綠色勘查技術在廣豐許家橋黑滑石礦詳查中的應用

鐘方紅，黃鴻新

（1.江西省地質局第六地質大隊，江西 鷹潭 335001；2.江西省地質局第八地質大隊，江西 上饒 334000）

在地質勘查過程中，為驗證、追索、控制礦（化）體在深部的延伸、形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模、質量及變化規(guī)律、礦（化）體與圍巖的關系，探明礦區(qū)內礦產(chǎn)資源儲量及經(jīng)濟價值評價，需要在礦區(qū)部署大量的探礦工程，例如：鉆探工程、坑探工程、槽探工程等，以獲取有質量保證的巖（礦）心和樣品，為資源評價提供依據(jù)［1］。但是，以往在地質勘查項目中，以傳統(tǒng)機械巖心鉆探、槽探為主要探礦手段的測繪、勘探線剖面工程（簡稱線勘工程）勢必會對地表生態(tài)環(huán)境及地下水等自然生態(tài)環(huán)境帶來擾動和破壞。

黨的十九大報告中指出“必須樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策”。當今在地質礦產(chǎn)勘查中已把生態(tài)環(huán)境保護放在更加突出的位置，綠色勘查技術的應用越來越為緊迫［2］。通過運用科學先進的勘查方法、手段、工藝、設備和管理，最大限度地減少對生態(tài)環(huán)境的破壞和污染，并對受破壞的生態(tài)環(huán)境進行有效修復，綠色勘查是礦產(chǎn)勘查可持續(xù)發(fā)展的必由之路［3-4］。因此，牢固樹立綠色發(fā)展理念，將綠色發(fā)展理念貫穿于項目勘查活動全過程，保護生態(tài)環(huán)境是勘查工作中應盡的責任和義務［5］。2017年，在江西省自然資源廳地勘基金項目——廣豐許家橋黑滑石礦勘查項目實施過程中，開展了地質礦產(chǎn)綠色勘查技術的探索與應用。本文針對地質礦產(chǎn)勘查工作，主要對生態(tài)環(huán)境影響面較廣、破壞力較大的工程測繪、巖心鉆探工程，結合項目采用的技術特點，探索綠色地質勘查方法。

1 礦區(qū)概況

許家橋黑滑石礦詳查區(qū)位于江西省上饒市廣豐區(qū)吳村鎮(zhèn)轄區(qū)內，屬于丘陵地貌區(qū)。地表植被發(fā)育，礦產(chǎn)資源較為豐富，以黑滑石礦、磷礦等非金屬礦產(chǎn)資源為主，交通便利，礦產(chǎn)開發(fā)條件較好。區(qū)內主要出露沉積巖地層，巖性以頁（泥）巖、砂巖等碎屑巖為主，區(qū)內地層及黑滑石礦體受后期強烈構造作用，極為破碎，穩(wěn)固性較差，屬較為復雜的松散軟弱巖層狀巖類地層，采用傳統(tǒng)機械鉆機施工存在巖心采取率低、對孔壁和巖心擾動大、鉆進效率低、安全問題突出等問題。

2 大比例尺地形無人機航測技術應用

隨著科技發(fā)展，無人機技術得到快速發(fā)展與應用。無人機航測系統(tǒng)是由無人機搭載GPS、慣導、氣壓高度計、數(shù)碼攝像設備等，在地面控制系統(tǒng)的指引下，配合航測規(guī)劃軟件及后期數(shù)據(jù)處理軟件共同組成的航測集成系統(tǒng)［6］。無人機航測技術因受天氣、地形限制較小，飛行條件要求較低，機動靈活，數(shù)據(jù)獲取周期短，精度較高，具有快速且成本較低等優(yōu)勢。

廣豐許家橋黑滑石礦礦區(qū)屬于丘陵地貌，相對高差為100～187 m，植被發(fā)育，且溝谷、河流密布；區(qū)內本次1∶2000地形測量5.32 km2，周期短，任務重，因此礦區(qū)地形測繪具有較大難度。為滿足區(qū)內綠色勘查的需要，區(qū)內采用了武漢智能鳥KC3400型無人機進行地形測繪（圖1）。實踐表明，該方法能快速獲取區(qū)內的高清晰航片，精度高，能夠滿足詳查區(qū)內1∶2000大比例尺地形測繪工作要求，獲取的數(shù)據(jù)可大大提高地形測繪工作效率，縮短工作周期，降低工作強度，充分發(fā)揮無人機低空航測技術的優(yōu)勢，同時避免了地面地形測量工作中對植被等環(huán)境的擾動。實踐證明，該技術在地質礦產(chǎn)綠色勘查工作中將發(fā)揮巨大作用，具有較大的應用前景。

