淺議在工程地質(zhì)鉆探過程中鉆孔找礦的技術(shù)問題

1、<p>　　淺議在工程地質(zhì)鉆探過程中鉆孔找礦的技術(shù)問題</p><p>　　摘要：工程地質(zhì)鉆探中的鉆進(jìn)目的是為了取得巖芯樣品從而獲得巖層的各項(xiàng)力學(xué)、物理、化學(xué)參數(shù)，為地面的建筑設(shè)計(jì)或巖層礦物的鉆探提供依據(jù)。常見的鉆探方法可根據(jù)巖石的破碎方式分為沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)鉆探和振動鉆探等，鉆進(jìn)技術(shù)一般又可分為淺鉆、巖芯鉆和地下鉆等。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：工程地質(zhì)；鉆探；

2、鉆進(jìn)技術(shù)；鉆探應(yīng)用 </p><p>　　Abstract: In the engineering geology drilling in order to obtain core samples to obtain the mechanical, physical, chemical parameters of rock, and provide the basis for the architectural

3、design of ground or rock mineral drilling. Common drilling method can be divided into percussion drilling, rotary drilling, percussive rotary drilling and vibration drilling based on broken rock, drilling technology in g

4、eneral can be divided into shallow drilling, core drilling and underground drilling. </p><p>　　Key words: engineering geology; drilling; drilling technology; drilling application </p><p>　　中圖分類號

5、：U442.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p>　　１、地質(zhì)鉆探技術(shù)設(shè)備現(xiàn)狀 </p><p>　　１．１全液壓動力頭巖芯鉆機(jī) </p><p>　　全液壓動力頭巖芯鉆機(jī)現(xiàn)已成為國外鉆探工程中的主流鉆機(jī)機(jī)型，而且已經(jīng)形成完整的規(guī)模，其具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：液壓動力頭式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、無級調(diào)速模式、長行程的給進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)械化自動化程度高、液壓絞車式提升系統(tǒng)、配套器具齊全

6、、在鉆孔中能做較大范圍角度調(diào)整的桅桿機(jī)構(gòu)等特點(diǎn)。 </p><p>　?。保残滦椭猩羁足@機(jī) </p><p>　　新型中深孔鉆機(jī)多為多功能鉆機(jī)。隨著復(fù)合鉆探技術(shù)的進(jìn)步，即金剛石巖芯鉆探、空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆探、空氣潛行錘取樣鉆探等鉆進(jìn)工藝的廣泛使用，適用該復(fù)合鉆進(jìn)的多功能鉆機(jī)得到了飛速發(fā)展。 </p><p>　?。保匙詣踊?、智能化鉆機(jī) </p>

7、<p>　　自動化、智能化鉆機(jī)在歐美地區(qū)已經(jīng)成熟使用。一些新型的鉆機(jī)系列早已實(shí)現(xiàn)全自動化，如典型適合金剛石鉆進(jìn)的高轉(zhuǎn)速低扭矩鉆機(jī)適用于地表或巷道內(nèi)工作。更有一系列的鉆機(jī)真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)臺單人操作。 </p><p>　?。保磭鴥?nèi)鉆探設(shè)備 </p><p>　　目前，國內(nèi)地質(zhì)鉆探設(shè)備的主力機(jī)型仍為立軸式巖芯鉆機(jī)，同時(shí)，全液壓動力頭巖芯鉆機(jī)正在快速地增長中。而對于深部礦山區(qū)的鉆探工程，

8、國產(chǎn)的坑道鉆機(jī)得到廣泛使用，其也得到了大規(guī)模地發(fā)展。在煤氣層鉆探中所采用的煤層氣鉆機(jī)大多采用水源鉆機(jī)、物探鉆機(jī)或進(jìn)口鉆機(jī)，這也使得國內(nèi)的煤層氣鉆機(jī)能有個(gè)廣闊的市場。 </p><p><b>　　２、地質(zhì)鉆探技術(shù) </b></p><p>　　地下鉆探技術(shù)是向地質(zhì)體鉆孔并破碎孔底巖石的方法及鉆進(jìn)工藝的綜合，在鉆進(jìn)的過程中，原始機(jī)械的方法進(jìn)行巖石的破碎現(xiàn)在仍然被采用。根

9、據(jù)不同的外力的作用方式，可將現(xiàn)鉆探方法分為沖擊式鉆探、回轉(zhuǎn)式鉆探、沖擊回轉(zhuǎn)式鉆探和振動式鉆探 </p><p><b>　　２．１沖擊式鉆探 </b></p><p>　　影響沖擊鉆進(jìn)的速度主要是沖擊頻率、沖擊功、沖擊方式及傳遞三要數(shù)。沖擊頻率對鉆進(jìn)速度的影響根據(jù)沖擊的頻率不同，可將其分為４類：低頻、中頻、高頻和超高頻。沖擊頻率與鉆進(jìn)效率是成正比的，但當(dāng)沖擊頻率達(dá)到某

