工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用探究.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 78 工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用探究 杨晓萌 江苏省地质环境勘查院，江苏 南京 211100 摘要：摘要：在工程地质勘察中，对水文地质钻探技术的应用至关重要。因此，深入研究工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用，探索对其的优化和改进，对于提高勘察准确性、加强工程设计，提升施工的科学性具有重要意义，这将为工程建设提供可靠的地质信息和水文地质数据，为相关单位的科学决策、精准施工提供有力支持，推动工程建设的可持续发展。本文旨在探讨工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用，并分析存在的问题以及优化策略。通过对钻探设备、钻探人员和钻探工艺的综合优化，推动水文地质钻探技术在工程地质勘察中的发展，并展望其未来的前景。关键词：关键词：工程地质勘察；水文地质；钻探 中图分类号中图分类号：P634 0 引言 在工程建设领域，进行工程地质勘察，是保障工程建设质量的重要之举。而水文地质钻探技术作为工程地质勘察的核心技术之一，对于了解地下水文地质条件、评估地下水资源以及预测地下水对工程的影响，具有重要意义。1 工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用要求 在工程地质勘察中，水文地质钻探的基本要求是确保钻探作业按照地质设计来进行，避免引发冲突。在进行钻探前，工作人员必须充分了解工程地质的特点和要求，确保钻探方案与地质设计相匹配，以便获取准确的地质信息。实现高效、安全、优质的钻探作业，也是工程地质勘察水文地质钻探的一个重要要求。其中，高效性意味着钻探作业必须在合理的时间内完成，实现高质量的数据获取。为实现高效作业，技术人员需要选择适当的钻探工艺，并合理安排作业计划；同时，安全性也是技术人员需要进行重点考虑的一个方面，在钻探过程中，必须遵守安全操作规程和标准执行各项工序，采取必要的安全措施，确保钻探作业过程中的人员、设备安全；优质性是指钻探作业需要获得高质量的地质数据，这要求技术人员把控好钻探设备、工艺的精确性，确保钻孔的质量符合要求，能够获取准确的地层信息。此外，还需对钻探过程中获取的数据进行准确的整理和分析，确保数据的可靠性和可用性1。具体的数据整理工序包括对取样实施标识，记录与编号、位置有关的信息，并对取样进行分类、描述和编目等，为后续的工程地质分析和评价提供可靠的数据基础。2 工程地质勘察中水文地质钻探技术介绍 2.1 多工艺空气钻探技术 多工艺空气钻探技术是一种常用的水文地质钻探技术，其原理是利用压缩空气作为动力源，通过空气冲击和气流搬运来完成钻孔和取样。这种技术更多适用于软弱地层、含水层和含砾石层等不适合使用液体钻探技术的地质条件。整体看来，该技术具有以下技术特点和优势：（1）快速高效：多工艺空气钻探技术作业速度较快，能够在短时间内完成钻探作业，提高勘察效率；（2）环境友好：采用空气作为动力源，无需使用钻探液，减少了地下水受到污染的风险；（3）取样质量高：通过气流搬运取样，避免了水力泥浆带来的污染和混浊现象，取样质量较高，更符合地层实际情况；（4）适应性广：适用范围广泛，可用于不同地质条件下的钻探作业，如软土、含水层、砂砾层等。下面以某工程地质勘察项目为例，探讨对此种技术的应用，该项目位于一个软弱地层和含水层交替分布的区域。为获取准确的地质信息和水文数据，技术人员采用了多工艺空气钻探技术进行钻探。通过使用高压空气冲击钻进地层、清除碎屑，并利用气流搬运中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 79 取样，顺利完成了钻探工作，所获得的取样质量良好，地质数据准确可靠，这验证了多工艺空气钻探技术在软弱地质条件下的应用优势。2.2 多介质反循环钻探技术 多介质反循环钻探技术也是一种常用的水文地质钻探技术，其原理是通过使用钻孔液的压力来进行钻探作业。该技术可适用于不同地质条件下的钻探活动，包括软土、砂砾层和岩石等。