圖1 無人機低空航測現(xiàn)場Fig.1 Low altitude aerial survey by UAV

3 便攜式全液壓巖心鉆機的應用

我國的探礦工程事業(yè)70年經(jīng)歷從無到有，從小到大的發(fā)展過程，大致劃分為4個階段，進入21世紀以來的第四階段，鉆探工程技術創(chuàng)新發(fā)展，以地質巖心鉆探專用全液壓動力頭鉆機系列等為代表［7-8］。

《綠色勘查指南》明確指出：優(yōu)先采用模塊化、輕便化、小型化、集成度高的便攜式鉆探設備；鉆探施工循環(huán)液使用泥漿時，應采用無固相或低固相的優(yōu)質環(huán)保泥漿，泥漿材料及處理劑具備無毒無害、可自然降解性能，滿足環(huán)境保護要求［9-10］。

3.1 鉆機的選型及其主要特點

廣豐許家橋黑滑石礦詳查項目地勘基金有明確的綠色勘查要求，礦區(qū)有居民住房、農(nóng)田、交通設施、大量林地等，地層屬松散軟弱復雜地層，極易破碎，項目工期、質量要求嚴格。由于鉆探工程量大，鉆機選型、鉆進工藝是關鍵，鉆機性能應滿足：動力強勁、功能齊全、便攜高效、安全環(huán)保的原則，需采用繩索取心工藝。

傳統(tǒng)的立軸式鉆機均為機械傳動，設備笨重，需人工安裝鉆塔，機房、泥漿循環(huán)系統(tǒng)占地面積大，扭矩輸出不平順，易產(chǎn)生沖擊載荷，對巖心及孔壁擾動大，鉆塔安裝輔助工作時間長且存在較大安全隱患，而且鉆進過程中因機械傳動、鉆進回轉產(chǎn)生的噪聲和振動大。經(jīng)過比選，項目選用英格爾EP600型便攜式全液壓巖心鉆機。其主要特點如下：

（1）EP600型便攜巖心鉆機采用輕量化、模塊化設計，主體結構采用高強航空鋁合金材料，在保證高強度和剛性要求的同時，極大減輕機器質量；采用桅桿式鉆架，拆裝安全、搬運便利。

（2）鉆機動力采用渦輪增加柴油發(fā)動機，動力強勁，輔助液壓卷揚機滿足鉆探取心、綜合測井、水文觀察試驗的需要，設備功能齊全、結構緊湊；鉆進傾角45°～90°，可完成多向鉆孔的施工任務，滿足復雜地形、特殊鉆探的需求，有利于施工方案比選，從而減小對生態(tài)環(huán)境的影響，實現(xiàn)方案優(yōu)化。

（3）鉆機采用了節(jié)能減噪技術，全液壓驅動，作業(yè)噪聲較低，對周邊環(huán)境的干擾小。

（4）鉆機運用三級馬達全液壓驅動，通過液壓閥可有效調節(jié)控制鉆進扭矩、轉速和鉆壓，高速鉆進平穩(wěn)、高效、安全，并結合繩索取心工藝，采用單動雙管取心鉆具，減少鉆進中對巖心的擾動，在松散軟弱、風化破碎帶、水敏性強等地層巖心采取率高，鉆孔彎曲度變化小，適用范圍廣。

3.2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)設置及鉆孔沖洗液的配置與使用

（1）泥漿循環(huán)系統(tǒng)設置：EP600型便攜巖心鉆機機房結構緊湊，機房內配套雙層鋁制泥漿循環(huán)池，可在4 m×4 m的工作平面內完成設備布置，大大減少平整機臺場房、布置泥漿循環(huán)系統(tǒng)開挖占地面積（見圖2a），徹底摒棄了傳統(tǒng)施工中就地開挖泥漿循環(huán)溝槽、沉淀池的做法，最大限度減少對地表生態(tài)環(huán)境的破壞，減少了泥漿對周邊環(huán)境的影響，從而可快速復墾復綠，實現(xiàn)綠色勘查（圖2b）。

