史鵬月 申彥蕭

河北省水文工程地質(zhì)勘查院（河北省遙感中心） 河北 石家莊 050000

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)中，由于人民生活質(zhì)量的提高，對(duì)各類能源的需求越來(lái)越大。然而，因?yàn)榈孛婧蜏\層的礦物資源開采變得更加困難，所以為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)礦物資源的需要，有關(guān)部門也開始重視利用地質(zhì)勘探和深部地質(zhì)鉆探找礦技術(shù)來(lái)尋找深部的礦物資源。因此，對(duì)深層鉆井與勘探工藝進(jìn)行全面的剖析，對(duì)于地質(zhì)工作中深層鉆井與勘探工作的成功進(jìn)行具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)工程勘察的概述

“地質(zhì)工程勘查”是指利用儀器或其它方法，對(duì)相關(guān)的地質(zhì)情況進(jìn)行的測(cè)繪、測(cè)量和分析。通過(guò)地質(zhì)勘探，就可以比較精確的分辨出所探查區(qū)域的地質(zhì)情況、水源情況和土質(zhì)情況，并可以對(duì)這些環(huán)境信息的參數(shù)及地理變化進(jìn)行記錄。在地質(zhì)勘探過(guò)程中，能夠?yàn)楹罄m(xù)工作的進(jìn)行提供很好的保證，同時(shí)，所采集到的資料也能夠?yàn)槠渌嘘P(guān)研究部門提供資料。在地質(zhì)工程勘查中，鉆井技術(shù)以其高科技含量和不可替代的作用，為勘查工作提供了比較完整的技術(shù)支撐。同時(shí)，在鉆井的同時(shí)，還能對(duì)巖層及其它樣品進(jìn)行取樣，從而為工程地質(zhì)勘查提供了樣品及準(zhǔn)確的資料[1]。

2 鉆探技術(shù)概述

2.1 鉆探技術(shù)的具體分析和應(yīng)用環(huán)境

在選擇鉆孔地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件及項(xiàng)目需要。施工技術(shù)人員在進(jìn)行實(shí)際勘查時(shí)，除了要結(jié)合勘察現(xiàn)場(chǎng)的土壤地質(zhì)情況確定鉆井的布置位置之外，還要結(jié)合施工項(xiàng)目的特點(diǎn)及使用情況，例如：我們居住的居民樓和其它使用的建筑都要按照施工現(xiàn)場(chǎng)的劃分輪廓線來(lái)確定鉆井的方位，而大壩等工程都要以豎直的軸線為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行鉆井的方位設(shè)計(jì)，圖1為鉆探流程。

圖1 鉆探流程

采用簡(jiǎn)單的鉆孔工藝進(jìn)行地質(zhì)勘察工作。在實(shí)際的勘查工作中，為保證鉆井作業(yè)的高效性，可以采用簡(jiǎn)化的鉆井方法進(jìn)行工程地質(zhì)勘查。在一些特殊情況下，例如：大型的水利水電項(xiàng)目，采用深度挖掘技術(shù)來(lái)進(jìn)行隧道的施工，此外，通常的地質(zhì)勘探測(cè)試只需要深入十余米，所以，有些比較輕、比較簡(jiǎn)單的鉆井方式也可以起到勘探的效果。

鉆井工藝的選用。因?yàn)殂@探技術(shù)在地質(zhì)工程勘查中的應(yīng)用很廣，例如，鉆孔可以提供技術(shù)操作人員對(duì)地質(zhì)情況和水源水質(zhì)的判斷，并且可以提供長(zhǎng)期觀察地質(zhì)情況和樣品采集的參考。因此，在進(jìn)行勘查的時(shí)候，工作人員要按照具體的條件和目的，來(lái)對(duì)鉆井的形式和構(gòu)造進(jìn)行合理的選擇，從而達(dá)到對(duì)各種勘察需要資料數(shù)據(jù)的搜集和調(diào)查的目的[2]。

