绿色勘查技术在广东诸广矿集区铀矿钻探工程中的应用与分析

2021-12-29童俊涛吕文军

世界核地质科学 2021年4期

关键词：立轴钻机勘查

童俊涛,吕文军,曾令,陈明

（核工业二九〇研究所，广东韶关 512029）

1 勘查区概况

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。

2 绿色勘查技术设计

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》。

3 绿色勘查技术实施

3.1 设备选型

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

3.2 机坪及道路建设

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

3.3 机台现场标准化建设

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

3.4 环境污染监测

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。

3.5 设备搬迁安装拆卸

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

3.6 技术改进

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。

3.7 场地恢复

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。

3.8 文明施工

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。

4 绿色勘查成效

4.1 有效降低植被破坏面积

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

4.2 有效控制了环境污染

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%。

4.3 提高了钻探生产效率

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