便攜式鉆機在水泥灰?guī)r礦勘查中的應(yīng)用

周旭林，尹輝暾，周子幸，李 成

(1.湖南省地質(zhì)科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○九隊，湖南 永州 425000；3.湖南工程職業(yè)技術(shù)學院，湖南 長沙 410151)

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便攜式鉆機在水泥灰?guī)r礦勘查中的應(yīng)用

周旭林1，尹輝暾2，周子幸3，李 成1

(1.湖南省地質(zhì)科學研究院，湖南 長沙 410007；2.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○九隊，湖南 永州 425000；3.湖南工程職業(yè)技術(shù)學院，湖南 長沙 410151)

便攜式鉆機已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)與工程勘查中，為了進一步擴大便攜式鉆機的應(yīng)用范圍，倡導(dǎo)綠色勘查，在湖南省東安縣王師嶺礦區(qū)水泥灰?guī)r礦勘查中，采用ZY-25型便攜式鉆機以鉆代槽進行地表取樣，取得了較好的效果。應(yīng)用實踐表明，當?shù)V區(qū)構(gòu)造簡單，巖層產(chǎn)狀較平緩且穩(wěn)定，礦體厚度較大，礦石有用組分含量較高且分布均勻，有害組分含量較低時，采用便攜式鉆機取樣代替槽探取樣評價礦床是可行的。

便攜式鉆機；綠色勘查；以鉆代槽；水泥灰?guī)r礦

便攜式鉆機又稱背包式鉆機或取樣鉆，質(zhì)量輕、易于搬運，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的槽探、井探等工程進行取樣，在區(qū)域地質(zhì)填圖、物化探取樣、地磁異常帶取樣、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、工程線路、風力發(fā)電地基勘測以及水利勘測等地質(zhì)與工程勘查工作中被廣泛采用[1-5],尤其是便攜式鉆機能大量地減少因探槽的施工對植被破壞，有利于保護生態(tài)環(huán)境，是一種綠色勘查工程手段。為進一步擴大便攜式鉆機的應(yīng)用范圍，倡導(dǎo)綠色勘查，我們根據(jù)東安縣王師嶺礦區(qū)水泥灰?guī)r礦的地質(zhì)及地形地貌特征，采用ZY-25型便攜式鉆機以鉆代槽進行地表取樣，完成了礦區(qū)的勘查工作，取得了較好的效果。

1 礦區(qū)概況

1.1 地形地貌特征

礦區(qū)位于湖南省東安縣，面積3.45 km2。屬丘陵地貌，總體地勢是中部高、南北低，山脊線總體為北西向，與巖層走向基本一致，地形坡度10°～25°。地形最高點海拔268.70 m，最低點海拔151.75 m，相對高差116.95 m。地表覆土厚0～10.02 m，平均2.87 m，植被覆蓋率高。

1.2 地質(zhì)概況

王師嶺礦區(qū)處于祁陽山字型構(gòu)造的反向弧部位蘆洪市向斜的北東翼。出露地層有石炭系下統(tǒng)馬欄邊組、天鵝坪組、石磴子組、測水組及第四系。

礦區(qū)構(gòu)造形態(tài)較簡單，總體呈傾向南西的單斜，地層走向北西，總體傾向南西210°，傾角平緩，平均17°。斷裂不發(fā)育，僅在礦區(qū)南東見有1條呈北東走向的張扭性斷層(見圖1)。

石磴子組為水泥灰?guī)r礦賦存層位，主要巖性為灰色—深灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r、含生物屑泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，中下部夾泥灰?guī)r及含燧石條帶灰?guī)r，從下至上可分為4個巖性段。

第一巖性段：為灰色—深灰色中厚層泥晶灰?guī)r、含生物屑泥晶灰?guī)r，厚>68.9 m。為礦區(qū)的Ⅱ礦層。

1—馬欄邊組；2—天鵝坪組；3—石磴子組；4—測水組；5—第四系；6—礦層及編號；7—夾層及編號；8—地質(zhì)界線；9—斷層；10—地層產(chǎn)狀；11—鉆孔位置；12—探槽及位置；13—剖面線

