趙志杰,丁寧寧,孔令璽,張博,曲國(guó)宇,趙興達(dá)
(河北省地礦局第二地質(zhì)大隊(duì),河北 唐山 063000)
礦產(chǎn)勘查是礦業(yè)開(kāi)發(fā)的前端和基礎(chǔ),綠色勘查是礦產(chǎn)勘查中生態(tài)文明建設(shè)的重要體現(xiàn)。所謂綠色勘查,就是運(yùn)用綠色理念指導(dǎo)地質(zhì)勘查工作[1]。隨著礦產(chǎn)資源勘查工作量的加大,勘查與環(huán)境矛盾不斷出現(xiàn),如槽探、鉆探施工的大型設(shè)備搬遷過(guò)程中進(jìn)場(chǎng)便道、施工場(chǎng)地對(duì)植被造成的影響,施工場(chǎng)地機(jī)械設(shè)備漏油及廢棄油料、廢棄泥漿、巖粉和生活生產(chǎn)垃圾等都會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染[2-4]。深孔鉆探施工周期長(zhǎng),對(duì)施工場(chǎng)地地表土壤污染嚴(yán)重,機(jī)械設(shè)備修理過(guò)程中,廢棄油料的處置不當(dāng)污染地表土壤,存放油類(lèi)的臨時(shí)倉(cāng)庫(kù)、廢棄泥漿、巖粉如處理不當(dāng)也會(huì)污染地表土壤,鉆孔沖洗液漏失會(huì)污染地下水等。因此,采取針對(duì)性的技術(shù)措施防止破壞、污染生態(tài)環(huán)境,在當(dāng)前礦產(chǎn)勘查鉆探施工中是至關(guān)重要的[5-7]。
古馬鐵礦礦區(qū)位于河北省灤州市城區(qū)西南15 km,行政區(qū)劃隸屬古馬鎮(zhèn)管轄。普查區(qū)處于灤河沖洪積扇頂部,地形平緩,地面標(biāo)高一般36~44.1 m。
礦區(qū)構(gòu)造屬于中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ2)燕山臺(tái)褶帶馬蘭峪復(fù)式背斜開(kāi)灤臺(tái)凹東部,冀東司(家營(yíng))馬(城)長(zhǎng)(凝)鐵礦成礦帶的西部。
區(qū)域上主要以第四系覆蓋層為主,周邊出露零星殘山,出露基巖巖性為蓋層的長(zhǎng)城系、薊縣系石英砂巖和白云巖及基底的太古宙變質(zhì)巖。
基底地層屬太古宇單塔子群,為一套綠簾角閃巖相的中等變質(zhì)程度變質(zhì)巖。該層曾是冀東地區(qū)鐵礦的主要賦礦層之一。
基底構(gòu)造以北西向的斷裂構(gòu)造為主,褶皺構(gòu)造不明顯,總體地層產(chǎn)狀西傾。
本區(qū)域混合巖化作用強(qiáng)烈,混合花崗巖、混合巖大面積分布,成為太古宙基底的主體。
早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)展了地質(zhì)勘查工作。本次主要是對(duì)1000 m以深進(jìn)行勘查,設(shè)計(jì)鉆孔1個(gè),設(shè)計(jì)深度1500 m,傾角85°,方位60°。
巖心鉆探施工進(jìn)場(chǎng)便道的修復(fù)會(huì)損壞耕地青苗和樹(shù)木,對(duì)原地形、地貌進(jìn)行了改變;泥漿池、沉淀池的挖建需要損壞原地貌。鉆探機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)需要汽車(chē)?yán)\(yùn)和吊車(chē)(裝載機(jī))裝卸,運(yùn)輸車(chē)輛的進(jìn)、出對(duì)耕地進(jìn)行碾壓。拉運(yùn)裝卸過(guò)程中產(chǎn)生的垃圾處理不當(dāng)而造成的環(huán)境污染[8-10]。
