiáng)度估計(jì)[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào).2016（28）：330～335.