工程地质勘察中地质钻探的应用研究

文／王后红 阜阳市测绘院有限责任公司 安徽阜阳 236000

引言：

在工业技术飞速发展的今天，资源供应与需求矛盾愈发突出。以矿产资源为例，随着矿产资源需求量的增加，如何通过合理技术，提升工程地质，勘探水平，已然成为地质勘察从业者的重点关注问题。作为工程项目设计前沿工作，工程地质勘探人员，只有充分掌握项目实际状况，系统性分析地质情况，才能保障工程项目设计方案切实可行。因此，研究此项课题，具有十分重要的意义。

1.基于工程地质勘察视角常见的地质钻探技术

工程建设期间，高水准的地质勘察作业落实对于其顺利展开有显著的促进效应，而随着钻探技术普及度的日益提高，地质勘察从业者对于相关技术的应用也提出了更为严苛的技术需求。在实际钻探期间，必须充分结合现实状况，以系统性分析落实，充分了解岩层提取率以及夹层采取率等参数后，再依据岩层种类的不同，选择最为适用的钻探技术工艺，以此顺利达到科学调控钻探实效性这一目标。下面，笔者将基于工程地质勘探视角，对常见的地质钻探技术展开分析，望能借助对相关技术的分析，帮助人们明确技术使用要点，为之后更快速地选择适用地质钻探技术提供支持[1]。

1.1 孔锤钻探

孔锤钻探工艺是基于回转钻探，并充分借助冲洗剂驱动功效，顺利将能源传到钻头区域。这种对岩石摩擦钻进的工艺落实，钻孔成本投入上相对较低。需注意为优化具体的技术建设成效，在使用前也要及时对设备加以检查，确保设备都处于紧固状态时，再实现技术操作。只有这样，才能凭借高频振动，确保孔锤工作性能顺利达到预期。

1.2 绳索取芯

绳索取芯工艺钻孔速率较突出。在具体应用绳索取芯工艺期间，不需要借助钻杆，就可顺利取出岩芯。绳索取芯技术主要有岩芯管以及打捞设备这两种中心设备。在具体实践时，相关人员可充分结合施工现状，选择一定施工技术及设备，保障绳索取芯质量更为高质，以保证绳索取芯质量。

1.3 反循环钻探

反循环钻探工艺通常会将空气或水力作为其具体利用介质来完成操作。空气反循环钻探工艺是指将空气压缩，并利用双壁钻杆外管顺利将所压缩的空气传输至钻孔底，再利用空气膨胀功效，及时将孔底前孔锤作用至具体岩石之上，最后，即可利用压缩空气作用力，将盐屑由专业通道送至地表，进而帮助人们取得深层岩屑样本；而水力反循环钻探工艺，则是指将水作为介质来对柱状岩心实现抽取，并借助与空气反循环钻探一样的原理，帮助作业人员获得实际样本。

1.4 大口径钻探

此种正常工艺主要是借助机械或者是破岩刀具来实现岩石破碎操作，与人工挖探作业相比，其机械化水准相对较高，钻进效率快，地质人员能够更为直观地观察到地质现状，并深层次分析某部分地质问题，从而得出更为客观的实际结论。

大口径钻探技术依据破碎功效以及用途的区别，可分为冲击钻进、回转钻进以及冲回钻进三种。在其中，回转钻进的适用匹配度相对较高，在各类别地层中都十分适用。而冲击钻进则只适用于松散地层[2]。

2.工程地质勘察中地质钻探的实践应用

2.1 工程背景

某项目的工程地质勘察集中在矿山采空区域，且整个区域内还分布着几十个采空区域，不仅部分区域出现坍塌问题，而且很多采空区域都属于贯通的状态。此外，随着项目采空区域范围的持续扩大，移动型盆地也逐渐出现在停止扩张之后，即会出现无法估量的裂缝，致使采空区域边界十分显著。