鉆進(jìn)施工過(guò)程中鉆機(jī)、泥漿泵、繩索取心絞車(chē)及其動(dòng)力機(jī)、發(fā)電機(jī)等機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的尾氣、廢油、噪聲、沖洗液循環(huán)系統(tǒng)對(duì)地表土壤的污染;繩索取心絞車(chē)鋼絲繩飛濺的沖洗液對(duì)機(jī)臺(tái)地板及表層土壤的污染;修理機(jī)械設(shè)備時(shí)更換零件廢油、廢件處理不當(dāng)對(duì)環(huán)境的污染;沖洗液處理劑保存不當(dāng)、使用不當(dāng),廢棄巖粉、廢棄沖洗液處理不當(dāng)對(duì)地表土壤的污染;機(jī)械設(shè)備的突然故障造成油料泄露,冷卻液泄漏污染場(chǎng)地,對(duì)地表土壤的污染[11];鉆遇嚴(yán)重漏失地層,沖洗液漏失對(duì)地下水的污染;村莊附近施工,噪聲對(duì)村民的影響等。
生活、居住區(qū),日常生活產(chǎn)生的廢棄物影響環(huán)境,例如生活垃圾、廚余垃圾等;臨時(shí)構(gòu)筑物,如帳篷、臨時(shí)廁所等,撤場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生廢棄物影響環(huán)境[12-13]。
鉆孔終孔停鉆后,封孔不當(dāng)造成地下水貫通,甚至影響地下水開(kāi)采,對(duì)地下水的污染,甚至影響居民生活用水質(zhì)量;鉆塔拆卸施工中,塔件隨意拋棄對(duì)樹(shù)木的破壞或?qū)Φ孛媲f稼(青苗)的損壞。
鉆機(jī)施工場(chǎng)地恢復(fù)過(guò)程中,泥漿池、沉淀池、蓄水池、循環(huán)槽中廢棄沖洗液、巖粉處理不當(dāng),造成地表土壤污染,甚至發(fā)生沉陷事故,影響耕地種植農(nóng)作物。
巖心鉆探施工,首先施工場(chǎng)地(機(jī)臺(tái))、進(jìn)場(chǎng)便道的修造,都是影響環(huán)境的主要因素。河北省灤州市古馬鐵礦區(qū)為平原區(qū),布置的鉆孔在農(nóng)作物耕田內(nèi)(見(jiàn)圖1)。鉆探工程在施工組織設(shè)計(jì)階段就要求有綠色勘查的工作計(jì)劃和措施,在鉆探施工過(guò)程中盡量少占施工場(chǎng)地,盡可能利用田間便道,施工結(jié)束后,嚴(yán)格按照綠色勘查設(shè)計(jì)要求做好環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)工作[14]。
圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)為花生種植區(qū)Fig.1 Drilling site located in a peanut planting area
由于鉆孔位置處于村莊附近,所以直接選取租用居民住房,統(tǒng)一安排生活區(qū)域,避免生活垃圾影響環(huán)境。在滿(mǎn)足施工要求的條件下,盡量少占用施工場(chǎng)地,載重量允許的情況下,選用小型運(yùn)輸車(chē)輛,利用田間便道,少修道路,少占用耕地;在滿(mǎn)足施工設(shè)備、管材、巖心擺放的情況下,施工場(chǎng)地15 m×15 m。對(duì)于鉆塔底梁下部(6 m×6 m)和泥漿池(2 m×2 m×1 m)、沉淀池(1 m×1 m×0.5 m)范圍內(nèi),將開(kāi)挖的地表耕作土壤集中堆放,便于回填恢復(fù)耕地。鉆塔底梁范圍內(nèi)將表層土壤(深50 cm)開(kāi)挖后,采取人工平整、夯實(shí),然后鋪設(shè)防滲布,防滲布上方擺放枕木,再安裝鉆塔底梁,避免鉆機(jī)廢油、廢棄泥漿污染地表土壤;機(jī)臺(tái)施工現(xiàn)場(chǎng)四周采用彩鋼瓦圍擋(高2.0 m),施工場(chǎng)地鋪設(shè)面包磚進(jìn)行硬化,避免鉆桿、套管直接堆放在原地表(見(jiàn)圖2、圖3);按照鐵箱規(guī)格開(kāi)挖泥漿池、沉淀池,分別將鐵箱放置泥漿池、沉淀池內(nèi),防止泥漿污染地表土壤,人工開(kāi)挖泥漿循環(huán)槽,將鐵質(zhì)循環(huán)槽(300 mm×300 mm)(見(jiàn)圖4)置于開(kāi)挖的循環(huán)槽內(nèi),防止循環(huán)泥漿污染地表土壤。施工現(xiàn)場(chǎng)鉆桿、套管、巖心擺放整齊。施工現(xiàn)場(chǎng)擺放垃圾箱,生產(chǎn)垃圾集中存放和處置,生產(chǎn)工具有序擺放,嚴(yán)禁亂丟亂放,油料桶存放處底部鋪墊防滲布,以防污染場(chǎng)地。
圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)彩鋼圍擋Fig.2 Color steel closure at the drilling site
圖3 施工現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)面包磚Fig.3 Laying of bread bricks at the drilling site
圖4 埋入地下的鐵質(zhì)循環(huán)槽、水箱Fig.4 Iron circulating tank and water tank buried underground
3.2.1 合理選擇孔身結(jié)構(gòu)
為防止鉆進(jìn)時(shí)沖洗液的漏失,在沖洗液內(nèi)添加少量的“隨鉆堵漏劑”,確保沖洗液無(wú)滲漏。并將? 89 mm套管下入基巖5~8 m深度,換用?75 mm繩索取心鉆進(jìn)至終孔(見(jiàn)圖5)。
圖5 孔身結(jié)構(gòu)示意Fig.5 Borehole structure
3.2.2 第四系覆蓋層施工
采用優(yōu)質(zhì)粘土配制泥漿,防止孔壁坍塌及漏失。泥漿配方:每立方米水加鈉土50 kg,腐殖酸鉀25 kg,磺化瀝青粉6 kg,火堿0.5~1 kg,純堿2 kg,羧甲基纖維素鈉(CMC)25 kg,聚丙烯酰胺6 kg。羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺分別提前用水浸泡、攪拌溶解,并將羧甲基纖維素鈉和聚丙烯酰胺水溶液按照體積比1∶5比例加入攪拌好的泥漿中。泥漿性能參數(shù):蘇式漏斗粘度19 s,pH值9~10,密度1.03~1.05 g/cm3,失水量7.5 mL/30 min。采用此泥漿材料配方,有利于鉆孔護(hù)壁,防止泥漿滲漏,同時(shí),有利于巖粉沉淀,便于收集巖粉。穿過(guò)第四系覆蓋層后,下入?108 mm套管,封堵第四系覆蓋層,下入?108 mm套管前向孔內(nèi)投擲適量粘土球,封堵套管底端,防止清水鉆進(jìn)時(shí),沖洗液滲入套管外圍第四系地層內(nèi),避免污染第四系地層水體現(xiàn)象發(fā)生。下好?108 mm套管后,將泥漿池內(nèi)泥漿采用吸污車(chē)將廢棄泥漿運(yùn)至當(dāng)?shù)卣付ǖ睦鴪?chǎng),再采用清水補(bǔ)滿(mǎn)泥漿池,繼續(xù)鉆進(jìn)。
3.2.3 基巖鉆探施工
該礦區(qū)基巖為:混合花崗巖、磁鐵石英巖,巖石結(jié)構(gòu)完整。石英巖較硬,研磨性弱,采用合理的鉆進(jìn)工藝參數(shù)能夠提高鉆探施工效率,選用金剛石鉆頭胎體硬度是關(guān)鍵。采用環(huán)保型沖洗液:清水+切削膏(皂化油)+聚丙烯酰胺沖洗液即可達(dá)到清理孔底巖粉、冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆桿的作用,又能達(dá)到不污染地下水的效果。鉆進(jìn)過(guò)程中的巖粉經(jīng)過(guò)沉淀池沉淀后,定期采用吸污車(chē)將摻有大量巖粉的沖洗液運(yùn)至當(dāng)?shù)卣付ǖ睦鴪?chǎng)地,并及時(shí)補(bǔ)給沖洗液。
3.2.4 施工機(jī)械設(shè)備管理
加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備“班維護(hù)保養(yǎng)”,防止油料漏失影響環(huán)境。對(duì)于鉆機(jī)、泥漿泵、繩索取心絞車(chē)、攪拌機(jī)等機(jī)械設(shè)備實(shí)行每班定人保養(yǎng),對(duì)于鉆機(jī)部分的立軸、滑道、鎖緊裝置及定位軸、下降偏心、提升偏心,對(duì)于泥漿泵的各部件之間的連接,機(jī)架在基礎(chǔ)上的固定,皮帶的松緊,泵體內(nèi)潤(rùn)滑油的部位,進(jìn)排水軟管的緊固及濾水器是否堵塞必須每班進(jìn)行潤(rùn)滑和檢查。減少機(jī)械設(shè)備故障及修理時(shí)間,避免機(jī)械設(shè)備故障的發(fā)生,防止油料漏失污染環(huán)境事故發(fā)生。
