童俊涛,吕文军,曾 令,陈 明
(核工业二九〇研究所,广东 韶关 512029)
勘查区位于广东省韶关市,区内交通条件较为便利。工作区内有京广铁路、韶赣铁路及京广高铁,乐广、京珠、韶赣、大广及武深高速,105、106、107及323国道等,此外省级、县级、林业公路畅通且密集分布,交通条件便利(工作区交通位置见图1)。
图1 勘查区交通位置图Fig.1 Traffic location map of the exploration area
诸广矿集区位于华南褶皱系的华夏地块西侧,华夏加里东褶皱带南缘、南岭构造—岩浆—成矿中段第一、二区带中,区域上处于华夏古陆闽赣后加里东隆起与湘、桂、粤北海西—印支凹陷的交汇部位,是构造、岩浆、多金属成矿作用长期活动的地区[1]。核工业二九〇研究所(以下简称二九〇所)在该诸广矿集区开展了多年的研究工作,从2006年开始,累计完成工作量XX万m,施工钻孔XX个。
按照中国核工业地质局要求,科学制定勘查方案,在勘查设计初期对勘探点周围情况进行详细的踏勘,了解区内的地形地貌、生态红线要求、野生动植物、公共道路、民风民俗和安全文明等情况,并进行事前的统筹规划,确保勘查工作不会对当地植被、生态环境等造成太大的影响,钻探施工在条件适宜时尽量采取“一基多孔”[2],减少对环境的破坏,制定的管理办法有:1)《钻探机台标准化达标考评条例解读》;2)《绿色勘查工作管理规定》(试用);3)《广东省诸广矿集区绿色勘查项目示范工作绿色勘查管理办法》;4)《广东省诸广矿集区环境影响报告表》;5)《广东省诸广矿集区环境因素识别与评价表》;6)《广东省诸广矿集区环境因素与控制措施表》。
便携式全液压钻机设备具有模块化、轻便化、小型化、集成化的特点,以及轻便易拆装、拆分后单件重量轻、易于运输、体积小等优点,最大程度地降低地表占用面积,减小对地表自然环境的影响,但存在设备起拔能力小,处理事故能力弱,设备维护使用成本较高的缺点[3]。传统立轴钻机具备中深孔施工能力强,处理事故起拔能力强,操作工人熟悉程度高等优点,但存在占地面积较大,搬迁运输不便的缺点。
通过设备性能和施工效率两个方面综合对比分析,结合现有钻探设备情况,确定了钻探设备选型方案,即孔深≤600 m钻孔优先选择便携式全液压钻机,孔深600~800 m钻孔优先选择XY-44A型立轴钻机,孔深800~1000 m钻孔优先选择HXY-6A型立轴钻机。选用的钻机见图2。
图2 钻机选型Fig.2 Drilling rig for selection
根据地质设计目的及钻孔位置情况,在绿色勘查设计中统筹规划各区域道路,充分利用已有可利用的公路、村道等。确实需要新修建道路的,在满足项目勘查施工区、工程点基本需求的同时,兼顾项目后续勘查开采阶段施工及当地社会经济发展需要。在确保安全情况下,道路修筑尽可能减少占用土地、植物移植,以及对水环境和野生动物保护的影响。同时根据运输设备(拖拉机、履带车、人工搬迁)尺寸严格控制修建道路宽度。
图3 290-1号钻机设备搬迁道路规划及效果图Fig.3 Road planning and rendering of the equipment relocation of drilling rig No.290-1
根据场地条件,构建机台现场标准化,满足安全生产和钻探作业需要,确保施工现场布局合理、干净整洁。钻机现场示意图见图4、5。
图4 立轴钻机现场示意图Fig.4 Well Site planning diagram for vertical shaft drilling rig
针对钻井液可能存在的污染问题,不定时在泥浆池中采集泥浆水样,进行石油类及重金属检测[4];针对周边水质监测,在试点机台附近的小溪、泉水点附近进行定期采集水样,进行水质简分析,监测其对地表水与地下水的影响,一旦发现污染或者钻井液泄露,及时停工查明泄露及污染源头、途径,防止污染扩散;针对铀矿钻探可能发生的放射性污染监测,开展X-γ剂量率监测,监测周期为每个钻孔施工前(机台平整后)、施工后(场地修复后)各进行一次监测。
在2020年施工期间,依托生产中科研项目,共计试验研发两代无线遥控橡胶履带运输车。无线遥控橡胶履带运输车与传统拖拉机运输方式相比,具有爬坡能力强,减少安全隐患的优点,同时对表土及植被的破坏较少,减轻了对环境的破坏;同时为项目安全员配备执法仪,对钻探施工风险较大的拆卸、搬迁、安装过程全程录像,减少违章作业,降低安全风险。
图5 液压钻机现场示意图Fig.5 Well site planning diagram of hydraulic drilling rig
图6 环境污染现场检测Fig.6 On-site detection of environmental pollution
图7 设备搬迁与安全监控Fig.7 Equipment relocation and safety monitoring
