礦井水文地質工程鉆探現狀及技術探討

李愛萍，吳祥生，張鵬宇

（山東科技大學，山東 青島 266590）

地質勘探工作一直是我國礦業開發和生產過程中不可或缺的環節，而水文地質勘探工作是地質勘探工作中的主要構成部分。通過對其進行后續的抽水試驗，可以進一步確定水文地質參數和水質狀況參數，同時對于流動地下水層可以進行實時動態掌握。研究礦井水文地質鉆探技術可以有效促進水文地質鉆探技術的不斷升級，也是確保礦業開發工作長久高效的重要條件[1]。

1 礦井水文地質工程鉆探現狀

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境內的自然氣象降水、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。不過因為絕大多數礦產資源埋藏深度較高，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，對周圍水文環境和地質鉆探工作影響也較小。斷層水主要是指存在于地質斷層中的地下水，其流量方向和儲量大小直接關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境具有重要影響，在礦井建設前必須對礦井范圍內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，根據礦區巖性組合的不同和水利性質的不同，礦區內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。含水層主要以石灰巖和硅質巖為主要構成成分，其內部溶裂含水帶厚度較高，大多超過10米，裂隙發育整體類似蜂窩狀，具有比較鮮明的水蝕地質特點，對鉆井開發有很大影響。

1.2 礦井水文地質鉆探現狀

現代礦井水文地質鉆探工作因為必須面對復雜的地質條件、多樣性的地下水源以及相關技術設備和施工人員等各類復雜因素的影響，根據其影響因素的不同，將勘探所面臨的復雜問題主要可以歸結為以下兩個方面：

一是現場施工的工作人員能力不足。目前我國許多煤礦開發企業中的水文地質鉆探施工人員和研究人員專業技術水平不足，職業道德水準較低。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開采法規政策，自由隨意施工，同時現場的監督技術人員也不能做到有效監管，后期的整體勘查報告時常敷衍了事，許多礦區勘測參數和相關水文數據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性和嚴謹性，阻擋了正常的施工工作。二是鉆探設備選擇不當。現階段，國內大多數水文地質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，只能不斷地節約施工成本，甚至偷工減料。在鉆探設備的選擇上并不是根據實際開發礦區所在的水文地質狀況進行鉆探設備選擇，而是千篇一律，選擇最經濟實惠的鉆探設備一干到底，從而使施工工作中出現許多問題。常見的有鉆壓機壓強、鉆壓速度和鉆頭旋轉速度不匹配，地質環境承載力與施工設備不匹配等問題。這些第三方施工單位的施工設備大多型號老舊，維護工作也比較缺乏，這在現代水文鉆探施工中非常普遍，所以施工中經常會出現因為設備問題嚴重而影響了施工進度[3]。

1.3 提升地質鉆井工作質量的措施

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

2 現代礦井水文地質鉆探技術探討

2.1 鋼絲繩沖擊鉆探法

傳統的鉆探方式之一，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，很難繼續進行鉆探。鋼絲繩沖擊鉆探法具有：鉆探設備少、鉆探操作簡單、設備易于搬遷、鉆探用水量較小等優勢。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備和泥漿。其缺點是在一般地層的效率普遍較低，現在更多是專用于卵碩石和基層巖的鉆探。

2.2 回轉鉆探法

回轉鉆探法的種類較多，常用的回轉鉆探法主要有：沖洗液正循環鉆進、空氣鉆進、反循環鉆進等。沖洗液鉆進根據鉆進介質的不同，又可以劃分為清水鉆進和泥漿鉆進。清水鉆進更多應用于地質較為穩定的地層中，而泥漿鉆進則應用于不穩地層。現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，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速率可以成倍上升，因為空氣比液體質量要輕得多，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。反循環鉆進也被稱為沖擊回轉鉆進，主要有液動潛孔錘和氣動潛孔錘兩種。主要應用于地質較硬的石榴巖層地面，其鉆探速度比空氣鉆探轉速要快50%～70%以上，但是液動潛孔錘對功率要求較大，而且供電質量水平必須達到高速平穩，所以目前更多應用于大口徑巖芯的鉆探。

3 結語

隨著我國社會的不斷發展和產業結構的變革，未來的地質鉆探方向勢必要向地下更深層發展，其水文環境將更加復雜多變，這就對新時期的水文地質鉆探發展提出了新的要求和挑戰。有關單位必須積極開展以水文環境和底層深部為核心的鉆探理論研究，才能為未來礦產開發工作，提供新的數據支持和更高水平的技術保證。

[1]朱志剛.礦井水文地質工程鉆探現狀與發展方向探索[J].能源與節能,2017,19(3):24-25.