10、一定值后，這個(gè)比例關(guān)系就不再存在，相反而有所下降。這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)的重復(fù)次數(shù)多，孔內(nèi)的巖屑來不及排出，沉積在鉆頭部位起到一個(gè)緩沖的作用。另外，沖擊頻率大，必然沖擊時(shí)間過短，導(dǎo)致沖擊功對于巖石的作用時(shí)間不夠長，破巖不夠完全而達(dá)不到高效率的體積破碎。沖擊功大小對鉆進(jìn)速度有著最直接的影響。研究表明：在鉆頭直徑固定時(shí)，不同的沖擊功破碎的單位體積巖石所需的沖擊功是不同的，而且數(shù)值相差很大，這就說明了沖擊功在沖擊式鉆進(jìn)中的地位。沖擊方式及傳遞對鉆

11、進(jìn)速度的影響按振動源不同可分為機(jī)械式、氣（液）動式和電磁式３種類型。其中重點(diǎn)介紹機(jī)械式?jīng)_擊鉆，機(jī)械式也稱為機(jī)械慣性式。這種利用凸輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生沖擊力的沖擊方式的最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、振動力大，但同時(shí)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也限制了在水平孔鉆進(jìn)中的應(yīng)用。 </p><p><b>　?。玻不剞D(zhuǎn)式鉆探 </b></p><p>　　回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)是當(dāng)前用的最普通的鉆進(jìn)方法，這是利

12、用鉆具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動破碎巖層而成孔的一種鉆進(jìn)方法。鉆機(jī)分為大、小鍋錐鉆機(jī)，正、反循環(huán)轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)，液壓動力頭式鉆機(jī)，潛孔振動回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)等。相對簡單的回轉(zhuǎn)鉆機(jī)只有簡單的鉆進(jìn)裝置，完善結(jié)構(gòu)的回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)除了具備鉆進(jìn)裝置外還具有循環(huán)洗井裝置?；剞D(zhuǎn)鉆機(jī)中的另一種轉(zhuǎn)盤式水井鉆機(jī)的鉆具包括鉆桿和鉆頭?；剞D(zhuǎn)速度視鉆機(jī)而異，如石油鉆機(jī)在一般情況下最高為１６０ｒ／ｍｉｎ，金剛石鉆機(jī)最高可達(dá)到２４００ｒ／ｍｉｎ。常用的鉆桿的名義直徑有６０、７３、８９和１１４ｍｍ等

13、４種，鉆頭分全面鉆進(jìn)用鉆頭和環(huán)狀鉆進(jìn)用鉆頭２大類。 </p><p>　　大、小鍋錐利用其鍋錐形鉆具旋轉(zhuǎn)切削土層，兩者都可由人力或動力驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)過程中切下的土屑或巖屑掉落到鍋內(nèi)，隨后提升到地面倒出。其結(jié)構(gòu)簡單工效低，只能用于一般的土層或軟質(zhì)巖層地層條件。正、反循環(huán)泥漿洗井轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)由塔架、卷揚(yáng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤、鉆具、泥漿泵、水龍頭和電動機(jī)等組成。作業(yè)時(shí)，動力機(jī)提供的扭矩通過傳動裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)盤，由主動鉆桿帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)破碎巖層

14、。泥漿通過泥漿泵注入鉆桿與孔壁之間的環(huán)形區(qū)域起到潤滑鉆桿和冷卻鉆頭的作用。 </p><p>　?。玻硾_擊回轉(zhuǎn)式鉆探 </p><p>　　沖擊回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)是指用沖擊和回轉(zhuǎn)２種方式同時(shí)破碎巖石的鉆探方式。作業(yè)時(shí)，以鉆桿帶動鉆頭低轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，在軸向鉆頭的壓力下，再利用通過鉆桿中心的液體或氣體產(chǎn)生的沖擊力，以沖擊和回轉(zhuǎn)２種方式破碎巖石，充分發(fā)揮沖擊和回轉(zhuǎn)切削２種作用來形成鉆孔或采取巖芯。這種方法

15、起源于１９世紀(jì)的歐洲，１９５８年才被中國地質(zhì)部所重視而開始研究，２０世紀(jì)７０年代發(fā)展較快。沖擊回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)在于其能大大提高硬質(zhì)層轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)進(jìn)尺長度，降低鉆孔彎曲程度，明顯降低工程成本。沖擊回轉(zhuǎn)鉆探通常采用以下２種沖擊器實(shí)現(xiàn)，一種是利用鉆孔中沖洗液能量驅(qū)動的沖擊器來實(shí)現(xiàn)，稱液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探；另一種則利用壓縮空氣驅(qū)動的風(fēng)動沖擊器實(shí)現(xiàn)，稱氣動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。 </p><p>　　液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探系統(tǒng)是有泥漿泵將沖洗

