綠色勘查技術在青海格爾木銅金山礦區(qū)鉆探施工的應用分析

劉海聲，穆元紅，劉 鵬，高元宏，竇 斌，汪洪民，龐懷瑋，張世元

(1.青海省第二地質礦產勘查院，青海西寧810028;2.青海省巖心鉆探工程技術研究中心，青海西寧810028;3.中國地質大學〈武漢〉，湖北武漢430074)

綠色勘查技術在青海格爾木銅金山礦區(qū)鉆探施工的應用分析

劉海聲1，2，穆元紅1，2，劉 鵬1，2，高元宏1，2，竇 斌3，汪洪民1，2，龐懷瑋1，2，張世元1，2

(1.青海省第二地質礦產勘查院，青海西寧810028;2.青海省巖心鉆探工程技術研究中心，青海西寧810028;3.中國地質大學〈武漢〉，湖北武漢430074)

青海省格爾木市銅金山礦區(qū)是青海省2016年實施的11個綠色勘查示范項目之一。以該礦區(qū)為例，在鉆探施工中，根據工程概況，選擇具體的綠色勘查技術方案，形成可復制、可推廣的經驗做法。通過分析可以得到，綠色勘查技術在海拔高、自然條件惡劣、植被稀疏的地區(qū)可以應用，并且在設備選用、道路修筑、施工區(qū)及生活區(qū)修建等輔助工序方面總結可供推廣的經驗。同時，由于礦區(qū)的局限性，在環(huán)保型沖洗液的使用等影響鉆探施工的核心技術方面還需進一步研究。

綠色勘查;鉆探;環(huán)保型沖洗液;格爾木銅金山礦區(qū)

青海省是我國礦產資源大省，礦產資源儲量豐富，在已探明的礦藏保有儲量中，有58種排在全國前十位，其中鎂、鉀、鋰、鍶、石棉等10種礦產位居全國第一位，因此，加強礦產資源勘查工作責無旁貸;同時，青海省生態(tài)脆弱，又是長江、黃河和瀾滄江等重要河流的源頭，保護生態(tài)環(huán)境不容有［1－4］。青海省政府2016年投入專項資金1000余萬元實施了11個綠色勘查示范項目，探索總結最大限度減少勘查開發(fā)對自然環(huán)境影響和擾動的管理辦法、管理制度、工作模式、工作程序及技術標準等［5］。青海省格爾木市銅金山礦區(qū)為11個綠色勘查示范項目之一。

1 工程概況

1.1 礦區(qū)位置

青海省格爾木市銅金山礦區(qū)位于青海省西部的東昆侖山中段，行政區(qū)劃隸屬青海省格爾木市郭勒木德鎮(zhèn)管轄，地處昆侖河萬寶溝一帶。距格爾木市150 km左右，青藏公路及青藏鐵路從其東南側通過，南距109國道7 km。

1.2 礦區(qū)自然地理概況

青海省格爾木市銅金山礦區(qū)地處中緯度高海拔山區(qū)，屬典型高原大陸性氣候，低溫干燥、冰凍期長、無霜期短、晝夜溫差大，干旱少雨。礦區(qū)內植被不發(fā)育，多為草本植物，4500 m以上為巖石裸露或常年積雪區(qū)，植被稀疏，類型以高寒荒漠為主。礦區(qū)內珍稀野生動物較多，是我國藏羚羊棲息地，其它珍稀野生動物還有野牦牛、黃羊、巖羊、盤羊、野驢、熊等。

1.3 礦區(qū)簡要地質概況

礦區(qū)地處東昆侖地層區(qū)東昆侖南坡地層分區(qū)，出露地層主要為中—晚元古代萬保溝群、早寒武紀沙松烏拉組、早三疊世洪水川組及少量第四紀地層，受昆南斷裂影響，區(qū)內斷裂構造較為發(fā)育。預查區(qū)內巖漿巖比較發(fā)育，主要為侵入巖。