实际应用中，该技术具有以下特点和优势：（1）钻孔稳定性好：多介质反循环钻探技术通过钻孔液的循环流动和压力控制，能够有效、稳定地钻孔，减少钻孔塌方和侧壁崩塌的风险；（2）能够提高取样质量：在钻探过程中，钻孔液能够将地层碎屑悬浮并带出孔口，避免堵塞和堆积，从而保证了取样质量的稳定性和准确性；（3）能够提高钻探速度：多介质反循环钻探技术的钻进速度较快，能够高效地完成钻探作业，提高勘察效率2；（4）环境友好性佳：该技术采用可回收和可再利用的钻孔液，能够减少对环境的污染和对地下水资源的浪费。下面列举一例应用案例：在某地区的地质勘察项目中，技术人员使用多介质反循环钻探技术进行钻探，目的是获取含水层和岩石地层的水文地质信息。通过合理调节钻孔液的流量和压力，成功完成了钻探作业。在钻探过程中，钻孔稳定性佳，取样质量良好，所获得的水文地质数据对地下水资源的评价管理提供了重要依据。这一案例验证了多介质反循环钻探技术在不同地质条件下的应用优势。2.3 其他技术 除了多工艺空气钻探技术和多介质反循环钻探技术外，还有一些其他创新型的水文地质钻探技术：（1）振动钻探技术：该技术利用振动力来进行钻进和取样，适用于某些特殊地质条件，如软土层和敏感地层。振动钻探技术具有快速、精确的特点，能够减少对钻孔液的应用，避免地层水文特性改变；（2）固体取心钻探技术：该技术通过旋转和压力作用，能够直接将地层取样带入钻杆内，避免钻孔液对地层水文特性的影响。固体取心钻探技术适用于岩石地层和较硬的土层，能够获取高质量的岩芯和土样。除了以上技术，还有一些其他的创新技术，也在水文地质钻探中得到了广泛的应用，如声波钻探技术、电阻钻探技术等。对这些技术的应用，丰富了水文地质钻探方法，提高了数据获取的效率和准确性。3 工程地质勘察中水文地质钻探技术应用问题 目前看来，在工程地质勘察中应用水文地质钻探技术，可能会面临以下问题：（1）钻探人员能力有限，获取数据信息不严谨：在一些情况下，钻探人员的技术能力可能有限，对钻探技术在复杂地质条件下的应用不够熟悉，导致操作不规范、数据采集不准确等问题的出现。此外，一些钻探人员对数据信息整理、记录的重要性认识不足，导致在钻探作业进行过程中，出现数据整理不规范、缺失或错误的问题，为工程造成巨大损失。（2）钻探设备选择不当，钻机钻压与速度不匹配，施工效率不高：在选择钻探设备时，若不充分考虑工程地质条件的特点和要求，可能导致钻探效果不佳。例如，对于特殊的地质层和岩石，选择不具备足够钻进力和速度的钻机，可能增加钻探难度，导致作业时间延长和成本增加3。此外，若钻机钻压与钻探速度不匹配，可能造成钻孔不稳定或钻头卡位等问题，影响施工效率。（3）工程地质条件复杂，钻探难度大：工程地质条件的复杂性可能增加钻探的难度。例如，在地质层中存在较高的地下水位、含水层和软弱地层的情况下，钻探作业可能面临孔壁塌方、钻孔堵塞等问题，影响钻探的顺利进行。若存在复杂的地质构造和岩石地层，可能需要技术人员采用更加专业的钻探技术和工具，增加钻探的准确性。4 优化水文地质钻探技术应用质量的策略 为提高水文地质钻探技术的应用质量，可采取以下策略：4.1 选择科学合理的钻探设备，做好设备维护工作 在水文地质钻探中，选择科学合理的钻探设备，对于保证钻探作业的质量至关重要。对设备的选择应考虑以下因素：（1）地质条件：可根据不同的地质条件选择合适的钻探设备。例如，在软土地层中，可选择具有较大扭矩和较低钻压的钻机，以确保钻进和取样的稳定性；（2）钻孔直径和深度：应根据勘察需要中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 80 确定钻孔的直径和深度，并选择能够满足要求的钻探设备4；（3）设备性能：应综合考虑设备的钻进力、钻进速度、转速范围和钻探液循环等性能指标，选择合适的设备。此外，定期开展设备维护工作也是至关重要的。对设备实施维护保养，能够提高设备的工作效率，延长设备的寿命，降低故障发生的概率。技术人员应定期检查、维修设备的关键部件，使设备保持良好状态，这有助于提高水文地质钻探技术的应用质量。4.2 完善工艺培训，提升钻探人员的专业素质 钻探人员的专业素质是影响水文地质钻探技术应用质量的重要因素。通过完善工艺培训，可提升钻探人员的技术水平和操作能力，确保他们能够正确使用钻探设备，采取适当的钻探方法完成作业。