钻探技术在地质勘察工程中的应用研究

林大强

摘 要：本文主要概述了地质勘察工程的定义和特点，并分析了钻探技术的几种主要技术，主要包括反循环钻探技术、液动潜孔锤技术、绳索取心技术和组合钻探技术等，还探讨了钻探技术在地质勘察领域的应用。

关键词：钻探技术；地质；勘察；应用

我国的幅员辽阔，蕴含的矿产资源相当丰富，但是就目前来讲我国还是社会主义初级阶段，经济还不够发达，跟发达国家比较，还存在较大的差距，在钻探技术上也跟发达国家相差较大。而经济的发展，又决定了矿产需求的增加，所以，我国矿产领域中的钻探技术也得到了很大程度的发展，其装备和工艺技术都有了很大水平的提高，这些因素都促进了地质勘察业的发展。

1 地质勘察工程概述

1.1 地质勘察工程的定义

地质勘察工程就是借助试验、勘探、调查和测绘等方法来调研分析相关的工程，在此基础上获取工程的相关水体、岩体和土体的变化情况、空间分布和力学参数等数据，再通过这些数据来检测和论证本建筑区域的稳定性、环境的演化性和建筑的适应性，以便得到建设性的施工建议。其中，最为常见和普遍采用的便是钻探技术勘探方法，钻探技术能确保一些复杂地层勘察资料的准确性，比方说碎石土、砂土和岩溶等底层，此技术是岩土样品采集和孔内原位测试的重要方法。只有所使用的钻探技术足够的合理和科学，才能获得科学的力学参数，才能确保地层结构分析的准确性，避免发生勘察报告作假的情况，才能从整体上提升工程的整体质量。

1.2 地质勘察工程的特点

（1）在勘探工程钻孔的布置时，布置人员一定要结合施工现场的实际地质条件，详细的分析工程项目的实际特点，比方说，工民建工程在布孔时，必须严格的遵照建筑的轮廓线，而水坝工程在布孔时，则要遵照坝的轴线进行；（2）普遍而言，很多工程的钻孔深度都要控制在一定范围中，最好控制在1O米之内，而且应该选择最便捷的钻探方法和最轻便的钻探设备；（3）钻孔可以获取很多数据信息，通过钻孔我们可以勘察到本区域的水文地质条件、地层的岩性和地质结构等，并且，钻探技术还能协助开展场地的取样、观测和试验活动。

2 钻探技术分析

地质钻探技术即在地下钻孔实现打碎岩石的工艺方法，钻探技术是一种获取和验证地下岩层材料信息、评估矿石的品位和进行储量计算的重要技术手段。钻探目的不同时，钻探工艺与装备也会存在很大的不同，我国在钻探技术方面投入了很多人力和物力，使得相关技术得到了很大的发展。

2.1 反循环钻探技术

普遍来讲，这种钻探技术主要包括两种：空气反循环技术和水力反循环技术，二者之间最大的区别就是循环介质存在差异。水力反循环钻探技术中的介质是水或泥浆，它在循环时把循环介质传输至孔底，取心钻头就可以得到柱状的岩心，之后岩心就会与钻头一起回到地面；而空气反循环钻探技术在循环时是借助空气这种介质，通过双壁钻杆外管的作用，将空气输送至孔底，而空气在剧烈的膨胀后产生了巨大的冲击力，孔底的潜孔锤这时会猛烈的撞击孔底岩石，接着钻杆把空气与一部分岩屑带回地面，我们凭借这些岩屑便可获取所需数据资料。

这两类技术各有优点和缺点，依靠水力反循环钻探技术可以获取更完整的岩块，不必花费较大的劳动强度，能有效确保岩层判断的准确性，但是会消耗较多的水资源，在工作效率和钻进速度上效果都不太显著；而空气反循环钻探技术虽说劳动力强度也不大，所需成本不高，尤其适合运用在缺水干旱区域，但是在这种技术下获取的岩屑样本，典型性不够，不能很好的反映地层结构的缺陷。所以，两种技术各有千秋，在具体使用时，必须结合实际情况加以采用。

