綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統的研究*
——以便攜式全液壓鉆機為例

楊 英，李中明

（1.湖南工程職業技術學院，湖南 長沙 410151；2.湖南省地質勘察局214 隊，湖南 株洲 412007）

從2005年習近平總書記提出 “綠水青山就是金山銀山” 的科學論斷，到黨的十八屆五中全會提出“綠色” 發展理念，十九屆五中全會又再次強調“推動綠色發展，促進人與自然和諧共生”，綠色是未來發展的主旋律之一。

綠色勘查是實現地質勘查目的和生態環境保護協同共進的新勘查模式，也是國家地質勘查工作可持續發展的必由之路，是新時代實現找礦突破的必由之路。 巖心鉆探作為綠色勘查中的重要環節，是實現綠色勘查的關鍵之處，本文以鉆探施工過程中出現的問題為導向，以便攜式全液壓巖心鉆機為研究對象，通過技術創新解決目前巖心鉆探施工中普遍存在的泥漿對環境的污染問題，研究泥漿循環不落地系統，踐行綠色勘查巖心鉆探的理念，有效推動綠色勘查的成熟落地。

1 便攜式鉆機與傳統立軸鉆機的比較研究

1.1 拆裝搬遷難度對比研究

便攜式鉆機采取模塊化設計，易于拆裝搬運，配置靈活多樣，可以根據施工要求靈活配置模塊[1]。小型模塊配件可由人工背負，最大的模塊也只有180 kg，用小型卡車即可運輸，即使在交通條件差的地區，也可通過牲畜力運輸，適應性強，占地面積小，設備場地只需4 m×4 m 的機臺位置，搬遷便道均不用大面積開挖，因此進一步減少了對環境的影響，也大大提高了搬遷安裝效率。 傳統式立軸鉆機適應性差，受地形的影響整機一體式設備不易于搬遷和拆卸，且需要使用大型車輛運輸到施工地點，搬運工期一般為幾十天，而且對沿途生態環境有所破壞，即使拆卸也是以零部件拆卸的方式，然后組裝，時間成本大，技術要求高，難度相對大。

1.2 安全性對比研究

傳統立軸鉆機多采用四角鉆塔，安裝時間長，一般需2～3 d，且安裝鉆塔的危險性高。 便攜式鉆機采用桅桿式鉆塔，不僅安全性高，而且可操作性也強。 機臺照明采用12 V 的節能LED 燈，且無需另配220 V 的發電機。 無論從用電安全上，還是夜間光照強度上都優于傳統鉆機照明系統。

1.3 鉆進效率對比研究

目前便攜式鉆機一般采用TW 系列的薄壁繩索取芯鉆具，相對普通的Q 系列繩索取芯鉆具，對地層的擾動更小，采取率更好，且鉆進速度更快。 環狀間隙小減少了掉塊卡鉆的頻率，且不易堵芯。 而傳統鉆機的立軸行程短，一般為450～750 mm，鉆進過程中倒桿頻次多，易堵芯。 便攜式鉆機的立軸行程為1.83 m，由于倒桿較少，所以堵芯的概率相對較低，且綠色節能。 “鉆探似打針，槽探似手術” 就是說便攜式鉆機鉆探時的創傷面更小，影響更小。 所以，該鉆機在“以鉆探代替槽探” 的項目中，成功運用并推廣[2]。

2 便攜式鉆機施工中存在的問題

2.1 泥漿排放污染問題

便攜式鉆機配合TW 系列的薄壁鉆具由于內管總成與鉆桿內壁的環狀間隙小，對泥漿性能要求較高，較高的固相含量在較高轉速的影響下會在鉆桿內壁形成較厚泥皮，嚴重影響輸送內管及打撈內管等輔助工作，更適合采用一次性的不循環泥漿。 而泥漿的就地排放，不僅造成了泥漿材料的浪費，更造成了環境的污染。