圖1 王師嶺礦區(qū)地質(zhì)圖

第二巖性段：深灰色中厚層狀含燧石條帶灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，厚6.0～11.6 m，平均厚度8.99 m。

第三巖性段：灰—深灰色中厚層泥質(zhì)灰?guī)r與泥灰?guī)r互層，局部含少量炭質(zhì)，厚7.02～13.30 m，平均厚度9.0 m。

第四巖性段：灰—深灰色中厚—厚層狀泥晶灰?guī)r、含生物碎屑泥晶灰?guī)r夾中厚層狀泥質(zhì)灰?guī)r。為礦區(qū)的Ⅰ礦層，厚度>160.8 m。

1.3 礦床特征

礦區(qū)礦層2兩個，中間一個夾層，其空間展布自上而下依次為Ⅰ礦層、①夾層、Ⅱ礦層，三者呈平行產(chǎn)出。礦層產(chǎn)狀與地層一致，傾角15°～20°，變化小，礦體厚度較穩(wěn)定(見圖2)。Ⅰ礦層CaO含量51.8%，品位變化系數(shù)4.36%，MgO含量0.80%，變化系數(shù)63.56%；Ⅱ礦層CaO含量52.01%，品位變化系數(shù)4.06%，MgO含量0.75%，變化系數(shù)81.3%；礦石有用組分CaO品位變化均勻，礦石質(zhì)量好，達Ⅰ級品要求。礦層及夾層主要參數(shù)特征見表1。

1—天鵝坪組；2—石磴子組；3—礦層及編號；4—夾層及編號；5—鉆孔編號；6—淺鉆編號；7—灰?guī)r；8—燧石條帶灰?guī)r；9—泥質(zhì)灰?guī)r；10—礦區(qū)勘查深度

圖2 王師嶺礦區(qū)12線剖面圖

2 ZY-25型便攜式鉆機性能

ZY-25型便攜式鉆機是由湖南狀元集團生產(chǎn)的一種淺層取樣鉆機，主要由主機、水泵、鉆具配套件組成(見圖3)。整套標準配備鉆機及相關(guān)配件裝入背包后，總質(zhì)量最大不超過55kg，單件質(zhì)量一般

表1 王師嶺礦區(qū)礦(夾)層主要參數(shù)值

不超過12 kg。鉆機主機具有回轉(zhuǎn)式鉆進功能，小型汽油機動力就能帶動鉆具回轉(zhuǎn)，方便靈活，鉆進方式單一，易于操作。鉆機鉆進時連接小型水泵供水，鉆進所需水量極少，當取水困難時，可以采用人工提水供水。鉆機配套鉆桿、巖心管規(guī)格為?25、35 mm，用螺紋方式連接。?25 mm鉆桿和?25 mm巖心管長度為600 mm，?35 mm鉆桿和?35 mm巖心管長度為500 mm。鉆頭可用電鍍、熱壓及復(fù)合片鉆頭，直徑分別為28、38 mm。?38 mm鉆頭主要用于泥沙土覆蓋層鉆進，最大鉆進深度10 m，?28 mm鉆頭主要用于基巖鉆進，適用于7級及以下等級巖石，巖石硬度越小，鉆進深度越大，最大鉆進深度可達25 m。鉆機主機、水泵主要參數(shù)見表2、表3 。鉆機輕便，解體性強，便于拆卸，容易搬運，一般只要2人就能完成搬遷及鉆進工作(見圖4)[6]。

圖3 ZY-25型便攜式鉆機組件圖

表2 ZY-25型鉆機主機主要參數(shù)

表3 水泵主要參數(shù)

