黎龍昌 ，冉強，段威 ，張飛 ，鄒林，熊觀

（1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局化探隊，四川 德陽 618000；2.四川省深地地質(zhì)勘查有限公司，四川 德陽 618000）

0 引言

黨的十八屆五中全會首次把“綠色發(fā)展”作為五大發(fā)展理念之一以來，“既要綠水青山，也要金山銀山”、“綠水青山就是金山銀山”的理念逐漸成為全民的共識。在原國土資源部勘查司的積極倡導(dǎo)下，誕生了《綠色勘查行動宣言》。青海省、吉林省、四川省等陸續(xù)發(fā)布了礦產(chǎn)資源綠色勘查開發(fā)的行動方案。地質(zhì)勘查作為整個礦業(yè)的基礎(chǔ)和上游產(chǎn)業(yè)，在傳統(tǒng)的礦產(chǎn)勘查過程中，探槽為主要地表探礦工程，但施工探槽具有對揭露某些埋藏較深的礦種難以達到理想效果的弱點；此外，探槽還具有占地面積大，造成大面積的植被及土壤的破壞、施工效率低、可能形成地質(zhì)災(zāi)害、存在安全隱患等特點，對自然環(huán)境有很大影響。因此，新時代的地質(zhì)勘查能否避免或減小這些問題，實現(xiàn)綠色勘查，這將直接影響著整個行業(yè)的綠色發(fā)展，乃至生態(tài)文明建設(shè)的整體大局。在此背景下，綠色勘查技術(shù)研究及試驗均得到了快速發(fā)展。而以鉆代槽技術(shù)是現(xiàn)階段落實綠色勘查精神，避免或減小傳統(tǒng)的槽探工程對生態(tài)環(huán)境破壞的主要技術(shù)手段之一。

旺蒼縣黃洋—五權(quán)礦區(qū)釩礦賦存于鋁質(zhì)粘土巖中，礦石質(zhì)軟，其頂?shù)装鍨橘|(zhì)硬的硅質(zhì)巖與灰?guī)r，礦體在地表出沒端往往形成負地貌，且多被第四系殘坡積物覆蓋，施工探槽往往難以達到地質(zhì)目的，且開挖面積大，對生態(tài)環(huán)境破壞較大，根據(jù)礦區(qū)實際情況選擇采用以鉆代槽技術(shù)，既達到了工作地質(zhì)目的及質(zhì)量要求，又做到了綠色勘查。此外，該項技術(shù)具有一定推廣意義，對釩礦、石墨礦、煤礦、粘土礦等地表易風(fēng)化被覆蓋的礦種在地表工程控制方面具有良好示范作用。

1 礦區(qū)概況

旺蒼縣黃洋—五權(quán)礦區(qū)位于四川省廣元市旺蒼縣，范圍地理坐標(biāo)：東經(jīng)106°18′00″～106°40′45″，北緯32°17′30″～32°20′30″。礦區(qū)呈東西向分布，軸向長約35.6 km，南北寬1～6 km，面積約95.98 km2。礦區(qū)內(nèi)喀斯特地貌發(fā)育，切割深、多陡崖，海拔標(biāo)高500～1640 m，相對高差大于1000 m；氣候濕潤多雨，植被茂盛。礦區(qū)地層以灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等為主，礦化層巖性以鋁質(zhì)粘土巖、含碳硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r為主，礦層易風(fēng)化。探礦工程布設(shè)網(wǎng)度：地表工程槽探間距400 m，鉆探間距走向800 m、傾向400 m。

2 代槽取樣鉆

2.1 取樣鉆機的選用

目前，國內(nèi)取樣鉆型號較多，主要分為淺層輕便取樣鉆機具（含背包式取樣鉆機）和淺層機動取樣鉆機具兩類（冉恒謙等，2011；趙洪波等，2014a），取樣鉆孔主要選用淺層輕便取樣鉆機。其中，背包式鉆機具有輕便、搬運方便的優(yōu)點，適合完整的較軟巖鉆進，但目前市場上的背包式取樣鉆機鉆進速度較低，且?guī)r芯直徑小，無法對破碎帶及粘土巖等取芯，此外施工深度淺（多小于10 m），難以滿足取樣鉆孔施工需求。