16、液注入沖擊器驅(qū)動液動錘來產(chǎn)生動力對巖芯管和鉆頭進(jìn)行沖擊，鉆桿則有鉆機(jī)提供扭矩回轉(zhuǎn)并同時(shí)對鉆頭施壓。這種鉆探方法也常與繩索取芯鉆具相結(jié)合，被稱為繩索取芯式液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探。液動沖擊器是沖擊回轉(zhuǎn)鉆探中的關(guān)鍵組成部分。液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆探適用于地質(zhì)巖芯鉆探、工程地質(zhì)鉆探等，而且適合反循環(huán)鉆探和深孔鉆探中。 </p><p><b>　?。玻凑駝邮姐@探 </b></p><p>

17、;　　振動式鉆進(jìn)過程中利用振動器帶動鉆桿和碎巖工具產(chǎn)生周期性振動力。它除利用地表振動器和鉆具對地層產(chǎn)生垂直靜載外，還有鉆具上下振動產(chǎn)生的高頻沖擊振動所產(chǎn)生的動載，對巖層周圍或土層產(chǎn)生振動。在高頻的振動下，巖層或土層的強(qiáng)度下降，巖層和土層在鉆具和振動器自重和振動力的聯(lián)合作用下，使鉆頭鉆進(jìn)巖土層，從而實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)的過程。 </p><p>　　振動鉆進(jìn)常采用機(jī)械式雙輪雙軸振動器，其采用雙軸水平布置外，還可以上下平行布置。

18、這樣布置后不僅可以產(chǎn)生垂直振動，還可以產(chǎn)生橫向振動。此外，還有單軸單輪振動器和單軸雙輪振動器等布置方式。常用的振動器有無簧式和有簧式２類。其中有簧式振動錘由電動機(jī)、振動器、彈簧、沖頭、砧子和接頭組成。其特點(diǎn)是振動其與鉆具分開，這樣既可振動鉆進(jìn)，又可進(jìn)行沖擊振動鉆進(jìn)。 </p><p>　?。场@進(jìn)技術(shù)及其應(yīng)用 </p><p>　?。常便@孔技術(shù)的分類 </p><p&

19、gt;　?。ǎ保\鉆。淺鉆一般用來勘探埋藏深度不深的礦床近地表部分的礦體，當(dāng)涌水量大時(shí)，淺鉆可以代替澆井，其用途與淺井相似。淺鉆的類型有很多，多半是自行安裝在汽車上，機(jī)動性較強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)在于投入費(fèi)用相對較少（經(jīng)濟(jì)）、使用便利（便利）、鉆孔相對較淺（孔淺）、容易搬運(yùn)（易搬），其缺點(diǎn)在于不能在硬質(zhì)巖層地區(qū)進(jìn)行鉆探。 </p><p>　?。ǎ玻r芯鉆。作為一個(gè)用來了解礦體深部地質(zhì)情況的工程手段，巖芯鉆在對礦場進(jìn)行勘探的

20、過程中得到廣泛運(yùn)用。為了了解礦場規(guī)模或礦體向地下深部延伸情況，或者為了尋找并勘探盲礦體等，一般都要用到巖芯鉆，不管是在山區(qū)或者平地，無論有無礦種或者礦場的復(fù)雜程度怎樣，通過觀測在鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)所采取的巖芯及巖粉，可詳細(xì)地研究鉆頭所穿過的巖石以及礦場的地質(zhì)構(gòu)造，同時(shí)計(jì)算礦產(chǎn)的產(chǎn)量。 </p><p>　?。ǎ常┑叵裸@。水平坑道中打進(jìn)的巖芯鉆稱為地下鉆，也叫坑內(nèi)鉆。這種鉆探的工程手段在對許多礦體數(shù)量多、礦體產(chǎn)狀復(fù)雜的

21、礦床進(jìn)行詳細(xì)勘探或生產(chǎn)勘探時(shí)非常有效，同時(shí)其時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性是其他方法無法比擬的。 </p><p>　　３．２鉆進(jìn)技術(shù)應(yīng)用 </p><p>　　在地質(zhì)勘查工作中，利用鉆探設(shè)備向地下鉆進(jìn)形成的直徑較小、深度較大的柱狀圓孔，又稱鉆井?？傮w來講，地質(zhì)礦產(chǎn)埋藏深度和鉆孔用途決定鉆孔的直徑和深度的大小，一般在鉆探石油、天然氣或地下水的鉆井直徑較大些。 </p><p>　　

22、鉆進(jìn)的作用：（１）形成鉆孔，獲得全面的第一手地質(zhì)體資料。這一資料的獲得在于從鉆孔中取得的巖芯、礦芯、巖屑甚至液、氣態(tài)樣品，有時(shí)還需從內(nèi)孔壁補(bǔ)充側(cè)壁上的巖體進(jìn)行分析研究。（２）可形成人工通道供觀測地下水層及水文地質(zhì)動態(tài)之用。（３）作為一種便于觀測并獲取巖礦層各種地球物理信息的通道。（４）一些鉆孔可與采探結(jié)合，用于開采地下水、地?zé)帷⒂蜌赓Y源等。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b>