張一飛

（中國(guó)有色金屬長(zhǎng)沙勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

水文地質(zhì)勘查技術(shù)為在鉆探和施工中起到重要作用，是在大型鉆探和施工中常見的一種技術(shù)，為大型鉆探和施工提供了技術(shù)支持。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，水文地質(zhì)勘查技術(shù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，尤其特別是在水文地質(zhì)勘查技術(shù)上。水文地質(zhì)勘查技術(shù)有效地解決了在地下勘查中遇到的難題，有效地進(jìn)行了地下資源開采，為我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了不竭動(dòng)力。加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)勘察技術(shù)的改進(jìn)，在鉆探施工中了解其應(yīng)用效果，對(duì)水文地質(zhì)勘察技術(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其使用的技術(shù)可以有效達(dá)到施工效果。從現(xiàn)在的水文地質(zhì)勘察技術(shù)來(lái)看，在鉆探施工方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但是還是會(huì)存在一些問(wèn)題，沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)化的應(yīng)用效果。在鉆探施工中加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)勘察技術(shù)的應(yīng)用，確保工作的有效開展，充分利用勘察技術(shù)，使施工結(jié)果達(dá)到最優(yōu)化，研究水文地質(zhì)勘察技術(shù)在鉆探施工中的應(yīng)用效果。加強(qiáng)水文地質(zhì)勘查技術(shù)在鉆探施工當(dāng)中的應(yīng)用，有效保障了鉆探施工的效率。

1 水文地質(zhì)勘察技術(shù)在鉆探施工中的應(yīng)用

1.1 提取水文地質(zhì)特征

水文地質(zhì)鉆探是水文地質(zhì)勘查工作的主要內(nèi)容，在水文地質(zhì)勘探中的鉆探不同于傳統(tǒng)的礦山資源鉆探，地層結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在進(jìn)行鉆探過(guò)程中，鉆探的孔徑比傳統(tǒng)鉆探孔徑較大。在進(jìn)行實(shí)際鉆探中，需要利用清水推進(jìn)鉆探施工，這樣才會(huì)測(cè)量出準(zhǔn)確的參數(shù)。水文地質(zhì)地層下面有地下水，如果在施工過(guò)程中，進(jìn)行不合理的鉆探就會(huì)引起地下水水位發(fā)生變化，導(dǎo)致施工難度加大。水文地質(zhì)環(huán)境下地表水發(fā)育較少，主要受地下水受巖性、構(gòu)造以及地形地貌的控制[1]。水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，如果在開采過(guò)程中出現(xiàn)失誤，會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，比如，地層斷裂，地表塌陷等，甚至?xí)?duì)施工人員的安全造成威脅。水文地質(zhì)環(huán)境就是地下水比較豐富，如果不合理開采會(huì)導(dǎo)致地下水枯竭，水質(zhì)變差，水環(huán)境污染嚴(yán)重。在進(jìn)行鉆探施工中，由于外部環(huán)境的改變會(huì)改變地下水的動(dòng)力作用，動(dòng)力作用由弱變強(qiáng)，就會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的巖土工程危害，會(huì)延長(zhǎng)鉆探施工的施工周期，影響工程質(zhì)量。在進(jìn)行鉆探施工中加強(qiáng)對(duì)水文地質(zhì)特征進(jìn)行分析，通過(guò)勘探技術(shù)測(cè)得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為后面制定施工方案做準(zhǔn)備，分析整個(gè)水文地質(zhì)環(huán)境具備的自然地理?xiàng)l件、地質(zhì)環(huán)境條件、地下水位的區(qū)分情況以及含水層和隔水層的具體情況[2]。所以在進(jìn)行鉆探施工過(guò)程之前，一定要對(duì)水文地質(zhì)特征進(jìn)行分析，確保工程順利開展。

1.2 構(gòu)建力學(xué)模型

通過(guò)構(gòu)建力學(xué)模型，分析鉆孔的受力情況，有效進(jìn)行鉆探工作。設(shè)置一個(gè)平面，則平面為M，分析穩(wěn)定組合鉆具中的受力情況，分別是穩(wěn)定器載荷自重作用力、穩(wěn)定器處的反支力、軸向力、鉆頭處的轉(zhuǎn)矩，以及跨梁載荷自重作用力，如圖1所示：

圖1 穩(wěn)定組合鉆具受力分析

將五個(gè)支座反力分別用A1、A2、A3、A4、A5表示。B1、B2、B3、B4、B5分別表示梁在這個(gè)點(diǎn)上受到的力，H為穩(wěn)定器處的力。根據(jù)力學(xué)模型可以計(jì)算出梁在A2處受重載作用力為：

其中公式中 1F表示穩(wěn)定器A1到A2的距離，根據(jù)梁在A3點(diǎn)受重載作用力，可用下列公式得出：

通過(guò)對(duì)上述公式可以確定穩(wěn)定組合鉆具受力情況。根據(jù)模型的建立可以分析確定在進(jìn)行鉆孔鉆探時(shí)，使用多少力可以達(dá)到最佳效果[3]。