為了便于搬運、施工速度有保障、巖芯直徑滿足要求，本次勘查宜選用的鉆機要求單體最大重量小于100 kg，總重量適中，且施工占地面積小，巖芯直徑不小于40 mm，鉆進速度不小于1 m/h的鉆機。根據(jù)上述要求，本次選用了由北京探礦工程研究所研制的TGQ-15型淺層輕便鉆機及機具（趙洪波等，2015），取樣鉆機及配件參數(shù)見表1。該型取樣鉆機鉆進深度15～20 m，鉆孔直徑46～60 mm，鉆進速度能滿足勘查的取樣技術(shù)要求，顯著提高取樣質(zhì)量和取樣效率（朱文鑒等，2004；田樹偉和盧猛，2008）。

表1 取樣鉆機及配件

2.2 代槽取樣鉆施工

2.2.1 取樣鉆孔布設(shè)

利用取樣鉆方法在擬定槽探工作區(qū)域開展兩方面的工作：一是在槽探施工受限的情況下（開挖深度淺、范圍小或是槽探難以揭穿礦體），以取樣鉆施工代替槽探；二是鑒于槽探對生態(tài)環(huán)境的破壞情況，減少槽探工作量，用淺鉆技術(shù)來完成槽探施工目標(biāo)（朱文鑒等，2004；田樹偉和盧猛，2008）。

本礦區(qū)兩種情況均存在，礦區(qū)東部五權(quán)一帶礦體傾角小，地表礦體上層易風(fēng)化形成負地貌，被坡積物覆蓋，礦體下部硅質(zhì)巖堅硬，槽探或淺井難以揭穿（圖1、圖2）。因此，代槽取樣鉆是適合的選擇。

圖1 礦區(qū)礦體地表出露示意圖

圖2 礦區(qū)東部槽探施工

以鉆代槽勘查施工技術(shù)研究中，在槽探擬施工區(qū)域的淺鉆布孔是研究重點。在巖石出露區(qū)域，結(jié)合產(chǎn)狀，布設(shè)探索孔以確定礦體位置，驗證孔控制礦體及頂?shù)装?，追索孔以確定是否完全控制了礦體?？孜患翱拙嘣O(shè)置的原則是使得單孔可以掌握多個槽探取樣樣位（趙洪波等，2014b，2015）（圖3）。針對層狀、似層狀等礦體，可以按垂直礦體走向“一”字型布設(shè)鉆孔；對厚度大、形狀不規(guī)則的礦體或桶狀礦體，可在礦體中按“十”字型（梅花形）布設(shè)鉆孔。

圖3 層狀礦體鉆孔布設(shè)及取樣示意圖

本礦區(qū)釩礦屬沉積型層狀礦體，且礦體出露位置容易確定，地表多形成負地貌成溝壑狀，礦區(qū)沿走向400 m間距布設(shè)代槽淺鉆，礦區(qū)東部位于背斜轉(zhuǎn)折端，礦體及巖層產(chǎn)狀均較緩，多在8～25°之間，因此適合采用以鉆代槽的技術(shù)實現(xiàn)地質(zhì)目的，在相應(yīng)間距位置通常布設(shè)1～3個“一”字型代槽淺鉆孔即可控制礦體。礦區(qū)東部代槽淺鉆鉆孔實際工程分布見圖4。

圖4 礦區(qū)東部地質(zhì)簡圖及工程分布圖

2.2.2 取樣鉆施工

礦區(qū)開展以鉆代槽施工以來，記錄了取樣鉆施工的鉆機搬運、鉆進速度、取芯情況、油料及耗材使用、人工耗用量等情況（表2）。

表2 取樣鉆施工參數(shù)

（1）搬運及操作：取樣鉆機可拆分，最大單體重量50 kg，總重量約150 kg，一次性搬運需要人數(shù)4～5人。對道路的要求低，人員可通行的地方均可以搬運，不需單獨修建便道。施工機臺面積僅需2 m2左右即可，對植被及土壤破壞小。鉆機操作簡單，工人短期培訓(xùn)即可操作。操作人數(shù)2～3人，搬運距離較遠的施工地點，可增加配置2人輔助搬運。

（2）鉆進速度：不同的巖性鉆進速度不同，合適的鉆頭選用是關(guān)鍵，本次選用的鉆頭主要為：齒輪金剛石鉆頭、平底金剛石鉆頭。保證取芯率的情況下，厚層狀碳酸鹽巖層鉆進速度約2 m/h、普通層狀硅質(zhì)巖鉆進速度約1 m/h，硅質(zhì)巖夾煤線層鉆進約0.5 m/h（鉆機轉(zhuǎn)速必需以中低速鉆進以保證取芯率）、鋁質(zhì)粘土巖層鉆進約0.7 m/h（鉆進過快難以保證取芯率）。上述平均施工速度包含提鉆取芯等輔助時間，鉆進速度與工人熟練程度及經(jīng)驗有關(guān)，因此，鉆進速度尚有進一步提高的空間。