圖4 ZY-25型鉆機施工示范

3 便攜式鉆機取樣代槽探取樣論證

礦區(qū)普查工作自2014年8月開始，普查設(shè)計按常規(guī)方法主要安排了地質(zhì)填圖、槽探、鉆探及采樣測試等工作。槽探工作采用挖掘機施工，分別在0、4、12線北東部施工了3條探槽，施工修路、挖掘破壞了大量的植被，青苗賠償費用非常高。挖掘機施工結(jié)束之后發(fā)現(xiàn)，部分地段由于覆土較深而揭露不到基巖，揭露到基巖的地段，基巖表面溶蝕現(xiàn)象較強，發(fā)育溶槽、溶溝等，槽底不平整，清理溶槽、溶溝中的泥土還需要花費大量的人力及時間，而且即使把槽底清理干凈，槽底凹凸不平，刻槽采樣很麻煩。另外，礦區(qū)的南西部，巖層基本順坡產(chǎn)出，如果連續(xù)刻槽采樣，厚度4 m的單個樣品的樣長、質(zhì)量等均相當大；如按層厚跳躍式取樣，很難保證樣品的連續(xù)性。為了能快捷、有效、經(jīng)濟、環(huán)保地完成勘查工作，我們擬采用便攜式鉆機取樣代替槽探取樣。但是便攜式鉆機取樣的巖心尺寸較小，取樣規(guī)格不能滿足《冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T 0213—2002)規(guī)定10 cm×5 cm～3 cm×2 cm的要求[7]，樣品是否具有代表性？

為了解決這個問題，在探槽TC1201選取了3段進行采樣論證。第一段為礦區(qū)南西邊的Ⅰ礦層，該段巖層順坡產(chǎn)出，巖層傾角略大于地層坡角；第二段為礦區(qū)北東邊的①號夾層位置，第三段位于第二段的下部的Ⅱ礦層位置，第二、三段處地層傾角與地面坡角相反。選取的三段位置地面覆土1.0 m左右，地表取樣方便。每段地表連續(xù)采取3個樣，樣品規(guī)模采用5 cm×3 cm，淺鉆根據(jù)地面刻槽取樣位置、取樣長度、巖層傾角等進行計算，確定取樣鉆的位置及孔深，確保二者取樣代表的巖層一致(見圖5)，一個淺鉆采取一個樣品，樣品代表厚度4m左右。樣品分析結(jié)果見表4。

表4結(jié)果顯示如下。

(1)淺鉆樣品CaO含量偏差值為0.07%～1.19%，相對偏差值為0.13%～2.25%，偏差值及相對偏差值小。

注：QZ—鉆機取樣；KC—探槽取樣

(2)淺鉆樣品MgO含量偏差值較小，但相對偏差值較大。平均值的偏差及相對偏差相對較小。主要原因是MgO的含量低，一般均<3.0%，品位變化較均勻偏不均勻，淺鉆與探槽取樣的位置有差別，測試結(jié)果稍有偏差，相對偏差值就會很大。

(3)淺鉆樣品與地面刻槽樣品圈定的礦層與夾層是一致的。根據(jù)規(guī)范要求，MgO的工業(yè)指標為含量不超過3.5%[7]，盡管淺鉆樣品MgO含量的相對偏差值較大，但不影響礦區(qū)礦體的圈定。

根據(jù)上述取樣論證，礦區(qū)以便攜式鉆機代替槽探進行取樣是可行的。

4 便攜式鉆機取樣施工效果

礦區(qū)勘查工作共布設(shè)7條剖面，施工取樣鉆348個，工作量2022.15 m，取巖石化學樣448個，鉆孔深度一般4～8 m，最大深度14 m。施工過程中，巖心管的長度限制了單個回次進尺≯0.50 m，巖心采取率達到90%以上。最終便攜式鉆機與鉆孔控制的礦層與夾層基本能夠相連(見圖2)，各剖面上礦層與夾層的CaO、MgO品位也基本一致(見表5)。便攜式鉆機取樣代替槽探取樣達到了預(yù)期的施工效果。

便攜式鉆機在評價水泥灰?guī)r礦的同時，也對地表覆蓋層進行了取樣評價，圈定了礦區(qū)覆蓋層的分布范圍，為礦區(qū)覆蓋層的綜合利用或者剝離提供了地質(zhì)依據(jù)。

