地質(zhì)探礦工程中地質(zhì)勘探技術(shù)的運(yùn)用及安全問題

鄧宏志

（甘肅省核地質(zhì)二一二大隊(duì)，甘肅 武威 733000）

引言

勘探國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的各種礦產(chǎn)資源是一項(xiàng)非常重要的工作，繩索取芯、遙感探測(cè)、反循環(huán)鉆探等技術(shù)在應(yīng)用范圍、適用場(chǎng)景方面都存在一定的差異性，對(duì)這些技術(shù)開展深入的研究可有效指導(dǎo)地質(zhì)勘探實(shí)踐活動(dòng)以及避免勘探活動(dòng)中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

一、常用的地質(zhì)勘探技

（一）繩索取芯。這種技術(shù)早在20 世紀(jì)就已經(jīng)在國(guó)內(nèi)的地質(zhì)勘探活動(dòng)中得到了廣泛的運(yùn)用，其原理如下：鉆探設(shè)備中設(shè)計(jì)有專門用來存儲(chǔ)巖心的管狀結(jié)構(gòu)（巖心管），傳統(tǒng)的鉆探方法要將鉆具從孔內(nèi)提升到地面，然后在取出鉆探下來的巖心。但是繩索取芯法不必經(jīng)過這一過程，因?yàn)檫@種鉆探設(shè)備能夠利用特制的打撈器補(bǔ)貨存儲(chǔ)在巖心管中的巖芯樣本，然后在繩索的提升下將這些樣本從鉆孔位置提升到地面上，整個(gè)過程中無需將鉆頭從地下提升上來，其效率高、巖芯樣本質(zhì)量高的特點(diǎn)受到廣泛的認(rèn)可[1]。

（二）液動(dòng)潛孔錘鉆探。在地質(zhì)探礦鉆孔施工中經(jīng)常會(huì)遭遇質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石層，并且這些巖石雖然具有較大的硬度，但是其脆性卻比較大。液動(dòng)潛孔錘獲得沖洗液的動(dòng)能后與這些脆性大的巖石發(fā)生劇烈地碰撞作用，并且潛孔錘的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上下反復(fù)，在這種高頻率的撞擊之下將這些巖層破碎成一定的狀態(tài)。這種技術(shù)還對(duì)深孔勘探具有良好的適應(yīng)性，即使鉆探過程中遭遇富水層，也不會(huì)產(chǎn)生過大的影響。

（三）反循環(huán)鉆探。鉆探過程中的取樣一直是一個(gè)難點(diǎn)問題，而取樣方式在很大程度上決定了地質(zhì)探礦的效果以及作業(yè)過程中的效率。反循環(huán)鉆探技術(shù)實(shí)際上是利用空氣、水或者泥漿等物質(zhì)的反向循環(huán)來取出巖心，有些鉆桿是雙臂結(jié)構(gòu)，有些鉆桿是單壁結(jié)構(gòu)，前者在循環(huán)的過程中可借助雙臂結(jié)構(gòu)所形成的內(nèi)管將沖洗液送至地面，而后者則借助鉆孔所形成的巖壁和鉆桿之間的空隙來完成反向循環(huán)作用[2]。沖洗液先是從孔外下行到孔底，然后再向上返回到孔外。

（四）綜合勘探技術(shù)。在開展鉆探取心之前必須先借助一定的技術(shù)手段和方法獲取礦山資源的基本信息，根據(jù)自然環(huán)境、地表?xiàng)l件、地下水以及其他各種類型的綜合信息確認(rèn)可能的礦藏位置，然后才在地面上開展鉆探作業(yè)。換言之，任何具體的操作都應(yīng)該建立在科學(xué)的地質(zhì)理論和地質(zhì)信息基礎(chǔ)上，而綜合勘察技術(shù)本質(zhì)上是將理論分析、礦化信息收集、遙感技術(shù)以及物理化學(xué)方法等各種手段集中起來應(yīng)用，只要有利于礦山勘探，均可作為參考依據(jù)。這種勘探方法在前期的地質(zhì)調(diào)查方面具有不可替代的作用，在此基礎(chǔ)上才會(huì)去開展鉆探活動(dòng)。

（五）遙感技術(shù)。地質(zhì)探礦活動(dòng)的范圍有時(shí)候非常廣，僅僅依靠人力方式從局部地區(qū)的逐一調(diào)查來掌握整體的地質(zhì)環(huán)境信息將會(huì)變成一項(xiàng)工作量繁重的任務(wù)。因此，利用衛(wèi)星和飛行器等裝備從遠(yuǎn)距離對(duì)地面信息實(shí)施遙感探測(cè)，這種技術(shù)方法雖然起步較晚，但其高效率的探測(cè)效果能夠有效地提升地質(zhì)探礦的速度以及減少勘探人員的工作量，因而受到重視。