1.4 礦區(qū)鉆孔布置情況

2016年在該礦區(qū)共布置鉆探工作量500 m，ZK703孔設計孔深500 m，設計方位角15°，設計傾角80°。

1.5 ZK703孔井身結構

井身結構參數為:一開采用?122 mm鉆頭開孔，鉆深50 m，下入?114 mm套管，下深50 m;二開采用?96 mm鉆頭，鉆深450 m，下入?89 mm套管，下深450 m;三開采用?76 mm鉆頭，鉆深500 m。具體井身結構如圖1所示。

圖1 ZK703孔井身結構

2 綠色勘查技術在銅金山礦區(qū)應用分析

2.1 鉆機的選用

針對礦區(qū)特點，選用前鋒F600型便攜巖心鉆機，符合綠色勘查的技術要求［6－8］。

2.1.1 鉆機的特點

(1)F600型便攜鉆機采用經典的輕質模塊設計，主體結構采用高強航空鋁合金材料，在保證高標準強度和韌度的同時極大減輕機器質量，最大模塊質量170 kg，便于人力運輸，運輸時受通行條件限制小。

(2)F600型便攜巖心鉆機結構緊湊，可在4 m×4 m的工作平面內完成設備布置，對地表破壞程度小。

(3)F600型便攜巖心鉆機采用了節(jié)能減噪技術，作業(yè)噪聲較低，對周邊環(huán)境的干擾小。

2.1.2 鉆機的技術參數

(1)前鋒F600型便攜巖心鉆機理論鉆深能力如表1所示。

表1 F600便攜式鉆機理論鉆深能力

(2)主要組成部分質量如表2所示。

表2 F600便攜式鉆機主要組成部分質量

2.2 鉆機的搬遷

2.2.1 在有簡易道路存在的情況下

在有簡易道路存在的情況下，使用低速卷揚機和特制的板車對鉆探設備及生活用品進行搬遷，所用低速卷揚機如圖2所示，特制的板車如圖3所示。

圖2 所用低速卷揚機

圖3 特制的板車

具體工作:(1)用人力將低速卷揚機運至鋼絲繩長度范圍處;(2)將低速卷揚機與訂制的底座固定，再用4根1.5 m的錨桿，將底座與地面固定; (3)將低速卷揚機與發(fā)電機組接通;(4)將鉆機組件及生活用品裝在特制的板車上;(5)啟動發(fā)電機，通過鋼絲繩，將板車運送至卷揚機旁;(6)重復以上5個步驟，直至鉆機全部組件運送至目的地。

2.2.2 在沒有簡易道路存在的情況下

在沒有簡易道路存在的情況下，由于最大模塊質量為170 kg，可采用人力搬運，青海省第二地質礦產勘查院在銅金山礦區(qū)的現場搬運情況如圖4所示。

圖4 在銅金山礦區(qū)的現場搬運

2.3 機場的修建

F600型便攜式鉆機可以在4 m×4 m的作業(yè)區(qū)域開展作業(yè)，簡單實用，對地表破壞程度小，有助優(yōu)化工作流程，并提供整潔有序的工作環(huán)境。

F600型便攜式鉆機工作臺布置設計如圖5所示。

圖5 F600型便攜式鉆機工作臺布置設計

2.4 礦區(qū)環(huán)境保護

2.4.1 地表占用面積與地表開挖保護措施

鉆探施工的占用和開挖主要包括礦區(qū)道路、機場、營區(qū)、庫房、材料場地等。

(1)礦區(qū)內原則上不能開挖道路，如果要路開挖，盡可能繞行草地和其他植被，路寬以滿足安全使用為原則，不得隨意加寬。

(2)營區(qū)、機場布置要緊湊、合理。

(3)機場修筑開挖在4 m×4 m的作業(yè)區(qū)域開展，不得隨意擴大，泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用配套的環(huán)保型泥漿池，不得在地表開挖泥漿坑。

2.4.2 生活及施工垃圾的處理措施

(1)固體垃圾:生活中的固體垃圾主要有廢棄衣物、果皮紙屑等，對生活中的固體垃圾進行分類，定期送出礦區(qū)進行處理;施工中的固體垃圾主要為廢棄的鉆桿、鉆頭以及鉆機零部件等，對施工中的固體垃圾處理主要為運至處理廠進行回收利用。

