復雜地層煤炭資源勘查繩索取芯鉆探技術應用與綠色勘查實踐研究

王 紅

（貴州省煤田地質局水源隊，貴州貴陽 550081）

資源開采利用的歷史過程都是從人員集中地開始，資源開采均由近至遠，由淺至深，由容易到困難，由簡單到復雜的過程。煤炭資源開采利用亦遵循這樣的原則，在淺層和易采煤炭資源即將告罄的今天，深部煤炭資源的勘查和開采工作已經提上了議事日程。以貴州省2021 年全省重點礦產資源大精查工作而言，深部煤炭資源勘查工作已經受到省政府、省自然資源廳高度重視，最大勘查深度已經超過1300m。

1 研究區地理位置及交通概況

1.1 地理位置

研究區行政區劃隸屬貴州省六盤水市盤州市雞場坪鎮和淤泥鄉，位于盤州市北部，距市政府駐地紅果新城約52km，北起余家溝—綿羊坡—大溝邊一帶，南至箐龍灣—大槽子—杞山林一帶，西起磨石溝，東至梨材林，東西長約5.00km，南北寬約0.90km，研究區面積為4.5368km2。盤州市內滬昆高速公路G60 鎮勝段、G320國道、S314 省道、S317 省道、S217 省道、S318 省道橫穿東西，S77水盤興高速公路、G246國道、S218省道、S314省道縱貫南北。

1.2 交通概況

研究區距G60 滬昆高速公路30km，距S77 水盤興高速公路10km，距G246 國道3km，“五橫四縱一環線”公路網和100min 縣域經濟圈基本建成。滬昆高鐵、貴昆鐵路盤西支線、威紅鐵路、水紅鐵路在紅果交匯，盤興高鐵正在建設，勘查區距紅果火車站約50km?？辈閰^距離雞場坪鎮約5km，有鎮村簡易公路相連，基本形成了村村通、組組通的交通網絡。交通十分便利。

2 研究區區域地質概況

2.1 地層特征

研究區出露的地層有：泥盆系中、上統、石炭系、二疊系、三疊系、第三系及第四系。缺失地層：上三疊統上部、侏羅系及白堊系。研究區地層分布復雜且巖性多變，成為引發煤炭資源鉆探事故發生的決定性因素。

2.2 煤層特征

研究區內的含煤地層為二疊系上統龍潭組（P3l）和二疊系上統峨眉山玄武巖組（P3β）第二段，其中龍潭組（P3l）：地層厚309.65～360.22m，平均341.0m。含煤47～66層。含煤總厚37～47m，含煤系數12%。含可采煤層17 層，可采總厚23.86，可采含煤系數7.1%?？刹擅簩又饕植荚诤旱貙由隙魏椭卸蔚纳喜?、下段的下部。煤組上段的可采煤層為薄—中厚層，結構一般較簡單，煤層厚度及其間距多數比較穩定；這段可采煤層為中厚煤層，結構較簡單—較復雜，煤層厚度及其間距有一定變化；下段可采煤層多為薄煤層，結構復雜，煤層間距比較穩定、而煤層厚度變化較大。二疊系上統峨眉山玄武巖組（P3β）第二段：根據鄰區松河井田資料，此組厚4.50～39.00m，平均16.60m。含煤0～7 層，煤層厚度有一定變化，結構較復雜。

2.3 區域構造特征

區域構造整體上位于羌塘—揚子—華南板塊（一級分區，Ⅳ）揚子陸塊（二級分區，Ⅳ-4）上揚子地塊（三級分區，Ⅳ-4-1）威寧隆起區（四級分區，Ⅳ-4-1-1）威寧穹盆構造變形區（五級分區），控制本勘查區的北西向土城向斜（與之平行同時同組形成的還有如白央坪背斜、照子河向斜等），走向北西60°，其往西北延伸漸轉向北，有復合于南北向構造帶上之勢；往東延伸則往南又往北東，轉了一個大彎再往北翹起。顯然是威寧穹盆構造變形帶影響的結果，也是影響后期煤炭資源鉆探深度的主要因素。

3 復雜地層煤炭資源勘查繩索取芯鉆探技術選用原理

縱觀我國煤礦行業發展，煤炭資源開采屬于重要問題，難度比一般的工程要高，同時開采實施的過程中還要結合復雜多變的地質環境。因此，進行煤炭地質勘探工作實施的過程中會遇到各種問題，最為嚴重的就是深孔鉆探。所以說在煤炭地質鉆探過程中對于選用合理鉆探技術的研究是極為重要的。