（3）取芯情況：礦區(qū)鋁質(zhì)粘土巖及含炭硅質(zhì)巖夾煤線層取芯相對較困難，通過不斷調(diào)整，取芯率基本可達到85%以上，灰?guī)r層及層厚較厚的硅質(zhì)巖層取芯率可達95%以上（圖5），滿足勘查規(guī)范的要求。影響取芯率的因素主要有鉆機轉(zhuǎn)速、鉆壓大小、沖洗液配置及工人施工經(jīng)驗等，對施工工人進行一定的培訓(xùn)和練習(xí)即可滿足施工要求。

圖5 取樣鉆鉆取的巖芯

（4）油料及耗材：鉆機油料使用以汽油為主，耗用量1.2～1.3 L/h，潤滑油及齒輪油用量約1 L/100 h。耗材主要包括鉆頭、卡簧、擴孔器及其他汽油機易損件等，其中鉆頭每個可鉆進20～40 m，卡簧約每個可取芯5～10 m。

針對煤層、粘土巖及破碎帶等難以取芯的巖層，使用配置無污染、經(jīng)濟型的水基高聚物無固相沖洗液（水解聚丙烯酰胺PHP）可以有效絮凝鉆進過程中形成的鉆屑（巖粉、屑）（劉廣志，1991；何遠信，2001），并顯著提高取芯率。配置好的沖洗液具有一定的護心護壁能力，流動性好，降低鉆桿與孔壁間的摩擦系數(shù)，降低扭矩，減少動力消耗，有效防止卡鉆堵鉆塌孔事故發(fā)生，同時大大提高了巖芯的采取率（何遠信等，2005；趙洪波等，2011）。

3 以鉆代槽與槽探應(yīng)用效果對比

3.1 施工場地對比

礦區(qū)釩礦層易風(fēng)化形成負地貌，浮土較厚，槽探開挖深度大，在本礦區(qū)施工的探槽，普遍場地占地面積在20～30 m2,對植被和土壤影響較大。而取樣鉆機搬運較方便、操作較簡單、施工場地要求小，場地占地面積僅為2～3 m2。施工場地對比明顯（圖6、圖7）。

圖6 槽探施工現(xiàn)場

圖7 代槽淺鉆施工現(xiàn)場

3.2 安全、環(huán)境影響對比

探槽施工往往需破壞大量植被及土壤，局部還易引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害，如滑坡、崩塌等；施工較深的探槽還能對人或動物產(chǎn)生安全隱患。采用以鉆代槽因其占地面積小，對環(huán)境的影響甚微，并且基本不會產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害和安全隱患，能大大減小槽探施工對植被和土壤的破壞，做到綠色勘查，安全、環(huán)境影響對比明顯。

3.3 施工效率及經(jīng)濟對比

礦區(qū)施工探槽經(jīng)統(tǒng)計，平均每個探槽需用5天/4人，揭露到礦體及頂?shù)装宓那闆r下需開挖的平均土石方方量約50 m3，按照中國地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)調(diào)查項目預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)（2010試用）》預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)槽探深度0～3 m單價為110 元/m3，因此平均每個探槽的直接經(jīng)濟成本約為5500元。

使用以鉆代槽，每個取樣鉆平均需用2天/2人，達到地質(zhì)目的的平均鉆進深度約為12 m，按照中國地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)調(diào)查項目預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)（2010試用）》預(yù)算標(biāo)準(zhǔn)孔深0～20 m單價為279 元/m，每個取樣鉆的直接經(jīng)濟成本約為3348元。

因此使用以鉆代槽不僅能節(jié)約大量人力，且節(jié)約大量經(jīng)濟成本，效果明顯。

4 結(jié)論

（1）采用取樣鉆控制地表礦體能夠達到槽探控制的效果，取芯質(zhì)量能滿足規(guī)范要求，鉆取巖芯分析結(jié)果與槽探樣品分析結(jié)果基本吻合；對緩傾礦體及浮土較厚的區(qū)域，取樣鉆能更有效的控制礦體。施工進度能夠滿足勘查施工要求。

（2）取樣鉆施工能大大減輕槽探施工對土壤及植被的破壞，場地占地面積極小，能有效的減少地質(zhì)勘查對環(huán)境的影響。

（3）以鉆代槽技術(shù)在綠色勘查探礦工程中可以作為一種重要的技術(shù)手段推廣應(yīng)用，對類似粘土礦、石墨礦等質(zhì)軟易風(fēng)化形成負地貌導(dǎo)致探槽難以揭露的礦種勘查具有很好的示范作用。