3.2.5 雨天施工
沿機(jī)臺(tái)四周開(kāi)挖排水槽,雨天時(shí)將機(jī)臺(tái)滲水集中排至儲(chǔ)水池,防止機(jī)臺(tái)內(nèi)的油污、廢漿通過(guò)雨水流至場(chǎng)地外的其他區(qū)域。施工設(shè)備漏油及時(shí)修復(fù),不湊合使用,沖洗液供給系統(tǒng),如:水泵、高壓管、水龍頭等漏漿時(shí),立即停鉆修復(fù)[15]。
3.2.6 地下水的保護(hù)
預(yù)防鉆孔施工中造成地下水污染或破壞,做好鉆孔護(hù)壁堵漏工作,對(duì)于鉆孔漏失孔段,采用隨鉆堵漏劑及聚丙烯酰胺水溶液加鋸末進(jìn)行封堵,封堵無(wú)效時(shí)采取速凝水泥封孔后掃孔隔離漏失層等方法,減少和控制沖洗液對(duì)地下水污染破壞。施工開(kāi)始前、結(jié)束后依據(jù)《中華人民共和國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對(duì)地下水進(jìn)行了檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),施工過(guò)程對(duì)地下水無(wú)污染(見(jiàn)表1)。
表1 施工前后地下水檢測(cè)結(jié)果Table 1 Groundwater test results before and after drilling
3.2.7 廢料、廢液、垃圾的處理
施工過(guò)程中,機(jī)械設(shè)備更換的液壓油、廢機(jī)油應(yīng)及時(shí)回收,采用廢桶存放,便于涂抹鉆桿外壁或套管外壁;廢機(jī)油可用于涂抹鉆桿絲扣,密封鉆桿柱。
嚴(yán)禁在施工現(xiàn)場(chǎng)明火焚燒廢棄塑料布、廢棄油類(lèi)及產(chǎn)生的垃圾,防止引燃現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備或器具,避免造成空氣污染。
施工現(xiàn)場(chǎng)一旦發(fā)生油類(lèi)污染場(chǎng)地現(xiàn)象,要及時(shí)將被污染的場(chǎng)地土壤挖運(yùn)至當(dāng)?shù)卣付ǖ睦鴪?chǎng)地,然后拉運(yùn)新土進(jìn)行換填。
鉆孔封孔施工,嚴(yán)格執(zhí)行地質(zhì)技術(shù)人員下達(dá)的“封孔設(shè)計(jì)書(shū)”,制定切實(shí)可行的“封孔施工方案”,該礦區(qū)采取全孔灌注水灰比0.5的水泥漿進(jìn)行封孔。因此,封孔實(shí)施前先將?89 mm套管起拔出來(lái),然后下鉆桿至孔底,將攪拌好的水泥漿液用泥漿泵送入孔內(nèi),邊泵送邊提拉鉆桿,確保鉆桿下頭插入水泥漿深度10~15 m,防止埋鉆事故發(fā)生。泵送水泥漿液至?108 mm套管底端時(shí),將?108 mm套管全部起出后,重新下鉆桿泵送水泥漿液至溢出孔口。再起拔?146 mm套管,確保水泥漿液全孔封閉,防止第四系水流入下部基巖內(nèi)。
對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)垃圾,如:防滲布、塑料布等進(jìn)行清理并運(yùn)至指定位置,對(duì)于油類(lèi)污染場(chǎng)地進(jìn)行換填土處理。
利用機(jī)械設(shè)備如挖掘機(jī)或裝載機(jī)對(duì)泥漿池、沉淀池進(jìn)行有序掩埋、平整;對(duì)于鉆塔底梁安裝部分進(jìn)行人工回填、平整;人工配合機(jī)械對(duì)場(chǎng)地硬化部分進(jìn)行拆除;利用機(jī)械對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及施工便道進(jìn)行復(fù)墾,符合當(dāng)?shù)馗貥?biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)圖6)。
