關(guān)保國

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730207）

現(xiàn)在的礦山地質(zhì)勘探工作，對施工質(zhì)量的要求越來越高，對勘探結(jié)果的精度也越來越高。因此，在對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、計算時，必須保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性，為以后的工程建設(shè)工作提供參考?？睖y人員在進(jìn)行作業(yè)時，對所用的鉆探工具要進(jìn)行精確、靈活、熟練地操作，以保證各項測量成果的精確、高效，保證工程后續(xù)作業(yè)的質(zhì)量與效率。

1 地質(zhì)勘查工作結(jié)構(gòu)分析

1.1 深層地質(zhì)找礦

目前，我國的地質(zhì)資源勘探工作大多局限于地下300m～500 m，因此許多礦產(chǎn)資源無法得到有效的勘探和開發(fā)。根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計，目前我國的礦產(chǎn)資源開采速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于礦產(chǎn)資源的消耗率，因此，隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展，整個礦產(chǎn)資源的儲量正在逐步減少[1]。一方面，我國的礦產(chǎn)資源儲量在持續(xù)下降，另一方面，由于我國的地質(zhì)資源沒有得到充分的開發(fā)。因此，要克服目前存在的這種矛盾，開展深部勘探已成為我國地質(zhì)勘探的一個重要課題。隨著我國礦產(chǎn)資源問題日益嚴(yán)重，勘探深度的延伸也日益凸顯，因此應(yīng)加大對地下500m以上的勘探工作，以提高勘探工作的效率。

1.2 地球科學(xué)探測

地質(zhì)資源勘探工作離不開地球信息的支撐，因此，如何獲得地球科學(xué)信息是其工作的重點。利用地球上的土地資料，可以直接獲得有關(guān)的資料。通常都要裝備有專門的地面探測儀器和探測技術(shù)，以便于直觀地觀察和獲得地球各個層的信息。另外，地質(zhì)學(xué)部門還可以利用地球科學(xué)勘探，掌握地球地殼的物理成分和有關(guān)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行全面的歸類和歸納，從而了解地球地?zé)峤Y(jié)構(gòu)，分析地球的地下水資源，獲得有關(guān)資料。

1.3 新能源的開發(fā)

由于我國目前已知的能源儲量在持續(xù)減少，目前各個地質(zhì)科研單位都將重點放在開發(fā)和利用新能源上。目前已開發(fā)出的新能源主要有天然氣、煤層氣、地質(zhì)熱能、干熱巖等。天然氣主要儲存于地下水氣化合物，開采環(huán)境為海洋或陸上的地下冰層。煤層氣是未來一種重要的新能源，但目前國內(nèi)煤層氣開發(fā)仍處在起步階段，很多復(fù)雜的技術(shù)難題尚未得到徹底解決，所以在今后的開發(fā)利用上，仍需進(jìn)行大量的實踐探索[2]。另外，在現(xiàn)階段，熱能是一種新興的能源，是國內(nèi)目前重點發(fā)展的一種新能源。熱能具有數(shù)量大，分布廣，數(shù)量多，開采周期短，投資少的優(yōu)點。最關(guān)鍵的是，它是一種可再生的綠色能源，具有其它資源無法替代的優(yōu)點。在當(dāng)前的地質(zhì)資源勘查工作中，新能源的開發(fā)與勘探關(guān)系到整個國家的資源開發(fā)程度，是當(dāng)前地質(zhì)勘探領(lǐng)域亟待解決的一個重要問題。

2 開展礦山工程地質(zhì)勘查工作的基本要求

礦井工程地質(zhì)勘探是利用技術(shù)手段對要進(jìn)行的地區(qū)進(jìn)行勘探、試驗，對正在進(jìn)行的地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的勘查，以便為今后的采礦工作打下良好的基礎(chǔ)。在開展礦井地質(zhì)調(diào)查時，應(yīng)對勘查地區(qū)的巖土狀況作全面的調(diào)查，同時要對地下水的分布、巖土的實際構(gòu)造進(jìn)行測量，并將所獲得的資料進(jìn)行詳盡的記錄，并對所發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納、總結(jié)、篩選出有效的措施，以保證工程的安全。

