地質(zhì)鉆探工藝技術(shù)初步研究

     鉆探是一種極具挑戰(zhàn)的勘探技術(shù)。經(jīng)過幾十年的探索發(fā)展，我國在鉆探技術(shù)方法、鉆探設(shè)備的生產(chǎn)制造、和專業(yè)人才的培養(yǎng)等方面都取得了巨大的成就。下面，我們就鉆探的類型以及其主要設(shè)備、工藝技術(shù)、發(fā)展前景、專業(yè)人才培養(yǎng)等方面來詳細(xì)討論。
　　一、鉆探類型概述
　　鉆探是利用鉆機(jī)設(shè)備從地表向地下鉆孔，滿足所要的工程施工要求。從鉆探的目的可分為:地質(zhì)鉆探、地?zé)徙@探、工程勘察鉆探、水文水井鉆探、石油鉆探、文物勘察鉆探等等。拿地質(zhì)鉆探來說，它從不同深度的鉆孔中取得巖心或者礦樣進(jìn)行研究分析，判定地層地質(zhì)的作業(yè)情況。
　　二、鉆探設(shè)備研究
　　我國的鉆探設(shè)備經(jīng)過了幾十年的探索更新，已經(jīng)由笨重型、手把式操作，發(fā)展到輕巧、拆裝方便、液壓操作；由單一品種的鉆機(jī)，發(fā)展到多品種多用途的鉆機(jī)。雖然鉆機(jī)的品種繁多，但總的來說鉆機(jī)可分為三類：立軸式鉆機(jī)、轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)和動(dòng)力頭（頂驅(qū)）式鉆機(jī)。
　　1.立軸式鉆機(jī)
　　立軸式鉆機(jī)是用立軸來驅(qū)動(dòng)鉆桿的回轉(zhuǎn)，并且輔以機(jī)械或液壓來給進(jìn)。立軸式鉆機(jī)具有運(yùn)行可靠高、功能齊全、解體性好、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行維修方便等特點(diǎn)。
　　2.轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)
　　這種鉆機(jī)的特點(diǎn)是有轉(zhuǎn)盤，通常利用自身重量來加壓并且輔以液壓給進(jìn)。這種鉆機(jī)的口徑比較大、轉(zhuǎn)速比較低、轉(zhuǎn)矩比較大，常用于大口徑硬合金巖心鉆探、水文水井鉆探中。
　　3.動(dòng)力頭鉆機(jī)
　　這種鉆機(jī)主要是全液壓動(dòng)力頭，以液壓馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)，液壓油缸或油缸與鏈條倍速機(jī)構(gòu)聯(lián)合給進(jìn)。它具有轉(zhuǎn)速高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無級調(diào)速調(diào)壓、給進(jìn)行程長、機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、過載保護(hù)好等優(yōu)點(diǎn)。
　　總之，就目前我國的國情，三類鉆機(jī)各有優(yōu)勢，油壓式立軸鉆機(jī)在地質(zhì)鉆探、工程勘察領(lǐng)域是主力設(shè)備，但功能還需進(jìn)一步改進(jìn)，努力方向有兩點(diǎn)，其一:增加功率，向強(qiáng)力鉆進(jìn)發(fā)展，以提高效率、降低成本;其二:增加功能，如增加雙卡盤不停鉆倒桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)長行連續(xù)給進(jìn)。轉(zhuǎn)盤式鉆機(jī)在巖土鉆樁，巖土施工方向占有統(tǒng)治地位;全液壓頂驅(qū)式鉆機(jī)是鉆機(jī)的發(fā)展方向，隨著改革開放和引進(jìn)技術(shù)的深入，隨著國內(nèi)技術(shù)水平的提高，液壓元件的質(zhì)量和品種會(huì)有長足的進(jìn)步，這無疑將促進(jìn)全液壓頂驅(qū)式鉆機(jī)的發(fā)展，加上研制單位設(shè)計(jì)制造水平的提高，全液壓頂驅(qū)式未來必將成為我國主要的鉆探設(shè)備。
　　三、鉆探工藝技術(shù)
　　鉆探工藝和鉆進(jìn)方法有很多種，在我國主要有以下幾種比較成熟的工藝：
　　1.金剛石鉆進(jìn)
　　金剛石是世界上最硬的物資，用它作為切削工具或磨料來進(jìn)行鉆進(jìn)，具有裝備輕、鉆孔質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度低、鉆進(jìn)效率高、孔內(nèi)事故少、成本低和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。目前鉆頭種類有天然金剛石表鑲鉆頭、人造金剛石孕鑲鉆頭、聚晶（PCD）鉆頭和復(fù)合片（DDC）鉆頭等。我國應(yīng)用的較多的主要是人造金剛石孕鑲鉆頭。鉆頭制造工藝有熱壓法、低溫電鍍法、無壓真空燒結(jié)法、冷壓浸漬法。