根据绿色勘查的要求并结合钻遇地层的特点,开展了工艺技术研究和生产试验,取得了较好的效果。
通过试验液动冲击器,现场施工效率明显提升;通过液压管钳在斜孔中应用改造,节约了辅助时间并降低了劳动强度;通过对钻井液配方的研究,顺利钻穿棉花坑断裂带高岭土化地层[5];通过对压滤机的改进,有效降低钻井液固相含量,滤渣无害化固化处理掩埋,滤液可做到循环使用。
钻孔施工完成后对钻探及其他施工现场地平整过程,彻底清除场地上污染物。废浆,废液应进行固化处理,深埋于开挖的坑、池底部,上部回填无污染的土壤。同时认真做好封孔工作,保证封孔质量。场地平整和恢复后,根据场地形状种8~10棵乔木树苗(优先选择松、杉树苗),再在场地撒上符合当地林业要求的草籽。适当洒水维护一段时间,确保树苗及草籽存活,最终恢复自然环境,满足绿色勘查要求。
为了在钻探施工的同时达到安全生产和环境保护的目的,对施工现场和从业人员提出了明确要求。1)确保施工场地平整、稳固,无地质灾害及其他安全环保隐患;2)为防止污染土壤及减少对土地植被的压占破坏,应在地面铺设土工布隔离,在施工操作区及施工通道铺设防滑网;3)施工中不随意踩踏植被及农作物;4)加强火源管理,预防发生森林、草地火灾事故;5)施工设备设施安装及水、电线路铺设等符合现场安全文明施工及环境保护的相关标准要求;6)施工现场临建设施采用便于拆卸安装、可重复利用的钢构件式组合搭建,规格统一标准,布置规范、整齐;7)施工现场安全文明及环保设施齐备可靠,相关管理制度、图表及标牌齐全、规范、醒目。
施工区地貌为南岭丘陵山地地貌,且部分机场所在位置山势陡峭,车辆运输不便,须修简易公路便于车辆通行,设备搬迁主要采用拖拉机和挖掘机组合进行。临时占地主要分为钻机机坪修建和临时便道修建两部分,其中立轴式岩心钻机机坪占地约为150~200 m2,便携式全液压钻机机坪占地约为100 m2(表1)。
表1 2020年钻探施工临时占地对比表Table 1 Comparison table of temporary land occupation for drilling construction in 2020
普通工艺勘查过程中产生的岩粉较多,以常用φ75 mm口径为例,钻孔最大直径为77 mm,岩心直径为49 mm,岩心只占环型面积的42.68%,另外57.32%的岩心全部磨削为岩粉,每百米产生的岩粉量为0.27 m³。而便携式全液压钻机使用NTW75mm型薄壁钻头,钻孔直径为75 mm,岩心直径为56 mm,每百米完整岩心产生岩粉量为0.19 m³,相比传统立轴钻机钻进百米产生岩粉量减少29.63%。
选择2020年同地区施工的两台设备进行对比,EP-600plus便携式全液压钻机进场自2020年3月28日开钻,截至2020年5月22日,纯钻进施工时间为37d,有效完成钻孔3个,共计完成任务量1392.4 m,平均台月效率为1212.67 m,平均钻月效率为759.46 m,平均时效2.43 m;XY-44A型立轴式钻机相对效率较低,平均钻月效率为404.69 m,平均台月效率569.33 m,平均时效1.14 m。EP600plus便携式全液压钻机与XY-44A立轴钻机钻月效率相对提高87.67%,平均台月效率提高112.88%,钻时效率提高113.45%。钻进效率对比见表2。
表2 EP600plus便携式全液压钻机与XY-44A立轴钻机在诸广矿集区钻进效率对比表Table 2 Comparison of drilling efficiency between EP600plus portable full hydraulic drilling rig and XY-44A vertical shaft drilling rig in Zhuguang mining area
通过绿色勘查技术的实施,加强了对作业人员的理念教育,从宿营地、场地建设、施工过程和事后恢复等重视绿色勘查,新技术的应用,包括液动冲击器、拧管机、无线遥控式履带运输车等,提高了施工效率和本质安全度,更好地践行新时代下的绿色钻探技术发展。
2020年12 月,自然资源部公布了第2批全国绿色勘查示范项目,广东省诸广矿集区赫然在列,作为广东省地区惟二的绿色勘查示范项目,采用了多种先进的绿色勘查技术,为其他类似地区勘查项目提供借鉴意义。
1)绿色勘查技术的实施,可以有效保护生态环境,最大限度降低对生态环境的破坏。
2)积极试用新工艺、新技术、新方法,如液动冲击器和环保型冲洗液,提高施工效率,减少野外作业时间。
3)勘查施工轻型物资设备尽可能采用人工搬运,原则上不新修车辆运输道路,新修人工运输道路的宽度为1.00~2.00 m。必要时可架设栈道作为人行通道,以减轻土地及植被的破坏。
4)泥浆禁止外排,采用压滤机将岩粉过滤,过滤后清水可循环使用。