(2)液體垃圾:生活中的液體垃圾主要有工作人員洗漱及洗衣用水等，不含化學用品的液體直接排放，含化學用品的液體和施工中的液體垃圾一并處理;施工中的液體垃圾主要有廢棄沖洗液及廢油，不可隨意排放，廢棄機油可以二次利用，用做鉆機及鉆桿的潤滑油，剩余的設置專門的回收裝置回收，定期送出礦區(qū)進行處理，回收裝置如圖6所示。

圖6 施工中的液體垃圾回收裝置

(3)氣體垃圾:現場鉆機用柴油機組和生活照明用的發(fā)電機組產生的廢氣處理還需進一步研究，但現場嚴禁焚燒生活及施工中的產生的垃圾。

2.5 ZK703孔環(huán)保型沖洗液的選用

2.5.1 ZK703孔取心情況

ZK703孔破碎、漏失，取心難度大。103～110 m巖心照片如圖7所示。所用沖洗液要求具有防塌、堵漏的性能。

圖7 ZK703孔103～110 m巖心照片

2.5.2 ZK703孔環(huán)保型沖洗液選用原則

(1)能解決生產中遇到的問題。

(2)無毒(無生物、化學毒性)，易降解。(3)現場易配制，添加劑數量少。

(4)與地下水不發(fā)生反應，不損害地層。

(5)沖洗液體系穩(wěn)定，便于儲存、運輸、維護。

2.5.3 ZK703孔環(huán)保型沖洗液配方分析

根據地層情況，環(huán)保型沖洗液配方主要由防塌劑、堵漏劑組成。防塌劑選用綠色環(huán)保易降解的植物膠(LG)、水玻璃(Na2O·3SiO2);堵漏劑選用鋸末和棉籽。

沖洗液基漿配方為:1 m3水+60 kg優(yōu)質造漿粘土+1.3 kg Na2CO3+2 kg LG+2 kg MV－CMC。基漿性能為:密度1.03～1.05 g/cm3，馬氏粘度32～35 s，失水量10～14 mL/30 min，pH值9，切力13 Pa，膠體率98%。

充分攪拌基漿后配制防塌、堵漏型沖洗液，配方為:基漿+3 kg鋸末+2 kg棉籽+10 kg Na2O·3SiO2。

該配方成功解決了鉆進過程中遇到的漏失，坍塌等問題，使用效果良好。

3 經驗體會

3.1 鉆探設備的選用方面

(1)鉆機材料采用先進的合金技術，在減輕鉆機總重的基礎上還要保證鉆機的強度與剛度。

(2)鉆機結構采用模塊化設計，方便拆卸與安裝。

(3)鉆頭和巖心管采用先進的薄壁鉆頭和巖心管，在保證相應的強度和剛度的前提下，相比常規(guī)鉆頭和巖心管，在外徑相同的條件下，薄壁鉆頭和巖心管采取巖心直徑更大。