圖6 施工前后現(xiàn)場(chǎng)地貌Fig.6 Site landscape before and after drilling
依據(jù)《中華人民共和國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018)對(duì)施工前、后現(xiàn)場(chǎng)土壤進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比,滿(mǎn)足當(dāng)?shù)馗貥?biāo)準(zhǔn),施工過(guò)程對(duì)場(chǎng)地土壤無(wú)污染(見(jiàn)表2)。
表2 施工前后現(xiàn)場(chǎng)土壤檢測(cè)結(jié)果Table 2 Site soil test results before and after drilling
針對(duì)立軸式巖心鉆機(jī)和四角鉆塔施工的巖心鉆探工程,通過(guò)對(duì)鉆塔底盤(pán)和泥漿泵底座鋪設(shè)防滲布、對(duì)泥漿循環(huán)槽鋪設(shè)鐵質(zhì)循環(huán)槽、泥漿坑及沉淀池埋設(shè)鐵質(zhì)水箱及場(chǎng)區(qū)面包磚硬化,有效保護(hù)了鉆探施工場(chǎng)地環(huán)境,防止了泥漿循環(huán)對(duì)土壤的污染,更有效地防止了升降鉆具施工飛濺泥漿對(duì)場(chǎng)地的污染;同時(shí),在機(jī)臺(tái)周?chē)谠O(shè)排水槽,防止下雨時(shí)機(jī)臺(tái)泥漿及油污流入場(chǎng)地以外,有效保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。
保護(hù)生態(tài)環(huán)境是保持礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展中不可或缺的關(guān)鍵因素,巖心鉆探工程是勘查礦產(chǎn)資源的重要、關(guān)鍵手段,實(shí)施綠色勘查,巖心鉆探工程是關(guān)鍵,在保護(hù)生態(tài)環(huán)境下實(shí)施鉆探工程有如下建議:
(1)加強(qiáng)綠色勘查方面的立法和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè),各地勘單位和施工隊(duì)伍嚴(yán)格執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)在鉆探設(shè)備方面進(jìn)行創(chuàng)新,如開(kāi)發(fā)全液壓模塊式巖心鉆機(jī),開(kāi)發(fā)大功率可充電式電動(dòng)鉆機(jī),縮小施工場(chǎng)地占用范圍,有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
(3)在鉆探工藝方面進(jìn)行改進(jìn),對(duì)沖洗液固相進(jìn)行機(jī)械分離,施工現(xiàn)場(chǎng)取消泥漿循環(huán)槽,既能縮小施工現(xiàn)場(chǎng)占地面積,又能確保沖洗液性能。
(4)采用環(huán)保型、無(wú)毒、無(wú)害沖洗液處理劑,減少?zèng)_洗液循環(huán)對(duì)地下水體污染、地表土壤污染程度、甚至達(dá)到無(wú)污染、不影響環(huán)境的目的;對(duì)于深覆蓋層及破碎復(fù)雜地層及時(shí)下入套管隔離,防止沖洗液浸入地層裂隙污染地下水體。
(5)鉆探工程項(xiàng)目概預(yù)算中增加綠色勘查施工費(fèi)用,加大施工投入;在鉆孔工程質(zhì)量驗(yàn)收時(shí),增加綠色勘查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),增強(qiáng)綠色勘查意識(shí)。