史建國
【摘要】科技的進(jìn)步,促進(jìn)人們對自然需求的增多。自然界有著豐富的地質(zhì)資源,在我們對自然界進(jìn)行探索的過程中,對地質(zhì)的探索是沒有辦法回避的一個(gè)問題。礦區(qū)鉆探過程當(dāng)中遇到花崗巖的情況是比較常見,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),本文就針對礦區(qū)花崗巖鉆探技術(shù)的具體工藝展開探討。
【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)一直是專業(yè)領(lǐng)域的熱門話題,許多學(xué)者多對此進(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一些能夠解決實(shí)踐問題的科技成果。這位學(xué)者對泥砂巖地質(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)過野外和室內(nèi)的工作過程中,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,在對巖心進(jìn)行描述時(shí),我們不再采用辨識度比較低的素描了,轉(zhuǎn)而適用照片來表示,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)來進(jìn)行一個(gè)可以只針對花崗巖的地質(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)。完整巖芯長度地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)的測量方法為對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)行測量巖芯長度,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,所以花崗巖的斜長石、云母、鉀長石、巖塊、節(jié)理表現(xiàn)為沒有高嶺土化、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、長石、石英表現(xiàn)為長柱狀、未擾動、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,并且斜長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)歷過斷層活動或者皺曲活動,斜長石和云母已經(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,完整巖芯基本不會出現(xiàn)了,斜長石、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石類、石英類、似長石類,則呈現(xiàn)淺色,當(dāng)花崗巖中的礦物成分主要為角閃石類、橄欖石類、黑云母類以及輝石類,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)無可比擬的優(yōu)勢,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)很多的問題。我們在其中取泥砂巖的地質(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)勢是,它在研究的過程中,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)分析過程中,我們對泥沙巖進(jìn)行不同的分層分析,最后再從整體的框架入手,這樣的研究方法是具有優(yōu)越性的。但是由于分層會帶來個(gè)人的看法,因此當(dāng)不同的人在對這一問題進(jìn)行研究時(shí),可能會得出不一樣的答案。為了完善這一研究方法,筆者提出了自己的一些意見,在本文中便是以花崗巖為例。從完整巖心長度等角度對地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行研究。
5結(jié)束語
對于礦區(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)勢的技術(shù)方法,在具體的鉆探過程當(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)條件來對比地質(zhì)取芯鉆探規(guī)程的可鉆性分級表,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].中國錳業(yè),2017,35(5):196-199.
[2]徐國輝.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.