楊 英，李中明

（1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410151；2.湖南省地質(zhì)勘察局214 隊(duì)，湖南 株洲 412007）

從2005年習(xí)近平總書記提出 “綠水青山就是金山銀山” 的科學(xué)論斷，到黨的十八屆五中全會(huì)提出“綠色” 發(fā)展理念，十九屆五中全會(huì)又再次強(qiáng)調(diào)“推動(dòng)綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生”，綠色是未來發(fā)展的主旋律之一。

綠色勘查是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查目的和生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)同共進(jìn)的新勘查模式，也是國家地質(zhì)勘查工作可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是新時(shí)代實(shí)現(xiàn)找礦突破的必由之路。 巖心鉆探作為綠色勘查中的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)綠色勘查的關(guān)鍵之處，本文以鉆探施工過程中出現(xiàn)的問題為導(dǎo)向，以便攜式全液壓巖心鉆機(jī)為研究對(duì)象，通過技術(shù)創(chuàng)新解決目前巖心鉆探施工中普遍存在的泥漿對(duì)環(huán)境的污染問題，研究泥漿循環(huán)不落地系統(tǒng)，踐行綠色勘查巖心鉆探的理念，有效推動(dòng)綠色勘查的成熟落地。

1 便攜式鉆機(jī)與傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)的比較研究

1.1 拆裝搬遷難度對(duì)比研究

便攜式鉆機(jī)采取模塊化設(shè)計(jì)，易于拆裝搬運(yùn)，配置靈活多樣，可以根據(jù)施工要求靈活配置模塊[1]。小型模塊配件可由人工背負(fù)，最大的模塊也只有180 kg，用小型卡車即可運(yùn)輸，即使在交通條件差的地區(qū)，也可通過牲畜力運(yùn)輸，適應(yīng)性強(qiáng)，占地面積小，設(shè)備場地只需4 m×4 m 的機(jī)臺(tái)位置，搬遷便道均不用大面積開挖，因此進(jìn)一步減少了對(duì)環(huán)境的影響，也大大提高了搬遷安裝效率。 傳統(tǒng)式立軸鉆機(jī)適應(yīng)性差，受地形的影響整機(jī)一體式設(shè)備不易于搬遷和拆卸，且需要使用大型車輛運(yùn)輸?shù)绞┕さ攸c(diǎn)，搬運(yùn)工期一般為幾十天，而且對(duì)沿途生態(tài)環(huán)境有所破壞，即使拆卸也是以零部件拆卸的方式，然后組裝，時(shí)間成本大，技術(shù)要求高，難度相對(duì)大。

1.2 安全性對(duì)比研究

傳統(tǒng)立軸鉆機(jī)多采用四角鉆塔，安裝時(shí)間長，一般需2～3 d，且安裝鉆塔的危險(xiǎn)性高。 便攜式鉆機(jī)采用桅桿式鉆塔，不僅安全性高，而且可操作性也強(qiáng)。 機(jī)臺(tái)照明采用12 V 的節(jié)能LED 燈，且無需另配220 V 的發(fā)電機(jī)。 無論從用電安全上，還是夜間光照強(qiáng)度上都優(yōu)于傳統(tǒng)鉆機(jī)照明系統(tǒng)。

1.3 鉆進(jìn)效率對(duì)比研究

目前便攜式鉆機(jī)一般采用TW 系列的薄壁繩索取芯鉆具，相對(duì)普通的Q 系列繩索取芯鉆具，對(duì)地層的擾動(dòng)更小，采取率更好，且鉆進(jìn)速度更快。 環(huán)狀間隙小減少了掉塊卡鉆的頻率，且不易堵芯。 而傳統(tǒng)鉆機(jī)的立軸行程短，一般為450～750 mm，鉆進(jìn)過程中倒桿頻次多，易堵芯。 便攜式鉆機(jī)的立軸行程為1.83 m，由于倒桿較少，所以堵芯的概率相對(duì)較低，且綠色節(jié)能。 “鉆探似打針，槽探似手術(shù)” 就是說便攜式鉆機(jī)鉆探時(shí)的創(chuàng)傷面更小，影響更小。 所以，該鉆機(jī)在“以鉆探代替槽探” 的項(xiàng)目中，成功運(yùn)用并推廣[2]。

2 便攜式鉆機(jī)施工中存在的問題

2.1 泥漿排放污染問題

便攜式鉆機(jī)配合TW 系列的薄壁鉆具由于內(nèi)管總成與鉆桿內(nèi)壁的環(huán)狀間隙小，對(duì)泥漿性能要求較高，較高的固相含量在較高轉(zhuǎn)速的影響下會(huì)在鉆桿內(nèi)壁形成較厚泥皮，嚴(yán)重影響輸送內(nèi)管及打撈內(nèi)管等輔助工作，更適合采用一次性的不循環(huán)泥漿。 而泥漿的就地排放，不僅造成了泥漿材料的浪費(fèi)，更造成了環(huán)境的污染。