二、地質(zhì)勘探中的安全問題及防治措施

（一）典型安全問題分析

1.鋼絲繩掉落。采用繩索取芯的方法來獲取巖心樣本時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)鋼絲繩完全調(diào)入孔內(nèi)的事故，造成這種現(xiàn)象的情況一般有以下幾種原因：（1）提升過程中因?yàn)槟承┩话l(fā)的因素而產(chǎn)生了明顯的卡頓，此時(shí)若強(qiáng)行將鋼絲繩向上拉拽則可能造成其從設(shè)備上脫落，并墜入鉆孔內(nèi)。（2）在固定鋼絲繩時(shí)出現(xiàn)了人為失誤，或者鋼絲繩在長(zhǎng)期的使用過程中逐漸出現(xiàn)了磨損、斷股之類的缺陷。

2.地質(zhì)災(zāi)害。塌方。在地質(zhì)探礦的過程中有可能在低洼的位置開挖勘探槽或者機(jī)械鉆孔，但是在具體操作時(shí)有可能因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備的擾動(dòng)或者突發(fā)的地質(zhì)變化而產(chǎn)生坍塌、山體滑落等事故。國(guó)內(nèi)某企業(yè)的兩名地質(zhì)勘探人員在2019 年7 月份因?yàn)榭碧讲鬯蕉宦?，其中一人?dāng)場(chǎng)遇難。除此之外，地質(zhì)探礦區(qū)域大多為人煙稀少的野外，很多甚至還在山區(qū)，這些地域發(fā)生破碎巖體塌方、泥石流以及洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)都非常高。

3.設(shè)備倒塌和機(jī)械傷害。在初步確定礦山的位置之后還要采用鉆探法獲取地下深層位置的巖心，以作為有效的驗(yàn)證措施。開展相關(guān)作業(yè)之前要在鉆探位置搭設(shè)鉆探塔平臺(tái)以及安裝鉆探用機(jī)械設(shè)備，有些作業(yè)人員難免會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而產(chǎn)生機(jī)械傷害類的事故。并且鉆探設(shè)備和鉆探塔都具有一定的高度，其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性、水平度以及作業(yè)條件下的振動(dòng)情況都關(guān)系到設(shè)備的安全性，現(xiàn)實(shí)情況下也出現(xiàn)過因?yàn)殂@探設(shè)備安裝固定不到位而導(dǎo)致坍塌的事故，有些鉆探設(shè)備在倒塌后還造成了嚴(yán)重的人員傷亡。

（二）安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施

1.充分掌握地質(zhì)環(huán)境資料。地質(zhì)勘探單位在前期的調(diào)查工作中必須有效把握礦山的巖土類型、地表水、地下水系以及降雨條件等環(huán)境資料。例如，當(dāng)?shù)V山的位置處于降水較多的山區(qū)時(shí)必須考慮到是否存在泥石流、山體滑坡以及塌方之類的事故風(fēng)險(xiǎn)。有些礦山的巖石層缺乏足夠的穩(wěn)定性，小規(guī)模的機(jī)械擾動(dòng)就可能造成山體垮塌，因而在確定地質(zhì)鉆探位置之前必須充分調(diào)查周圍的巖土條件以及水文地質(zhì)條件等情況。地質(zhì)勘察單位在獲取這些信息時(shí)具有以下幾種渠道：（1）多方收集相關(guān)地區(qū)已經(jīng)掌握的地質(zhì)環(huán)境以及水文資料信息。（2）利用衛(wèi)星、無人飛行器等遙感技術(shù)重新探查地質(zhì)勘探區(qū)域的環(huán)境信息和資料。（3）由專業(yè)的地質(zhì)勘探人員通過野外實(shí)地調(diào)查來掌握詳細(xì)的地質(zhì)環(huán)境資料，尤其要關(guān)注擬鉆孔位置周邊的環(huán)境條件。

