礦山水文地質工程鉆探關鍵技術研究

呂杰

（武漢中地環科水工環科技咨詢有限責任公司，湖北 武漢430205）

中國礦業在實際開發和生產的過程中，地質鉆探工作一直都是最不可或缺的一個環節，而在地質工程開發工作中，最重要的構成部分就是水文地質鉆探工作。基于此，為了保證水文地質鉆探工作的順利進行，就要應用相應的關鍵技術，以礦山地下水層的實際發育特征為主要依據，進而對鉆探設備的實際需求進行全面分析，提出鉆探設備的優選方法，并實時設計鉆孔大小和間距等施工參數。

1 鉆探施工設計與設備優選

在設計鉆探施工的過程中，必須要以工程水文地質資料作為主要依據，并且將其全面結合進來。在保證鉆探施工條件合理性的前提下，不但要對鉆孔的結構和鉆孔的方法進行實時設計，還要對泥漿的體系和鉆柱的結構進行全面設計。此外，還要對鉆探參數的設定以及鉆探設備的優選進行相應的設計，進而使鉆探施工效率得以全面提高，使施工的質量得到保證，有效控制施工成本。在對鉆探施工進行實際設計的過程中，工程的水文地質因素對其有著非常重要的影響，其主要的影響因素不僅有礦山地層結構、地下水和含水層巖石特性，還有巖體構造、巖石力學和礦物成分，不僅如此，還有實際的地質風化和地質構造因素。其中，在進行鉆探施工設計的過程中，主要考慮的因素就是礦山地層結構。

在對鉆探施工進行實際設計的過程中，還要對工程水文地質的巖石力學因素進行重點考慮。在鉆探施工開展的過程中，經常會破壞原有的地下巖石結構，就會產生人工應力干預下的巖石力學特征，而對于此種巖石力學特征而言，其會嚴重影響到實際的鉆孔工藝，與此同時，鉆孔的速度和質量也與巖石的硬度和軸向應力息息相關。

對于工程地下水構造而言，其實際的構造比較復雜，不僅有含水層，還有隔水層，此外，還有頂板，而如果出現了溶解性的地下水構造，或者是破碎性的地下水構造，就會嚴重影響鉆孔的穩定性，而且還會嚴重影響到孔內的清潔度。因此，在實際設計鉆孔軌跡時，要將其作為主要的依據。

含水層主要的巖性特征包含巖床的分布特征、巖層的序列特征和巖石的裂隙特征。而這些特征都與鉆孔的深度設計和鉆具的選擇有著密切的關系。在實際鉆探施工的過程中，鉆速不但會受到工程巖石紋理的影響，還會受到巖石種類和顆粒大小的影響，不僅如此，巖石的具體密度也會進一步影響到實際的鉆速，在對鉆速施工參數進行實際設計的過程中，要以其作為主要依據，進而進行科學的設計。在礦山水文地質工程鉆探施工過程中，其并不會涉及到這三個要素，即便是涉及到也可以忽略不計。首先是礦物成分，其次是地質構造，最后是地質風化，因此，這里不作過多的說明。在對鉆探施工進行實際設計的過程中，必須要對以上提出的水文地質特征進行充分的考慮，進而使施工設計的合理性與科學性得到根本性的保證。

在對鉆探設備進行實際選擇的過程中，其選擇的合理與否，不但與鉆探施工的效率息息相關，還與實際的鉆探施工質量有著直接的關系。需要將工程的巖石條件全面結合進來，進而對鉆探設備進行科學合理的選取，其中鉆機選擇的最主要依據就是孔深的設計深度。在鉆機選擇的過程中，要以實際的系數作為主要的依據，進而進行選擇，而且要以該選擇系數計算公式作為依據，即：

式（1）中：L為選擇系數；H為在實際鉆探施工設計的過程中具體的孔深；N為指鉆機的能力。

選擇系數要在0.5～1.2區間內選取，如果實際的工程水文地質結構非常復雜，則選擇系數選取得要盡量大一些，而且取值盡量保證趨近于1.2；如果實際的工程水文地質結構相對穩定，則選擇系數選取得要盡量小一些。

2 地層壓力預測技術

在實際鉆探的過程中，由于發生事故的程度不同，可以進一步對礦山水文地質進行分類，具體如圖1所示。

圖1 礦山水文地質分類

孔內實際的情況復雜程度會直接受到地層壓力變化的影響，因此，應用地層壓力預測技術，使礦山水文地質工程的鉆探施工安全性和高效性得到根本性的保證。在對礦山地層壓力進行實際預測的過程中，保證預測的精準性，可以使鉆探過程中孔內壓力的平衡得以保持。地層壓力預測的方法有很多種，例如儀器探測法、現場水壓探測法、超聲探測法、密度調整法。以礦山水文地質工程的鉆探需求為實際依據，采用密度調整法最為合適。該方法不但預測精準，還具備操作簡單的特點，因此，被廣泛地應用到礦山水文地質工程的鉆探施工中來。在應用該技術的過程中，要以該計算公式作為主要的依據，即：

式（2）中：ρm為泥漿的厚度；Pt為孔內的疑似壓力；H為預測層的孔深。

基于式（2），對工程地層的壓力進行計算。

3 孔內事故預防與處理技術

在實際鉆探的過程中，由于會破壞原本的地質結構，進而使孔內事故的發生概率進一步增加，因此，在鉆探關鍵技術中，孔內事故預防與處理技術也是非常重要的一項技術，在實際鉆探施工的過程中，采用合理的預防措施可以使孔內事故的發生概率進一步降低，進而使鉆孔報廢的情況得以避免，進而使鉆探施工的經濟損失得以減小。就以往的鉆探施工經驗而言，發生概率最高的事故就是卡鉆，而且其實際的處理難度非常大，其發生的根本原因有沉沙卡鉆、坍塌卡鉆、縮徑卡鉆。在對該類事故進行預防和處理的過程中，要以卡鉆的位置為實際的依據，應用相應的計算公式得出卡鉆的位置，即：

式（3）中：H為鉆柱最上的一個卡點深度；k為計算的系數，在k取值的過程中，其不但與繩索取心管的規格息息相關，還與其力學性能和材質有著密切的關聯；L為沒有被卡住的部分連續上提時的平均伸長；P為鉆具沒有被卡的部分連續上提的平均拉力。

基于式（3），計算出孔內卡鉆事故發生的具體位置，進而采取具體的處理措施。在實際鉆探的過程中，如果發生了卡鉆事故，則要以司鉆規定的噸位范圍作為主要依據，進而對鉆具進行活動，設法將循環建立進來，進而使卡鉆的問題得以解決，使鉆探的施工安全性和穩定性得到根本性的保證。

4 結語

總而言之，本文對礦山水文地質工程鉆探關鍵技術進行了深入的研究和探討。對于礦山水文地質工程鉆探施工而言，其不但具有一定的施工難度，還具有一定的施工復雜性，因此，在礦山水文地質工程鉆探施工的工程中，要以實際的施工需求作為主要的依據，進而對鉆探關鍵技術進行深入的探究，進而使礦山水文地質工程鉆探施工的安全性和穩定性得到保證，最終使礦山水文地質工程的鉆探施工得到更大程度的發展。