2.2 水量消耗大問題

便攜式全液壓鉆機的液壓冷卻系統要求有不間斷的冷卻水源，這就進一步增加了鉆探施工中的供水壓力[3]。

3 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統的研究

3.1 密閉式泥漿循環系統的研究

重構及優化泥漿循環系統讓泥漿進行密閉式循環，解決傳統泥漿循環模式對地表環境的污染問題[4]。通過調查與分析不同孔深、 不同地層對巖心鉆探泥漿循環系統的要求，設計了新型的井口泥漿收集裝置、 柔性管道、 可組合的便攜式容器替代傳統的露天開放式循環，使泥漿循環路徑不用采取現場開挖或堆砌的露天方式，實現泥漿循環與地表土壤的“零接觸” “零污染”。

3.2 現場泥漿循環過程中凈化問題的研究

通過對現有巖心鉆探泥漿循環系統性能維護環節的調查與分析，在循環系統中增添新的化學 （處理劑）、 物理 （特制小型離心機裝置） 處理單元，在泥漿密閉循環過程中讓有害固相能快速沉淀，且有效清除，使巖心鉆探能達到降低勞動強度、 提高泥漿重復利用率，降低綜合成本，維護泥漿穩定性能的效果。

4 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統的設計

4.1 新型泥漿不落地系統的設計

對現場泥漿以提高可重復利用率、 降低生態破壞為主旨進行優化，實現泥漿循環使用，綠色環保。 將原有的傳統泥漿循環系統： 孔口→露天循環槽→初級沉淀池→露天循環槽→露天泥漿池→孔內（見圖1） 改為圖2 的新型泥漿循環系統。

圖1 傳統泥漿循環系統圖

圖2 新型泥漿循環系統圖

優化后的新型泥漿循環系統在原有的基礎上增加了重復利用環節，加強了泥漿的固相處理及凈化能力，避免了泥漿跟地表的直接接觸，既滿足了生產需求，又綠色環保。 其中清水池采用4 m3可拆卸式水袋，可保障機臺泥漿供應和液壓油的及時冷卻，也避免了傳統的露天開挖或 “直流” 浪費。 可拆卸式水袋拼接組合形成的便攜式容器可發揮沉淀與儲漿雙重功效，體現了綠色環保理念。

4.2 新型凈化系統的設計

新型泥漿凈化系統主要包含水袋自然沉淀、 處理劑化學沉淀、 終端離心機機械沉淀3 個部分。 根據鉆孔孔深及巖性情況，可對自然沉淀的便攜式容器進行增減，然后在其中某個容器中添加無污染無毒害的快速絮凝劑或凈水劑對沖洗液進行快速沉淀，最后在循環系統末端用小型水泵將最初、 中途處理過的沖洗液泵入便攜式全自動離心機進行固相分離，清除有害固相，達到泥漿凈化目的。

5 綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統的創新

綠色勘查巖心鉆探泥漿不落地系統是滿足綠色勘查要求、 符合便攜式全液壓巖心鉆機的新型 “泥漿不落地” 系統。 其包含3 個方面內容。

5.1 新型設備的設計

泥漿不落地系統配套設備設施充分吸取了省內地質隊鉆探施工經驗，設計采用新理念、 新技術，實現了整個系統及配套設備的自動化、 便攜化、 輕便化，并具有低能耗等特點。

5.2 適宜化學處理劑的選取

根據泥漿內容物的不同選擇不同的無毒害化學處理劑與污水凈化劑，能快速有效凈化泥漿，提高泥漿循環利用率。

5.3 理論與實踐的結合

通過技術創新實現的新型泥漿不落地凈化系統是理論與實踐結合的成果，該系統能快速清除有害固相，保證泥漿性能，提高泥漿水的循環利用率，實現泥漿使用全過程的不外滲、 不外泄。 能滿足鉆探現場施工對泥漿循環與凈化的要求，實現并促進巖心鉆探綠色勘查。

6 結束語

隨著國家環境保護意識的增強，綠水青山的生態保護理念已深入地質勘查的全過程。 利用綠色勘查巖心鉆探泥漿循環不落地系統的優良特性，能進一步實現綠色勘查與經濟發展的雙贏。