地质探矿工程中地质勘探技术的运用及安全问题

邓宏志

（甘肃省核地质二一二大队，甘肃 武威 733000）

引言

勘探国家经济发展所需的各种矿产资源是一项非常重要的工作，绳索取芯、遥感探测、反循环钻探等技术在应用范围、适用场景方面都存在一定的差异性，对这些技术开展深入的研究可有效指导地质勘探实践活动以及避免勘探活动中的安全风险。

一、常用的地质勘探技

（一）绳索取芯。这种技术早在20 世纪就已经在国内的地质勘探活动中得到了广泛的运用，其原理如下：钻探设备中设计有专门用来存储岩心的管状结构（岩心管），传统的钻探方法要将钻具从孔内提升到地面，然后在取出钻探下来的岩心。但是绳索取芯法不必经过这一过程，因为这种钻探设备能够利用特制的打捞器补货存储在岩心管中的岩芯样本，然后在绳索的提升下将这些样本从钻孔位置提升到地面上，整个过程中无需将钻头从地下提升上来，其效率高、岩芯样本质量高的特点受到广泛的认可[1]。

（二）液动潜孔锤钻探。在地质探矿钻孔施工中经常会遭遇质地坚硬的岩石层，并且这些岩石虽然具有较大的硬度，但是其脆性却比较大。液动潜孔锤获得冲洗液的动能后与这些脆性大的岩石发生剧烈地碰撞作用，并且潜孔锤的运动状态上下反复，在这种高频率的撞击之下将这些岩层破碎成一定的状态。这种技术还对深孔勘探具有良好的适应性，即使钻探过程中遭遇富水层，也不会产生过大的影响。

（三）反循环钻探。钻探过程中的取样一直是一个难点问题，而取样方式在很大程度上决定了地质探矿的效果以及作业过程中的效率。反循环钻探技术实际上是利用空气、水或者泥浆等物质的反向循环来取出岩心，有些钻杆是双臂结构，有些钻杆是单壁结构，前者在循环的过程中可借助双臂结构所形成的内管将冲洗液送至地面，而后者则借助钻孔所形成的岩壁和钻杆之间的空隙来完成反向循环作用[2]。冲洗液先是从孔外下行到孔底，然后再向上返回到孔外。

（四）综合勘探技术。在开展钻探取心之前必须先借助一定的技术手段和方法获取矿山资源的基本信息，根据自然环境、地表条件、地下水以及其他各种类型的综合信息确认可能的矿藏位置，然后才在地面上开展钻探作业。换言之，任何具体的操作都应该建立在科学的地质理论和地质信息基础上，而综合勘察技术本质上是将理论分析、矿化信息收集、遥感技术以及物理化学方法等各种手段集中起来应用，只要有利于矿山勘探，均可作为参考依据。这种勘探方法在前期的地质调查方面具有不可替代的作用，在此基础上才会去开展钻探活动。

（五）遥感技术。地质探矿活动的范围有时候非常广，仅仅依靠人力方式从局部地区的逐一调查来掌握整体的地质环境信息将会变成一项工作量繁重的任务。因此，利用卫星和飞行器等装备从远距离对地面信息实施遥感探测，这种技术方法虽然起步较晚，但其高效率的探测效果能够有效地提升地质探矿的速度以及减少勘探人员的工作量，因而受到重视。

二、地质勘探中的安全问题及防治措施

（一）典型安全问题分析

1.钢丝绳掉落。采用绳索取芯的方法来获取岩心样本时有可能会出现钢丝绳完全调入孔内的事故，造成这种现象的情况一般有以下几种原因：（1）提升过程中因为某些突发的因素而产生了明显的卡顿，此时若强行将钢丝绳向上拉拽则可能造成其从设备上脱落，并坠入钻孔内。（2）在固定钢丝绳时出现了人为失误，或者钢丝绳在长期的使用过程中逐渐出现了磨损、断股之类的缺陷。

2.地质灾害。塌方。在地质探矿的过程中有可能在低洼的位置开挖勘探槽或者机械钻孔，但是在具体操作时有可能因为机械设备的扰动或者突发的地质变化而产生坍塌、山体滑落等事故。国内某企业的两名地质勘探人员在2019 年7 月份因为勘探槽塌方而被埋，其中一人当场遇难。除此之外，地质探矿区域大多为人烟稀少的野外，很多甚至还在山区，这些地域发生破碎岩体塌方、泥石流以及洪涝灾害的风险都非常高。

3.设备倒塌和机械伤害。在初步确定矿山的位置之后还要采用钻探法获取地下深层位置的岩心，以作为有效的验证措施。开展相关作业之前要在钻探位置搭设钻探塔平台以及安装钻探用机械设备，有些作业人员难免会因为操作不当而产生机械伤害类的事故。并且钻探设备和钻探塔都具有一定的高度，其基础的稳定性、水平度以及作业条件下的振动情况都关系到设备的安全性，现实情况下也出现过因为钻探设备安装固定不到位而导致坍塌的事故，有些钻探设备在倒塌后还造成了严重的人员伤亡。

