綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統(tǒng)的研究*
——以便攜式全液壓鉆機為例

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，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提出“綠色” 發(fā)展理念，十九屆五中全會又再次強調(diào)“推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生”，綠色是未來發(fā)展的主旋律之一。

綠色勘查是實現(xiàn)地質(zhì)勘查目的和生態(tài)環(huán)境保護協(xié)同共進的新勘查模式，也是國家地質(zhì)勘查工作可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是新時代實現(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為研究對象，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，有效推動綠色勘查的成熟落地。

1 便攜式鉆機與傳統(tǒng)立軸鉆機的比較研究

1.1 拆裝搬遷難度對比研究

便攜式鉆機采取模塊化設(shè)計，易于拆裝搬運，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，用小型卡車即可運輸，即使在交通條件差的地區(qū)，也可通過牲畜力運輸，適應(yīng)性強，占地面積小，設(shè)備場地只需4 m×4 m 的機臺位置，搬遷便道均不用大面積開挖，因此進一步減少了對環(huán)境的影響，也大大提高了搬遷安裝效率。 傳統(tǒng)式立軸鉆機適應(yīng)性差，受地形的影響整機一體式設(shè)備不易于搬遷和拆卸，且需要使用大型車輛運輸?shù)绞┕さ攸c，搬運工期一般為幾十天，而且對沿途生態(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，時間成本大，技術(shù)要求高，難度相對大。

1.2 安全性對比研究

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

1.3 鉆進效率對比研究

目前便攜式鉆機一般采用TW 系列的薄壁繩索取芯鉆具，相對普通的Q 系列繩索取芯鉆具，對地層的擾動更小，采取率更好，且鉆進速度更快。 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)鉆機的立軸行程短，一般為450～750 mm，鉆進過程中倒桿頻次多，易堵芯。 便攜式鉆機的立軸行程為1.83 m，由于倒桿較少，所以堵芯的概率相對較低，且綠色節(jié)能。 “鉆探似打針，槽探似手術(shù)” 就是說便攜式鉆機鉆探時的創(chuàng)傷面更小，影響更小。 所以，該鉆機在“以鉆探代替槽探” 的項目中，成功運用并推廣[2]。

2 便攜式鉆機施工中存在的問題

2.1 泥漿排放污染問題

便攜式鉆機配合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，更造成了環(huán)境的污染。

2.2 水量消耗大問題

便攜式全液壓鉆機的液壓冷卻系統(tǒng)要求有不間斷的冷卻水源，這就進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)讓泥漿進行密閉式循環(huán)，解決傳統(tǒng)泥漿循環(huán)模式對地表環(huán)境的污染問題[4]。通過調(diào)查與分析不同孔深、 不同地層對巖心鉆探泥漿循環(huán)系統(tǒng)的要求，設(shè)計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

通過對現(xiàn)有巖心鉆探泥漿循環(huán)系統(tǒng)性能維護環(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，使巖心鉆探能達到降低勞動強度、 提高泥漿重復(fù)利用率，降低綜合成本，維護泥漿穩(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

4.1 新型泥漿不落地系統(tǒng)的設(shè)計

對現(xiàn)場泥漿以提高可重復(fù)利用率、 降低生態(tài)破壞為主旨進行優(yōu)化，實現(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，可保障機臺泥漿供應(yīng)和液壓油的及時冷卻，也避免了傳統(tǒng)的露天開挖或 “直流” 浪費。 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

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、 終端離心機機械沉淀3 個部分。 根據(jù)鉆孔孔深及巖性情況，可對自然沉淀的便攜式容器進行增減，然后在其中某個容器中添加無污染無毒害的快速絮凝劑或凈水劑對沖洗液進行快速沉淀，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離心機進行固相分離，清除有害固相，達到泥漿凈化目的。

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的新型 “泥漿不落地” 系統(tǒng)。 其包含3 個方面內(nèi)容。

5.1 新型設(shè)備的設(shè)計

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)隊鉆探施工經(jīng)驗，設(shè)計采用新理念、 新技術(shù)，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)及配套設(shè)備的自動化、 便攜化、 輕便化，并具有低能耗等特點。

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 理論與實踐的結(jié)合

通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)的新型泥漿不落地凈化系統(tǒng)是理論與實踐結(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)場施工對泥漿循環(huán)與凈化的要求，實現(xiàn)并促進巖心鉆探綠色勘查。

6 結(jié)束語

隨著國家環(huán)境保護意識的增強，綠水青山的生態(tài)保護理念已深入地質(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，能進一步實現(xiàn)綠色勘查與經(jīng)濟發(fā)展的雙贏。