開展地質(zhì)勘探工作，對技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求很高，在遇到各種地質(zhì)情況時，能作出正確的判斷和決策。比如，在民用和水利建設(shè)中，采用的測量方法往往是不統(tǒng)一的。在進(jìn)行特殊地質(zhì)勘探時，應(yīng)圍繞工程場地的外形進(jìn)行布孔。另外，要進(jìn)行地質(zhì)和巖性的測試。

3 鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中的實際應(yīng)用

中國幅員遼闊，礦產(chǎn)資源十分豐富，如何將其有效開發(fā)，使其得到最大程度的開發(fā)利用，成為鉆探技術(shù)領(lǐng)域的一個重要課題。目前，鉆探技術(shù)已成為獲取重要油氣資源的主要途徑和方法。下面將介紹一些常用的鉆探技術(shù)[3]。

3.1 繩索取芯技術(shù)的應(yīng)用

繩索取芯技術(shù)的主要用途是，既不需要不斷地提升鉆柱，也不需要取出巖心。這個技術(shù)的應(yīng)用，是在更換鉆頭的過程中。這種繩索取心技術(shù)是目前國內(nèi)較為普遍的一項技術(shù)，使用起來非常方便，而且還可以將巖芯的重量進(jìn)一步降低。該技術(shù)的應(yīng)用使得在不需要鉆很深的地方就可以獲得更高的工作效率。

目前，在鉆探行業(yè)中，采用繩索取心技術(shù)可以有效降低鉆具與巖芯間的摩擦力，從而有效地確保了巖芯的質(zhì)量，從而極大地提高了鉆探效率，延長了鉆探的使用壽命。綜合上述優(yōu)點，在礦產(chǎn)資源勘探、隧道鉆探等方面得到了廣泛的應(yīng)用。該工藝具有高效率、低成本等優(yōu)點，而且不會出現(xiàn)鉆桿的升降問題，在此作業(yè)過程中，工人的勞動強(qiáng)度大為減少，同時對鉆頭的防護(hù)也有很好的效果。

3.2 反循環(huán)鉆探技術(shù)的應(yīng)用

反循環(huán)鉆探技術(shù)有兩大類，即：水力逆流技術(shù)和空氣逆流技術(shù)。從字面上說，這兩個技術(shù)類型的差別是因為它們有不同的循環(huán)媒介，即水（泥漿）和空氣。水力反循環(huán)技術(shù)的主要工作是利用水與泥漿之間的循環(huán)，使井底的巖芯逐漸上升至地表，進(jìn)行取樣。所謂的空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)，就是利用雙壁鉆頭的力量，將空氣注入到管道中，再利用空氣的沖擊力，將氣體壓縮到一定程度，再利用潛孔錘對碎屑進(jìn)行沖擊，從而獲得對地質(zhì)巖石的真正認(rèn)識。兩者各有利弊?？諝饽媪骷夹g(shù)的工作強(qiáng)度較小，作業(yè)環(huán)境也較為適宜于干燥的環(huán)境，且成本低廉。缺點是，所獲得的巖石碎片并不能完全代表所有的樣本，只是部分樣本；而水力反循環(huán)技術(shù)的優(yōu)點是可以對整個巖體進(jìn)行取樣，采集的樣本比較全面，數(shù)據(jù)也比較完整。這種方法具有勞動強(qiáng)度小，但在鉆探作業(yè)中，其工作效率低下，且易產(chǎn)生大量的水資源浪費。從這一點來看，這兩種方法各有利弊，但不管是在什么地質(zhì)條件下，都可以獲得很好的效果。