具体的培训内容可包括以下几方面：（1）对钻探设备的操作和维护：培训钻探人员正确操作和维护钻探设备的技能，包括设备的组装和调试、操作规程、维护保养等；（2）数据采集和记录：培训钻探人员进行数据采集和记录的技能，包括对标识、编号、位置等信息实施准确记录，以及对数据的分类、描述和编目等。培训的重点可放在操作规程、安全操作要求、数据采集的准确性和整理方法等方面。同时，钻探人员还应了解法律法规和标准，以确保钻探作业符合法律法规的要求。4.3 优化钻孔布置，提升钻探的精确性 钻孔布置的合理性直接影响钻探作业的效果和数据的准确性。优化钻孔布置需要遵循以下原则和方法：（1）把控布置密度：根据勘察目的和地质条件，确定钻孔的布置密度。在较复杂的地质条件下，可适当增加钻孔密度，以获取更多的地质信息；（2）把控布置位置：应根据勘察区域的特点，合理选择钻孔的位置，尽量覆盖整个勘察区域，并关注可能存在地质异常或水文地质问题的区域5；（3）合理选择钻孔排列方式：应根据实际情况，选择合适的钻孔排列方式，如进行网格状、线状或点状布置。钻孔之间的距离和排列方式应贴合地质条件和勘察要求。为提高钻孔布置的精确性，可使用先进的技术手段。例如，利用全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS），对钻孔位置进行精确定位和记录，以提高布置的准确性。此外，还可借助遥感技术和地球物理勘查手段，辅助确定钻孔布置的范围和方向。5 工程地质勘察中水文地质钻探技术的发展前景 随着科技的不断进步和工程地质勘察需求的增加，水文地质钻探技术也在不断发展和创新。如下分析此类技术在未来的发展前景：5.1 技术创新与发展趋势（1）对自动化钻探技术的应用：随着自动化技术的不断成熟，自动化钻探技术必将在水文地质钻探中得到广泛应用。自动化钻探设备可实现自主操作和数据采集，提高钻探的效率和准确性，减少人工操作的风险。（2）数据采集与处理的智能化发展：随着人工智能和大数据技术的发展，数据采集和处理将变得更加智能化。对智能传感器和数据处理算法的应用，将能够实时监测、分析钻探过程中的数据，提供更准确、及时的地质信息和水文地质数据。5.2 应用领域的扩展与深化（1）水资源评价与管理领域的应用：水资源是人类生活和工业发展的重要基础，水文地质钻探技术在水资源评价与管理中具有重要作用。在未来，水文地质钻探技术将更广泛地应用于水资源调查、地下水位监测、水文地质特征评价等领域，为水资源的科学利用和管理提供更多的数据支持。（2）地下工程建设领域的应用：随着城市化进程的加速和地下空间利用需求的增加，地下工程建设将得到进一步的发展。水文地质钻探技术在地下工程建设中的应用将变得更加广泛，如对地下隧道、地铁、地下管线等工程的勘察和设计，以及对地下水位的监测和管理等等，都可应用到这类技术。（3）工程地质灾害评估与预防领域的应用：工程地质灾害会对工程建设和人民生命财产安全造成严重威胁。在未来，水文地质钻探技术将在工程地质灾害评估与预防领域得到更广泛的应用，通过对地下水位、地层稳定性等参数实施准确测量和分析，可为工程地质灾害的评估和预防提供科学依据。在未来的发展中，水文地质钻探技术还将与其他相关技术相结合，实现更加综合、高效的勘察和评价。中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 81 例如，可结合地球物理勘查技术、遥感技术和无人机技术，实现多源数据的融合和综合分析，提高勘察的精确性和可靠性。同时，工程地质勘察中，对人工智能、机器学习和数据挖掘等技术的应用，也将为水文地质钻探带来更多的创新和发展。6 结语 通过对工程地质勘察中水文地质钻探技术的应用探究，我们可认识到其在工程勘察中的重要性。然而，目前的水文地质钻探技术仍存在一些应用问题，需要引起相关工作者的重视，通过优化钻探设备、提升钻探人员素质以及优化钻孔布置等策略，可改善水文地质钻探技术的应用质量。随着技术的创新与发展，在未来，水文地质钻探技术将在更广泛的领域发挥作用，并为工程地质勘察提供更准确、可靠的数据支持。参考文献 1张留彬,刘国卫.矿区水文地质钻探存在的问题及改进措施J.西部探矿工程,2021,33(11):141-143.2郭朝锋,薛磊,李瑞峰.绳索取芯钻进工艺在水文地质 勘 察 孔 钻 探 中 的 应 用 J.能 源 与 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