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(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810028;2.青海省巖心鉆探工程技術(shù)研究中心，青海西寧810028;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈武漢〉，湖北武漢430074)

綠色勘查技術(shù)在青海格爾木銅金山礦區(qū)鉆探施工的應(yīng)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(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海西寧810028;2.青海省巖心鉆探工程技術(shù)研究中心，青海西寧810028;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)〈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(shí)施的11個(gè)綠色勘查示范項(xiàng)目之一。以該礦區(qū)為例，在鉆探施工中，根據(jù)工程概況，選擇具體的綠色勘查技術(shù)方案，形成可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗(yàn)做法。通過(guò)分析可以得到，綠色勘查技術(shù)在海拔高、自然條件惡劣、植被稀疏的地區(qū)可以應(yīng)用，并且在設(shè)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(jié)可供推廣的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，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(shù)方面還需進(jìn)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(guó)礦產(chǎn)資源大省，礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量豐富，在已探明的礦藏保有儲(chǔ)量中，有58種排在全國(guó)前十位，其中鎂、鉀、鋰、鍶、石棉等10種礦產(chǎn)位居全國(guó)第一位，因此，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源勘查工作責(zé)無(wú)旁貸;同時(shí)，青海省生態(tài)脆弱，又是長(zhǎng)江、黃河和瀾滄江等重要河流的源頭，保護(hù)生態(tài)環(huán)境不容有［1－4］。青海省政府2016年投入專(zhuān)項(xiàng)資金1000余萬(wàn)元實(shí)施了11個(gè)綠色勘查示范項(xiàng)目，探索總結(jié)最大限度減少勘查開(kāi)發(fā)對(duì)自然環(huán)境影響和擾動(dòng)的管理辦法、管理制度、工作模式、工作程序及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等［5］。青海省格爾木市銅金山礦區(qū)為11個(gè)綠色勘查示范項(xiàng)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(wàn)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(cè)通過(guò)，南距109國(guó)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(zhǎng)、無(wú)霜期短、晝夜溫差大，干旱少雨。礦區(qū)內(nèi)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(lèi)型以高寒荒漠為主。礦區(qū)內(nèi)珍稀野生動(dòng)物較多，是我國(guó)藏羚羊棲息地，其它珍稀野生動(dòng)物還有野牦牛、黃羊、巖羊、盤(pán)羊、野驢、熊等。

1.3 礦區(qū)簡(jiǎn)要地質(zhì)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(wàn)保溝群、早寒武紀(jì)沙松烏拉組、早三疊世洪水川組及少量第四紀(jì)地層，受昆南斷裂影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育。預(yù)查區(qū)內(nèi)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(shè)計(jì)孔深500 m，設(shè)計(jì)方位角15°，設(shè)計(jì)傾角80°。

1.5 ZK703孔井身結(jié)構(gòu)

井身結(jié)構(gòu)參數(shù)為:一開(kāi)采用?122 mm鉆頭開(kāi)孔，鉆深50 m，下入?114 mm套管，下深50 m;二開(kāi)采用?96 mm鉆頭，鉆深450 m，下入?89 mm套管，下深450 m;三開(kāi)采用?76 mm鉆頭，鉆深500 m。具體井身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ZK703孔井身結(jié)構(gòu)

2 綠色勘查技術(shù)在銅金山礦區(qū)應(yīng)用分析

2.1 鉆機(jī)的選用

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

2.1.1 鉆機(jī)的特點(diǎn)

(1)F600型便攜鉆機(jī)采用經(jīng)典的輕質(zhì)模塊設(shè)計(jì)，主體結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)航空鋁合金材料，在保證高標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度和韌度的同時(shí)極大減輕機(jī)器質(zhì)量，最大模塊質(zhì)量170 kg，便于人力運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)受通行條件限制小。

(2)F600型便攜巖心鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可在4 m×4 m的工作平面內(nèi)完成設(shè)備布置，對(duì)地表破壞程度小。

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

2.1.2 鉆機(jī)的技術(shù)參數(shù)

(1)前鋒F600型便攜巖心鉆機(jī)理論鉆深能力如表1所示。

表1 F600便攜式鉆機(jī)理論鉆深能力

(2)主要組成部分質(zhì)量如表2所示。

表2 F600便攜式鉆機(jī)主要組成部分質(zhì)量

2.2 鉆機(jī)的搬遷

2.2.1 在有簡(jiǎn)易道路存在的情況下

在有簡(jiǎn)易道路存在的情況下，使用低速卷?yè)P(yáng)機(jī)和特制的板車(chē)對(duì)鉆探設(shè)備及生活用品進(jìn)行搬遷，所用低速卷?yè)P(yáng)機(jī)如圖2所示，特制的板車(chē)如圖3所示。

圖2 所用低速卷?yè)P(yáng)機(jī)

圖3 特制的板車(chē)

具體工作:(1)用人力將低速卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)至鋼絲繩長(zhǎng)度范圍處;(2)將低速卷?yè)P(yáng)機(jī)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?yè)P(yáng)機(jī)與發(fā)電機(jī)組接通;(4)將鉆機(jī)組件及生活用品裝在特制的板車(chē)上;(5)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，通過(guò)鋼絲繩，將板車(chē)運(yùn)送至卷?yè)P(yáng)機(jī)旁;(6)重復(fù)以上5個(gè)步驟，直至鉆機(jī)全部組件運(yùn)送至目的地。

2.2.2 在沒(méi)有簡(jiǎn)易道路存在的情況下

在沒(méi)有簡(jiǎn)易道路存在的情況下，由于最大模塊質(zhì)量為170 kg，可采用人力搬運(yùn)，青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院在銅金山礦區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)情況如圖4所示。

