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183管理及其他Management and other关于提升地质岩心钻探质量策略的思考何东，冯航摘要：在地质勘探工作中，岩心钻探是一种被广泛应用的勘察技术。采取岩矿芯后，可以通过技术研究来了解矿体所处的深度、厚度、品位、构造特点、产状、成矿条件等信息。随着经济、科技的快速发展，社会对矿产资源的需求不断增加，对钻探工程质量的要求也在持续提高。本文围绕地质岩心钻探的六项质量指标进行探讨。关键词：地质岩心；钻探；技术；质量；策略在地质勘探工程中，如果想要获得第一手的地质实物数据，就必须借助于岩心钻探技术。岩心钻探的质量优劣直接影响到地质勘察成果的准确性。目前，主要以DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 中提到的六大质量指标作为地质岩心钻探质量标准。但是，也有部分钻探单位以GB/T33444-2016 固体矿产勘查工作规范 作为验收地质岩心钻探质量的依据。由于这两个文件中的一些内容不统一，因此在实际工作中可能会遇到一定的困难。本文详细阐述了六大质量指标，并围绕各个指标的要求制定了提升岩心钻探质量的有效策略。1 六项质量指标与要求1.1 岩矿芯采取率地质岩心钻探的根本目的是获得岩矿芯，这也是评价钻孔质量的重要指标和参数。通过观察、鉴定、分析、化验采取的岩矿芯，可以详细全面地了解矿物的品位、成分、内部结构、组成、水文地质特点等信息。1.2 钻孔弯曲与测量间距上文提到的两个现行文件中对测量间距、顶角偏斜度的要求相同，具体如下：直孔每钻进100米应测量一次倾角与方位角；斜孔每钻进50米，测量一次倾角与方位角；直孔施工过程中，每100米的顶角偏斜度应2；斜孔施工过程中，每100米的顶角偏斜度3。GB/T33444-2016 固体矿产勘查工作规范 中规定，斜孔每钻进100米，允许的方位角偏差为1 2；而DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 中则没有提到这一点。因此，每钻进100米应该测量一次顶角，但不需要测量方位角。如果顶角3，则每钻进50米测量一次顶角和方位角。1.3 简易水文观测两个文件中的要求基本相同：每个班次至少观测水位1次 2次；钻进施工中如果遇到大裂隙、老窟、返水、溶洞、漏水、气体涌出、钻具突然下落、破碎带、严重坍塌、油气显示、掉块、水温异常等状况，应详细记录在案。1.4 孔深误差的测量和矫正DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 中规定的校正频次是：钻探深度达到100米以及100米的倍数时，应该校正孔深；GB/T33444-2016 固体矿产勘查工作规范的要求是：直孔每钻进100米，斜孔每钻进50米，都应该校正孔深。1.5 原始报表只有DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 中有此项要求：原始报表包括交接班记录表和 钻探班报表，含有 简易水文观测记录表。各个班次应委派专人现场填写原始报表，保证报表内容真实、准确、完整、清晰。1.6 封孔按照地质部门提出的钻孔柱状图与封孔标准，施工部门编写封孔设计文件，交给机台实施。DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 的要求是封孔后应在孔口的中心位置设置水泥标志桩，即用水泥固定。GB/T33444-2016 固体矿产勘查工作规范 则要求在水文地质人员、地质人员没有特殊要求的情况下，终孔钻进完成后，应起拔井口管，然后在孔口的中心位置设置水泥标志桩，埋深大于5米。2 影响地质岩心钻探质量的因素（1）人为因素：这也是对岩心钻探质量起到决定性作用的因素，质量控制策略的制定与实施，应将人的主观因素作为重要内容，包括直接履行工程质量管理职能的决策人员、管理人员、施工人员的质量意识；同时也包括工程招标方、中标方、咨询服务等相关机构的专业资质、管理能力。从个体的人、群体的人两方面分析人的因素对钻探质量的影响。（2）机械因素：钻探施工中用到的各种设备、工具、器械的性能、质量。（3）方法因素：也叫做技术因素，包括钻探施工技术的应用。技术与工艺水平往往决定了钻探工程施工质量。（4）环境因素：包括社会环境、施工环境、自然环境、管理环境等。具体指的是工程所在地区的气象条件、地质184管理及其他Management and other结构、水文特点、地形地貌。环境因素往往充满了不确定性、复杂性、多变性。如果控制环境因素对钻探质量的影响，是工程质量管理的重点所在。3 地质岩心钻探施工中存在的质量问题3.1 岩矿芯采取率岩心采取率和矿心采取率是钻孔取芯作业中的重要指标。一般情况下，岩心采取率应该在70%以上，矿心采取率应该在80%以上。目前，绳索取芯金刚石双管钻进技术已经开始推广应用，该技术对操作精度有较高要求，但在保证操作水平的情况下，采取率可超过80%。因此，不需要对岩心和矿心的采取率进行分别要求。同时，如果钻孔地质与取芯无关的岩层，也应该设计成不取心孔段。3.2 钻孔弯曲与测量间距绳索取芯金刚石钻进技术是现阶段常用的技术之一，该技术不容易引起钻孔弯曲。在深度小于500米的深孔段中，钻孔弯曲主要受到地质因素的影响，其次才是钻孔技术和工艺的原因。DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程中仅对方位角的测量提出了要求，但并没有规定测量的允许偏差。GB/T33444-2016 固体矿产勘查工作规范 中提出，每钻进100米，方位角允许的偏差为1 2。然而，这一要求并不合理，因为目前应用的磁针罗盘式测斜仪与磁针电测式测斜仪的方位角测量精度普遍为4，个别仪器可能会达到2，所以规范中1 2的允许偏差要求，在实际测量中难以满足。对于斜孔的定义，如果以DZ/T0227-2010 地质岩心钻探规程 为准，可理解成开孔顶角3的情况下为斜孔。但实际情况是，只要开孔顶不是0，即倾角不是90，在钻前施工、设备安装、开孔施工中都是按照斜孔标准进行。然而，中央地质勘查基金项目预算标准 中规定，只有开孔顶角5，才能成为分档提高预算的标准。3.3 简易水文观测在冲洗液是泥浆的情况下，每班观测水位时，并不能真实地反映地层水文特点，所以这种情况下的水位观测数据使用价值不高。当水位深度大于50米时，通常在钻进过程中仍然能够正常循环与返水。每班对水位的观测数据偏差较大，还有一种情况是，正常钻进孔口不会返水，测量的水位波动性很大，无法保证准确性。因此，在水位超过某个深度后，每班观测孔内水位并没有太大的实际意义。为了了解具体的水文特点，矿区主要采用水文地质钻孔的方式，单独观测的稳定水位数据可作为矿区水文的原始数据。3.4 孔深误差测量与校正允许的误差范围为1。在钻进深度达到100米及其倍数时，对孔深进行校正是完全合理的。但当孔深达到1500米时，使用钢尺进行测量可能会出现0.5米以上的误差，主要是由于钢卷尺测量时伸缩的松紧度造成的。3.5 原始报表原始报表作为地质岩心钻探施工中的重要资料，记录了钻孔施工完成后所能保留的所有原始数据，因此必须委派专人进行管理、验收和存档。3.6 封孔确定终孔后，应根据封孔的具体要求进行作业，并按照要求设置孔口标记。但是在现场很难完成在孔口中心位置设置深度5米的水泥标志桩，而且也没有太大的实际意义。4 提高地质岩心钻探质量的有效策略地质岩心钻探的质量不仅与钻进施工技术有关，还与地层地质、地形特点密切相关。由于固体矿产岩心钻探的补心与纠斜等客观因素的存在，不仅需要使用专业技术和设备，还需要耗费大量的人力和材料，并且存在较高的技术风险。因此，不能将其视为正常的质量保证措施，而应该视为专业技术，在合同中明确单项收费标准。4.1 岩矿芯采取率岩矿芯采取率是评估岩心钻探质量的一个重要指标。在固体矿产勘探中，通常情况下，岩矿芯采取率应该大于70%，矿心采取率应该大于80%。同时，钻探施工中不仅需要保证较高的岩矿芯采取率，还要确保岩矿芯的完整性、纯洁度和典型性。以下几个方面可以保证岩矿芯采取率和品质：（1）结合实际情况选择钻进施工技术与采芯方法。目前常用的钻探技术有复合型钻探技术和立轴岩心钻探技术。复合型钻探技术融合了多种功能，能够提升地质钻探效率，解决复杂地形地质中的钻探难题，节约钻探时间与成本。立轴岩心钻探技术在地质勘探施工中广泛应用，但在复杂地质地形环境中的应用效果一般，钻进施工效率也会受到影响。（2）选择效果优良的取芯工具。常用的取芯工具有双动双管钻具、无泵孔底反循环类取芯钻具、单动双管钻具、喷射式孔底反循环类取芯钻具、单双动双管钻具等。如果遇到特殊、复杂的地层，也可以选择半合管钻具。（3）合理设计钻头的结构并选择合适的钻头类型。同时，选择合适的卡料、卡簧也很重要。（4）做好岩矿芯堵塞的防范措施。在钻探过程中，经常会出现岩矿芯堵塞的情况。为了避免这种情况的发生，需要采取一些防范措施。（5）准确判断采取岩矿芯的最理想时机。