2.2 应用布局

相关作业人员基于此项目区域现实状况，计划采用地质钻探技术来落实具体的实践操作。同时，为优化整体的技术介入成效，在具体展开测试期间，还要求相关测试人员提高自身工作战略部署，严格避免因操作不当而对地层造成破坏。在面对薄度较薄的地层位置区域时，可采用技术套管等手段，凭借一次性成孔的工艺来实现细致探勘。同时，探测期间测线布置也要确保其水平方位与钻孔勘探线保持一致，并有意识在采空区域边界区点点距以及线距二者所产生的距离实现最大化缩小，进而完善测网控制成效。最后，考虑到整体项目区域范围相对较大，为此在具体测试期间，要有意识地把控测点间距，在严格保证点距不超过20 米，间距不超过50米的基站上，科学设置测试点以及测试线数量[3]。

2.3 具体应用

依据实际情况，本工程项目决定采用大口径钻探勘察的工艺手段来实现操作。考虑到钻头的不同，可能会对施工工艺质效产生一定影响。故本工程决定使用牙轮钻头这一器具，来进行碎岩滚动式碾压作业，以保证具体的钻孔环状间隙能够较大，不妨碍后续取芯作业的落实。针对破岩断面这一地质状况，则计划使用动力强度大的钻机，以低转速的运作功率实现运转，以此保障钻机钻进稳定度顺利达到预期。在每一次钻进作业结束之后，为确保后续工作不会受到影响，还要求操作人员及时将钻杆升至初次钻深位置，并及时对工作区岩性实现判断，待钻杆顺利连接至取芯装置后，即可对具体位置实现在线记录。如若此时杠杆突发下降或上升等不稳定状态，则要立即取出岩芯，以免因折断状态的存在，而致使后续工作受到影响。

在钻探施工作业完毕后，也要对获取的数据实现细致化分析，并将野外所采集到的参数数据及时录入到计算机平台之中。凭借点、线、电阻等参数的有机介入，优化电阻率断面图生成质效，以帮助人员快速展开断面图分析，顺利得出工作区域内地质所出现的变化状态。依据具体状态产出结果，如若发现等直线属于均匀分布态势，则表明产生地质变化的可能性相对较小，反之则说明地层岩性变化波动较大，可能在此区内存在诸多不均匀地质体。以本工程为例，基于现实需求，相关人员决定在本区域内布设15 条测线，同时为深化断面图生成效果，还随机选择了某条测线作为具体的编译及分析对象，得出了实际的断面图，具体如图1 所示。

图1 反阻率断面生成图

最后，考虑到在项目区范围内所采用的主要是大口径钻探工艺，为此在施工期间，相关人员则有意识地选用了型号为φ311mm 的硬材质合金钻头来实现钻进，同时，为确保在钻进期间能够顺利应对砂卵石层，相关作业人员还及时更换了具体的钻头，旨在借助坚硬钻头，助力钻进作业顺利展开，优化矿山开采地点实测结果产出质效，最终获得的采空区内矿山开采地点实测结果具体见下表1。

表1 基于采空区视角的矿山开采地点实测结果

3.优化地质钻探技术应用策略

由上文实例可看出，随着地质钻探的深层次介入，项目区具体勘察结果精准度更高，整体作业落实时效性更强，实用性十分显著。因而为进一步优化地质钻探技术介入成效，笔者提出科学落实钻探施工设计、优选钻探设备、强化钻探相关计算以及严格把控钻探质量等相关应用策略，望能借助相关应用技术介入，革新创造出更为合理的勘探体系，为之后高效率满足不同条件下钻探工作需求提供可能。

还没完。那边林白轩也有账跟这小姑娘算：“你由为师一百张画里，认出加入的吴太师父的真迹，也就罢了，女孩儿学画画、弹琴本来就有天分，可是为什么袁安与李离也一认一个准呢？我刚才晚饭时百思不得其解，与你雨鸾师父参详了半天，也没想明白！”

3.1 科学落实钻探施工设计

在落实钻探施工设计布局期间，要有意识将关注重点放在钻孔结构把控以及钻进工艺选取优选两方面，统计分析地质影响因素，并以此为基准，选择更为适宜的钻孔结构和钻进技术[4]。

