矿区的水文地质钻探技术

摘 要：目前我国很多矿区地下水含量丰富,而且赋存条件复杂,这就给煤矿的矿井建设和后期生产造成了极大的安全隐患,因此现阶段必须加强矿区的水文地质勘察研究.文章通过分析当前我国矿区水文地质钻孔施工中存在的主要问题,从水文地质钻孔的布置、钻进施工工艺、钻机设备的选型以及相关人员的教育培训等角度出发,研究了有效的应对措施,对于提高水文地质钻探的施工效率,有效防治水害,保证矿区的安全生产和正常施工具有非常重要的现实意义.

关 键 词：矿区；水文地质条件；钻探技术

中图分类号：P641文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）11-0148-01

近年来随着经济总量的提升和科学技术水平的发展,我国各行各业的能量消耗也越来越大,因此能源产业也得到了突飞猛进的发展.据统计目前我国很多国有大型煤矿已经开始扩建,其开采深度也在逐步加大,然而我国很多地区地下水含量丰富,赋存条件复杂,而且很多地质工作者综合素质偏低,漏测或不测现象严重,严重歪曲了含水层、隔水层的渗透特征、富水程度以及水层的埋藏深度、厚度、岩性、空隙率和分布状况等真实信息,导致勘察报告与现场实际情况严重不符.这就给煤矿的矿井建设和后期生产造成了极大的安全隐患.一般来说矿区的水文地质勘察工作主要包括五大部分内容,即水文地质测绘、水文地质钻探、现场抽水试验、地下水位动态观测以及实验室试验,其中水文地质钻探技术操作方便、经济可靠,在矿区的水文地质勘察工作中应用广泛.本文通过分析当前我国矿区水文地质钻孔施工中存在的主要问题,从水文地质钻孔的布置、结构设计以及水文地质观测工作等角度出发,研究了有效的应对措施,对于提高水文地质钻探的施工效率,有效防治水害,保证矿区的安全生产和正常施工具有非常重要的现实意义.

1我国矿区水文地质钻探中存在的主要问题

一般来说矿区水文地质条件复杂,特别是遇到断层、溶洞等复杂条件时,再加上现场技术人员综合素质偏低,钻机设备落后等原因,矿区的水文地质钻探将会非常困难,由此产生的问题也非常多,最终导致钻进效率低下,比如卡钻、掉钻现象严重,钻头无法均匀钻进等.

1.1现场作业人员综合素质偏低

目前我国大部分矿区水文地质钻探工程施工的从业人员综合素质偏低.现场负责或管理人员职业道德休养偏低,工作态度懒散,对于国家有关的建筑法律、法规、规范不了解或者不熟悉,不能及时的贯彻和执行到每一个钻孔中去,使得施工作业人员盲目施工.而且有些技术人员对于后期的勘察报告编写也是草草了事,比如在没有进行测井参数对比的情况下就随意绘制水文地质观测曲线,随意编造含水层的渗透、含水特征参数,导致勘察报告与现场实际情况严重不符等.现场作业人员大部分是农民工,往往没有受过良好的教育和正规的职业技能培训,在施工过程中往往是怎样方便怎样施工,最终导致取样不合格,现场原位测试结果不准确等.

1.2钻机设备选型不当,质量问题突出

当前我国很多矿区的水文地质现场钻探作业都是由分包人员负责,因此为了节约施工成本,增加经济利润,往往不根据矿区水文地质岩石的钻机难易程度进行钻机参数选型,不严格按照标准的钻探工艺施工,导致钻机转速、钻速以及钻压等参数的匹配调整不到所需的要求,影响钻进效率；钻机由于多年磨损也总是问题百出,比如钻头切削刃布齿、复合片损坏严重,泥浆泵效率低下,泵量、泵压达不到钻进要求等.

