關(guān) 舒
(安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院,安徽 蚌埠 233000)
地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)可借助鉆進(jìn)機(jī)直達(dá)地下一定深度獲取礦樣和巖心,對(duì)資源勘探具重要影響。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)可豐富我國(guó)資源,改善資源匱乏現(xiàn)狀,推動(dòng)能源研發(fā)事業(yè)進(jìn)步。故本文從地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)、在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用兩方面對(duì)地質(zhì)巖心鉆探情況做如下分析。
18 世紀(jì)中葉人類依靠驅(qū)動(dòng)的巖心鉆機(jī)與天然金剛石鉆頭開(kāi)始了人類資源勘探。直至19 世紀(jì)末蒸汽動(dòng)力開(kāi)始用于進(jìn)鉆機(jī)當(dāng)中。20 世紀(jì)初,液壓技術(shù)及調(diào)速變速箱將推動(dòng)鉆探技術(shù)發(fā)展。后經(jīng)百年歷程鉆探技術(shù)先后經(jīng)歷了機(jī)械傳統(tǒng)、液壓、全液壓及智能化幾個(gè)階段,鉆探界亦應(yīng)實(shí)現(xiàn)了螺桿鉆、孔底電鉆、潛孔錘等鉆頭的應(yīng)用,拓寬了地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)領(lǐng)域。目前,地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)可分兩類。首先,反循環(huán)連續(xù)取巖心。我國(guó)對(duì)反循環(huán)取巖心研究甚少,相關(guān)案例并不多見(jiàn)。隨礦產(chǎn)資源鉆探日益完善,該技術(shù)亦逐步發(fā)展成熟。反循環(huán)鉆探含空氣和水力兩種??諝夥囱h(huán)可借助雙臂鉆桿外觀輸送空氣直達(dá)孔底,后經(jīng)空氣循環(huán)產(chǎn)生沖擊力使空氣對(duì)孔底巖石進(jìn)行撞擊。鉆孔在空氣輸送到地面時(shí)可帶出細(xì)小巖石。該取心法可降低工作強(qiáng)度,節(jié)省勘察成本,提升工作質(zhì)量[1]。而水力反循環(huán)時(shí)將水貨泥漿輸送為孔底后借助鉆頭獲取巖心。鉆頭返回地面后完成采樣,送至勘測(cè)中心檢測(cè)。鉆頭取出的巖石具完整性,省時(shí)省力,且以水為介質(zhì)可節(jié)省成本。但該方法耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng),浪費(fèi)水資源。其次,繩索取心。繩索取心鉆探技術(shù)至今已有大半個(gè)世紀(jì)之久,為我國(guó)地質(zhì)勘探事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。該技術(shù)可借助打撈工具和巖心管完成取樣,可提升鉆進(jìn)效率。如出現(xiàn)堵塞等問(wèn)題可借助打撈工具解決,避免鉆桿與巖心之間摩擦,延長(zhǎng)工具使用壽命,保證相應(yīng)效率。再次,液動(dòng)潛孔錘技術(shù)。液動(dòng)潛孔錘技術(shù)可通過(guò)沖洗液驅(qū)動(dòng)液動(dòng)潛孔棒將能力傳送給鉆頭,實(shí)現(xiàn)破巖及取樣。隨鉆頭不斷深入,設(shè)備可形成節(jié)奏型沖擊負(fù)荷完成鉆探。此技術(shù)常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆探的改進(jìn)成果,在回轉(zhuǎn)力和沖擊力作用下可實(shí)現(xiàn)高硬巖鉆進(jìn),減少打孔成本。且該技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn)對(duì)堅(jiān)硬巖石的鉆孔,克服巖石脆性大的特點(diǎn),適用于復(fù)雜地形。該技術(shù)亦可用于金屬礦山、化工、石油、水電建材等領(lǐng)域。最后,組合鉆探技術(shù)。該技術(shù)是指兩項(xiàng)技術(shù)或三項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合,可充分發(fā)揮多方技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),選擇合理施工技術(shù),降低勞動(dòng)強(qiáng)度和成本。
