矿井水文地质工程钻探现状与发展方向

杨 伟

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)



矿井水文地质工程钻探现状与发展方向

杨 伟

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

就水文地质钻探工作的必要性进行了说明，并对煤矿水文地质钻探现状进行了分析和总结，以此为基础对提升水文地质钻探工作质量的方法提出了几点见解，最后简述了水文地质钻探新技术和未来发展趋势。

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1 水文地质钻探的必要性

地质勘探工作一直是煤矿生产有效进行所不可获取的重要部分。其中水文地质的勘探就是其主要构成环节之一。在矿井的建设生产中，水文地质一直是其主要干扰因素之一，如何有效地对矿井水文地质情况进行勘查一直是管理者所关注的焦点，其中水文地质钻探作为水文地质勘查中最基本也是最主要的手段，有着诸多其他勘探手段所不具备的优点：首先水文地质钻探不仅能直接揭露地下含水层的位置，确定相关地质特性，明确所测含水层与地表水及其他含水层的联系，更能通过抽水实验，对含水层水文地质参数、水质等进行测定，并对其水位变化实施动态监控。可以说积极开展对相关理论实践的深入研究，有效促进水文地质钻探技术的发展是确保矿井长久、高效生产的重要条件和必然要求。

2 煤矿水文地质钻探现状

2.1 矿井水文来源介绍

1)地表水及断层水。矿井地表水通常指自然降水、江河湖泊水以及植物根部的储水等，不过由于煤炭埋藏深度的问题，地表水虽是矿井水源的来源之一却非主要因素，影响一般。断层水是指存储在地质断层中的地下水，其对于地下水的排泄、流动方向等均有着显著影响，是水文地质钻探的重点之一，在矿井建设前，必须由专业人员对井田范围内的断层水分布进行详细的调查。

2)地下水。依据岩性组合的不同和水利性质的不一，矿区内地下水含水层大致可划分为两种类型，即含水层与含水带。以碎石土及粘土为主要构成的散层空隙含水带，因其储水能力的地下河含水层厚度不偏小被称之为弱含水层，对矿井影响较小；以碎石灰岩和硅质层为主要构成的岩溶裂隙含水带厚度多为数十米且裂隙发育完善呈蜂窝状，有着较为严重水蚀现象，对矿井生产影响较大。

2.2 矿井水文地质钻探现状

鉴于矿井水文地质条件的复杂性和水源来源的多样性以及相关技术、设备、人员等影响因素，在实际的矿井水文地质钻探中有着诸多问题，其大致可总结为以下几点：1)现场施工人员水平不足。目前我国多数煤炭企业中的水文地质钻探施工与管理人员普遍存在专业水平不足、职业道德修养低下、工作散漫、法律法规意识不足等问题，在实际施工中施工人员不遵守相关规定，随意施工，技术监管人员不仅未进行有效监管，在后期勘查报告上也多应付了事，例如未进行测井参数的对比就随意对水文地质的观测曲线进行绘制，从而使得勘查报告与施工实际存在出入，阻碍施工的有效进行。2)钻探设备选择不当。国内多数矿区的水文地质钻探施工均施行分包制度，将其承包给第三方施工队伍进行施工。而这些施工队伍为节约成本，在钻探设备的选择上不会依据所在地水文地质状况进行合理选择和替换，而是以一概全，选择一个型号一干到底，从而使得施工中存在许多问题，例如钻机钻压、钻机速度和旋转速度等数据之间不匹配，难以满足实际需求等。此外这些第三方施工队伍的钻探设备不仅型号老旧且疏于维护，设备质量问题突出，例如钻头磨损严重、泥浆泵压力不足等。3)水文地质条件复杂、施工环境不佳。矿井水文地质钻探的条件极为复杂多变，钻探施工时不仅会遭遇断层、溶洞等自然因素的干扰，还会不时受到老窑等人为生产的地质环境影响。在断层裂隙等发育良好的岩层中，岩体整体性受到严重破坏，岩层内水力联系复杂难测，严重制约了钻机的工作效率，从而导致钻头岩石钻取的不均匀，易引起泥浆充填裂隙无法顺利排出，严重的还可能引起卡钻、掉钻等严重事故。而对于矿井老窑废水，因其长时间处于密闭环境，内部可能封存有大量的有毒有害气体，钻机一旦钻通，就有可能威胁到施工人员的生命健康。

3 促进矿井水文地质钻探工作质量提升的措施

3.1 进行科学、合理的钻探设备选择

钻探设备的选择对于钻探效率有着直接影响，在实际施工时必须依据当地岩层的钻探难度对钻机参数进行科学选型，尽量选用先进的设备，以为施工提供保障，譬如选用新型的正方向一体化钻头；此外应注重对钻探设备的保养维护，一旦发现钻头过度磨损应及时更换，以确保钻机的最佳工作状态。

