江苏省地质矿产勘查局第一地质大队
摘要：随着近年来我国工程建筑事业的发展，地质勘探事业也得到了突飞猛进的发展，地质钻探技术是指利用一定的机械设施和方法，取得地表以下的岩心矿样，并对岩心矿样进行分析化验，从而为地质和矿产资源参数作出可靠评价的一项地质工程。钻孔技术,是目前应用最为广泛的工程地质钻探方式，能够有效获取各项地质资料以及岩土层的各项物理、力学、化学参数，为进行工程地质勘查提供方便。从而为工程施工选取合适的修建地点、地基基础处理方式、所建建筑物的类型、结构参数等提供用于参考分析的数据。本文介绍了钻孔勘探设备、钻孔技术的几种方法和钻孔技术，分析了钻孔技术在现阶段工程地质钻探的应用以及面临的挑战。
关键词：工程地质钻探；钻孔技术；应用
一、现阶段工程地质钻探中应用的钻探技术设备状况
钻探技术设备是钻探工程中的一项重要组成部分。钻探技术设备随着钻探工艺的改进和钻探技术的发展而不断变化更新。同时，钻探技术设备也影响着钻探技术水平发展的程度。钻探技术设备是指在钻探施工中直接应用的机械设备，主要由动力机、钻机、泥浆泵三部分组成，其中最核心的组成部分是钻机。本文就钻机的不同分类和发展情况进行分析。
（一）全液压动力头岩芯钻机
全液压动力头岩芯钻机，在国外的钻探工程中占据主要地位，其发展已经初步形成了完整的规模。全液压动力头岩芯钻机具有液压动力头式回转机构、无极调速模式、长行程的给进系统、机械化和自动化程度高、液压绞车式提升系统、配套器具齐全，桅杆结构能够在钻孔中进行较大范围的角度调整等结构特点。
（二）新型中深孔钻机
新型中深孔钻机，是具有多种功能的新机型。随着复合钻探技术的发展以及金刚石岩芯钻探、空气反循环连续取样钻探、空气潜行锤取样钻探等钻探技术的进一步发展，以这种复合钻作为零部件的多功能钻机得到了很大程度上的发展。
（三）自动化、智能化钻机
目前，欧美地区已经研制出了自动化、智能化的钻机，并能够做到熟练使用。新研制出的钻机系列大部分实现了全自动化，甚至能够实现机台单人操作。这种新型号的钻机，例如典型适合金刚石钻进的高转速低扭矩钻机，在地表或巷道能进行工作
（四）国内钻探设备现状
现阶段下，我国国内地质钻探设备以立轴式岩芯钻机为主，全液压动力头岩芯钻机呈现飞速发展的态势。国产的坑道钻机在深部矿山区的钻探工作中被广泛运用，得到了很大程度上的发展。进行煤气层钻探工作时，多采用水源钻机、物探钻机等煤层式钻机，国内的煤层式钻机市场广阔，得到了很大程度上的发展。
二、地质钻探技术
地质钻探技术，是地质勘查中一项重要的勘探技术。地质勘探技术通过向地质体钻孔，破碎孔底岩石的方法，综合使用多种钻进工艺。不同的钻探方法，因为钻探设备和钻进方式的不同而不同。根据外力作用方式和破碎岩土方法的不同，将钻探方法分为冲击式钻探、回转式钻探、冲击回转式钻探和振动式钻探四种形式。在少数特殊的地质条件下，也会采用喷射式钻探的方法。根据钻探切削工具的不同，将钻探方法分为钢粒钻探、硬合金钻探和金刚石钻探。根据钻探目的和作用的不同，将钻探方法分为水文地质钻探、固体矿产钻探、工程地质钻探、地热钻探、砂矿床钻探、石油天然气钻探、科学（超深孔）钻探和地表取样钻探等。根据所使用的冲洗液和循环方式，将钻探方法分为泥浆钻探、清水钻探、空气钻探、正循环钻探以及反循环钻探等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据钻探区域的不同，将钻探方法分为极地钻探、陆地钻探、水域钻探以及月面钻探等，此外还有一些效率高但因为成本高、技术难度大而未能被广泛应用的钻探方法。例如，包括高频电流钻、火焰喷射钻、微波钻在内的热力法以及包括等离子站、电热钻、激光钻在内的熔融法。
（一）冲击式钻探
冲击式钻探起源于中国，目前在中国和国外都得到了广泛的应用。冲击式钻探的钻进原理在使用一字型或十字型钻头，与钢丝绳或钻杆相连组合，通过上下运动冲击岩石，捞出岩屑、岩粉，形成钻孔。