圖2 EP600型便攜巖心鉆機及施工現(xiàn)場Fig.2 EP600 portable core drill and working site

（2）鉆孔沖洗液（泥漿）的配置：鉆孔沖洗液的主要作用是冷卻鉆頭、攜帶巖屑、保護孔壁、潤滑鉆具。沖洗液的配置直接關系到巖心鉆進效果，使用不當會造成孔壁坍塌、卡鉆、埋鉆、巖心采取率低、鉆具磨損嚴重的不良后果，是鉆進事故引發(fā)的重要因素，必須根據(jù)項目地層特性正確配置。區(qū)內礦石類型為鮞狀黑滑石巖、黑滑石片巖類，屬松散軟弱、易膨脹巖類和層狀巖類，鉆探地質危害主要有坍塌、縮徑、易水侵水毀。項目施工使用泥漿配置為：1 m3水＋10 kg聚丙烯酰胺＋5～15 kg防塌劑（速氪散），不需添加膨潤土。目前，無公害高效優(yōu)質化學泥漿越來越受到青睞，具有對深孔、復雜地層針對性強、添加量少、環(huán)保高效、多功能的顯著特點，可大大減少對不可再生資源膨潤土的需求。

（3）鉆孔沖洗液使用環(huán)保措施：鉆孔沖洗液處理劑種類繁多，主要有：絮凝劑、潤滑劑、防塌堵漏劑、加重劑、降漏失劑、增粘劑、乳化劑等等，根據(jù)鉆進地層需要配置選用，鉆孔沖洗液是對地下水資源、周邊生態(tài)環(huán)境造成污染的重要因素。項目優(yōu)選配置低固相的優(yōu)質環(huán)保泥漿，要求泥漿處理劑必須是正規(guī)廠商，有執(zhí)行標準和pH值成分等說明，不使用污濁對環(huán)境影響較大的處理劑（如黑褐色的皂化油潤滑劑）；選用多功能優(yōu)質處理劑，盡量減少處理劑選用的種類和用量；泥漿經(jīng)沉淀后廢水需經(jīng)pH值檢測，偏離中性需做中和處理才可對外排放，對沉淀后的濃漿進行回收利用［11］。

4 礦區(qū)采取的環(huán)境保護措施

4.1 地表開挖保護措施

鉆探施工的地表開挖主要包括修建運輸?shù)缆泛蛨龇康鼗，F(xiàn)場踏勘后設計路線應盡量借用已有簡易道路，規(guī)避開挖量大、坡陡、大樹密集路段；選用體積小、動力強和行走便捷的運輸設備，減少修建道路等級和寬度要求，項目選用D215型塑膠履帶山地專用運輸設備“爬山虎”，承載質量1.5 t，外形尺寸2.23 m×1.25 m×0.95 m，駐坡角度35°，上坡角度45°，轉彎、上坡便捷安全，提高了鉆機轉場的效率，降低了勞動強度，最大限度地減少修路對植被的破壞（圖3）；在沒有簡易道路存在的情況下，修建成本較高的特殊路段、短距離路段、平坦易行路段，可綜合考慮用人力送至施工區(qū)域的方法［12］；設備選型充分考慮機場占地面積，要求布置緊湊合理，EP600型鉆機機房（含泥漿循環(huán)系統(tǒng)）地基修筑面積僅需約20 m2（機房面積為4 m×4 m），傳統(tǒng)施工機房分為主、副兩部分，占地面積需60余平方米，不僅降低了對生態(tài)環(huán)境的破壞，還大大減少了修筑地基、青苗補償、環(huán)境修復的費用。

圖3 全地形履帶式運輸機Fig.3 All-terrain transport crawler

4.2 工區(qū)垃圾處理措施

（1）固體垃圾：廢棄固體垃圾主要有泥漿處理劑包裝袋、碎木、廢棄機械零部件、食品飲料瓶袋、餐余垃圾等。對工作區(qū)域垃圾進行分類收集，按要求分類投放駐地垃圾回收站；施工中報廢的鉆桿、鉆頭以及鉆機零部件等，不可作為廢棄垃圾，必須集中收集，運至廢品收購站進行回收利用［13］。

（2）液體垃圾：生活中的不含污染物的液體可直接排放；施工中的液體垃圾主要有廢棄沖洗液及廢機油，可以回收綜合利用，廢機油可用作停用鉆具設備防銹劑，送建筑單位做脫模劑，或送出礦區(qū)指定點進行回收處理。

4.3 對破壞、污染場地修復處理措施

施工剝離的適合復墾的表土收集堆放，作為施工結束后復墾、復綠用土，將開挖的含石量大的劣質土石用于修筑道路及邊坡填筑；對可移植樹木就近保存，用于項目結束后復綠栽植。如出現(xiàn)設備漏油污染場地、臨時水泥硬化場地，施工撤場前必須進行處理，把污染土、水泥硬塊運回相應垃圾處理站處理。封孔標志樁設置后，及時用開挖余土對周邊環(huán)境進行生態(tài)恢復。

