地質鉆探技術的應用及原理思路構建

張 哲

（湖南省地質礦產勘查開發局四一七隊，湖南 衡陽 421001）

我國幅員遼闊、地大物博，地下礦產資源十分豐富，資源種類多，存量大。但是因為我國地質勘測與地質鉆探技術起步較晚，地下資源的開發程度較低，現有開發的礦產資源僅占地下存量的一小部分。近年來，我國經濟、社會不斷發展，對礦產的需求也越來越高，另一方面，高速發展的科學技術也推動了地質鉆探技術的發展。

1 地質鉆探技術的意義與作用

地質鉆探技術有著漫長的發展歷史，對于人類社會的發展和人們的生產生活有著重要的作用。地質鉆探技術幫助人們了解自然，利用自然資源。我國地大物博，資源豐富，地下豐富的礦產資源需要依靠地質鉆探技術來發現，礦產資源的使用也需要依靠地質鉆探技術來實現。除了地下礦產資源的勘測，建筑工程的地質勘測、地下水的勘測與開采，都離不開地質鉆探技術。因此，地質鉆探技術對我們的生產生活都具有重要的意義。地質鉆探技術直接或間接地推動著社會的發展和經濟的進步。

我國地下礦產資源豐富，但是陳舊落后的地質勘測技術和地質鉆探技術使得礦產的利用量很少，有著礦產甚至出現稀缺情況，這在一定程度上限制了我國社會與經濟的發展，阻礙了國家的建設。近年來，為解決資源緊缺的問題，國家加大了力度發展地質勘測工程，地質鉆探技術的重要性重新被認識到，地質鉆探技術在新時代得到了更快的發展。

2 地質鉆探技術的應用領域

地質鉆探技術廣泛應用于需要進行地質勘測的各行各業。最初，地質鉆探主要應用于對地下礦產、各種金屬和稀有元素的勘測，建國初期，我國因礦產開采，已經形成了多個以大型礦山為中心的礦產城市。地質鉆探另一個十分重要的應用是地下水資源勘探，通過地質鉆探可以判定相關區域地下水資源的情況，為地下水的開發和相關工程應用提供數據支撐。此外，通過地下鉆探技術進行地質勘測，有助于了解地質災害發生的可能性，從而實現對地質災害的防治。比如山區和江河地區經常會發生泥石流、地面沉降、地面塌陷、地下水污染事件，沿海地區可能會發生海水入侵城市等災害，處于地震帶的地區頻受地質災害困擾，這些地質災害對人們的生產生活都造成了嚴重的影響。地質鉆探技術可以作為地震監測、抗泥石流、地下水質監測等工程項目的輔助技術，為地質災害的防治提供指導，從而進行合理的工程設計，來實現地質災害的防治工作。在建筑施工過程中，基于地質鉆探技術，可以為地質勘探提供各項地質參數，有助于開展建筑方案設計，為建筑工程經濟、合理地開展提供支持。同時，在建筑工程施工過程中，地質鉆探技術也有用武之地，施工人員可以利用地質鉆探技術進行打樁、防滲和注漿，或對地基進行加固。此外，在考古勘探和采礦鉆孔時，都能用到地質鉆探技術。由此可見，地質鉆探技術具有十分廣泛的應用[1]。

3 地質鉆探技術的應用現狀

我國地質鉆探技術起步較晚，雖然近幾年進步很快，但仍與世界一流水平有著不小的差距。目前地質鉆探技術所廣泛應用的立軸式巖心鉆機還是20世紀80年代開發并投入使用的。傳統的鉆探設備很難適應現代地質勘測的需要，很多高新企業所用的液壓性動力頭鉆機大多是從國外進口的，國內研發規模較小，研發成果不令人滿意。國際上前沿的金剛石繩索鉆探取芯技術在我國使用范圍還比較小，尚需得到推廣。近年來，因為建筑業的高速發展，國家對于地質勘探的投入逐漸增加，地質鉆探技術也得到了相應的重視，在這樣的環境下，我國鉆探技術雖然已經得到了很大的進步，但是尚存極大的發展空間。在實際操作中，因為鉆探技術不足的限制仍會引發一系列的問題，比較常見的如在地質情況復雜的區域開展鉆探工作，深孔鉆進的難度很高，現有鉆探技術難以實現，工程進展速度慢、效果不理想、鉆探成本高。因此，為推動地質勘測領域的發展，進而推動國民經濟的快速發展，我們應對地質鉆探技術進行進一步開發，對于它的原理進行深入的挖掘，結合國際上先進的理論與技術，不斷推動我國地質鉆探技術與國際接軌，充分發揮其在國民經濟發展中的重要作用[2]。

