地质勘探工程是根据一定的地质资料,通过一些具体的方法和步骤,将各个勘探工程布置到实地位置,并提出勘探工程的施工目的,任务和质量要求等,为施工技术设计提供地质资料。因此,在对一个矿床进行勘探时,当勘探工程的种类、总体布置形式和间距确定之后,还要分别对每一个勘探工程进行设计,才能进行施工。在对单个勘探工程进行设计时,应从勘探总体方案的全局出发,以达到预期地质目的为前提,同时也要考虑每个勘探工程的实际施工条件,特别是勘探坑道应尽量照顾到能为以后矿山开采所利用。
操作规范
工程地质钻孔是获取勘探成果资料的主要途径,它直接关系到地质资料的准确性、可靠性,影响到工程建设的质量和造价。工程地质钻孔技术要求按下列规定操作:
1.钻进深度、岩土分层深度的量测误差范围在0.05m以内。
2.非连续取芯钻进的回次进尺,对螺旋钻在1.0m以内,对岩心钻探应在2.0m以内,取芯钻进时软土层每回次进尺不宜大于2.0m,粉土每回次进尺不大于1.5m。每一个回次完成后,根据所采取岩芯的性状,确定是否进行标准贯人试验和采取原状试样。一般是一个回次完成后进行一次标准贯入试验和取一个原状土样。当土层中夹有大量粉质土或砂土时,应用标贯器采取土样,用于土层鉴别。
3.对鉴别地层天然湿度的钻孔,在地下水位以上应进行于钻。
4.岩芯钻探的岩芯采取率,对于一般岩石、软土应不低于80%,对于软质、破碎岩石应不低于65%。
施工过程中岩芯应按次序排放,每一回次应插放岩芯牌,注明起止深度,取样或标贯位置、编号、击数等,根据需要决定是否应装箱保存。钻孔主要记录包括钻探班报表、地质编录、整体或代表性部位岩性彩照。地质编录应由专业技术人员承担,记录应真实及时,按钻进回次逐段
勘探钻孔设计
在进行勘探钻孔设计之前,要根据矿区地形地质固、物化探成果及已施工的勘探工程等资料,结合成矿控制条件和矿体赋存规律,编制矿体理想剖面图。然后按下述方法和步骤对勘探钻孔进行设计:
(1)确定钻孔截穿矿体的位置
在矿体理想剖面团上,根据勘探对矿体追索和圈定的要求,以地表矿体出露位置或已施工的勘探工程截穿矿体的地置为起点,沿矿体倾斜方向布置,若矿体厚时沿矿体中心线;若矿体薄时,沿着矿体底板边界线;若矿体呈小透镜体成群分布在合矿带内,则沿着含矿带的下盘边界线;若有数个彼此平行,大小不等的矿体时,则以其中主要矿体为准;若有数个大小相近,彼此平行的矿体时,应以最下面一个矿体为堆,按所确定的勘探工程间距,自上而下的标定预定截穿的矿体的位置如图1、图2所示:
(2)钻孔类型的确定
对截穿矿体的钻孔要求是,尽可能使钻孔沿着矿体真厚度方向穿过。但由于各种原因很难做到这一点。一般最低要求是,钻孔在截穿矿体时,钻孔与矿体表面的夹角不得小于25°～30°,以防止钻孔沿矿体表面沿过。
勘探钻孔按钻进方向的不同,分为下述两种类型:
1.直孔:是沿着铅直方向钻进的钻孔。在勘探产状平缓的旷体时选用,矿体的倾角应小于30°～45°。
2.斜孔:是沿着与铅直方向呈一定角度钻进的钻孔。主要是在勘探倾角45°～60°的产状较陡的矿体时选用。在选用斜孔时,应注意的是开孔时钻孔倾角不能小于65°～90°,以免给施工造成困难,如图3所示:
在确定钻孔类型时,要根据钻孔截穿矿体位置的具体地质情况,充分考虑上述要求和施工条件,选出合理的钻孔类型。
(3)终孔深度(设计孔深)的确定
确定钻孔深度就是选择适当的钻孔位置,主要是根据地质要求来确定。在经过对矿体地质研究之后,有充分依据说明除截穿的矿体,不再有与其平行的盲矿体存在时,再继续钻进1～2米(一般不超过5～10米)便停止钻进(终孔)。如果不能肯定下部有无盲矿体,或对矿体与围岩无明显界线的细脉浸染状矿体,应根据具体情况继续向下钻进到适当的深度,以相邻勘探工程的资料或开采所能达到的深度来确定终孔位置。
(4)钻孔地表位置的确定
要确定钻孔地表位置,首先是将设计的钻孔标定在矿区地形地质图上,再由测量人员实测到与图上标定的位置相应的实际地点。具体作法如下:
1.在矿体理想剖面团上,根据选定的钻孔类型,确定在剖面图上的地表位置。如设计的是直孔,则由预定截穿矿体的位置,向上引铅直线,与剖面图上地形线的交点就是钻孔在剖面图上酌地表位置。如设计的是斜孔,则要考虑如何才能既满足钻孔截穿矿体时钻孔与矿体表面夹角的要求,又要满足开孔时钻孔倾角的要求。这是因为斜孔在钻进过程中随着钻进深度的增加,钻孔的倾角亦随之发生变化。影响发生孔斜的因素主要是地质特征和施工条件等。因此,不同矿区各有不同的变化规律。一般说来,斜孔每钻进100米,倾角变化2°～3°。在实际工作时就要求根据具体情况和实际钻进经验找出孔斜变化规律。再根据孔斜变化规律以预定截穿矿体的位置。开始远段向上反推投绘到地表,确定出钻孔在剖面图上的地表位置,开孔的方位角(一般情况下都与矿体倾向相反,或与剖面方位一致)和倾角。
2.将在剖面图上确定的钻孔地表位置,按其座标转绘到矿区地形地质图上。
3.测量人员根据矿区地形地质图上标定的钻孔位置,用测量仪器实测到相应的实际地点。之后,地质人员要会同钻探,安装人员等一起到现场调查,如果因地形地物障碍或因施工条件限制不能在原设计位置施工,可适当移位。移动的范围是根据矿床的复杂程度、储量级别的要求和编图比例尺来确定的,一般沿剖面线两边移动,但距离不能太大。
此外,还要根据推断深部地质情况,提出钻孔的技术要求。主要是编制钻孔理想往状图,钻孔理想柱状团上应反映钻孔钻进过程中截穿的岩、矿层的岩石、矿石的硬度等级,裂隙发育情况,见矿深度,浮土厚度及水文地质情况等。同时还要提出征钻进过程中的一些技术要求,如开孔方位角及倾角,开孔及终孔的直径,岩矿心采取率,钻孔弯曲度及方位角的允许范围、测量深度,孔深误差校正,筒易水文地质观测以及封孔等项要求。以提供占探技术人员编制施工设计中的技术措施和设备,并作为占孔完工后质量检查验收的依据。
各个勘探钻孔的设计并不是一次完成的,而是根据施工的顺序分期分批进行设计的。设计时应充分利用已完工的钻孔所提供的地质资料和物化探成果。尽量做到设计指示书的准确性。
技术远景
钻探工程随着科学技术与国民经济的发展,在探查、开采、施工三方面的应用领域日益扩大,并与许多尖端科学密切联系,如深海洋地底钻探、南极极地钻探、地壳科学深钻、月球表层钻探等,将钻探工程学科推向一个新高峰,将有可能对整个地学基础理论提出挑战性的认识,从而促使矿产、新能源、新材料以及地震、地质灾害防治等领域有重大突破。