3.2 对钻探工艺进行优化

钻探中必须委派专人对钻机中的水文变化、冲洗液消耗状况、水温变化以及钻头状态等进行实时观测和记录，以避免事故的发生；委派技术人员对泥浆翻浆速度、颜色变化等进行观测，以实时、合理的对钻进措施进行调整和完善，确保事故的最高效；遭遇断层、溶洞等复杂地质条件时，对其水力联通情况进行及时准确的判断，从而选用适宜的短钻杆和岩芯管及起拔钻进工艺以避免断裂处岩块的掉落而引起卡钻、掉钻现象。

3.3 对钻孔布置进行改良

水文地质钻探中钻孔依据功效的不同可划分为勘探孔、观测孔、试验孔、开采孔等多种类型。在实际施工前施工方首先充分收集相关水文地质资料，依据“先疏后密、点线与深浅”的原则进行科学的布孔规划；其次钻孔相关参数的设计上必须充分考虑钻孔类型、出水量、过滤器等相关因素，避免废孔出现的同时，尽可能实现一孔的多次利用。

3.4 增强对现场施工及管理人员的培训

伴随科技的不断发展，各类高新科技产品不断应用到矿井水文地质钻探工作中，相关设备的机械自动化水平不断提升，这也就对现场施工与管理人员的技术水平和职业道德素养提出了更高的要求，除在掌握必要的理论与实践知识外，还应对相关的技术操作规范有着深入的理解，并能将其贯彻到生产实际中。在企业积极招收青年人才的同时还应增强对原有工人的再培训，使其可以紧跟时代变迁，养成求真务实工作态度的同时及时掌握各种相关的新型技术与设备操作工艺，确保生产高效高质进行的同时有效避免安全事故的发生。

4 水文地质钻探新技术发展

近年来，科技的进步亦让水文地质钻探技术获得显著进步。各类新型技术不断涌现并在实践中成功应用，在此对当前几种新型技术加以介绍：1)液动冲击回转钻探。该技术一方面增强对洗井液的驱动，另一方面在液动回转上增强了潜孔锤的功效，实现了对其潜力的充分挖掘，进而极大的提升了钻机的钻探动力和钻探效率，可以说这一技术的应用是水文地质钻探技术新时代的显著标志，目前已在实际中取得良好的使用效果。2)空气钻探。这一技术以被充分压缩后的空气为介质对钻探出的孔洞进行二次冲洗，从而大幅提升了钻机的破岩能力，加快了钻探工作的整体进度，节约了生产成本。3)绳索取芯钻探。通过这一技术的运用可大幅提升水文地质钻探中的岩芯提前效率，避免了钻机的多次提降，显著降低了设备的磨损。此外绳索取芯钻探技术还有着极强的适应性，在各类地质条件下均可使用。

5 水文地质钻探技术发展前景

伴随着中国现代化建设的不断进行，国家能源消耗亦在不断增长，各类能源尤其是煤炭的地表浅层储量已逐渐消耗殆尽，煤炭矿井水文地质钻探技术的发展必须开始向深层地下水文探查进行转变，积极开展适用于地层深部的钻探理论与相关技术的研究，从而为今后煤炭行业的深部开采的有效进行提供充足的数据参考，为生产的安全、高效提供保障。

[1]李有强.水文地质钻探技术现状与发展方向.化工管理,2014(18):77.

[2]马兆峰.矿区水文地质钻探研究.煤,2011(9):70-72.

[3]马钟路,马沈岐.煤矿坑道水文地质钻探工艺.甘肃科技,2008(21):134-137.

[4]刘 军.谈钻探技术的应用.山西建筑，2013，39(10)：65-66.

[5]乌兰图雅,张海花,张延安.浅谈水文地质钻探工作实践.内蒙古水利,2013(6):135-136.

[6]王 燕.浅谈矿区的水文地质钻探技术.企业技术开发,2012(11):148-152.

Drilling status and development direction of mine hydrogeology engineering

Yang Wei

(ShanxiCoalHydrogeologySurveyInstitute,Taiyuan030006,China)

The paper describes the necessity of hydrogeology drilling, analyzes and summarizes coal mine hydrogeology drilling status, and puts forward some views for hydrogeology drilling work, and finally describes new hydrogeology drilling techniques and development trend.

mine, hydrogeology drilling, status, development

1009-6825(2015)01-0093-02

2014-10-20

杨 伟(1981- )，男，助理工程师

P642

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