3.2 道路修筑方面

(1)在已有簡易道路存在的情況下，盡量不要對原始道路進行拓寬處理，用低速卷揚機和板車將鉆探設備及生活物資運至施工區(qū)。

(2)在沒有簡易道路存在的情況下，先用汽車將鉆探設備及生活物資運送至山下，再由工作人員用人力送至施工區(qū)。

3.3 施工區(qū)及生活區(qū)修建方面

(1)營區(qū)、機場的布置要緊湊、合理，盡量減少占地面積，但要做好防火措施。

(2)營區(qū)、機場的修建原則上采用人工修建，由于施工強度不是很大，不建議采用大型機械設備進入施工區(qū)施工。

(3)在施工結束后，要做好地表恢復工作，在被破壞的地表處可以播種草籽，并覆上塑料薄膜做好保水保溫工作，對比施工前后，盡量做到無痕勘查。

4 結論與不足

4.1 結論

(1)通過綠色勘查技術在青海省格爾木市銅金山礦區(qū)的成功實施，說明綠色勘查技術在自然條件惡劣、植被稀疏的高海拔地區(qū)可以應用。

(2)根據我院在青海省格爾木市銅金山礦區(qū)的成功施工經驗，總結了一些在設備選用、道路修筑、施工區(qū)及生活區(qū)修建方面的可供推廣的經驗。

4.2 不足

(1)由于設備搬遷及場地修建多為人工施工，相比機械施工，施工效率低，施工周期長。

(2)由于施工周期長導致勞務費相應增加，為方便開展綠色勘查而采購的設備成本也相對較高，總的施工成本增加。

(3)代表性不足，應用礦區(qū)僅有一個，孔深、環(huán)境條件、地層條件等僅適合該礦區(qū)，可供推廣的施工經驗局限于一些輔助工序如道路修筑等，其他比如環(huán)保型沖洗液的使用方面因礦區(qū)的不同而不同，如果要在這方面總結可供推廣的施工經驗，就需要在大量不同礦區(qū)的經驗中總結出一些共性的東西，還需進一步研究。

［1］馬德貴.省國土資源廳召開“綠色勘查開發(fā)年”務虛會深入研討礦產勘查開發(fā)中生態(tài)環(huán)境保護［J］.青海國土經略，2016，(3):43－44.

［2］張世文，黃元仿，王軍.如何在露天煤礦復墾中實現生態(tài)文明［J］.青海國土經略，2016，(3):38－39.

［3］宋端正.HC600型全液壓動力頭便攜式鉆機在隴東南山區(qū)生產應用效果及經濟性分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(4):48－50.

［4］熊偉，田占成，徐景珠，等.CS14型全液壓動力頭鉆機的生產應用效果及分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2009，36(4)，35－36.

［5］張偉.關于我國地質巖心鉆機發(fā)展方向的分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2008，35(8):1－5.

［6］劉海聲，高元宏，劉鵬，等.青海省五龍溝礦區(qū)坑道鉆探硐室圍巖穩(wěn)定性分析［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(4): 88－92.

［7］王漢寶，劉秀美，梁健.DR－150型全液壓履帶取樣鉆機的研究［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010，37(1)，27－30.

［8］王繁榮.XD系列全液壓動力頭巖心鉆機的研制和應用［J］.探礦工程(巖土鉆掘工程)，2011，38(12):43－46.

Application Analysis on Green Exploration Technology in Drilling Construction in Tongjinshan Mining Area of Qinghai Province

/LIU Hai-sheng1，2，MU Yuan-hong1，2，LIU Peng1，2，GAO Yuan-hong1，2，DOU Bin3，WANG Hongmin1，2，PANG Huai-wei1，2，ZHANG Shi-yuan1，2(1.Qinghai Second Geology and Mineral Exploration Institute，Xining Qinghai 810028，China;2.Core Drilling Engineering Technology Research Center of Qinghai Province，Xining Qinghai 810028，China;3.China University of Geosciences，Wuhan Hubei 430074，China)

Tongjinshan mining area is located in Golmud City，as one of the 11 green exploration demonstration projects of Qinghai Province implemented in 2016，it is taken as an example in this paper.In the drilling construction，according to the general situation of the project，the specific green exploration technology program was selected to form the replicable and available experience.It is concluded by the analysis that green exploration technology can be applied in high altitude，harsh natural conditions and sparse vegetation area，and the available experience are summarized in equipment selection，road construction，the construction area and living area construction and other auxiliary processes.But due to the limitation of the mining area，the further study should be made on the core technologies which affect drilling construction，such as the use of environmental protection flushing fluid.

green exploration;drilling;environmental protection flushing fluid;Golmud Tongjinshan mining area

P634.5

A

1672－7428(2017)03－0027－04

2016－07－04;

2016－09－29

劉海聲，男，漢族，1990年生，工程師，碩士，從事地質工程工作，青海省西寧市城北區(qū)朝陽西路43號，249897642@qq.com。