2.2 鉆探技術(shù)的具體方式和應(yīng)用

在面臨不同的勘探需求時(shí)，也會(huì)采用不同的鉆探工具和技術(shù)方法，在當(dāng)前階段，我國(guó)政府十分注重地質(zhì)鉆探技術(shù)，建立了一個(gè)特別的實(shí)驗(yàn)室，對(duì)有關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，到現(xiàn)在為止，研究人員所取得的結(jié)果有：可循環(huán)鉆探技術(shù)、繩索取芯技術(shù)、定向鉆進(jìn)技術(shù)、液動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)技術(shù)以及極具創(chuàng)新的節(jié)約型鉆探技術(shù)。

3 鉆探技術(shù)在地質(zhì)工程勘察中存在的不足及解析

鉆井工藝裝備落后，智能化程度不高。雖然在我國(guó)，地質(zhì)工程勘察應(yīng)用歷史悠久，但在實(shí)際操作過(guò)程中，我們的勘探及鉆井設(shè)備仍然多采用落后的設(shè)施，除此之外，一些建設(shè)單位雖然對(duì)落后的設(shè)施進(jìn)行了改造，但整體上存在著智能化程度不高、設(shè)備落后等問(wèn)題。一般情況下，老式機(jī)械都很笨重，不方便使用和搬運(yùn)，導(dǎo)致鉆井的總體效果很差。

鉆井設(shè)備功能單一化。綜上所述，我們可以看出，地質(zhì)勘查工作的設(shè)施比較陳舊，這也就是說(shuō)，在進(jìn)行工作的時(shí)候，它的功能單一、適應(yīng)性差，一種設(shè)備只被用于應(yīng)用勘探工作中的一個(gè)方面，從而導(dǎo)致了某種程度的資源浪費(fèi)。

施工人員在作業(yè)中沒(méi)有按照作業(yè)規(guī)程進(jìn)行操作。我國(guó)常用的鉆井裝備，因?yàn)槠渲悄艹潭炔桓?，沒(méi)有或者缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，所以在具體的運(yùn)作中，無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的運(yùn)作，主要是依靠操作者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作，從而產(chǎn)生了一些誤差。此外，目前用于觀察的儀器設(shè)備，其性能指標(biāo)、設(shè)定的距離等都相對(duì)落后，不能滿足目前復(fù)雜多變的調(diào)查需要[3]。

4 地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)的方法及應(yīng)用

4.1 反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探技術(shù)

反循環(huán)式連續(xù)取樣鉆井技術(shù)是一種在深層勘探中應(yīng)用的新型鉆井技術(shù)，其工作機(jī)理是通過(guò)自身的循環(huán)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的加壓，并通過(guò)雙墻式鉆柱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石持續(xù)破碎與整體破碎的緩沖。盡管反循環(huán)式連續(xù)取樣鉆井技術(shù)可以節(jié)約工程造價(jià)，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)施工工期較長(zhǎng)等問(wèn)題，其關(guān)鍵在于反循環(huán)式連續(xù)取樣鉆井所形成的地層碎石需要與雙層井筒相匹配。隨著時(shí)間的推移，相關(guān)人員應(yīng)該對(duì)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)自己的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提倡與自己的國(guó)家和地區(qū)相適應(yīng)的技術(shù)[4]。

4.2 受控定向鉆探技術(shù)

與其它鉆井技術(shù)相比，可控定向鉆井技術(shù)的最大特征在于，它可以通過(guò)對(duì)鉆井軌道的主動(dòng)控制，使鉆頭可以沿著預(yù)先設(shè)定的曲線，順利地靠近到目的對(duì)象（區(qū)域），從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)深層礦產(chǎn)資源的高精度勘查，并有效地解決井眼偏斜和陡斜礦體的勘查難題，圖2為鉆探鉆頭。利用這一鉆探技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)一主多支的羽狀或傘狀鉆井，從而可以降低鉆探工作量，節(jié)省深度地質(zhì)找礦的投資，縮短勘探時(shí)間，提高深度地質(zhì)找礦的精度。此外，因?yàn)槭芸囟ㄐ糟@探技術(shù)可以自主地設(shè)定某些軌道曲線，基于此可以順利地避開障礙物，還可以有效地防止發(fā)生鉆井偏斜問(wèn)題，保證鉆井可以按照期望的要求，精確地抵達(dá)鉆探目標(biāo)落點(diǎn)，同時(shí)還可以降低不必要的能量損耗和鉆材消耗，達(dá)到復(fù)雜軌道鉆井的特殊目的[5]。