地質(zhì)勘探工作誤差不僅可增加安全事故,亦可影響工程質(zhì)量。故現(xiàn)代工程建設(shè)中需加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)勘探的認(rèn)識(shí),積極引入現(xiàn)代地質(zhì)慨嘆技術(shù),提高工作質(zhì)量,為后續(xù)工程奠定基礎(chǔ)。工程地質(zhì)鉆探技術(shù)含四大特點(diǎn):第一,布置鉆孔??梢勒展こ叹唧w類型、施工特點(diǎn)、自然條件選擇鉆孔。如民用建筑需按照輪廓線進(jìn)行布孔,二水壩則需順著壩軸線布孔。第二,除大型水利及隧道外其他工程鉆孔深度不大,多在9m ~11m 之間。第三,鉆孔為查明本地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、水文、地層巖屬性,后進(jìn)行取樣。第四,工程地質(zhì)鉆探需對(duì)鉆孔結(jié)構(gòu)、鉆進(jìn)方法、鉆進(jìn)過(guò)程進(jìn)行觀測(cè)編錄。技術(shù)施工時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng):第一,鉆孔時(shí)需結(jié)合工程施工量、鉆孔深度科學(xué)分析。如:規(guī)模較小的建筑工程算空深度約在10m 左右。第二,鉆孔前需就巖層物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分了解后采用鉆探技術(shù)取樣。第三,施工時(shí)為防止巖芯磨損應(yīng)依相關(guān)規(guī)定操作,不可隨意施工[2]。第四,施工前需對(duì)相關(guān)工作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),落實(shí)法律法規(guī)、操作規(guī)章等培訓(xùn)教育,減少工程進(jìn)展中人為因素的失誤。
①鉆探技術(shù)發(fā)展史。鉆探技術(shù)的發(fā)展豐富了我國(guó)的礦產(chǎn)資源。自我國(guó)成立以來(lái)已發(fā)現(xiàn)170 種礦產(chǎn)資源,現(xiàn)已被利用150 余種。采用地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源具高效性。新成果成立初我國(guó)鉆探以引進(jìn)外國(guó)設(shè)備,聘請(qǐng)國(guó)外專家指導(dǎo)為主。隨后我國(guó)愈發(fā)重視科技研究,政府大力投資鉆探工藝,鉆探技術(shù)得到迅猛發(fā)展。自20 世紀(jì)初以后,我國(guó)鉆探技術(shù)的應(yīng)用占國(guó)土資源鉆探共計(jì)1 億萬(wàn)平方米。下一個(gè)五年計(jì)劃落實(shí)后我國(guó)鉆探工作量繼續(xù)增加。②鉆探技術(shù)在環(huán)境考察中的運(yùn)用。鉆探技術(shù)逐漸被用于公益項(xiàng)目及環(huán)境考察之中。例如:開(kāi)發(fā)松遼盆地時(shí)可借助鉆探技術(shù)取巖心樣本,檢測(cè)當(dāng)?shù)丨h(huán)境,保證勘測(cè)效果。鉆探采用護(hù)心、取心等程序獲取巖心巖石樣本進(jìn)行推算,便利地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)測(cè)。后鶴慶等地紛紛效仿該采樣技術(shù),成功率高達(dá)95%以上。