　　2.繩索取心鉆進(jìn)
　　繩索取心鉆進(jìn)是一種最新開發(fā)取心方法，是在回次終了，巖心裝滿巖心管時(shí)，不像往常一樣把全套鉆桿都提升起來，而是采用帶繩索的打撈器把取心管從鉆桿中提出來，等巖心取出來后，再把它從鉆桿中放到孔底。如今，繩索取芯鉆探技術(shù)是最好鉆探技術(shù)方法，它綜合了各種地質(zhì)的效果。我國目前還只是部分采用繩索取芯鉆探技術(shù)，在很多地方還沒有推廣應(yīng)用。繩索取芯的缺點(diǎn)是鉆桿的可靠性低以及其使用壽命短。目前可通過提高材質(zhì)質(zhì)量及性能和改變鉆桿接頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)來解決繩索取芯鉆桿壽命及可靠性的問題。
　　3.沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)
　　沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)指的是在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的條件下加入一個(gè)沖擊器（也稱潛孔錘），用來提高鉆進(jìn)效率，它可分為氣動(dòng)沖擊鉆進(jìn)和液動(dòng)沖擊鉆進(jìn)兩種。沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有很多優(yōu)點(diǎn)，如它可防止巖心堵塞、減少鉆孔彎曲、提高鉆進(jìn)效率（特別硬巖中效果更明顯）、減少原材料消耗、提高鉆探質(zhì)量、降低鉆探成本等。
　　4.定向鉆進(jìn)
　　定向鉆進(jìn)指的是在一定的地質(zhì)與技術(shù)條件下，利用鉆孔自然彎曲的規(guī)律或者采用人工制造斜度，使鉆孔向事先設(shè)計(jì)的方向和傾角彎曲。定向鉆探技術(shù)具有加快鉆進(jìn)速度、提高鉆探質(zhì)量、節(jié)約鉆探成本、減少鉆探工程量等優(yōu)點(diǎn)。定向鉆主要用于深部隱狀礦床和陡斜礦體的勘察；地形限制的特種孔的施工和工程施工；強(qiáng)造斜鉆孔超斜的糾正中。
　　5.多工藝空氣鉆進(jìn)
　　空氣鉆進(jìn)原來是指用空氣替代水作為沖洗介質(zhì)來沖洗的一種鉆進(jìn)方法。后來又增加了泥漿、泡沫等作為介質(zhì)。廣義上的多工藝空氣鉆進(jìn)可以用于干旱缺水地區(qū)，它可以用空氣或者泥漿代替水作為介質(zhì)鉆進(jìn)，空氣潛孔錘鉆進(jìn)，氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)，充氣或泡沫泥漿鉆進(jìn)，雙壁鉆桿反循環(huán)中心取樣（心）鉆進(jìn)，含常規(guī)潛孔錘、貫通式反循環(huán)潛孔錘、取心鉆進(jìn)潛孔錘、潛孔錘跟管鉆進(jìn)等方法。
　　四、地質(zhì)鉆探技術(shù)的發(fā)展趨勢
　　鉆探技術(shù)是融合了多門科學(xué)的一種技術(shù)，現(xiàn)代信息技術(shù)尤其是三維信息技術(shù)在鉆探領(lǐng)域中的廣泛有效的應(yīng)用，快速有效的對物、地、遙、化等海量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成處理，并不斷的提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確度和精確度，從而使地質(zhì)鉆探、靶區(qū)圈定、找礦預(yù)測等更加準(zhǔn)確。應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析、管理和建模系統(tǒng)對勘查所獲得的大量不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理分析，并且形象的表現(xiàn)在圖表上。以后鉆探專業(yè)的發(fā)展將主要要依賴電子計(jì)算機(jī)信息技術(shù)。
　　五、結(jié)束語
　　鉆探技術(shù)包含地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、勘探工程學(xué)等，其中各個(gè)學(xué)科需要彼此互相幫助、互相依靠。面對當(dāng)前礦產(chǎn)勘查的大好發(fā)展趨勢，最缺乏、最關(guān)鍵的是專業(yè)技術(shù)人才。在今后一段很長時(shí)期內(nèi)，對專業(yè)技術(shù)人才的迫切需求將是全球礦產(chǎn)勘查市場的一個(gè)重要特征。因此，地質(zhì)專業(yè)人才的培養(yǎng)應(yīng)成為我國高等教育的一個(gè)重要發(fā)展方向和戰(zhàn)略，從而為我國礦產(chǎn)勘查事業(yè)的大發(fā)展提供可靠的人才保證。