2.加強(qiáng)施工設(shè)計(jì)和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先，在開展地質(zhì)勘探之前要根據(jù)地質(zhì)環(huán)境、礦山類型以及預(yù)計(jì)的礦藏深度等因素選擇合適的勘探技術(shù)，例如，當(dāng)?shù)V藏深度較大時(shí)可采用液動(dòng)潛孔錘的技術(shù)路線，在前期調(diào)查中可綜合運(yùn)用遙感技術(shù)、物理方法、化學(xué)方法等掌握成礦信息。其次，選擇合適的施工位置。地質(zhì)探礦活動(dòng)中經(jīng)常需要在特定位置鉆孔、獲取巖心樣本，并據(jù)此來研究是否真正存在礦產(chǎn)資源。在選擇鉆孔位置時(shí)要盡可能避開存在坍塌、山洪以及泥石流風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域。再次，在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下設(shè)計(jì)地質(zhì)勘探施工方案時(shí)必須由工程技術(shù)專家、地質(zhì)專家以及安全管理專家全面評(píng)估方案的科學(xué)性和安全性，借助多種專業(yè)力量來規(guī)避設(shè)計(jì)方案中的缺陷。最后，地質(zhì)鉆孔施工中涉及到臨時(shí)用電、機(jī)械設(shè)備安裝、吊裝等多種作業(yè)內(nèi)容，這些活動(dòng)中多存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。并且鉆孔設(shè)備的安裝效果對(duì)其后續(xù)作業(yè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)控制也具有關(guān)鍵的作用，例如，有些鉆孔設(shè)備在安裝時(shí)沒有控制好塔身的垂直度，進(jìn)而造成其在后續(xù)的運(yùn)行中因?yàn)檎駝?dòng)、擾動(dòng)等因素而發(fā)生側(cè)翻。由此可見，嚴(yán)格落實(shí)鉆探設(shè)備的安裝技術(shù)要求也是避免安全事故的有效途徑之一。

3.強(qiáng)化作業(yè)人員的安全防護(hù)意識(shí)。礦山勘探作業(yè)人員的工作環(huán)境大多為地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜的野外地區(qū)，這就要求作業(yè)人員必須具備良好的安全素養(yǎng)、掌握地質(zhì)勘察活動(dòng)中常見的危險(xiǎn)有害因素以及安全事故類型。作業(yè)人員在開展地質(zhì)勘探活動(dòng)之前必須先去檢查設(shè)備、環(huán)境、施工方法以及個(gè)人防護(hù)設(shè)備等是否存在隱患。

（三）地質(zhì)勘探案例分析

此次以甘肅省瓜州縣某金礦擴(kuò)大區(qū)的資源儲(chǔ)量核實(shí)作為背景?？碧絾挝恢饕獜脑摻鸬V的工作區(qū)地質(zhì)、礦床開采的技術(shù)條件、核實(shí)地質(zhì)工作的內(nèi)容以及資源儲(chǔ)量核實(shí)幾個(gè)方面開展工作。

1.工作區(qū)地質(zhì)調(diào)查?？辈靻挝煌ㄟ^綜合勘探技術(shù)對(duì)該工作區(qū)的地層情況、地質(zhì)構(gòu)造、巖漿巖、礦產(chǎn)分布以及礦區(qū)地質(zhì)特征等展開了調(diào)查。然后進(jìn)一步掌握了礦區(qū)的地層條件、侵入巖、脈巖、地質(zhì)構(gòu)造、礦區(qū)地球化學(xué)特征以及礦體特征等信息。從安全角度來看，圍巖與夾石、圍巖蝕變等地質(zhì)條件具有更加突出的影響力。

2.礦床開采條件。（1）水文地質(zhì)。地質(zhì)勘探單位主要從全區(qū)域的水文地質(zhì)條件、礦區(qū)的水文地質(zhì)條件以及礦坑涌水量評(píng)估開展工作。表1 反應(yīng)了該礦區(qū)3 號(hào)礦段的涌水情況，由此可判斷其作業(yè)環(huán)境存在一定的透水安全風(fēng)險(xiǎn)。（2）礦床地質(zhì)。地質(zhì)勘察人員采用鉆孔的方式從礦區(qū)的巖層中獲取了一定數(shù)量的巖心樣本，分析結(jié)果顯示該礦區(qū)的礦床上主要包含了斑狀和似斑狀花崗巖、輝綠玢巖脈、第四系松散砂、坡積物、巖石風(fēng)化后殘和礫石層。

表1 甘肅瓜州縣某金礦3 號(hào)礦段涌水量調(diào)查表

3.制定地質(zhì)勘探方案。在掌握了這些基本信息之后地質(zhì)勘探單位利用前人已經(jīng)獲取的地質(zhì)調(diào)查成果、地質(zhì)坑探、槽探等方法，先后進(jìn)行了1：2000 地形地質(zhì)修測(cè)量、鉆探工程、坑道采樣編錄和素描等方面的工作。

三、結(jié)束語

礦產(chǎn)地質(zhì)勘察活動(dòng)可采用綜合勘察、鉆孔取樣、遙感探測(cè)等多種技術(shù)路線，并且這些勘察方法所產(chǎn)生的效果也具有一定的差異性，如鉆孔取樣主要是準(zhǔn)對(duì)前期調(diào)查的結(jié)果開展進(jìn)一步的驗(yàn)證，掌握礦產(chǎn)資源的深度、礦床的巖層特點(diǎn)等。而遙感技術(shù)主要從宏觀層面獲取綜合性的地質(zhì)信息和礦產(chǎn)信息。勘察過程中的安全管理主要是全面獲取地質(zhì)環(huán)境信息、選擇正確的勘察探測(cè)技術(shù)以及落實(shí)好設(shè)備安裝要求。