3.3 液動潛孔錘技術(shù)的應(yīng)用

目前，液動潛孔錘法在我國的應(yīng)用是世界上最先進(jìn)的。它的工作原理是利用清洗液的壓力，對錘頭進(jìn)行進(jìn)一步的驅(qū)動，當(dāng)外部的力量作用在裝置上時，它就會逐漸地向工作面內(nèi)輸送能量，從而使其產(chǎn)生更好的效果。

液動式潛孔錘的傳動原理是用灌洗液進(jìn)行動力輸送，液動錘會隨著鉆探的深度進(jìn)入到鉆探中，再由鉆頭對其進(jìn)行加壓。該技術(shù)在工作頻率較高時，尤其適用于堅硬、易碎的工程地質(zhì)條件。在施工作業(yè)中，尤其要注意的是設(shè)備的牢固程度和液壓錘的實際磨損情況，要有效地減少磨損，就必須從泥漿中進(jìn)行有效的選擇，選用低含沙量的物料。因此，要使液動潛孔錘技術(shù)更加突出，必須加大對其的研究力度，提高其使用壽命。

3.4 組合鉆探技術(shù)的應(yīng)用

組合鉆探技術(shù)是指將逆向循環(huán)鉆探、繩索取心、液壓鉆進(jìn)等技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來。從總體上看，三種鉆探技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和不足。綜合運用三種技術(shù)的優(yōu)點，充分發(fā)揮其綜合作用，將其優(yōu)點充分發(fā)揮出來。采用組合式鉆探技術(shù)，可以更好地適應(yīng)地質(zhì)條件，根據(jù)需要進(jìn)行施工，可以大幅度地降低工人的勞動強(qiáng)度、節(jié)約費用、提高工作效率和節(jié)約能源。

3.5 新型鉆探技術(shù)的應(yīng)用

近年來，隨著時間的推移，開發(fā)出了許多新的鉆探工藝。比如，新研制的節(jié)水鉆探技術(shù)，可以在干旱地區(qū)進(jìn)行鉆探作業(yè)。這項技術(shù)采用了一種特殊的超聲波鉆頭，它可以提高工作效率，節(jié)約大量的時間，有效提高了鉆機(jī)的使用壽命。與常規(guī)鉆探相比，該鉆機(jī)的鉆探速度可相應(yīng)提高20%。這種新的清洗劑可以快速、有效地清除鉆桿中殘留的雜物、污物，為鉆桿設(shè)備提供了良好的清潔和防護(hù)，從而提高了鉆桿的使用壽命。

4 鉆探技術(shù)使用注意事項

在進(jìn)行鉆孔技術(shù)勘探時，必須對當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)進(jìn)行全面的認(rèn)識和掌握，并對其所處的礦體進(jìn)行全面的調(diào)查與分析，掌握其構(gòu)造類型，以便對其進(jìn)行全面的調(diào)查，以便更好地提出更科學(xué)、更合理的建設(shè)方案。在實際應(yīng)用鉆探技術(shù)的過程中，應(yīng)注意以下幾個方面。①在正常情況下，鉆孔深度不得超過10m；②在選定開鑿地點時，要對鉆孔進(jìn)行采樣，并進(jìn)行現(xiàn)場分析和觀測，若當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件較復(fù)雜，則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形進(jìn)行合理的開挖；③對建筑周邊環(huán)境進(jìn)行必要的勘查。在鉆探部位的選取上，要繞過建筑物的外部外形，必須沿水壩周邊的軸線進(jìn)行。

4.1 鉆探方法和設(shè)備的選擇

在選擇鉆探技術(shù)時，要根據(jù)鉆探設(shè)備和鉆探技術(shù)的不同而選用相應(yīng)的鉆探技術(shù)，本文將其分為三類：一是壓入法。采用連續(xù)或間斷壓入法將軟巖分層分開；此法適用于較硬的地層，使用較重的錘頭，以達(dá)到最后的取樣效果；這是最常見的一種，它是利用土體震動，將鉆頭插入土層，然后取樣。鉆探技術(shù)在地質(zhì)勘探中得到了越來越多的應(yīng)用，將來可以將其與實際作業(yè)技術(shù)結(jié)合起來，找到最合適的鉆探技術(shù)。在一般的勘探工作中，可采用的鉆探技術(shù)有很多種，涵蓋的領(lǐng)域也比較廣泛，但要達(dá)到規(guī)劃勘探的目標(biāo)，就必須根據(jù)實際情況，選用合適的鉆探技術(shù)。