立足于钻孔结构设计布局视角来看，要全方位对工程实际状况加以考量，通过系统化分析岩石物理性质、覆盖层实体厚度、开孔基层实况、钻孔深度以及钻探设备性能参数，优化选取钻孔结构。为保障钻孔结构形式更适宜项目区实践要求，可优先使用二级成孔结构的手段，对钻孔结构实现细化设计，并深层次探寻钻孔作业期间所存在的相关问题。如若发现钻孔质量偏低或整体的工作效率较预期存在差距，要立即反应，及时更换设计方案。同时，基于实用性视角，还要充分参考施工现场状况，考虑钻孔结构是否需要设置为三级成孔模式，以此深化钻探施工作业质效。最后还要具有择优意识，及时将两种成孔模式的具体施工成效实现有机对比，以此精选出钻探作业效率更高，质量更高的成孔结构，保障钻探施工需求被充分满足。

再立足于钻进工艺布局这一层面来讲，则要充分结合项目工作区地层特征，科学设定钻探方式、钻头以及钻进等具体规格。如在针对地层可允许钻性小于七级的区域，可借助常规型金刚石岩钻探模式来展开具体的钻探作业；如项目区地层多存在零散破碎地层时，则要有意识选取跟管钻探工艺手段，以高效率满足钻探需求；如若面对的是存在显著地面塌陷问题的不良地质时，就要充分发挥协同效应，以跟管钻进和泥浆护壁工艺的有机结合，深化钻进模式质效。

3.2 优选钻探设备

基于时效性的钻探设备优选落实，需将关注重点放在下述几个方面。（1）以钻孔设计深度为基准，科学选择钻具，进而保障钻孔设计深度明显小于钻探深度。（2）基于地层实际条件实现系数科学确定。通常情况下，若项目区地质条件相对较为复杂，需有意识选取细小系数。若项目区实际状况出现一定变化，选取格局也要适时改变，适当启用较大的备用型系数。若项目区位于地层相对稳定的区域，则可选择具体值接近为“1”的系数加以落实。（3）坚持具体问题具体分析原则。如若项目区运输不便，那么在钻孔过程中，则要优先选取附属设备可靠度更强的钻机设备进行工作，从而顺利实现优化钻进效率目标。同时还要充分参照钻进工艺选择最为适宜的钻机，如项目区域地层十分复杂时，则可使用金刚石钻头钻进。如若工程项目区域位于高速公路等车辆过往十分频繁等区域，则在地质钻探期间，要有意识布置浅孔，并选择经济成本较高的给进立轴式钻机。总而言之，在工程地质勘察作业落实期间，要严格依据具体的钻探工艺，选择适宜的钻探设备，凭借因地制宜式设备的介入，最大化激发钻探技术实效性[5]。

3.3 强化钻探相关计算

考虑到在具体落实钻探作业期间，如若调节钻具过程用力过猛或者钻具被施加已明显超过自身能承受荷载量的荷载负荷，那么极易会加大钻具故障问题出现频率，故必须有意识保障钻探操作科学落实，并凭借细致化钻探相关计算预先完成，为工作的针对性展开提供可能。在具体计算期间，要积极对套管柱下放极限深度、水泥固孔等展开计算。

套管柱下放极限深度具体计算公式如下：

式中，F0表示管子车口视角下的危险断面；σT表示管材屈服的极值；q表示每米管子的质量；p表示冲洗密度；pm表示管材密度；d2BP、d2BH分别为丝扣、接头内径；L则属于套管柱的具体长度。

此外，在选用不同类别的钻探工艺期间，为优化整体的技术介入成效，也要充分结合钻探关键技术落实要点以及工艺参数完成计算。如在应用钻探取心工艺，实现工程地质勘探作业时，要提前对岩心采取率加以计算。具体计算公式如下：