2.2 水量消耗大問題

便攜式全液壓鉆機(jī)的液壓冷卻系統(tǒng)要求有不間斷的冷卻水源，這就進(jìn)一步增加了鉆探施工中的供水壓力[3]。

3 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統(tǒng)的研究

3.1 密閉式泥漿循環(huán)系統(tǒng)的研究

重構(gòu)及優(yōu)化泥漿循環(huán)系統(tǒng)讓泥漿進(jìn)行密閉式循環(huán)，解決傳統(tǒng)泥漿循環(huán)模式對(duì)地表環(huán)境的污染問題[4]。通過調(diào)查與分析不同孔深、 不同地層對(duì)巖心鉆探泥漿循環(huán)系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)了新型的井口泥漿收集裝置、 柔性管道、 可組合的便攜式容器替代傳統(tǒng)的露天開放式循環(huán)，使泥漿循環(huán)路徑不用采取現(xiàn)場開挖或堆砌的露天方式，實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)與地表土壤的“零接觸” “零污染”。

3.2 現(xiàn)場泥漿循環(huán)過程中凈化問題的研究

通過對(duì)現(xiàn)有巖心鉆探泥漿循環(huán)系統(tǒng)性能維護(hù)環(huán)節(jié)的調(diào)查與分析，在循環(huán)系統(tǒng)中增添新的化學(xué) （處理劑）、 物理 （特制小型離心機(jī)裝置） 處理單元，在泥漿密閉循環(huán)過程中讓有害固相能快速沉淀，且有效清除，使巖心鉆探能達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度、 提高泥漿重復(fù)利用率，降低綜合成本，維護(hù)泥漿穩(wěn)定性能的效果。

4 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 新型泥漿不落地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)場泥漿以提高可重復(fù)利用率、 降低生態(tài)破壞為主旨進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)泥漿循環(huán)使用，綠色環(huán)保。 將原有的傳統(tǒng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)： 孔口→露天循環(huán)槽→初級(jí)沉淀池→露天循環(huán)槽→露天泥漿池→孔內(nèi)（見圖1） 改為圖2 的新型泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

圖1 傳統(tǒng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)圖

圖2 新型泥漿循環(huán)系統(tǒng)圖

優(yōu)化后的新型泥漿循環(huán)系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上增加了重復(fù)利用環(huán)節(jié)，加強(qiáng)了泥漿的固相處理及凈化能力，避免了泥漿跟地表的直接接觸，既滿足了生產(chǎn)需求，又綠色環(huán)保。 其中清水池采用4 m3可拆卸式水袋，可保障機(jī)臺(tái)泥漿供應(yīng)和液壓油的及時(shí)冷卻，也避免了傳統(tǒng)的露天開挖或 “直流” 浪費(fèi)。 可拆卸式水袋拼接組合形成的便攜式容器可發(fā)揮沉淀與儲(chǔ)漿雙重功效，體現(xiàn)了綠色環(huán)保理念。

4.2 新型凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新型泥漿凈化系統(tǒng)主要包含水袋自然沉淀、 處理劑化學(xué)沉淀、 終端離心機(jī)機(jī)械沉淀3 個(gè)部分。 根據(jù)鉆孔孔深及巖性情況，可對(duì)自然沉淀的便攜式容器進(jìn)行增減，然后在其中某個(gè)容器中添加無污染無毒害的快速絮凝劑或凈水劑對(duì)沖洗液進(jìn)行快速沉淀，最后在循環(huán)系統(tǒng)末端用小型水泵將最初、 中途處理過的沖洗液泵入便攜式全自動(dòng)離心機(jī)進(jìn)行固相分離，清除有害固相，達(dá)到泥漿凈化目的。

5 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統(tǒng)的創(chuàng)新

綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統(tǒng)是滿足綠色勘查要求、 符合便攜式全液壓巖心鉆機(jī)的新型 “泥漿不落地” 系統(tǒng)。 其包含3 個(gè)方面內(nèi)容。

5.1 新型設(shè)備的設(shè)計(jì)

泥漿不落地系統(tǒng)配套設(shè)備設(shè)施充分吸取了省內(nèi)地質(zhì)隊(duì)鉆探施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用新理念、 新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)及配套設(shè)備的自動(dòng)化、 便攜化、 輕便化，并具有低能耗等特點(diǎn)。

5.2 適宜化學(xué)處理劑的選取

根據(jù)泥漿內(nèi)容物的不同選擇不同的無毒害化學(xué)處理劑與污水凈化劑，能快速有效凈化泥漿，提高泥漿循環(huán)利用率。

5.3 理論與實(shí)踐的結(jié)合

通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)的新型泥漿不落地凈化系統(tǒng)是理論與實(shí)踐結(jié)合的成果，該系統(tǒng)能快速清除有害固相，保證泥漿性能，提高泥漿水的循環(huán)利用率，實(shí)現(xiàn)泥漿使用全過程的不外滲、 不外泄。 能滿足鉆探現(xiàn)場施工對(duì)泥漿循環(huán)與凈化的要求，實(shí)現(xiàn)并促進(jìn)巖心鉆探綠色勘查。

6 結(jié)束語

隨著國家環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，綠水青山的生態(tài)保護(hù)理念已深入地質(zhì)勘查的全過程。 利用綠色勘查巖心鉆探泥漿循環(huán)不落地系統(tǒng)的優(yōu)良特性，能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠色勘查與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏。