礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀及技術(shù)探討

李愛萍，吳祥生，張鵬宇

（山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

地質(zhì)勘探工作一直是我國礦業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，而水文地質(zhì)勘探工作是地質(zhì)勘探工作中的主要構(gòu)成部分。通過對其進行后續(xù)的抽水試驗，可以進一步確定水文地質(zhì)參數(shù)和水質(zhì)狀況參數(shù)，同時對于流動地下水層可以進行實時動態(tài)掌握。研究礦井水文地質(zhì)鉆探技術(shù)可以有效促進水文地質(zhì)鉆探技術(shù)的不斷升級，也是確保礦業(yè)開發(fā)工作長久高效的重要條件[1]。

1 礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀

1.1 礦井水文主體來源

礦井水文的主要來源為地表水、斷層水以及地下水。礦井地表水主要是指環(huán)境內(nèi)的自然氣象降水、周圍的江河湖海所流入的水脈以及周圍植被根部的生物水等。不過因為絕大多數(shù)礦產(chǎn)資源埋藏深度較高，所以地表水雖然是礦井水源的來源之一，但是所占比例并不突出，對周圍水文環(huán)境和地質(zhì)鉆探工作影響也較小。斷層水主要是指存在于地質(zhì)斷層中的地下水，其流量方向和儲量大小直接關(guān)系到地下水的整體排泄和淤流方向，是水文鉆探的重點因素之一，對礦井開采和周圍水文環(huán)境具有重要影響，在礦井建設(shè)前必須對礦井范圍內(nèi)的斷層水分布進行專門分析排查。

地下水是所有分布于巖石層下的水文的總稱，根據(jù)礦區(qū)巖性組合的不同和水利性質(zhì)的不同，礦區(qū)內(nèi)的地下水含水層大致可以劃分為：含水層和含水帶兩種。含水帶主要是以破碎石土和黏土構(gòu)成的較為松散的空隙水帶。因為其儲水能力較弱，含水層厚度普遍較小，所以也被稱為弱性含水帶。含水帶對地下鉆井的影響也比較小。含水層主要以石灰?guī)r和硅質(zhì)巖為主要構(gòu)成成分，其內(nèi)部溶裂含水帶厚度較高，大多超過10米，裂隙發(fā)育整體類似蜂窩狀，具有比較鮮明的水蝕地質(zhì)特點，對鉆井開發(fā)有很大影響。

1.2 礦井水文地質(zhì)鉆探現(xiàn)狀

現(xiàn)代礦井水文地質(zhì)鉆探工作因為必須面對復(fù)雜的地質(zhì)條件、多樣性的地下水源以及相關(guān)技術(shù)設(shè)備和施工人員等各類復(fù)雜因素的影響，根據(jù)其影響因素的不同，將勘探所面臨的復(fù)雜問題主要可以歸結(jié)為以下兩個方面：

一是現(xiàn)場施工的工作人員能力不足。目前我國許多煤礦開發(fā)企業(yè)中的水文地質(zhì)鉆探施工人員和研究人員專業(yè)技術(shù)水平不足，職業(yè)道德水準較低。工作時自由散漫，法律意識淡薄。有些施工人員不愿意遵守相關(guān)開采法規(guī)政策，自由隨意施工，同時現(xiàn)場的監(jiān)督技術(shù)人員也不能做到有效監(jiān)管，后期的整體勘查報告時常敷衍了事，許多礦區(qū)勘測參數(shù)和相關(guān)水文數(shù)據(jù)并未進行實際測井就胡亂編寫，一些勘測圖僅憑主觀臆測或目測隨意繪制，從而使勘察報告根本不具備科學(xué)性和嚴謹性，阻擋了正常的施工工作。二是鉆探設(shè)備選擇不當。現(xiàn)階段，國內(nèi)大多數(shù)水文地質(zhì)鉆探工程的施工工作均實行分配包工制度，也就是將施工工作承包給第三方企業(yè)進行施工。這些施工單位為了做到利潤最大化，只能不斷地節(jié)約施工成本，甚至偷工減料。在鉆探設(shè)備的選擇上并不是根據(jù)實際開發(fā)礦區(qū)所在的水文地質(zhì)狀況進行鉆探設(shè)備選擇，而是千篇一律，選擇最經(jīng)濟實惠的鉆探設(shè)備一干到底，從而使施工工作中出現(xiàn)許多問題。常見的有鉆壓機壓強、鉆壓速度和鉆頭旋轉(zhuǎn)速度不匹配，地質(zhì)環(huán)境承載力與施工設(shè)備不匹配等問題。這些第三方施工單位的施工設(shè)備大多型號老舊，維護工作也比較缺乏，這在現(xiàn)代水文鉆探施工中非常普遍，所以施工中經(jīng)常會出現(xiàn)因為設(shè)備問題嚴重而影響了施工進度[3]。

