工程地质勘察中钻探技术的应用分析
工程地质勘察中钻探技术的应用分析
前言
进入到新世纪以后,我国的社会主义经济建设已经发展到了一个新的阶段,我国的各行各业都得到了快速的发展,其中,我国的地质勘察事业也得到了迅猛的发展,而在地质勘察的工程中,钻探技术所发挥的作用也更加的重要了,由于钻探技术具有十分准确的分析能力,所以它也成为了地质勘察的最重要手段。
一、钻探施工在地质资源勘查的作用
1、资源勘探
我国地大物博,矿产资源相对丰富。但是我国对资源的勘探开发仅仅达到总量资源的三分之二,地质资源勘查依旧有巨大的发展空间。但是,目前就我国的地质勘查工作深度变化不大,因此,资源开发使用也受到了影响。我国针对开发现状,要加大经济投入,使用于物化探与钻探工程。另外,在新的历史时期,地质工作已经不仅仅是勘探能源这么简单,要同时考虑的是如何在勘探能源的时候 ,如何保护环境、防治各种自然灾害和找矿过程中要促进地球科学等交叉学科的发展等,而这一切也要由探矿工程技术来实现。由此可见,探矿工程技术在我国的地质找矿中以及其他相关专业中的重要地位。
2、钻探取样
随着科技水平不断发展,我国对地球空间探索频率加深,在了解外部资源基础上,深入内部资源探究。从而掌握了大量的信息,这些信息有地质信息、内部构造信息、星体结构等等。探矿施工不是一项独立的工程,它会涉及诸多方面,因此,技术发展和应用要满足勘探需求。例如:探月计划,是为了从其他星球中获取样品在进行研究,这是一项科研活动,但是活动最根本的目的是发现有价值的信息,并且从中获取资源促进社会经济发展。
二、工程地质钻探的特殊要求
工程地质钻探是为工程建筑物的设计、施工服务的, 它多具综合目的, 因而在钻进方法、钻孔结构、钻进进程中的观测编录等方面均有特殊要求。
工程地质钻探对岩心采取率要求校高, 一般岩层不能低于80%;对工程建筑物至关重要的软弱夹层和断层破碎带也不能低于60%,但往往不易取得岩心。为保证获取较高的岩心采取率, 针对不同的勘探对象应采用相应的钻进方法。如在
软弱地层或断层破碎带中钻进时, 要昼养活冲洗液或用干钻, 降低钻速, 缩短钻程, 最好采用双层岩心管。
为了保证准确地测定地下水位和水文地质试验工作的正常运行, 必须按含水层的位置和试验工作的要求, 确定孔身结构及钻进方法。对不同的含水层要换径并分层止水, 加以隔离。含水层愈多, 换径和分层止水的次数就愈多。一般的工程地质钻孔终孔直径为91mm , 根据换径次数及位置, 即可确定孔身结构。若在基岩面以上的砂卵石层中作抽水试验干钻, 不允许使用泥浆加固孔壁的办法。一般钻孔要直, 不能发生弯曲; 孔壁要求光滑规则, 同一孔径段应大小一致。这些要求在钻探操作工艺上给予满足。
钻孔水文地质观测, 是工程地质钻探的一项重要工作, 藉以了解岩层透水性的变化, 发现含水层和得知其近似水位并掌握各含水层之间的水力联系等。在外钻进过程中应按水文地质钻探的要求, 做好孔中水位测量。坚硬岩石的取样可利用岩心, 但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时, 必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样, 则必须配备专门的取土器, 还应注意取样方法和操作工序, 以尽量使土样不受或少受扰动。为达到上述的特殊要求, 钻探人员应严格按规定操作, 不能盲目追求进尺。