圖2 鉆探鉆頭

4.3 地質(zhì)鉆探技術(shù)

在地質(zhì)勘查中，通常采用沖擊鉆井、旋轉(zhuǎn)鉆井和振動(dòng)鉆井等方法。以前的鉆井技術(shù)所采用的鉆孔技術(shù)太過(guò)簡(jiǎn)陋，對(duì)裝備的需求不高，盡管施工容易，但其應(yīng)用的鉆孔深度、鉆孔的寬度都比較窄，具有很大的局限性。隨著鉆井工藝的革新和進(jìn)步，鉆井工藝逐步向全液壓驅(qū)動(dòng)、儀表控制、勘探測(cè)試一體化方向發(fā)展。循環(huán)式巖心鉆孔技術(shù)是指在鉆孔時(shí)對(duì)巖屑進(jìn)行加壓，使得巖屑在氣體的壓力下由巖屑向?qū)Ч軆?nèi)輸送，從而實(shí)現(xiàn)巖屑的快速采集。不過(guò)這種方式因?yàn)橐笫褂脤Ｓ玫膲Ρ谏系你@頭，所以并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。目前較為常用的高效定向鉆探技術(shù)，無(wú)論在探測(cè)的深度還是探測(cè)的準(zhǔn)確性上，都要比常規(guī)鉆探技術(shù)優(yōu)越。在深部地質(zhì)鉆井勘探中，因鉆柱操作不方便，可以利用繩索取芯技術(shù)，根據(jù)鉆井深度調(diào)整提升或下降頻率，利用儀器填充和取出巖芯，既便于施工，又減少了鉆頭磨損。在鉆井時(shí)，如果發(fā)生了阻塞，可以利用工具將其取出，以減少巖心和鉆頭之間的摩擦力的影響，從而導(dǎo)致巖心的取心品質(zhì)下降[6]。

4.4 金剛石繩索取芯技術(shù)

金剛石繩索巖心提取技術(shù)，是充分發(fā)揮了金剛石巖石硬度高、巖心硬度高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了深層鉆進(jìn)尋找礦產(chǎn)資源的有效方法。相對(duì)于普通的鉆井技術(shù)而言，由于金剛石的高密度與高硬度，使得其鉆井的深度可以更深，所以被廣泛用于深部地質(zhì)勘探。在這種技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)中，使用了一種特殊的材料來(lái)制造繩索，這樣就可以更好的對(duì)金剛石的方向進(jìn)行控制，而且因?yàn)閳?jiān)固的金剛石和這種特殊材料的繩索取芯可以被很好的結(jié)合起來(lái)，所以可以得到更好的碎石效果，而且不需要提鉆，工作效率更高，還可以有效的減少鉆探的費(fèi)用，所以很適用于在深部地質(zhì)鉆探中。

4.5 其他工藝技術(shù)

筆者在本文中所分析的地質(zhì)勘探鉆探技術(shù)屬于目前勘探市場(chǎng)上比較主流的技術(shù)，除了以上幾種較為成熟的鉆探技術(shù)工藝之外，還有以新理論、新材料、新發(fā)展要求為基礎(chǔ)，初步開發(fā)出來(lái)的，但是其應(yīng)用實(shí)踐還不夠成熟的新技術(shù)。比如，新型節(jié)水鉆探技術(shù)就是專為干旱地區(qū)或者地質(zhì)深部有水的地區(qū)而開發(fā)的一種新型技術(shù)，其采用的是新型節(jié)水理念，符合新時(shí)代可持續(xù)發(fā)展的要求，能夠有效地解決水資源匱乏的問(wèn)題，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最主要的是可以避免環(huán)境污染?，F(xiàn)在，各個(gè)國(guó)家都在大力發(fā)展新的鉆探工藝技術(shù)，而最新的研究結(jié)果，就是在鉆頭表面涂上一層薄薄的金屬涂層，這就是所謂的金剛石鉆頭。不僅可以提高鉆削的效率，延長(zhǎng)鉆削的壽命，還可以加快鉆削的速度。

