以鉆代槽技術(shù)在旺蒼縣黃洋—五權(quán)地區(qū)釩礦普查中的實(shí)踐應(yīng)用

黎龍昌 ，冉強(qiáng)，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(duì)，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(huì)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(shí)。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(dòng)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(dòng)方案。地質(zhì)勘查作為整個(gè)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(dá)到理想效果的弱點(diǎn)；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(diǎn)，對自然環(huán)境有很大影響。因此，新時(shí)代的地質(zhì)勘查能否避免或減小這些問題，實(shí)現(xiàn)綠色勘查，這將直接影響著整個(gè)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(yàn)均得到了快速發(fā)展。而以鉆代槽技術(shù)是現(xiàn)階段落實(shí)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(fù)地貌，且多被第四系殘坡積物覆蓋，施工探槽往往難以達(dá)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(shí)際情況選擇采用以鉆代槽技術(shù)，既達(dá)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(xiàng)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(jī)的選用

目前，國內(nèi)取樣鉆型號(hào)較多，主要分為淺層輕便取樣鉆機(jī)具（含背包式取樣鉆機(jī)）和淺層機(jī)動(dòng)取樣鉆機(jī)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(jī)。其中，背包式鉆機(jī)具有輕便、搬運(yùn)方便的優(yōu)點(diǎn)，適合完整的較軟巖鉆進(jìn)，但目前市場上的背包式取樣鉆機(jī)鉆進(jìn)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(yùn)、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(jī)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(jìn)速度不小于1 m/h的鉆機(jī)。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(jī)及機(jī)具（趙洪波等，2015），取樣鉆機(jī)及配件參數(shù)見表1。該型取樣鉆機(jī)鉆進(jìn)深度15～20 m，鉆孔直徑46～60 mm，鉆進(jìn)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(jī)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(fù)地貌，被坡積物覆蓋，礦體下部硅質(zhì)巖堅(jiān)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(diǎn)。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(yàn)證孔控制礦體及頂?shù)装澹匪骺滓源_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(gè)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(fù)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(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的，在相應(yīng)間距位置通常布設(shè)1～3個(gè)“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(shí)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(jī)搬運(yùn)、鉆進(jìn)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(yùn)及操作：取樣鉆機(jī)可拆分，最大單體重量50 kg，總重量約150 kg，一次性搬運(yùn)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(yùn)，不需單獨(dú)修建便道。施工機(jī)臺(tái)面積僅需2 m2左右即可，對植被及土壤破壞小。鉆機(jī)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(yùn)距離較遠(yuǎn)的施工地點(diǎn)，可增加配置2人輔助搬運(yùn)。

（2）鉆進(jìn)速度：不同的巖性鉆進(jìn)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(jìn)速度約2 m/h、普通層狀硅質(zhì)巖鉆進(jìn)速度約1 m/h，硅質(zhì)巖夾煤線層鉆進(jìn)約0.5 m/h（鉆機(jī)轉(zhuǎn)速必需以中低速鉆進(jìn)以保證取芯率）、鋁質(zhì)粘土巖層鉆進(jìn)約0.7 m/h（鉆進(jìn)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(shí)間，鉆進(jìn)速度與工人熟練程度及經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，因此，鉆進(jìn)速度尚有進(jìn)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(dá)到85%以上，灰?guī)r層及層厚較厚的硅質(zhì)巖層取芯率可達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)速、鉆壓大小、沖洗液配置及工人施工經(jīng)驗(yàn)等，對施工工人進(jìn)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(jī)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(kuò)孔器及其他汽油機(jī)易損件等，其中鉆頭每個(gè)可鉆進(jìn)20～40 m，卡簧約每個(gè)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(jì)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(jìn)過程中形成的鉆屑（巖粉、屑）（劉廣志，1991；何遠(yuǎn)信，2001），并顯著提高取芯率。配置好的沖洗液具有一定的護(hù)心護(hù)壁能力，流動(dòng)性好，降低鉆桿與孔壁間的摩擦系數(shù)，降低扭矩，減少動(dòng)力消耗，有效防止卡鉆堵鉆塌孔事故發(fā)生，同時(shí)大大提高了巖芯的采取率（何遠(yuǎn)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(fù)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(jī)搬運(yùn)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(dòng)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(huì)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(jì)對比

礦區(qū)施工探槽經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均每個(gè)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(xiàng)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(jià)為110 元/m3，因此平均每個(gè)探槽的直接經(jīng)濟(jì)成本約為5500元。

使用以鉆代槽，每個(gè)取樣鉆平均需用2天/2人，達(dá)到地質(zhì)目的的平均鉆進(jìn)深度約為12 m，按照中國地質(zhì)調(diào)查局《地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)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(jià)為279 元/m，每個(gè)取樣鉆的直接經(jīng)濟(jì)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(jì)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(dá)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(jìn)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(fù)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。