在钻探过程中，需要根据地层情况和采芯工具的特点，确定采取岩矿芯的最佳时机。185管理及其他Management and other（6）结合实际情况确定钻探回次进尺长度。根据地层情况、采芯工具和钻探技术的特点，合理确定钻探回次进尺长度，保证岩矿芯采取率和品质。（7）采取其他措施。钻进过程中要重视岩矿芯采集后的起钻操作，保证钻孔清洁，改善常规敲打取芯方法。如果地层结构取芯困难，可以适当增大口径。在放置岩矿芯时要按照先后顺序放置，不能颠倒顺序。同时，做好施工现场的组织与管理工作也很重要。总之，保证岩矿芯采取率和品质是钻探施工中的一项关键工作。需要从多个方面入手，不断优化和改进钻探技术和采芯方法，提高岩矿芯采取率和品质。4.2 钻孔弯曲与测量间距为了确保地质勘探的准确性，需要精确测量钻孔的参数，包括矿体形态、埋藏深度、产状、品位、储藏量等信息。为此，需要准确定位地下空间钻孔轨迹坐标，并通过测量钻孔顶角、孔深、方位角等几何参数获得钻孔轨迹的空间位置，然后经公式计算得到空间坐标。钻孔参数测量结果直接影响地质资料的可靠性、客观性以及钻孔轨迹的控制精准度，因此应该保证钻孔参数测量结果的严谨性。目前，钻孔顶角测量通常利用地球重力场的作用，根据水平、悬垂原理设计而成。为了测量钻孔方位的角度，需要使用地表定向环测原理和地磁场与陀螺惯性。钻孔参数直接关系到钻探施工质量，因此应尽可能提高参数的准确性。在钻探施工中需要注意以下问题：在条件允许的情况下，采用随钻测量系统，可以充分保证钻孔轨迹的准确；如果钻孔方位角的测量区域存在磁性，则要求测量仪器拥有抗磁性干扰功能；如果钻孔区域没有磁性，可以使用磁敏感性仪器进行测量，避免不必要的资金浪费；如果测量工作对垂直孔和精准度的要求较高，则要求测量仪器具有较高的分辨率和敏感度，且要选择小顶角模式；如果钻孔顶角在60及以上，则需要使用大顶角的测量仪器；避免使用氢氟酸玻璃管刻痕测量方式，以免影响深部钻探孔轨迹的测量精准度；测量钻孔参数的过程中，在测量电缆或者钢丝绳时，可使用孔深计数器。如果没有孔深计数器，则需要设置电缆，或者标记钢丝绳的孔深；深部钻孔因温度高、压力大，所以测量仪器应具有抗高温性能，且密封性也要满足孔深要求。为了避免钻孔弯曲，需要采取以下措施：安装设备时，需要全面检查地表机械设备的稳定性和可靠性，保证“天车、回转器、孔口”处于一条直线；根据实际情况选择钻具，保证钻具结构与级配能够满足施工要求，在无特殊要求的情况下，建议采用满眼钻进技术；如果地层容易倾斜，可委派专人通过定向操作技术避免倾斜问题；采用冲击回转钻技术；在对钻进深度有较高要求的施工中，优先采用钻铤加压技术。4.3 简易水文观测水文钻孔资料为地质岩心钻探工作提供了充分的理论依据，如果资料不完善，钻探施工就会因为缺乏指导依据而变得盲目和随意。因此需要通过多种途径补充水文资料，比如明确矿区的含水层与相对隔水层的所在位置、数量、具体厚度，进一步完善矿产资源的评价资料。简易水文观测的质量控制策略包括：测量钻孔的水位，详细了解地下水的动态、压力、含水层的深度等信息；确定钻井液的消耗量，评价地层裂隙的发育程度以及透水性；测量钻孔的用水量，了解承压含水层的水头高度、埋藏深度，为设计采矿作业过程中解决排水问题提供方便；详细、全面的掌握地下水的性质、特点。如果钻探过程中发现地层溢出气体，则提示该区域的地热存在异常，此区域非常适合观测水文，工作人员应该立刻定位气体的来源，并采集气体送检、化验；水文观测结果的记录要真实、准确、及时、客观。4.4 孔深误差测量与校正通过测量钻孔中的钻具长度，可获得实际孔深，然后与报表中记录的孔深进行比较，把二者的差值平均到相应孔段所在的地层中，其平差后的分层厚度之和与实际孔深一致。实际工作中，可采用以下措施控制孔深误差：（1）使用刻度清晰的钢尺丈量。（2）准确记录钻具全长的丈量结果，避免人为记录错误。（3）加减钻杆的过程中，应秉持认真、严谨的态度丈量，保证计算的准确性。（4）遇到下述情况应校正孔深：钻进深度一百米及其倍数；地质编录人员确认的能够划分地质时代的地层以及构造极为重要的地层；进出矿层；下套管之前、终孔后。（5）如果孔深的误差超出了允许范围，应立刻查找原因，并采取平差措施。5 结语综上所述，矿产是国家经济支柱，在提高国际竞争力与综合国力等方面发挥重要作用。正因如此，才应做好地质矿产勘察工作、提升地质岩心钻探质量。在钻探施工中引入新型的技术设备，提高施工人员的质量意识、环保意识与综合素养，提升矿产资源利用率，促进我国矿产开采事业的长远发展。（作者单位：四川华锋钻探工程有限责任公司）