地质工程勘察中钻探技术的方法及应用实践

周力涛

（贵州地质工程勘察设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550001）

在地质工程勘察中，钻探技术已经被广泛应用了很多年，钻探技术的原理是使用钻机在所要勘察的地域，对地质层进行钻探，形成圆柱形的钻孔，在使用相关设备及技术，使三者有效结合，实现对地质构造及其他数据信息的有效采集，钻探技术在整个地质工程勘察中为采集地质情况的资料提供了理论基础。所以，相关部门必须明白钻探技术在地质工程勘察中方法及应用实践对提高地质勘察工作的重要性，并有效完善及创新钻探技术，进而提高地质勘察工作的工作质量及工作效率。

1 钻探技术在地质工程勘察中的有效应用分

通过钻孔方式将矿石击碎以达到深部钻探的目的，实施地质钻可得到不同地层下矿石品位信息、岩层材料信息及矿物储量信息等等[1]。在相关部门接收到不同类型的地质工程勘察需求时，就需要针对具体需求具体分析，按照实际的地质工程勘察情况来选择科学适宜的钻探工具及技术手段。现阶段，我国提高了对地质钻探技术的重视程度，专门成立了实验室来研究钻探技术相关的内容，目前的研究成果为：液动潜孔锤钻探技术、反循环钻探技术、绳索取芯技术、定向钻进技术常应用于地质工程勘察工作中。这些技术的应用对地质工程勘察具有重要的意义，有效提高了地质工程勘察工作的工作水平及工作质量。

2 地质工程勘察中钻探技术的方法及应用实践

2.1 反循环钻探技术

反循环钻探技术是地质工程勘察中钻探技术的一种，通过其利用的介质可大致分为两类，一是以水力作为介质；另一种是以空气作为介质。其中水力反循环钻探技术较优于空气反循环钻探技术，水力反循环钻探技术是将水或者泥浆作为介质来抽取柱状的岩芯，能够十分完善和精准地测量地质结构成分，并且耗费的人力及物力较低，十分适用于在地质工程勘察中的取样工程和水文水井、复杂锚固施工、松软塌陷的地表层及注浆工程地质等工程；空气反循环钻探技术与水力反循环钻探技术不同，它是将空气进行压缩[2]，利用双壁钻杆外管将压缩的空气输送到钻孔底层，在利用空气的膨胀作用力将孔底的潜孔锤作用到岩石上，然后利用压缩的空气作用后可以将岩屑借助钻杆中心的通道再输送至地面表层，实际上与水力反循环钻探技术的原理相同，这样都可以便利的得到岩屑样本，有效开展其属性的实验研究工作。

图1 水力反循环钻探技术

2.2 液动潜孔锤钻进技术

冲洗液是地质钻探的“血液”，关系到钻探作业的质量和成败，与钻孔安全息息相关。随着深部地质钻探、复杂地层钻探、新矿种钻探作业的增多，这一认识已经成为行业内的基本共识之一。因此近年来，地质钻探用冲洗液性能、质量和固相控制(净化)工作逐步得到强化，有利支撑了液动冲击回转钻进技术推广应用。据此新的标准对钻探冲洗液的选用方面的规定亦趋于简化。

应根据地层情况确定冲洗液性能参数，确保冲洗液的润滑和流变特性良好；

需提高冲洗液密度时，可加入重晶石、石灰石粉等，其粒度应为200目以细；不得选用含有固体润滑球、喷射钻砂粒、堵漏剂等颗粒状惰性材料的冲洗液；孔内返回的冲洗液应进行净化处理。应根据施工现场条件选择配备振动筛、旋流除砂器、离心机等净化冲洗液设备；可在冲洗液中加入絮凝剂(如部分水解聚丙烯酰胺)，使固相颗粒聚结沉淀，使冲洗液净化。利用絮凝剂净化冲洗液时，应按要求设置完善的沉淀系统，并及时捞取沉淀物；泥浆池、沉淀池上应有遮雨设施，避免雨水流人；防止冲洗场地的水、棉纱、树枝等异物流人池中。