5 結(jié)語

(1)類似于王師嶺礦區(qū)水泥灰?guī)r礦的礦床，當?shù)V體厚度較大，產(chǎn)狀較平緩且穩(wěn)定，礦石有用組分含量較高且分布比較均勻，有害組分含量較低，巖石可鉆性等級為5級及以下時，采用取樣鉆代替槽探取樣是可行的。

表5 便攜式鉆機取樣與鉆探控制的礦體化學成分對比

(2)當有用組分含量較低，類似于礦區(qū)MgO的含量，取樣鉆樣品代表性不夠，可能會引起較大的誤差，不宜采用取樣鉆評價。但個別地段地表確實取樣困難，需要取樣鉆取樣時，建議采取多點取樣，增加樣品質(zhì)量來降低取樣誤差，確保樣品的代表性。

(3)礦區(qū)采用便攜式鉆機代替探槽工程取樣，避免了后期工作槽探施工及青苗賠償費用，淺鉆施工成本低，大大節(jié)約了勘查成本，是一種值得推廣的綠色、經(jīng)濟的勘查手段。

(4)ZY-25型便攜式鉆機施工完全依靠人工加壓，而且沒有支架固定，鉆進時，主機的跳動要靠人工扶持，施工人員容易疲勞。當深度達到8～10 m時，人工加壓困難，鉆進效率降低。礦區(qū)施工時，一天鉆進2～3個孔，進尺15～20 m，工作效率偏低。鉆機在固定、加壓方面有待進一步改進，有利于提高工作效率。

[1] 宋殿蘭，劉三意.淺鉆技術(shù)在淺覆蓋區(qū)地質(zhì)找礦工作中的應(yīng)用[C]// 第十六屆全國探礦工程(巖土鉆探工程)技術(shù)學術(shù)交流年會論文集.北京：地質(zhì)出版社，2011：39-43.

[2] 寧國軍,王書辰,申大元.便攜式淺層取樣鉆在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù)，2015，15,(4)：106-108.

[3] 趙洪波,何遠信,祝強.以鉆代槽勘查方法研究與應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2016,43(11):6-10.

[4] 譚春亮,宋殿蘭,盧猛，等.TGQ-30型輕便取樣鉆機及其在低山丘陵地區(qū)的應(yīng)用[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012，39(5):42-48.

[5] 盧長偉,盧佳.便攜式水利鉆機在水利工程中的應(yīng)用[J].資源環(huán)境與工程,2013，27(4)：555-556.

[6] 湖南省狀元地質(zhì)裝備有限公司.一種便攜式勘探鉆機：中國，ZL201520164165.2[P].2015-08-12.

[7] DZ/T 0213—2002，冶金、化工石灰?guī)r及白云巖、水泥原料礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范[S].

[8] DZ/T 0130.1—2006，地質(zhì)試驗測試管理規(guī)范[S].

Application of the Portable Drill in Cement Limestone Ore Exploration/

ZHOUXu-lin1,YINHui-dun2,ZHOUZi-xing3,LICheng1

(1.Hunan Academy of Geological Sciences, Changsha Hunan 410007, China; 2.No.409 Team, Hunan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Yongzhou Hunan 425000, China; 3.Hunan Vocational College of Engineering, Changsha Hunan 410151, China )

Portable drill has been widely used in geology and engineering exploration, in order to further expand its application scope and advocate green exploration, in Wangshiling cement limestone ore exploration of Dong’an County, the samples were obtained by using ZY-25 type portable drill by drilling instead of trenching with good effect. The practical application shows that under the conditions of simple mining area structure, gentle and stable strata occurrence, large thickness of ore body with high and uniform content of useful mineral components and low content of harmful components, it is feasible to use portable drill for sampling by drilling instead of trenching.

portable drill; green exploration; drilling instead of trenching; cement limestone ore

2017-01-10

周旭林，男，漢族,1974年生,高級工程師,從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查與研究工作，湖南省長沙市芙蓉中路二段223號，563792749@qq.com。

P634.3+1

B

1672-7428(2017)06-0001-05