2.2 液动潜孔锤技术

国内在液动潜孔锤钻探技术的应用和研究上取得的成果是比较突出的，甚至已经处在了世界的领先地位。它的主要工作原理就是使用冲洗液带动液动潜孔锤工作，一旦遇到外力对液动潜孔锤进行冲打时，液动潜孔锤就会把这部分能量传递给钻头，使得钻头能有效的击破岩石，施工现场的泥浆泵是冲洗液输送的最佳工具，钻头在反复运动中能产生极富规律的冲击负荷。回转钻探技术在冲击力和回转力的作用下，液动潜孔锤钻探技术有效提升了设备的钻进效率，也节约了打孔成本。再者，液动潜孔锤钻探技术可以充分利用坚硬岩石的较大脆性和抗剪强度低的特点，能有效解决钻探复杂地位，且能有效确保钻孔的质量。

因为液动潜孔锤钻探技术都是处于高频作业中，所以，此技术比较适合用在岩质坚硬和脆性较大的地质结构中，在实际的施工操作中一定要重视设备的紧固问题，确保液压的泥浆质量。在选择液压泥浆时，要选择润滑性能好、含沙量低并且粘稠度也较低的原料。因为此技术是处在高强度的工作条件下，所以无法确保使用寿命和工作状态，我们应该尽量延长潜孔锤的使用寿命，并且提升潜孔锤的工作效率。

2.3 绳索取心技术

绳索取心技术在获取岩心的过程中，是不需要使用钻杆的，只有不得不更换钻头时或是钻头存在质量问题时，才会使用钻杆。这种技术的核心工具应是发生堵塞问题时用来打捞的工具以及装满了岩矿心的岩心管，在提取岩心时，并不需要提升钻杆柱的。由于这种技术的便捷性和适应性，其应用的范围是十分广泛的，同时这种技术也能够保证取心的质量，并且钻进的深度也较低，这就大大的提升的设备钻进的效率，在作业时如果出现了阻塞的问题，由于打捞工具的存在，钻杆工具与矿心就可以避免出现摩擦，从而保证了取心的效率。采用绳索取心技术时，由于不需要经常提升钻杆，升降的频次也很少，所以作业人员的劳动强度是很低的，钻头的使用寿命也得到了提升。在我国的很多领域中，比如钻探地热、钻探坑道、钻探冰层、钻探天然气以及钻探固体矿产等领域，都可以看到绳索取心技术的应用。

2.4 组合钻探工艺

此方法就是与绳索取心技术及反循环取样、取心技术结合在一起，从而得到了这样一个综合的钻探工艺，吸取了各个钻探工艺的优点。组合钻探工艺结合了三种钻探技术的优点，能够根据地质的钻探要求和地层情况提高钻探效率，大大降低了劳动力和成本。

2.5 其他钻探技术

除了上述的几种主要技术，还有一些新材料和新工艺。新型节水钻探技术尤其适合用在干旱地区，在研发新钻头方面，是用超声波技术来制作金刚石钻头的，这样也就提高了生产效率，增加了钻头使用寿命，而且和普通的钻头相比，钻进的速度提高20%。随着新型冲洗液的研发，这也就解决了冲洗液在钻杆内部产生污垢的问题， 同时也很好地保护了钻具，增加了钻具的使用时间。现在新型泥浆体系和泥浆材料也广泛地用在了水源和地质钻探等一些领域。

3 钻探技术在地质勘察领域的应用

钻探技术在地质勘察中运用十分广泛，很多建筑物和勘察阶段都会使用到，不同钻探方法具有不同的优缺点，各种方法会受到自然条件的不同影响，在钻深度和钻孔目的上都有着综合的要求，对钻进方法与结构等方面的特殊要求，钻进方法也不同，努力保证岩心获取效率，地下水文勘察中要保证钻孔结构含水层位置和相关的要求，而土层的钻进要以干钻为主，尽量缩短钻程在地质钻探时，要选择好取土器和取土的方法，一般取土方法有压入法和击入法等，根据不同取土方法进行钻探方法的选择，而在工程地质勘察中钻探技术不仅要选择好钻探的方法、选择好取土器和取土方法，还要注意到钻孔类型。

参考文献：

[1]冉恒谦，张金昌，谢文卫.地质钻探技术与应用研究[J].地質学报.2011（11）.

[2]高富丽，刘跃进，张伟.我国地质钻探技术装备现状分析及发展建议[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2009（1）.

[3]"中国地质调查局深部地质钻探技术培训交流会"在安徽黄山举办[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2010（7）.