4.4 綠色勘查管理措施

建立綠色勘查監(jiān)管制度，業(yè)主作為項目主體責任及時對綠色勘查工作進行動態(tài)監(jiān)督和指導，勘查單位認真執(zhí)行綠色勘查設計及規(guī)范標準。規(guī)范管理，制定有關環(huán)境保護、土地修復管理制度和保障措施，將綠色勘查管理融入項目管理全過程、全要素［14］。

5 項目綠色勘查效果評價

針對詳查項目工期短、勘查鉆探任務重的特點及綠色勘查的要求，項目采用無人機航測技術，選用EP600型便攜式全液壓巖心鉆機及繩索取心工藝，綜合實施綠色勘查措施，取得了較好的綠色勘查成效：一是優(yōu)選設備技術工藝，取得了提高工作質量和效率的成效。無人機航測技術快捷高效、成本低廉、可視化強及適用場景廣泛；EP600型便攜式全液壓巖心鉆機，安裝便捷，驅動平穩(wěn)，鉆進能耗低；繩索取心工藝，保證了巖心采取率質量要求；特有的泥漿循環(huán)系統(tǒng)和專用泥漿材料，有效減少了孔內事故，提高鉆進效率，工作臺效是同等級立軸鉆機的3倍（最高日進尺150 m，平均日進尺70 m）。二是踐行綠色勘查，取得了保護生態(tài)環(huán)境和有效降低成本的高質量發(fā)展成效。綠色勘查能有效地降低工程施工中占用土地面積，降低了土地使用和生態(tài)環(huán)境修復成本；有利于創(chuàng)新驅動，引領高質量發(fā)展，淘汰落后的技術和裝備，消除礦區(qū)安全隱患［15］。

項目通過綠色勘查實踐，制定綜合應對措施，不僅提高了找礦效果，同時縮短了勘查周期，有效控制地勘工程活動對生態(tài)環(huán)境帶來的破壞影響，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益，綠色勘查成效顯著。

6 結論與建議

當今，科技發(fā)展日新月異，創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展的理念已深入人心。人工安裝鉆塔、塔上作業(yè)等傳統(tǒng)落后的勘查鉆探設備必將被淘汰；大面積、大工程量開挖的粗放型槽探勘查方式必將被限制；鉆進過程中含有有害污染物的泥漿沖洗液配置材料必將被禁止使用，泥漿處理劑正朝著無毒無害、多功能、可降解的環(huán)?；瘜W處理劑發(fā)展。綠色勘查保護了綠水青山生態(tài)環(huán)境，提高了勘查質量和效率，促進了安全生產(chǎn)和改善了勞動環(huán)境，取得了節(jié)能降耗、降低成本的良好經(jīng)濟效益，是貫徹新發(fā)展理念、體現(xiàn)以人為本，實現(xiàn)高質量發(fā)展的生動實踐。實現(xiàn)綠色勘查，需要更多的科技人才投身到地質勘查事業(yè)中來，潛心研發(fā)新設備、新工藝、新材料，充分運用大數(shù)據(jù)、云計算、科技軟件服務于地質勘查工作。下面對開展綠色勘查提2點建議：

（1）巖心鉆探技術設備的創(chuàng)新發(fā)展：鉆探技術主要應用于碎巖、深部鉆探以及定向鉆井等，在數(shù)字測量技術、定位技術及各種高科技設備儀器的全面支持下，探礦工程的技術水平大為提高，不僅用于地質勘查，還可應用于地質災害調查、工程勘察等領域，在深地探測、大洋鉆探、極地鉆探、水合物及干熱巖等新型資源勘查等方面也大有發(fā)展前景?？辈樵O備的智能化、模塊化與便攜高效需求，更加有效降低勘查人員的作業(yè)強度和減輕因占地對生態(tài)環(huán)境帶來的破壞，提高勘查工作效率和質量。

（2）堅定不移走綠色勘查之路：目前地質勘查還是以傳統(tǒng)技術手段為主，其工藝、技術和應用水平難以達到綠色勘查要求，需制定更高標準、更細要求的綠色勘查規(guī)范，指引綠色勘查工作，針對項目特點制定項目研究課題，提高項目研發(fā)費用占比。建立嚴格的綠色勘查執(zhí)法監(jiān)督機制、合同管理機制，把綠色勘查工作納入日常管理進行綜合治理。