4.2 方法選擇的效果

在目前的礦山地質(zhì)勘探工作中，鉆探技術(shù)是最有效的手段，要保證資料的準(zhǔn)確性，就必須保證所獲取的資料的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行鉆探作業(yè)時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件，選擇合適的鉆探方式。如何在地質(zhì)勘查的各個階段應(yīng)用適當(dāng)?shù)你@探技術(shù)，是當(dāng)前各勘探單位和工程人員所關(guān)心的問題。

5 綠色勘查技術(shù)在礦山地質(zhì)鉆探施工中的應(yīng)用案例

5.1 一基多孔井場鉆探結(jié)構(gòu)布置

為降低鉆探作業(yè)對周邊礦山地質(zhì)環(huán)境的干擾，減小其影響范圍，在鉆探作業(yè)中，首先對鉆孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次多孔式的設(shè)計，使井場布局更加緊湊。按井場規(guī)模，一般可設(shè)6～8個不同的鉆孔，若按常規(guī)布局，以60m＊80m為例，其占地面積約為4800m2。但是，由于一種單層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)面積只有常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的四分之一。圖1是一種鉆孔的鉆孔構(gòu)造的簡圖。

圖1 一基多孔井場鉆探結(jié)構(gòu)布置示意圖

圖1中的（a）是真實的鉆探，（b）是一個示范性的井場，（c）是一個虛擬的鉆探，（d）是一個虛擬的井場。采用以上方法進(jìn)行井場鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以進(jìn)一步節(jié)省鉆探場地，減少鉆探對周邊礦井的地質(zhì)環(huán)境影響。同時，由于井場滲漏會對礦井的地下水產(chǎn)生一定的影響，所以在進(jìn)行鉆探施工時，必須在井場上鋪上一層土工布，以解決漏水問題，保護(hù)地下水的正常工作。

5.2 泥漿材料選擇及循環(huán)工藝實施

泥漿物料是礦山地質(zhì)鉆探作業(yè)中的重要污染源，應(yīng)將其與環(huán)保技術(shù)相結(jié)合，以解決泥漿物料對礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的影響。在選用泥漿原料時，應(yīng)選用低毒性物質(zhì)。泥漿物料的配比以蒙脫土為主。在選擇聚合物型泥漿材料時，應(yīng)選用高分子聚合物或共聚物作為主要原料。該產(chǎn)品具有高分子聚合物的優(yōu)點，且無異味、無腐蝕性，對周邊礦區(qū)無污染。另外，可以選擇以瓜爾豆膠為原料的植物果膠，經(jīng)干燥、粉碎、加入適量的水，經(jīng)加壓水解，用20%的酒精沉淀，即可獲得最終的漿料。以上三種泥漿材料均具有較好的環(huán)境保護(hù)作用，而且很容易溶解，而且不會發(fā)生腐蝕、變質(zhì)等問題，可進(jìn)一步改善礦井地質(zhì)鉆探施工的工作性能。另外，以上三種物料還可以回收利用，可以減少廢料的產(chǎn)生。

根據(jù)以上泥漿可循環(huán)特性，利用循環(huán)法進(jìn)行鉆探作業(yè)，可以使鉆探作業(yè)更加綠色、環(huán)保。將泥漿泵注入到鉆機(jī)里面，在不斷的注入泥漿的同時，這些泥漿就會被注入到環(huán)形結(jié)構(gòu)之中，再通過環(huán)形結(jié)構(gòu)回到地面進(jìn)行二次回收，這樣就可以減少泥漿的用量，達(dá)到環(huán)保的目的。