4 常見地質鉆探技術及其工作原理

地質鉆探技術籠統地包括向地下鉆孔及將孔底碎石破碎的工藝與方法。基于地質鉆探技術，勘測人員可以對地質情況進行準確的了解，了解地下巖土層材料組成及礦物質的儲備含量，有效地評估礦石的規格和品質。地質鉆探技術的開展需要勘測人員首先對地質情況進行粗略的了解，然后選用不同的鉆探技術與設備開展鉆探工作，常見的地質鉆探技術及其工作原理如下。

4.1 反循環式鉆探技術

反循環式鉆探技術根據所用介質的不同分為水力反循環和空氣反循環兩種形式。空氣反循環是將空氣壓縮后作為循環介質，通過雙臂式鉆桿的外管運送到孔底，孔底的潛孔錘在壓縮空氣自然膨脹的沖擊下撞擊巖石，同時膨脹的空氣可將破碎的巖屑通過雙臂式鉆桿的管道帶出地面，巖屑作為采集的樣品，帶回實驗室進行分析，可以了解該區域的地質情況。水力反循環是以清水和泥漿作為循環介質，通過雙臂鉆桿的管環隙送到孔底，以取芯后獲得的柱狀巖芯作為采集的巖石樣本，經內管帶出地面以便試驗分析。

4.2 繩索取芯鉆探技術

繩索取芯是一種較為先進的地質鉆探技術，基于這種技術，無須提升鉆桿即可取出巖芯。其特點是“三高、一低”——鉆速高、鉆頭壽命長、效率高、工人勞動強度低，因此被廣泛應用于地質找礦、煤田勘探等領域。整套鉆具中，最為重要、價值最高的就是鉆桿，鉆桿質量的好壞直接關系到繩索取芯鉆探優勢的發揮，對于地質資料的準確獲取、鉆探成本的控制也至關重要。

4.3 液動錘鉆探技術

液動錘鉆探技術是我國發展最成熟的鉆探技術，我國的發展水平已達到世界先進水平。液動錘鉆探技術的原理是以回轉鉆為主體，利用沖洗液的沖擊力使液動錘推動鉆頭實現巖石的破碎。使用液動錘鉆探技術時一般需要使用泥漿泵來實現沖洗液的配送，液動錘位于鉆桿和鉆頭的中間，在隨著鉆頭深入的同時，不斷給鉆頭提供一定頻率的撞擊。

4.4 組合形式的鉆探技術

實際鉆探過程中，往往會將反循環式鉆探技術與繩索取芯鉆探技術結合使用，兩種技術的有機結合可以最大程度地發揮二者的優勢并彌補二者的不足，形成具有很強綜合性的地質鉆探技術，實際應用中，這樣的組合技術能根據地質情況的不同，發揮兩種鉆探技術的長處，大幅度提高鉆探效率，降低鉆探成本。

地質鉆探是地質調查和礦產勘查工作最直接的技術手段。相對其他民生行業，地質鉆探行業受經濟形勢及國家宏觀調控的影響較為顯著，如何應對“新常態”，是鉆探工程行業人士普遍關心的話題，也是行業共同面臨的挑戰。分析地質鉆探行業現狀，研判未來前景和發展趨勢，對鉆探施工決策部門、鉆探裝備投資規劃部門和鉆探技術研究攻關部門非常必要。地質勘測工作人員也應著力關注地質鉆探技術的研發與創新，使之更好地為礦產勘探、地下水質檢測及建筑施工的地質勘測服務，進而推動我國經濟更快發展。