水文地質勘察技術在鉆探施工中的應用效果研究

張一飛

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

水文地質勘查技術為在鉆探和施工中起到重要作用，是在大型鉆探和施工中常見的一種技術，為大型鉆探和施工提供了技術支持。隨著現代科學技術的進步，水文地質勘查技術已經得到了很大的發展，尤其特別是在水文地質勘查技術上。水文地質勘查技術有效地解決了在地下勘查中遇到的難題，有效地進行了地下資源開采，為我國社會和經濟的發展提供了不竭動力。加強對水文地質勘察技術的改進，在鉆探施工中了解其應用效果，對水文地質勘察技術進行調整，使其使用的技術可以有效達到施工效果。從現在的水文地質勘察技術來看，在鉆探施工方面已經取得了很大進步，但是還是會存在一些問題，沒有達到最優化的應用效果。在鉆探施工中加強對水文地質勘察技術的應用，確保工作的有效開展，充分利用勘察技術，使施工結果達到最優化，研究水文地質勘察技術在鉆探施工中的應用效果。加強水文地質勘查技術在鉆探施工當中的應用，有效保障了鉆探施工的效率。

1 水文地質勘察技術在鉆探施工中的應用

1.1 提取水文地質特征

水文地質鉆探是水文地質勘查工作的主要內容，在水文地質勘探中的鉆探不同于傳統的礦山資源鉆探，地層結構相對復雜，在進行鉆探過程中，鉆探的孔徑比傳統鉆探孔徑較大。在進行實際鉆探中，需要利用清水推進鉆探施工，這樣才會測量出準確的參數。水文地質地層下面有地下水，如果在施工過程中，進行不合理的鉆探就會引起地下水水位發生變化，導致施工難度加大。水文地質環境下地表水發育較少，主要受地下水受巖性、構造以及地形地貌的控制[1]。水文地質結構非常復雜，如果在開采過程中出現失誤，會引發地質災害，比如，地層斷裂，地表塌陷等，甚至會對施工人員的安全造成威脅。水文地質環境就是地下水比較豐富，如果不合理開采會導致地下水枯竭，水質變差，水環境污染嚴重。在進行鉆探施工中，由于外部環境的改變會改變地下水的動力作用，動力作用由弱變強，就會引發嚴重的巖土工程危害，會延長鉆探施工的施工周期，影響工程質量。在進行鉆探施工中加強對水文地質特征進行分析，通過勘探技術測得精準數據，為后面制定施工方案做準備，分析整個水文地質環境具備的自然地理條件、地質環境條件、地下水位的區分情況以及含水層和隔水層的具體情況[2]。所以在進行鉆探施工過程之前，一定要對水文地質特征進行分析，確保工程順利開展。

1.2 構建力學模型

通過構建力學模型，分析鉆孔的受力情況，有效進行鉆探工作。設置一個平面，則平面為M，分析穩定組合鉆具中的受力情況，分別是穩定器載荷自重作用力、穩定器處的反支力、軸向力、鉆頭處的轉矩，以及跨梁載荷自重作用力，如圖1所示：

圖1 穩定組合鉆具受力分析

將五個支座反力分別用A1、A2、A3、A4、A5表示。B1、B2、B3、B4、B5分別表示梁在這個點上受到的力，H為穩定器處的力。根據力學模型可以計算出梁在A2處受重載作用力為：

其中公式中 1F表示穩定器A1到A2的距離，根據梁在A3點受重載作用力，可用下列公式得出：

通過對上述公式可以確定穩定組合鉆具受力情況。根據模型的建立可以分析確定在進行鉆孔鉆探時，使用多少力可以達到最佳效果[3]。

1.3 基于模擬算法控制鉆探效率

通過利用模擬算法來進行效果檢驗，采用擬合多項式，對于水文地質地層，根據構建的力學模型得到鉆孔測得的方向和鉆孔的深度。在進行鉆探施工中鉆孔設置合理可以加快工程進程[4]。對根據勘察出來的水文地質環境，可以利用多項式函數可以每一個鉆具對應相應的孔徑大小，不斷迭代計算得出更準確的值。可以有效的實現控制鉆孔的軌跡以及鉆探的深度。可以利用鉆孔平面的i組數據，求做n次多項式，使誤差H達到最小，從而確定鉆孔軌跡以及鉆具對應的方向。可以把看做是f的多元函數，由下列公式所示：