（二）安全风险防范措施

1.充分掌握地质环境资料。地质勘探单位在前期的调查工作中必须有效把握矿山的岩土类型、地表水、地下水系以及降雨条件等环境资料。例如，当矿山的位置处于降水较多的山区时必须考虑到是否存在泥石流、山体滑坡以及塌方之类的事故风险。有些矿山的岩石层缺乏足够的稳定性，小规模的机械扰动就可能造成山体垮塌，因而在确定地质钻探位置之前必须充分调查周围的岩土条件以及水文地质条件等情况。地质勘察单位在获取这些信息时具有以下几种渠道：（1）多方收集相关地区已经掌握的地质环境以及水文资料信息。（2）利用卫星、无人飞行器等遥感技术重新探查地质勘探区域的环境信息和资料。（3）由专业的地质勘探人员通过野外实地调查来掌握详细的地质环境资料，尤其要关注拟钻孔位置周边的环境条件。

2.加强施工设计和安全风险评估。首先，在开展地质勘探之前要根据地质环境、矿山类型以及预计的矿藏深度等因素选择合适的勘探技术，例如，当矿藏深度较大时可采用液动潜孔锤的技术路线，在前期调查中可综合运用遥感技术、物理方法、化学方法等掌握成矿信息。其次，选择合适的施工位置。地质探矿活动中经常需要在特定位置钻孔、获取岩心样本，并据此来研究是否真正存在矿产资源。在选择钻孔位置时要尽可能避开存在坍塌、山洪以及泥石流风险的区域。再次，在复杂的地质环境下设计地质勘探施工方案时必须由工程技术专家、地质专家以及安全管理专家全面评估方案的科学性和安全性，借助多种专业力量来规避设计方案中的缺陷。最后，地质钻孔施工中涉及到临时用电、机械设备安装、吊装等多种作业内容，这些活动中多存在一定的风险。并且钻孔设备的安装效果对其后续作业过程中的安全风险控制也具有关键的作用，例如，有些钻孔设备在安装时没有控制好塔身的垂直度，进而造成其在后续的运行中因为振动、扰动等因素而发生侧翻。由此可见，严格落实钻探设备的安装技术要求也是避免安全事故的有效途径之一。

3.强化作业人员的安全防护意识。矿山勘探作业人员的工作环境大多为地质环境条件复杂的野外地区，这就要求作业人员必须具备良好的安全素养、掌握地质勘察活动中常见的危险有害因素以及安全事故类型。作业人员在开展地质勘探活动之前必须先去检查设备、环境、施工方法以及个人防护设备等是否存在隐患。

（三）地质勘探案例分析

此次以甘肃省瓜州县某金矿扩大区的资源储量核实作为背景。勘探单位主要从该金矿的工作区地质、矿床开采的技术条件、核实地质工作的内容以及资源储量核实几个方面开展工作。

1.工作区地质调查。勘察单位通过综合勘探技术对该工作区的地层情况、地质构造、岩浆岩、矿产分布以及矿区地质特征等展开了调查。然后进一步掌握了矿区的地层条件、侵入岩、脉岩、地质构造、矿区地球化学特征以及矿体特征等信息。从安全角度来看，围岩与夹石、围岩蚀变等地质条件具有更加突出的影响力。

2.矿床开采条件。（1）水文地质。地质勘探单位主要从全区域的水文地质条件、矿区的水文地质条件以及矿坑涌水量评估开展工作。表1 反应了该矿区3 号矿段的涌水情况，由此可判断其作业环境存在一定的透水安全风险。（2）矿床地质。地质勘察人员采用钻孔的方式从矿区的岩层中获取了一定数量的岩心样本，分析结果显示该矿区的矿床上主要包含了斑状和似斑状花岗岩、辉绿玢岩脉、第四系松散砂、坡积物、岩石风化后残和砾石层。

表1 甘肃瓜州县某金矿3 号矿段涌水量调查表

3.制定地质勘探方案。在掌握了这些基本信息之后地质勘探单位利用前人已经获取的地质调查成果、地质坑探、槽探等方法，先后进行了1：2000 地形地质修测量、钻探工程、坑道采样编录和素描等方面的工作。

三、结束语

矿产地质勘察活动可采用综合勘察、钻孔取样、遥感探测等多种技术路线，并且这些勘察方法所产生的效果也具有一定的差异性，如钻孔取样主要是准对前期调查的结果开展进一步的验证，掌握矿产资源的深度、矿床的岩层特点等。而遥感技术主要从宏观层面获取综合性的地质信息和矿产信息。勘察过程中的安全管理主要是全面获取地质环境信息、选择正确的勘察探测技术以及落实好设备安装要求。