地质工程钻探技术及工艺探讨

2018-01-30

世界有色金属 2018年12期

（浙江省岩土基础公司，浙江宁波 315000）

地质工程钻探技术是地质工程中基础技术，其主要是利用钻机等设备从地层表面向地层底部进行钻探，同时结合地层位置钻探圆柱形孔道与碳元素衰减测定等技术，可有效确定整体地质形成规律。由于整体地质工程内部结构不够稳定，在实际钻探过程中会受到多种外部因素的影响。因此为了保证地质工程钻探技术的应用效力，对整体钻探技术的应用标准进行进一步分析非常必要。

1 常见地质工程钻探技术

（1）液动潜孔锤钻探技术。液动潜孔锤钻探技术主要是利用冲洗液的方式，为液动潜孔锤提供驱动力。当来自外界的冲洗液冲击液动潜孔锤时，可以利用液动潜孔锤为介质将相应的驱动力传递到钻头，从而进行岩石击破措施。而通过冲击力及回转力的综合运用，可在降低钻孔成本的同时提高整体设备运行效率。

（2）绳索取心技术。绳索取心技术在实际应用中可以在不使用钻杆的情况下进行岩心获取。由于绳索取心技术的便捷高效性，其在实际应用过程中可以通过岩心管或者其他打捞工具的应用，进行地层转进，获得岩心[1]。在实际应用中，若出现钻头更换问题，也可以将反循环钻头技术、绳索取心技术、液动潜孔锤钻探技术进行综合利用，从而进一步提升钻头钻探效率。

2 地质工程钻探技术优化应用

（1）钻孔位置及钻机选择。在钻孔勘探技术应用前应确定整体钻孔位置，主要根据工程实际情况及区域地质信息，可确定钻孔位置为矿井周边。地下建筑工程施工深度随着工程地质勘测规模的拓展而不断增加，以往单一的岩心钻机已无法满足现阶段地质勘测工作的需要。因此在实际钻孔勘测过程中应选择性能更加优良的钻孔设备。根据该工程地质特点，可选择SH30-2型、GJD-2型、XY-100型等几种钻机类型[2]。其中SH30-2型在实际应用中主要采用回转冲击的形式进行原状土样的获得，在松散土层中可以发挥良好的效益；而GJD-2型可以通过回转冲击振动静压的形式进行岩心或者土样的获取，可在第四纪地层中发挥良好的效用；XY-100型主要为柴油机驱动的正循环回转液压转进模式，其整体钻孔深度在100.0m，且开孔直径可在100.0mm以上，终孔直径可在80mm以上，XY-100型钻机可在各种地层中发挥良好的优势。

（2）钻孔结构设计。在钻孔位置确定之后，应对钻孔结构进行合理设置，从而保证整体钻孔勘测工作顺利进行。在实际钻孔结构设置过程中，需要从钻孔终孔深度、钻孔剖面结构等方面进行全面分析。为了有效展现不同深度钻孔口径、套管下放层次，应对该工程矿井深层位置钻孔结构进行具体分析。在整体技术套管下放方案合理设置的基础上，应在上一级设计方案中进行预留空间的设置，保证下一步套管下放作业顺利实施。在整体施工作业中套管机构对整体钻孔质量有极大的影响，因此在套管下放方案设计中应严格依据钻孔机构进行钻孔换径次数、套管下放深度进行合理设置。而在套管结构设置过程中主要是对钻孔终孔直径、开孔直径的进一步确定，结合地层变化对孔壁稳定性及套管下放情况的影响，可结合探测地质设计环节最小终孔口径、穿矿口径等标准为依据，进行钻孔开孔孔径、终孔深度、换径次数等数据的设置。同时在具体的施工作业中，由于钻孔地质变化的不稳定性，可根据实际需求进行适当调整。

在该工程钻孔结构设计过程中，可以预测综合地层柱状图为依据，进行钻孔勘探结构的设置。即在钻孔开孔环节，首先使用直径为152.0mm的硬质铝合金材质的钻头，进行钻探工作。在钻探通过12m厚的覆盖层进入稳定砂岩后，可将直径为148.0mm的孔口管进行下放。由于该工程桩井位置地层主要有三叠、石炭、寒武系、二叠等形式，为了保证整体钻孔过程中孔壁的稳定性，本次钻孔主要采用绳索取心钻孔形式。即首次采用直径为124mm的绳索取心钻探方法钻具，转进深度为650m，随后下入直径为110mm的套管；随后采用直径为98mm的金刚石钻头，以绳索取心的方式转进450m，并进行直径为91mm的套管下放措施；最后采用直径为78mm的绳索取心钻具，转进深度为850m，获得终孔之后采用现场施工泥浆混合物进行后续转进。此外，若整体钻孔钻进区域地质硬度较小或为软土地基时，在钻孔转进作业时应采取适当的泥浆护壁处理。而在套管护壁环节应注意旋入套管过程中，管靴对土层的干扰情况，控制套管底部取样深度，且整体套管直径在开孔直径的三倍以上。

（3）钻孔参数设计。在地质工程钻探技术应用过程中，主要钻孔参数有钻孔压力、钻孔速度、钻头选择、钻孔泵量等因素。其中钻头选择是钻探作业顺利进行的依据，其主要通过对岩石的切削等控制整体钻孔质量。在本次钻孔勘探技术应用过程中主要采用平底孕镶金钢石，在实际应用中金刚石转头的应用，可以在绳索取心过程中实现良好的钻探质量，且平底孕镶金钢石钻头在转进过程中只有外管转动的方式也可以有效避免岩心管振动对整体岩心稳定性的影响；而根据整体工程实际情况，在K2桩钻探过程中主要根据钻头直径选择合理的转进压力，根据整体工程地质情况，整体钻孔结构较为复杂，再加上钻孔环状空间较大且换径频率较多，为了降低钻孔转进事故的发生频率，可控制整体转进过程中转进速度为400r/min；在绳索取心钻孔终孔形成后，需要利用泥浆混合物进行进一步转进处理，这种情况下就需要利用泥浆泵进行转进泥浆的抽取。为了避免岩石碎屑对整体工程的影响，应在钻头润滑冷却的基础上根据钻孔区间直径大小选择合理的泥浆泵量。如在钻孔直径为980mm的钻孔泥浆抽取时应控制泥浆泵量在6100l/min，而在直径为780mm的钻孔抽取环节应控制泥浆泵量在4080l/min。