通過公式（3）可以得到：

y和x分別為鉆孔在平面上的坐標，可以根據上面的方程確定多項式，最后可以得出鉆孔軌跡在平面上的模擬函數：

根據上述方程進行迭代計算，最終確定鉆孔的具體方向和鉆探深度，能夠有效驗證鉆孔的適應性，為鉆探提供精準性方向，減輕施工成本，提高開采的效率[5]。

2 應用效果分析

2.1 測試準備

在進行實驗測試中，需要準備試驗設備，包括鉆具和儀器，準備兩種鉆機型號，分別具有不同特性，不同技術參數，如表1所示：

表1 鉆機技術參數

根據表1可知每個鉆機技術參數，利用兩種類型的鉆機展開對鉆探工程的展開，根據測出來的數據，使用對應的鉆孔組具，如表2所示。

表2 鉆孔操作參數

根據不同孔段進行組合鉆具，最終進行鉆探施工，設置三個鉆孔進行開采，在不同條件下進行鉆探，比較在不同環境下的應用效果。在確定好鉆探位置后，需要對鉆探位置下的水文地質環境做出分析，了解地下水流的流速以及水流方向進行多元蹤試驗。在各個投放點投放鉬酸銨，對三個鉆孔位置進行測試，測試結果如下表3所示：

表3 各接收點示蹤劑出現情況表

可以根據上表分析出地下水的流速，推斷出鉆孔1和鉆孔3位置下面的地下水呈管道流形式，鉆孔2位置地下水呈擴散流形式，通過對兩種地形進行效果測試。

2.2 應用結果

為評價水文地質勘察技術在鉆井施工中的效果，通過對三個鉆孔位置分析，了解地下水流流向，利用下表4所示的鉆孔不同深度選擇合適的組合鉆具，以確保鉆具符合鉆孔深度，提高鉆井效率。如下表4所示。

表4 鉆孔指標統計表

在水文地質環境下最特殊的特征就是水文地質富含豐富的地下水資源，地下水會給鉆探施工帶來一定程度的影響，但通過水文地質勘查技術的應用可以極大提高鉆探工程的效率，保證精準鉆探的精準度，在呈現不同的水流形態時水文地質勘查技術有效保證了鉆探周期以及鉆探效率。當水文地下水流呈管道流形態鉆探效率圖，如圖2所示。

圖2 管道流地質鉆探效率

圖中顯示出，通過對水文地質勘查技術的使用，可以有效在水文地質環境中地下水流呈管道流形式進行鉆探施工，且效率穩定并且效率很高。當水文地下水呈擴散流鉆探效率圖，如圖3所示。

圖3 擴散流地質鉆探效率

圖中顯示出，在地下水呈擴散流形態時，水文地質勘查技術可以有效利用到鉆探施工當中，使鉆探的效率不斷提高，且趨于穩定狀態。綜上所述，可以得知水文勘探技術可以有效應用到鉆探施工中，在地下水呈管道流形態和地下水呈擴散流形態中，水文地質勘查技術為鉆探施工提供有利保證。

3 結語

水文地質勘察技術為鉆探施工提供有力的技術支持，加快了鉆探施工的進程，使施工效果顯著增強。對水文地質的勘查，可以確保工程項目的有效展開，通過水文地質勘察技術不斷對地下水情況進行實時分析，確保鉆探施工的安全性。本文研究水文地質的特征，基于物探技術檢測對應用效果進行分析，但本文沒有涉及到在鉆探中遇到的問題，希望在下次研究中探究鉆探施工中遇見的問題，以及提出相應的解決措施。