3.4 钻探质量严控

想要保障钻探质量顺利达到预期，要积极从钻孔定位、钻孔孔深、钻孔取样以及钻孔记录等多层面入手，凭借细致化作业落实，严格把控钻探质量产出成效。

3.4.1 钻孔定位

立足于钻孔定位视角，相关人员需严格依据工作量表坐标实现孔位确定，并充分借助GPS 等先进技术实现细致化精准定位，待明确具体的定位之后，即可统筹组织落实开钻操作。实操期间，需优化把控水平精度，将测量误差控制在0.1m 左右，高程测量的误差时刻保持在±0.01m 标准。

3.4.2 钻孔孔深

如果在实际钻探期间，受破碎带或软弱夹层等不良地质状况的影响，无法顺利展开钻探落实，相关人员需积极反应，及时保障钻孔深度能够顺利达到有效池底层下方六米左右，并遵循孔深把控原则，保障实际的钻孔深度不会超过设计深度下部区域10cm，进而有效规避钻孔深度检验落实期间，下钻杆测量深度无法顺利达到具体的设计深度需求这一问题。

3.4.3 钻探取样

基于钻孔取药层面看，如若路基地质图属于粘性土或者是粉土，要积极采用取原形样的技术手段实现钻探取样处置，以有机保障取样点间距能够顺利维持在1m 左右；若项目区路基地质土多为碎石土或者是沙土，则要采用取扰动样的工艺方式实现取样处置，保障整体的取样点所隔间距顺利达到预期；若处于高路堤背景，且地质土层多为粉土或者粘性土，则要充分发挥协同效应，采用原状样方式实现钻探取样同时，还要严格控制处于0-10m 深度范围内的各取样点，其所隔间隔维持在1m 左右，至于10m 以下的深度，只需要保证各个取样点间隔距离不超过2.0m 即可。

同时在采用不同种类的钻探技术工艺期间，还要及时对钻探取样的质量，实现针对性系统维护。如在使用绳索取芯工艺展开工程地质勘察期间，如果发现钻探过程出现明显堵塞问题，则可借助打捞工具，实现定位式处置，以此严防钻具和岩芯二者发生大面积的摩擦。同时，钻探期间也要重复多次展开运作，严禁一次性实现钻进过深处置。

3.4.4 钻孔记录

立足于钻孔记录这一层面来看，要切实保障记录内容全面清晰，并凭借对地层层位变动，地下水位，埋深层以及钻进参数实现详细记录的方式，为后续施工细致化检测实现提供可能。在具体记录期间，为保障钻孔记录工作顺畅运行，还要有意识对土层和岩层实现定名，并明确对钻探区域位置、孔口位置实现标注，待所有标注完成之后，即可落实原位测试实验，需注意为优化测试实验成效，在落实灌入实验期间，还要及时对动力触探试验的结果，实现比对分析。如若发现记录存在异常，必须立即反应，进行二次实验。

3.4.5 样品取材、运输和交接

基于样品的取材对接视角，想要优化工作落实质效，还要严格依据钻探取样标准规范流程，实现提取操作，并充分结合搬运防护把控措施，实现标准化样本运输交接。实操期间可凭借土样标签的填写，帮助人们迅速实现存档归档，且在整体的岩土试验采集工作完毕之后，还要快速将具体的岩土试样转交到专业实验室，并依据单项工程试验委托单实现合理试验。

3.4.6 水文观测

立足于水文观测视角，必须确保在钻孔终孔一天内水位稳定性观测落实就能够顺利展开，此外，还要及时对相关的产出内容实现全面记录，以此尽可能为后续施工作业操作提供更为严谨的数据信息支撑。

结语：

综上所述，工程地质勘察作业作为保障工程顺利建设的基础性程序，在具体工作实施期间，相关人员需明确认知钻探技术对其的重要作用，在具体实践阶段，充分结合项目区工程地质勘察条件，选择最为适宜的钻探技术，凭借优化钻探施工设计布局、优选钻探设备、严格把控钻探质量等行为，最大化激发钻探工艺的实效性，以保证工程地质勘察结果可顺利满足预期制定目标。