1.3 基于模擬算法控制鉆探效率

通過(guò)利用模擬算法來(lái)進(jìn)行效果檢驗(yàn)，采用擬合多項(xiàng)式，對(duì)于水文地質(zhì)地層，根據(jù)構(gòu)建的力學(xué)模型得到鉆孔測(cè)得的方向和鉆孔的深度。在進(jìn)行鉆探施工中鉆孔設(shè)置合理可以加快工程進(jìn)程[4]。對(duì)根據(jù)勘察出來(lái)的水文地質(zhì)環(huán)境，可以利用多項(xiàng)式函數(shù)可以每一個(gè)鉆具對(duì)應(yīng)相應(yīng)的孔徑大小，不斷迭代計(jì)算得出更準(zhǔn)確的值。可以有效的實(shí)現(xiàn)控制鉆孔的軌跡以及鉆探的深度?？梢岳勉@孔平面的i組數(shù)據(jù)，求做n次多項(xiàng)式，使誤差H達(dá)到最小，從而確定鉆孔軌跡以及鉆具對(duì)應(yīng)的方向?？梢园芽醋鍪莊的多元函數(shù)，由下列公式所示：

通過(guò)公式（3）可以得到：

y和x分別為鉆孔在平面上的坐標(biāo)，可以根據(jù)上面的方程確定多項(xiàng)式，最后可以得出鉆孔軌跡在平面上的模擬函數(shù)：

根據(jù)上述方程進(jìn)行迭代計(jì)算，最終確定鉆孔的具體方向和鉆探深度，能夠有效驗(yàn)證鉆孔的適應(yīng)性，為鉆探提供精準(zhǔn)性方向，減輕施工成本，提高開采的效率[5]。

2 應(yīng)用效果分析

2.1 測(cè)試準(zhǔn)備

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，需要準(zhǔn)備試驗(yàn)設(shè)備，包括鉆具和儀器，準(zhǔn)備兩種鉆機(jī)型號(hào)，分別具有不同特性，不同技術(shù)參數(shù)，如表1所示：

表1 鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)表1可知每個(gè)鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)，利用兩種類型的鉆機(jī)展開對(duì)鉆探工程的展開，根據(jù)測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)，使用對(duì)應(yīng)的鉆孔組具，如表2所示。

表2 鉆孔操作參數(shù)

根據(jù)不同孔段進(jìn)行組合鉆具，最終進(jìn)行鉆探施工，設(shè)置三個(gè)鉆孔進(jìn)行開采，在不同條件下進(jìn)行鉆探，比較在不同環(huán)境下的應(yīng)用效果。在確定好鉆探位置后，需要對(duì)鉆探位置下的水文地質(zhì)環(huán)境做出分析，了解地下水流的流速以及水流方向進(jìn)行多元蹤試驗(yàn)。在各個(gè)投放點(diǎn)投放鉬酸銨，對(duì)三個(gè)鉆孔位置進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下表3所示：

表3 各接收點(diǎn)示蹤劑出現(xiàn)情況表

可以根據(jù)上表分析出地下水的流速，推斷出鉆孔1和鉆孔3位置下面的地下水呈管道流形式，鉆孔2位置地下水呈擴(kuò)散流形式，通過(guò)對(duì)兩種地形進(jìn)行效果測(cè)試。

2.2 應(yīng)用結(jié)果

為評(píng)價(jià)水文地質(zhì)勘察技術(shù)在鉆井施工中的效果，通過(guò)對(duì)三個(gè)鉆孔位置分析，了解地下水流流向，利用下表4所示的鉆孔不同深度選擇合適的組合鉆具，以確保鉆具符合鉆孔深度，提高鉆井效率。如下表4所示。

表4 鉆孔指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

在水文地質(zhì)環(huán)境下最特殊的特征就是水文地質(zhì)富含豐富的地下水資源，地下水會(huì)給鉆探施工帶來(lái)一定程度的影響，但通過(guò)水文地質(zhì)勘查技術(shù)的應(yīng)用可以極大提高鉆探工程的效率，保證精準(zhǔn)鉆探的精準(zhǔn)度，在呈現(xiàn)不同的水流形態(tài)時(shí)水文地質(zhì)勘查技術(shù)有效保證了鉆探周期以及鉆探效率。當(dāng)水文地下水流呈管道流形態(tài)鉆探效率圖，如圖2所示。

圖2 管道流地質(zhì)鉆探效率

圖中顯示出，通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)勘查技術(shù)的使用，可以有效在水文地質(zhì)環(huán)境中地下水流呈管道流形式進(jìn)行鉆探施工，且效率穩(wěn)定并且效率很高。當(dāng)水文地下水呈擴(kuò)散流鉆探效率圖，如圖3所示。

圖3 擴(kuò)散流地質(zhì)鉆探效率

圖中顯示出，在地下水呈擴(kuò)散流形態(tài)時(shí)，水文地質(zhì)勘查技術(shù)可以有效利用到鉆探施工當(dāng)中，使鉆探的效率不斷提高，且趨于穩(wěn)定狀態(tài)。綜上所述，可以得知水文勘探技術(shù)可以有效應(yīng)用到鉆探施工中，在地下水呈管道流形態(tài)和地下水呈擴(kuò)散流形態(tài)中，水文地質(zhì)勘查技術(shù)為鉆探施工提供有利保證。

3 結(jié)語(yǔ)

水文地質(zhì)勘察技術(shù)為鉆探施工提供有力的技術(shù)支持，加快了鉆探施工的進(jìn)程，使施工效果顯著增強(qiáng)。對(duì)水文地質(zhì)的勘查，可以確保工程項(xiàng)目的有效展開，通過(guò)水文地質(zhì)勘察技術(shù)不斷對(duì)地下水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，確保鉆探施工的安全性。本文研究水文地質(zhì)的特征，基于物探技術(shù)檢測(cè)對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行分析，但本文沒(méi)有涉及到在鉆探中遇到的問(wèn)題，希望在下次研究中探究鉆探施工中遇見的問(wèn)題，以及提出相應(yīng)的解決措施。