5 地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)方法及應(yīng)用改進(jìn)策略

5.1 規(guī)范鉆探技術(shù)的操作流程

在地質(zhì)工程勘查中，鉆探技術(shù)作為重要的技術(shù)手段，其操作流程規(guī)范與否，直接影響著地質(zhì)工程勘查質(zhì)量，圖3為鉆探機(jī)器。因此，在實(shí)際鉆探過(guò)程中，要嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作規(guī)范開展鉆探工作，以確保鉆探技術(shù)的科學(xué)性、合理性。工作人員要規(guī)范設(shè)計(jì)和施工方案。在進(jìn)行鉆探之前，要對(duì)所要進(jìn)行鉆探的區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境勘查，并結(jié)合地質(zhì)勘查的實(shí)際情況來(lái)制定相應(yīng)的鉆探技術(shù)方案。方案中不僅要考慮到工程項(xiàng)目所需要的各種地質(zhì)條件、鉆進(jìn)速度以及鉆頭類型等因素，還要考慮到所選擇的鉆孔位置是否滿足工程實(shí)際要求。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)全面分析工程項(xiàng)目施工區(qū)域的地形、地質(zhì)條件等因素，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]。

圖3 鉆探機(jī)器

5.2 制定完善的鉆探技術(shù)制度

要想保證地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)的應(yīng)用效果，就必須要制定完善的鉆探技術(shù)制度，這一制度是保證鉆探技術(shù)能夠順利應(yīng)用的基礎(chǔ)，只有這樣才能夠避免因鉆探技術(shù)應(yīng)用不當(dāng)而影響到勘查工作的開展。在制定完善的鉆探技術(shù)制度時(shí)，需要根據(jù)地質(zhì)工程勘查中鉆孔布置方案，按照相關(guān)要求確定好鉆孔位置，并對(duì)鉆孔深度、直徑以及孔徑進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。在鉆孔過(guò)程中，要按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，確保施工人員按照規(guī)定執(zhí)行。在鉆進(jìn)過(guò)程中，需要加強(qiáng)對(duì)鉆具的檢查工作，并對(duì)鉆具的使用情況進(jìn)行檢查，只有這樣才能夠提高鉆探作業(yè)效率，促進(jìn)鉆探技術(shù)的應(yīng)用效果[8]。

5.3 提高鉆探技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)

隨著地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)方法的不斷發(fā)展和進(jìn)步，相應(yīng)的鉆探技術(shù)人員也需要具備較高的專業(yè)素養(yǎng)，因此，地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)人員需要具備較高的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。在地質(zhì)工程勘查中，地質(zhì)工作人員需要對(duì)相關(guān)的法律法規(guī)進(jìn)行認(rèn)真地學(xué)習(xí)和研究，并將其應(yīng)用到實(shí)際工作中。同時(shí)，地質(zhì)工程勘查中鉆探技術(shù)人員還需要掌握相應(yīng)的技能知識(shí)，這樣才能有效地提高工作效率和質(zhì)量，為地質(zhì)工程勘查工作提供有效地支持。

5.4 加大鉆探技術(shù)研發(fā)力度，增加資金投入

從當(dāng)前地質(zhì)工程勘查鉆探技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，還存在一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響著我國(guó)地質(zhì)工程勘查行業(yè)的發(fā)展，為此，應(yīng)該加大地質(zhì)工程勘查鉆探技術(shù)的研發(fā)力度，增加資金投入，解決鉆探技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題。一方面，可以從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的鉆探設(shè)備和鉆探技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)工程勘查行業(yè)的發(fā)展。另一方面，可以結(jié)合我國(guó)具體的地質(zhì)環(huán)境和施工要求，對(duì)不同類型的地質(zhì)進(jìn)行勘查分析，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的鉆探設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行施工。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，在產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，能源問(wèn)題也日益凸顯。隨著對(duì)礦產(chǎn)資源的日益迫切的需要，越來(lái)越多的學(xué)者開始將目光投向了地下勘探和深層鉆井技術(shù)。隨著深層礦物資源的開采，鉆井與尋找變得越來(lái)越困難，文章對(duì)深層礦物勘探與常規(guī)鉆井與尋找礦物學(xué)的技術(shù)特征進(jìn)行了探討，以便于有關(guān)部門對(duì)礦床的有利部位進(jìn)行鑒別。