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鉆井工程及其發展趨勢

1.

鉆探工程簡介

鉆探工程是以機械回轉或沖擊的方式,利用機械碎巖鉆進地下巖層的地質勘探方法,主要應用於以下幾個方面:

1)在地球物理勘探或地質預測後確定的可能含煤區,需要依靠鉆探工程進行驗證、揭露、圈定。

2)在表土覆蓋很厚的覆蓋區深部或老礦區,由於采用坑探工作量大、成本高,鉆探成為揭露煤田地下深部地質的主要勘探和驗證手段。

3)含煤地層位於地表水體之下,或表土覆蓋層很薄但含水較多的半沼澤地區,由於安全條件限制壹般不能采用坑探工程,其他手段的應用也受到限制,鉆探工程幾乎成為唯壹可用的手段。

鉆探工程與其他勘探工程相比具有以下優點:

1)獲得的地質資料可靠性大、準確性高、直觀全面。

2)鉆探機械及其配套設備技術的提高,以及車載鉆機的大量出現,為地質勘探廣泛采用鉆探工程創造了有利條件。

3)采用繩索取芯工具,不僅保持了煤芯、巖心的完整性,提高了取芯率,而且大大縮短了取芯時間,提高了鉆探效率。

但與此同時,鉆探工程也存在著明顯的不足,如:只能獲得孤立點的地質資料,該點的地質資料在區域內是否具有代表性無法確定;對煤層的狀態不能直接進行全面連續的觀測;鉆孔間地質構造盲區的延伸或地層的界線不確定;設備笨重,施工工藝復雜,特別是在中高山區施工困難。在中高山區施工難度大。

在勘探設計時,應充分考慮以較少的工作量獲取盡可能多的地質資料,盡量實現壹孔多用,提高經濟效益,即施工壹個鉆孔同時達到兩種或兩種以上的地質目的。

2、鉆探工程的發展趨勢

綜合鉆探技術的應用將成為我國地質鉆探技術發展的新階段。綜合鉆探技術是指在壹個礦區、壹個工程作業區或壹個單孔鉆探中,針對實際地質情況,在現有技術基礎上,合理選擇或組合壹種或多種鉆探方法,以獲得最佳技術經濟效果。它是壹個技術體系,是未來鉆探技術的發展方向。

國外利用綜合鉆探技術進行科學施工,有許多成功的範例:澳大利亞在找礦勘探過程中,采用的方法是先用螺旋鉆在較大區域內進行化學鉆探和取樣,然後在重點區域內用潛孔沖擊鉆對基巖進行鉆探,最後在比較有希望的位置進行布孔,打金剛石巖心鉆,取得了非常顯著的效果。相對而言,在現有技術條件下,綜合鉆探技術的發展已有壹定的基礎。

1)針對不同的巖石和施工條件,已經有了多種針對性強、效率高的鉆進方法。在巖心鉆進、定向鉆進、基坑鉆進以及硬地層深孔鉆進等情況下,可采用金剛石鉆進方法;在中硬和硬地層中鉆進垂直較短的巖石孔時,可采用沖擊回轉機械成孔方法;在軟土中可采用螺旋鉆進、振動鉆進、機械靜力成孔以及偏心套管鉆進等方法。

2)鉆頭、鉆具、鉆機取得新進展。傳統的高性能鉆頭、鉆具研制技術已經成熟,高壽命聚晶金剛石復合PDC鉆頭、高強度輕質合金鉆桿和繩索取芯鉆桿、雙壁鉆桿、多級伸縮鉆桿等技術已成功應用於工程建設。適應特殊地質條件的各種鉆機在高效節能、自動化操作、高質量鉆進、可靠施工等方面取得了較大進步,特別是在裝備大型化、智能化、滿足施工現場特殊性(如海洋鉆探、凍土鉆探、科學鉆探等)等方面,裝備的發展與施工工藝的結合更加緊密。

3)各種減少進尺量以達到同樣勘探目的的鉆進方法有了長足的進步。如利用上部孔段****、從深孔部分分支鉆孔的鉆進技術、復雜地形定向鉆進技術和定點定向鉆進技術等,在礦坑中應用鉆進技術,使新的地質工程鉆進技術得到發展。

同樣,在上述技術的基礎上,鉆探技術將在以下幾個方面取得更大的進步:

1)傳統地質鉆探。陸地固體礦產資源,特別是稀缺的稀有礦產、石油、核能、地熱等資源,在新世紀將繼續得到開發,特別是向勘探程度低、自然條件差、埋藏深的邊遠地區。

2)與基礎設施建設有關的巖土鉆探。未來幾十年,我國仍處於基礎設施建設階段,各種基礎設施建設工程量不斷增加,與工程勘探、工程施工、非開挖技術相對應的巖土鉆探技術將有更大的應用價值,並將形成我國經濟發展的支柱產業。

3)海洋開發。海洋開發是我國高新技術發展的重要方向,大洋鉆探技術是深海礦產資源的戰略必爭之地和科學研究的基礎。

4)西部建設。西部大開發,極地、高山、冰川、沙漠、凍土等地質條件,給鉆探技術提出了新的任務。

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