1.3 提升地質(zhì)鉆井工作質(zhì)量的措施

針對現(xiàn)階段我國礦井地質(zhì)工程鉆探問題，必須給出合理應(yīng)對措施。其一是對鉆探設(shè)備進行合理的選擇，鉆探設(shè)備的正確與否直接影響了鉆探工程效率，所以必須根據(jù)開采礦區(qū)的實際情況和鉆探難度進行科學(xué)合理的鉆探機型選擇。其二是不斷優(yōu)化鉆探工藝，在實際鉆探工作中，必須委派專門的技術(shù)團隊，對鉆頭沖洗液的使用情況、水文的變化情況和鉆頭的狀態(tài)進行實時觀測和記錄，從而避免鉆探事故的發(fā)生。其三是加強對施工人員的培訓(xùn)，隨著科技的發(fā)展，鉆井設(shè)備也在不斷地更新，這就對實際施工人員和管理人員的綜合技術(shù)水平提出了更高的要求，除了必須掌握的設(shè)備理論技術(shù)以外，還要對現(xiàn)代科技有著比較深刻的認識和掌握，并能將其應(yīng)用于實際鉆井工作中[4]。

2 現(xiàn)代礦井水文地質(zhì)鉆探技術(shù)探討

2.1 鋼絲繩沖擊鉆探法

傳統(tǒng)的鉆探方式之一，這種方法對于卵碩石和密度較大的基巖層鉆探效果極強，但是用于黏土、砂土、花崗巖基巖層進行鉆探時速率卻較低，一旦遇到細砂和流砂層，很難繼續(xù)進行鉆探。鋼絲繩沖擊鉆探法具有：鉆探設(shè)備少、鉆探操作簡單、設(shè)備易于搬遷、鉆探用水量較小等優(yōu)勢。在日常鉆探工作中，即便鉆頭鉆開地下含水層，也不會對含水層造成堵塞或者污染含水層的影響，同時也不需要添加額外的鉆頭供水設(shè)備和泥漿。其缺點是在一般地層的效率普遍較低，現(xiàn)在更多是專用于卵碩石和基層巖的鉆探。

2.2 回轉(zhuǎn)鉆探法

回轉(zhuǎn)鉆探法的種類較多，常用的回轉(zhuǎn)鉆探法主要有：沖洗液正循環(huán)鉆進、空氣鉆進、反循環(huán)鉆進等。沖洗液鉆進根據(jù)鉆進介質(zhì)的不同，又可以劃分為清水鉆進和泥漿鉆進。清水鉆進更多應(yīng)用于地質(zhì)較為穩(wěn)定的地層中，而泥漿鉆進則應(yīng)用于不穩(wěn)地層。現(xiàn)階段我國對泥漿鉆進使用更為普遍。空氣鉆進是指不需要介質(zhì)，直接鉆進的一種鉆探方法。使用空氣鉆進的最大特點就是機械鉆頭的旋轉(zhuǎn)速率可以成倍上升，因為空氣比液體質(zhì)量要輕得多，所以對鉆孔低端的壓力也小的多。空氣鉆進可以在沙漠化環(huán)境中使用，對于地層的堵塞和污染較小，巖粉清除徹底，可以大大減輕鉆頭的磨損量，提高鉆頭進尺。此外空氣鉆進法不需要考慮鉆頭泥漿和黏土的制備，大大簡化了操作工序。反循環(huán)鉆進也被稱為沖擊回轉(zhuǎn)鉆進，主要有液動潛孔錘和氣動潛孔錘兩種。主要應(yīng)用于地質(zhì)較硬的石榴巖層地面，其鉆探速度比空氣鉆探轉(zhuǎn)速要快50%～70%以上，但是液動潛孔錘對功率要求較大，而且供電質(zhì)量水平必須達到高速平穩(wěn)，所以目前更多應(yīng)用于大口徑巖芯的鉆探。

3 結(jié)語

隨著我國社會的不斷發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革，未來的地質(zhì)鉆探方向勢必要向地下更深層發(fā)展，其水文環(huán)境將更加復(fù)雜多變，這就對新時期的水文地質(zhì)鉆探發(fā)展提出了新的要求和挑戰(zhàn)。有關(guān)單位必須積極開展以水文環(huán)境和底層深部為核心的鉆探理論研究，才能為未來礦產(chǎn)開發(fā)工作，提供新的數(shù)據(jù)支持和更高水平的技術(shù)保證。

[1]朱志剛.礦井水文地質(zhì)工程鉆探現(xiàn)狀與發(fā)展方向探索[J].能源與節(jié)能,2017,19(3):24-25.