实施地质工程勘察工作过程中我们发现液动潜孔锤钻探技术使用范围更广，在世界其他地区也有较高的应用频率。液动潜孔锤钻探技术能够实施需要以回转钻探为基础，对回转钻探技术进行优化，同时在钻探设备中注入适量的冲洗液，液动潜孔锤在设备运行驱动下，锤体接收能量传输给钻头，对矿石进行钻进。钻探中所使用冲洗液主要是由现场施工使用泥浆提供，钻头钻进钻出过程中对岩石产生节奏性的冲击[3]。液动潜孔锤钻探技术通过完善并不断优化钻机钻数，在外力作用下形成较强的回转力，岩石爆破工作得以顺利完成，在提升地质钻探效率的同时也降低了钻进施工的成本。除此之外，地质工程勘察工作进行中根据岩体的抗剪度和脆性特征，有效利用液动潜孔锤技术，如遇到地质复杂情况则需要改变钻探策略，需重点关注的是在使用液动潜孔锤钻探技术进行地质工程勘察的过程中，为解决高频振动的问题，相关操作人员需要紧固液动潜孔锤钻探技术的钻探设计。为了防止液动锤出现磨损严重情况，提升地质钻探速率，钻探设备运行要配合冲洗液，液压泥浆有一定的粘稠度，另外还要控制冲洗液内砂含量，使其具备良好的润滑功能。最后，液动潜孔锤钻探技术还被应用于一些口径较小的岩芯钻探工程，在水下爆破及锚固施工方面。现阶段，我国在对液动潜孔锤钻探技术进行分析和研究的过程中，又在其原有应用功能的基础上，拓展到了高强度环境和增加潜孔锤性方面，使其物尽其用[4]。

2.3 绳索取芯技术

在我国的地质钻探技术中，绳索取芯技术的主要特点是在不适用钻杆升降的基础上，将岩体的岩芯便捷取出，大多被应用于坑道、冰层、石油天然气及固体矿产等方面。一般情况下，只有在钻机的钻头出现问题时才会使用钻杆，在进行地质工程勘察钻探的过程中[5]，利用岩芯管填满岩矿芯，不用将钻孔中的钻杆带到地表上来，再利用绳索取芯技术设备上中的专用绳索打捞其岩芯管。应用绳索取芯技术，能够获得更多的钻进时间，在很大程度上提升了钻探效率，另外，绳索取芯技术是现阶段地质工程勘察中经常使用到的地质钻探技术，利用绳索取芯技术能够提高取芯的效率和质量，并在钻探工作过程中遇见阻塞问题进行实时处理和解决，有效减小了钻杆与矿芯之间因为主客观因素造成阻碍而到来的磨损情况[6]。最后，绳索取芯技术的技术特征增强了其钻头的使用年限，对改善了相关操作人员的工作时间和工作强度。

图2 地质钻探中钻孔结构图

2.4 创新节约型钻探技术

在我国的地质钻探技术中，除上文提到的三种主流地质工程勘察钻探技术之外，伴随着我国经济的发展及科学技术的进步，也随着出现了许多创新节约型钻探技术，其利用新材料、新工艺，能够实现在特殊地质条件下的使用，弥补了传统地质钻探技术的不足和空缺[7]。例如：节水钻探技术，这种钻探技术主要应用于干旱地区的地质工程勘察工作。或者为有效钻探的质量和效率，相关研究人员利用超声笔技术来制作金刚石的钻机钻头，有效提高了其使用年限，也提高了地质工程勘察工作的转进速率[8]。

综上所述，在地质工程勘察中，钻探技术的方法及应用实践具有十分重要的意义，也是一个十分复杂和系统的工艺体系，这就要求相关技术人员在实际的地质工程勘察中，结合不同类型的地质条件来选择适宜的钻探技术，这才能有效提升地质工程勘察工作的工作质量及工作效率，降低操作人员的工作难度，获取更丰富的矿物资源信息，为日后开展其他地质工程勘察工作打下良好基础。另外，相关技术人员和操作人员也要具备与时俱进的思维，提升自身的职业技能水平，有效落实地质工程勘察工作，为我国在钻探技术领域提供更广阔的发展空间。