1.3矿区水文地质条件复杂,作业条件差

矿区的水文地质条件一般都比较复杂,在水文地质钻探的过程中可能会遇到断层裂隙、岩溶等复杂地质条件,以及老窑和废弃矿井等人为形成的储水环境.对于裂隙发育程度比较高的地层来说,其岩石结构完整性比较差,而且有时会含有大量的水分,水力连通关系复杂,极大降低了钻机的钻进效率,致使钻头不能均匀的钻取岩石,清水泥浆漏失,泥土充填裂隙而不能有效被排出孔外,还极易出现钻头损坏、卡钻、掉钻、埋钻等现象,最终导致严重安全事故的发生；对于老窑、废弃矿井水来说,由于长期处于死水状态,其内部滞留大量的有毒有害气体,钻机一旦钻通就可能对现场作业人员的生命安全构成极大威胁.

2优化矿区水文地质钻探的有效措施

矿区水文地质钻探技术的好坏直接影响到施工企业的切身利益和从业人员的生命财产安全,因此有必要研究出更为合理有效的措施,来优化矿区的水文地质钻探技术.由于影响矿区水文地质钻探技术的因素很多,因此其优化措施也是多方面的,主要包括做好钻机设备的选型,优化钻孔布置,加强对施工作业人员及现场管理人员的教育培训等.

2.1做好钻机设备的选型

钻机设备的好坏以及选型的合适与否直接影响着钻机的钻机效率,因此一定要根据矿区水文地质岩石的钻机难易程度进行钻机参数的选型,必须要选用先进的钻进设备,比如正反向一体化钻头；同时还要注意钻机设备的保养和更换,对于磨损严重的钻头、泥浆泵要及时更换,保证钻机按最大效率工作.

2.2优化钻机钻进的施工工艺

钻机的钻进施工工艺也是影响钻机效率的重要因素.在钻机施工过程中要注意观察和记录钻孔中水位的变化、冲洗液的消耗和漏失情况、涌水位置和涌水量、水温的异常以及钻具掉落的层位和深度.根据泥浆的翻浆速度、颜色适时改变钻进策略,当遇到断层破碎带、溶洞时,要准确判断聚水量和水力连通关系,注意使用适当长度的短钻杆或岩心管,有效保持钻具的刚性钻进进度,同时还要按照起拔钻进工艺施工,防止裂隙中的岩块掉落造成卡钻,泥沙、碎屑不能顺利排出孔外时造成埋钻,或是钻头在溶洞中甩开脱落导致掉钻.

2.3优化钻孔布置

一般来说矿区的水文地质钻探钻孔可以分为勘探孔、试验孔、观测孔、开采孔以及探放水孔五类.各类钻孔的布置在满足能够准确获得矿区水文地质资料的同时,应尽量减少工程量,降低工程成本,缩短工期.所以在水文地质钻探之前,要收集整理当地的水文地质条件和物探资料,然后按照先疏后密、点线、深浅结合的原则进行布孔,同时还要尽量做到一孔多用.水文地质钻孔的孔深、孔径的设计还要考虑钻孔类型、预计出水量、井管以及过滤器类型的要求.对于含水的基岩层或岩溶地区,钻孔应穿透含水层或岩溶发育带.

2.4加强对施工作业人员及现场管理人员的教育培训

随着科学技术的进步和社会的发展,高科技成果在矿区水文地质勘察工作中应用的也越来越多,施工设备的机械化、自动化程度的提高,对现场管理和从业人员的文化素质和技术水平的要求也相应提高,除了要掌握一定的理论知识以外,还要熟悉相应的技术规范和操作规程,这样就必须加强从业人员的教育培训工作.教育培训的内容要做到适时、适地、方式多样,严格、严谨讲求实效,目的在于强化他们的操作技能和自我防护意识,避免在钻探工作过程中一旦发生突水或有害气体泄漏,对其造成重大的伤害.

3结语

矿区的水文地质钻探工作是一项系统复杂的工程,要求广大设计和施工人员不仅要掌握较高理论知识和操作技能,还有具备较好的职业道德修养,认真做好水文地质钻孔的布置,按照钻进设备及具体地质情况,改变施工工艺,切实提高钻进工作效率.同时还有注意现场操作的规范性,保证原位测试实验的准确度及取样的合理性,切实提高水文地质堪查报告的质量,为矿区水害的预防和治理提供科学可靠的依据.