5.3 鉆探設(shè)備選型及運行區(qū)域劃分

在選擇鉆探設(shè)備時，要選擇符合合金工藝的設(shè)備，既能降低鉆機(jī)的整體質(zhì)量，又能保證其強(qiáng)度和剛性。根據(jù)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)該采取模塊化的設(shè)計方法，便于在鉆探作業(yè)中進(jìn)行拆裝。為了保證在同樣的強(qiáng)度和剛性的情況下，鉆具的鉆頭和巖心管應(yīng)該使用薄壁鉆頭和巖心管。在對鉆探設(shè)備作業(yè)區(qū)進(jìn)行分區(qū)時，應(yīng)盡量使工區(qū)和飛機(jī)場更加緊湊合理，同時也要遵循以上所述的鉆具布局思想，使鉆具作業(yè)區(qū)盡量減少，并做好鉆機(jī)作業(yè)區(qū)的消防安全。

從原理上講，鉆具作業(yè)場地的建設(shè)應(yīng)采取人工建造的方法，因為在這一地區(qū)施工的勞動強(qiáng)度很低，為了減少對周邊的地質(zhì)環(huán)境的影響，不宜在工程場地使用大型機(jī)械。同時，在工程建設(shè)結(jié)束后，要根據(jù)作業(yè)范圍開展地面修復(fù)。對于施工中受損的地面，要進(jìn)行草種播種，并用塑料膜覆蓋，以達(dá)到保溫和保水的目的。在進(jìn)行了以上工作后，還應(yīng)與工程前期的地面狀況進(jìn)行比較，以達(dá)到最大限度的不留痕跡，達(dá)到綠色勘查的目的。

5.4 應(yīng)用效果研究

通過以上討論，從三個方面來實現(xiàn)礦山地質(zhì)鉆探施工中的綠色勘探技術(shù)，從而進(jìn)一步檢驗以上優(yōu)化方法在采礦工程中的應(yīng)用。

礦區(qū)處于典型的高原大陸性氣候環(huán)境中，長期處于低溫、干燥的環(huán)境中。在此礦區(qū)，需要進(jìn)行地質(zhì)勘探的地區(qū)是巖漿巖相對發(fā)育、巖層主要為侵入巖的地區(qū)。以前，在這一地區(qū)進(jìn)行鉆探勘探時，作業(yè)量為550 m，其鉆探構(gòu)造一般為500m，方位角25°，傾角75°。根據(jù)以上所述的鉆探布置、泥漿材料的選擇、循環(huán)工藝的實施、鉆探設(shè)備的操作等方面的優(yōu)化，對該礦進(jìn)行了再鉆探作業(yè)。為檢驗該新方法在實踐中具有較高的環(huán)境效益，選取與以前鉆探施工中的各種材料消耗相適應(yīng)的情況，進(jìn)行實測和記錄。選擇YSZ1650-5320型鉆孔深度計，在完成五個井眼的基礎(chǔ)上，將其與以前的鉆探深度作了比較。在此研究中，每一孔的深度都超出了過去的最大鉆孔深度，在同一施工材料的情況下，鉆孔深度愈深，表示單位施工工況下物料消耗量愈小，愈能滿足環(huán)?？辈榈男枨蟆嵺`表明，采用綠色勘探技術(shù)進(jìn)行施工，可以有效地提高鉆探作業(yè)的效率，降低工程對周邊生態(tài)環(huán)境的損害，達(dá)到綠色施工的目的。

6 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行地質(zhì)勘探時，必須采用比較科學(xué)的鉆探技術(shù)，以了解地質(zhì)情況和環(huán)境，以提高勘探工作的可靠性。在當(dāng)前的礦山地質(zhì)勘探中，已廣泛應(yīng)用了以上幾種鉆探技術(shù)。為獲得地質(zhì)工程勘查成果，必須根據(jù)不同的工程地質(zhì)、自然條件，選用最合理的鉆探工藝，以保證施工進(jìn)度和質(zhì)量。