影响冲击式钻探的主要因素是冲击频率、冲击功、冲击方式以及传递三要素，冲击频率与钻进效率在一定比例下成正比关系，当冲击频率超过某一定值后，效率则会有所下降。
（二）回转式钻探
回转式钻探是利用钻具的回转运动起到破碎岩层成孔作用的钻探方法，是现阶段下使用最为广泛的钻探方法。钻机有大、小锅锥钻机、正、反循环转盘式钻机、液压动力头式钻机、潜孔振动回旋式钻机等不同分类。结构简单的回转钻机由简单的钻进装置组成，具有完善结构的回转式钻机，包括钻进设备、循环洗井装置两部分组成，
（三）冲击回转式钻探
冲击回转式钻探是指同时运用冲击和回转两种方法进行岩石破碎的钻探方式。在作业时，通过钻杆带动钻头低转速回转，在轴向钻头的压力下，再利用钻杆中心的液体或气体产生的冲击力，运用冲击和回转两种方式的共同作用来形成钻孔或采取岩芯。冲击回转式钻进，可以大大提高硬质岩层转速和回转进尺长度，降低钻孔的弯曲程度，从而显著降低工程成本。冲击回转钻探的实现，一种是利用钻孔中冲洗液能力驱动的冲击器实现；另一种则是利用压缩空气驱动的风动冲击器实现。
（四）振动式钻探
振动式钻探是指钻进过程中利用振动器带动钻杆和碎岩工具而产生周期性振动力。这种钻探方法，除了利用地表振动器和钻具对地层产生垂直静载外，还有钻具上下振动产生的高频冲击振动所产生的动载，从而使得岩层周围或土层产生振动。在高频率的振动作用下，岩层或土层的强度下降。岩层和土层在钻具和振动器自重和振动力的联合作用下，使得钻头钻进岩土层，从而达到钻进的目的。
三、钻孔技术的分类及应用情况
常用的钻孔技术有浅钻、岩心钻、坑内钻三种。
（一）浅钻
浅钻的主要作用是在涌水量大时用来代替浅井，用来勘探埋藏不深的矿床近地表部分的矿体。浅钻种类众多，大多用于自行在汽车上的安装。浅钻具有经济、便利、孔浅、易搬的特点，但不宜钻进硬度过大的岩石。
（二）岩心钻
岩心钻是用在对矿床进行勘探的过程中，了解矿体深部地质情况的主要工程手段。在了解矿床规模或矿体向地下深部的延伸情况下，用于寻找并勘探盲矿体时，在山区或平地，对于各种矿种或矿床的不同复杂程度，都能广泛应用岩心钻。
（三）地下钻
地下钻是指在水平坑道中进行钻进的岩心钻。岩心钻在用于多种复杂矿体或矿床进行细致勘查或生产勘查的情况。
（四）钻孔技术的应用
钻孔工程在我国经济的许多部门都得到了广泛的应用。钻孔技术应用按照用途，可以分为用于了解地质构造、找矿或探明矿产储量的地质普查或勘探钻孔，用于勘查地下水文情况的水文地质钻孔，为工农业、国防以及生活而开发利用的水井，为建筑厂基、坝址、水库、桥梁以及道路探明的工程地质钻孔，勘查和开发石油、天然气的石油钻井，勘探和开发地热水与蒸汽资源的地热钻孔，为加固处理建筑工程基础而应用的基础桩或管桩施工的工程基础施工钻孔；为开采地下卤水、溶解岩盐、硫磺、燃烧气化地下煤炭的开发钻孔；在采矿时为通风、排水、探水、探气、冻结、运输的采矿或隧道灯工程的辅助钻孔等等。
总结
随着科学技术地发展和国民经济发展水平的提高，钻探工程技术在探查、开采以及施工领域得到了日益广泛的应用。钻探工程技术与众多尖端科学项目有着密切的联系。广泛应用在深海洋地底资源钻探、南极极地钻探、地壳科学钻探、月球表层钻探等工程开发建设的项目中。钻探工程技术的发展，对整个地学基础理论提出挑战性的认识，产生矿产、新能源、新材料、地质灾害防治等领域突破可能性的发展。
参考文献：
[1]杨显洪.岩心钻探技术在伊斯坦鑫山磁铁矿项目勘探中的应用[J].地球, 2015,(4).
[2]彭涛、冯梦黎.岩心信息系统的设计讨论--以西藏甲玛矿区为例[J].中小企业管理与科技, 2014,(18).
论文作者:王庆
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/20
标签：钻机论文; 钻孔论文; 岩心论文; 技术论文; 地质论文; 方法论文; 矿体论文; 《防护工程》2017年第16期论文;