圖4 在銅金山礦區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)

2.3 機(jī)場(chǎng)的修建

F600型便攜式鉆機(jī)可以在4 m×4 m的作業(yè)區(qū)域開(kāi)展作業(yè)，簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)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(jī)工作臺(tái)布置設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 F600型便攜式鉆機(jī)工作臺(tái)布置設(shè)計(jì)

2.4 礦區(qū)環(huán)境保護(hù)

2.4.1 地表占用面積與地表開(kāi)挖保護(hù)措施

鉆探施工的占用和開(kāi)挖主要包括礦區(qū)道路、機(jī)場(chǎng)、營(yíng)區(qū)、庫(kù)房、材料場(chǎng)地等。

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

(2)營(yíng)區(qū)、機(jī)場(chǎng)布置要緊湊、合理。

(3)機(jī)場(chǎng)修筑開(kāi)挖在4 m×4 m的作業(yè)區(qū)域開(kāi)展，不得隨意擴(kuò)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(kāi)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(duì)生活中的固體垃圾進(jìn)行分類(lèi)，定期送出礦區(qū)進(jìn)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(jī)零部件等，對(duì)施工中的固體垃圾處理主要為運(yùn)至處理廠(chǎng)進(jìn)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(xué)用品的液體直接排放，含化學(xué)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(jī)油可以二次利用，用做鉆機(jī)及鉆桿的潤(rùn)滑油，剩余的設(shè)置專(zhuān)門(mén)的回收裝置回收，定期送出礦區(qū)進(jìn)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(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)用柴油機(jī)組和生活照明用的發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的廢氣處理還需進(jìn)一步研究，但現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁焚燒生活及施工中的產(chǎn)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(chǎn)中遇到的問(wèn)題。

(2)無(wú)毒(無(wú)生物、化學(xué)毒性)，易降解。(3)現(xiàn)場(chǎng)易配制，添加劑數(shù)量少。

(4)與地下水不發(fā)生反應(yīng)，不損害地層。

(5)沖洗液體系穩(wěn)定，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸、維護(hù)。

2.5.3 ZK703孔環(huán)保型沖洗液配方分析

根據(jù)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(zhì)造漿粘土+1.3 kg Na2CO3+2 kg LG+2 kg MV－CMC?；鶟{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?jǐn)嚢杌鶟{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(jìn)過(guò)程中遇到的漏失，坍塌等問(wèn)題，使用效果良好。

3 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

3.1 鉆探設(shè)備的選用方面

(1)鉆機(jī)材料采用先進(jìn)的合金技術(shù)，在減輕鉆機(jī)總重的基礎(chǔ)上還要保證鉆機(jī)的強(qiáng)度與剛度。

(2)鉆機(jī)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便拆卸與安裝。

(3)鉆頭和巖心管采用先進(jìn)的薄壁鉆頭和巖心管，在保證相應(yīng)的強(qiáng)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(jiǎn)易道路存在的情況下，盡量不要對(duì)原始道路進(jìn)行拓寬處理，用低速卷?yè)P(yáng)機(jī)和板車(chē)將鉆探設(shè)備及生活物資運(yùn)至施工區(qū)。

(2)在沒(méi)有簡(jiǎn)易道路存在的情況下，先用汽車(chē)將鉆探設(shè)備及生活物資運(yùn)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(yíng)區(qū)、機(jī)場(chǎng)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(yíng)區(qū)、機(jī)場(chǎng)的修建原則上采用人工修建，由于施工強(qiáng)度不是很大，不建議采用大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入施工區(qū)施工。

(3)在施工結(jié)束后，要做好地表恢復(fù)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(duì)比施工前后，盡量做到無(wú)痕勘查。

4 結(jié)論與不足

4.1 結(jié)論

(1)通過(guò)綠色勘查技術(shù)在青海省格爾木市銅金山礦區(qū)的成功實(shí)施，說(shuō)明綠色勘查技術(shù)在自然條件惡劣、植被稀疏的高海拔地區(qū)可以應(yīng)用。

(2)根據(jù)我院在青海省格爾木市銅金山礦區(qū)的成功施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些在設(shè)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(jīng)驗(yàn)。

4.2 不足

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

(2)由于施工周期長(zhǎng)導(dǎo)致勞務(wù)費(fèi)相應(yīng)增加，為方便開(kāi)展綠色勘查而采購(gòu)的設(shè)備成本也相對(duì)較高，總的施工成本增加。

(3)代表性不足，應(yīng)用礦區(qū)僅有一個(gè)，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(jīng)驗(yàn)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(jié)可供推廣的施工經(jīng)驗(yàn)，就需要在大量不同礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出一些共性的東西，還需進(jìn)一步研究。

［1］馬德貴.省國(guó)土資源廳召開(kāi)“綠色勘查開(kāi)發(fā)年”務(wù)虛會(huì)深入研討礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)中生態(tài)環(huán)境保護(hù)［J］.青海國(guó)土經(jīng)略，2016，(3):43－44.

［2］張世文，黃元仿，王軍.如何在露天煤礦復(fù)墾中實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明［J］.青海國(guó)土經(jīng)略，2016，(3):38－39.

［3］宋端正.HC600型全液壓動(dòng)力頭便攜式鉆機(jī)在隴東南山區(qū)生產(chǎn)應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)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(dòng)力頭鉆機(jī)的生產(chǎn)應(yīng)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(guān)于我國(guó)地質(zhì)巖心鉆機(jī)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(jī)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(dòng)力頭巖心鉆機(jī)的研制和應(yīng)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(zhì)工程工作，青海省西寧市城北區(qū)朝陽(yáng)西路43號(hào)，249897642@qq.com。