三、工程地质钻探常用的钻探方法和设备
为了研究工程土体的物理力学性质, 在工程地质勘察中, 应结合勘探工作采取原状土样。但是在钻孔中采取原状土样时受到很多因素影响, 其中主要的是取土器的结构和取土实用。取土器主要有限制球阀式取土器、上提橡皮垫活阀式取土器、回转压入式取土器和水压活塞式取土器4 种, 这4 种取土器适用于采取粘性土的原状土样。采取砂类土和饱水软粘土就比较困难了, 需要使用特制的取土器。如采用厚壁管靴长筒上提活阀式取土器, 反旋活阀分节取土器和真空活塞取砂器等, 采取地下水位以下的原状砂类土和软粘土样, 效果较好。原状土样的采取方法主要有3 种:
1、击入法:适用于较硬的土层中取样, 又可分为孔外及孔内的轻锤多击法和重锤少击法。实践证明, 孔内的重锤少击法取样效果好, 效率高而且土样扰动小。
2、压入法:适用于较软的土层中取样, 又可分为连续压入和断续压入法。连
续压入法是借助活塞油压筒或钢绳滑轮组合装置, 将取土器一次快速均匀地压入土中, 土样的扰动较小, 当采用连续压入法无法将取土器压入土层时, 则可采用断续压入法。
3、振动法:当振动钻进时, 可利用振动器的振动作用将取土器压入土中。这种方法对土样的边缘部分扰动较大。易受振动液化的土层不适用。为了保证土样的质量, 除了对取土器和取土方法进行选择外, 还应注意钻探方法、钻、孔结构、清除孔内残土、操作方法和土样封存及运输等各顶问题。
四、工程地质勘探钻孔类型及其适用条件
钻孔的类型指的是钻孔的角度及其方向。钻孔的角度即是钻机的立轴钻杆与地平线的夹角, 也叫做钻孔倾角。按照钻孔倾角及其变化情况, 可将钻孔分为铅直孔、斜孔、水平孔和定向孔4 种。在进行工程地质勘探时, 为了能取得尽可能多的地质资料, 又节省钻探工作量, 钻进方向最好与不同岩性接触面或断层面垂直。
1、直孔
倾角90°。在工程地质钻探中此类孔最常用, 适于查明岩浆岩的岩性岩相、岩石风化壳、基岩面以及第四纪覆盖层厚度及性质、缓倾角的沉积及断裂等。作压水试验的钻孔一般都采用铅直孔。
2、斜孔
倾角小于90°, 且应定出倾斜的方向。当沉积岩层倾角较大(>60°), 或陡倾的断层破碎带, 常以与岩层或断层倾向相反的方向斜向钻进。在水利水电工程地质勘探中, 常用斜孔探查河床下的地质结构。尤其是在河床不很宽而水流湍急的峡谷中, 可在两岸以斜孔向河底交叉钻进, 既可较好地控制河床下的地质结构, 又可以养活或避免河中布孔进行水上钻探的困难。
3、水平孔
倾角多为0°。一般在坑探工程中布置, 可作为平硐、石门的延续, 用以查明河底地质结构、进行岩体应力量测、超前探水和排水。在河谷斜坡地段用以探查岸坡地质结构等效果比较好。
4、定向孔
采用一些技术措施, 可使钻孔随着深度的变化有规律地弯曲, 进行定向钻
进, 如岩层上缓下陡进, 或在1 个孔中控制多个定向分枝孔, 共同钻探同一目的层, 或在1 个孔中控制多个定向分枝孔, 共同钻探同一目的层。定向钻进的技术措施比较复杂。近年来, 国内外广泛采用在1 个孔位上钻多个不同方向的定向斜孔的布置方案, 效果极佳。
结束语
总之,探矿工程技术在众多领域都发挥了不可替代的作用,在实际工作中,要正视工程中存在的一系列问题,并针对这些问题制定相应的改革措施 ,发挥各方的主观能动性,在社会经济发展的指挥棒下,充分发展技术、理论知识和实践创新能力,必将具有十分重要的现实意义和经济效益。