③鉆探技術(shù)發(fā)展。地質(zhì)災(zāi)害可利用先進(jìn)技術(shù)與儀器勘察,為地質(zhì)災(zāi)害的檢測(cè)、預(yù)警提供條件。隨鉆探技術(shù)發(fā)展,我國(guó)采集技術(shù)亦隨之進(jìn)步,被廣泛用于地質(zhì)勘測(cè)中。如:三峽修建地質(zhì)勘測(cè)應(yīng)用了滑坡光纖推理檢測(cè)及鉆孔傾斜儀,可有效檢測(cè)滑坡深部移位。而含水測(cè)量?jī)x可保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全,促城市化建設(shè)。④新型非金屬錨索的應(yīng)用。地質(zhì)巖心鉆探取巖成功后存在運(yùn)輸困難、質(zhì)量大、腐蝕性強(qiáng)等缺點(diǎn)。故我國(guó)地質(zhì)勘探技術(shù)研制成功了新型非金屬錨索。新型非金屬錨索的應(yīng)用有效解決了上述難題,可提升鉆探設(shè)備的鉆井速度,利于滑坡帶取樣,使工程更加放心與安全,提高了施工效率。⑤找礦。鉆探技術(shù)可助力找礦。20 世紀(jì)初我國(guó)國(guó)土資源部任命九家礦山找礦。其中,大冶鐵礦、遼寧阜新礦業(yè)、云南鶴慶錳礦均成功找到礦藏。鉆探技術(shù)可通過(guò)反循環(huán)連續(xù)取巖心實(shí)現(xiàn)巖心采樣,探索樣本成分并進(jìn)行預(yù)判。該技術(shù)幫助大冶鐵礦尋找到一處危機(jī)礦山。后經(jīng)大冶鐵礦挖掘,共開(kāi)發(fā)礦22 個(gè),10 個(gè)見(jiàn)礦,深度13000m,鐵礦760 萬(wàn)t。附近相鄰1500m 左右又發(fā)現(xiàn)礦山。遼寧阜新礦業(yè)危機(jī)礦山共有鉆孔9 個(gè),4 個(gè)可采到煤炭。
①國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。第一,設(shè)備發(fā)展。我國(guó)鉆探鉆頭、鉆機(jī)的開(kāi)發(fā)均已取得一定進(jìn)展,但大型鉆探設(shè)備的開(kāi)發(fā)亦有提高。我國(guó)鉆探設(shè)備的升級(jí)使我國(guó)不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉆探效率得到提升,但實(shí)踐中仍存在鉆頭堵塞、鉆探失敗等問(wèn)題。故未來(lái),我國(guó)國(guó)內(nèi)地質(zhì)鉆探設(shè)備需向高功率、短耗時(shí)、多樣化方向發(fā)展。第二,技術(shù)發(fā)展。隨我國(guó)礦產(chǎn)資源需求量增加,地質(zhì)鉆探亦存在明顯改變。自然環(huán)境惡劣、地質(zhì)環(huán)境差的巖土、海洋等地方則需要廣泛運(yùn)用鉆探技術(shù)。唯有明確我國(guó)地質(zhì)鉆探技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向方可推動(dòng)我國(guó)地質(zhì)事業(yè)發(fā)展。未來(lái),我國(guó)鉆探技術(shù)將朝向精細(xì)化作業(yè)、防堵塞方向改進(jìn)。②鉆探技術(shù)發(fā)展目標(biāo)。第一,近期目標(biāo)。加強(qiáng)對(duì)地下2500m 鉆探技術(shù)設(shè)備的研發(fā),提升設(shè)備的性能,降低設(shè)備耗電量。加強(qiáng)改進(jìn)陷阱鉆探技術(shù)設(shè)備,將新時(shí)代相應(yīng)科研成功用于具體勘探中。中期目標(biāo)。強(qiáng)化地質(zhì)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力,使地質(zhì)鉆探設(shè)備與鉆探技術(shù)發(fā)揮到最佳水平。第三,遠(yuǎn)期目標(biāo)。加快實(shí)現(xiàn)鉆探技術(shù)的現(xiàn)代化,為未來(lái)機(jī)器操作節(jié)省人工奠定基礎(chǔ)。亦需落實(shí)相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)代化革新,提升勘測(cè)及取樣的精準(zhǔn)度,減少傳統(tǒng)作業(yè)模式的弊端。
綜上所述,地質(zhì)巖心鉆探可從地下提取樣品勘探資源。地質(zhì)巖心鉆探技術(shù)含反循環(huán)及連環(huán)取心鉆探技術(shù)兩種,現(xiàn)多用于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)之中。未來(lái)地質(zhì)鉆探技術(shù)的革新將推動(dòng)資源勘探朝著更加深入的方向發(fā)展,故應(yīng)立足長(zhǎng)遠(yuǎn)關(guān)注我國(guó)地質(zhì)勘探技術(shù)發(fā)展。