繩索取芯是當前巖芯鉆探中最普遍的鉆進方法之一，這是在鉆進過程中，當巖芯管裝滿巖芯或巖芯堵塞時，不需要把孔內鉆桿提出地表，只需要鋼絲繩連接專用打撈工具，就可以把內巖芯管從鉆孔柱內取出。可以減少對孔壁的擾動，有利于孔內安全和快速鉆穿復雜地層。因此繩索取芯鉆探技術具有操作簡單、鉆進效率高、勞動強度低、巖芯采取率高、具有較好的穩定性等優點，適合深部煤炭資源勘查工作的開展。

結合研究區地層分布復雜且巖性多變、煤層厚度及結構較復雜，區域構造較復雜的特征，在研究區煤炭資源勘查項目中使用繩索取芯鉆探技術合理，能滿足項目開展需求。

4 復雜地層煤炭資源勘查技術應用

4.1 鉆孔布置

充分利用已有勘查線及鉆孔資料，堅持一孔多用，兼顧施工條件，在滿足規范要求的前提下，合理地確定終孔層位，減少鉆探工作量，本次收集利用了附近的煤層氣鉆孔，以此為基礎按照垂直地層走向的原則布設勘查線，以此勘查線為基線按基本線距和孔距向勘查區兩邊分別布置工作量。按勘查線垂直地層走向，由北往南、由西向東在勘查線1～8 線上布置鉆孔9 個，初步設計總進尺9980m，研究區深部煤炭資源勘探設計鉆孔設計見表1。

4.2 鉆孔設備選型

研究區計劃投入8 臺套鉆機設備，其中4 號鉆機完成2 孔（101 孔、501 孔）鉆探施工，設備經過專家論證，選用的設備滿足經濟性、安全性要求，根據鉆探工程布置情況及布置的鉆孔深度分布情況，本次勘查盡可能采用可拆卸的模塊化工器具，本工程擬采用的鉆機裝備為XY-44、XY-5 機型?？辈殂@機主要設備見表2。

4.3 鉆探事故預防

安全鉆進及預防事故的意義在煤田地質鉆探施工過程中常常會遇到一些水敏性強的巖層，裂隙、巖溶、斷層、松散易坍塌的巖層，以及第四紀沖積層等復雜地層。處理深部煤炭資源勘查鉆探事故尤其重要，孔內事故一旦發生，就要積極采取處理措施，力爭盡快排除，迅速恢復正常鉆進。盡管巖層條件多樣化，孔內情況各異，孔內事故的種類繁雜，事故性質和具體情況錯綜復雜，處理方式不同，但處理事故有其共同的原則，歸納起來有以下幾條：

（1）機上余尺要記清楚。在正常鉆進中，若發生孔內事故，就要及時量準機上余尺，確定發生事故的孔深和具體位置，并要清楚孔內情況和發生事故前的征兆。

（2）要清楚事故頭。在正常鉆進中，如發生鉆桿折斷事故，應根據提出孔外鉆具和其他有關標志，設法摸清事故頭的位置上、斷頭形狀、孔內留存鉆具數量等以便于確定處理方案和打撈工具。

（3）要摸清孔內情況事故發生后，要分析事故發生的原因和性質并弄清楚孔內情況，如鉆孔結構、孔壁穩定性、有無坍塌掉塊層段、沖洗液循環等。

（4）班報記錄一定要清楚準確事故的處理過程，必須要指定專人做好班報記錄工作。班報記錄準確與否，直接關系到確定事故的處理方案和應采取處理措施的成功與否，因而在處理過程中，一定要把鉆具數量、結構、規格、打撈工具以及處理過程中所發生一切現象，一一記錄清楚，同時做好交接班工作。

4.4 技術應用效果

研究區鉆探工作嚴格按照鉆探管理規范要求標準化管理，并在安全方面、質量方面嚴格把關，從鉆機進場到開孔以至后期鉆進過程中原始資料記錄等都全面介入管理。對鉆孔驗收嚴格按照《礦產地質勘查規范煤》(DZ/T0215-2020)及《固體礦產地質勘查規范總則》GB/T13908-2020執行。鉆孔鉆進過程到鉆進結束，在監理監督管理下完成編錄采樣等工作，鉆機進尺。鉆孔施工深度超過1300m 的孔有三個，平均施工日小于兩個月，證明繩索巖芯鉆探技術在深部煤炭資源勘查中具有獨特的優勢。

5 綠色勘查實踐研究

5.1 綠色勘查實施目標

研究區嚴格執行綠色勘查規范，為保障勘查過程與結果達到規范要求，對參與勘查工作人員進行了相應的綠色勘查規范學習培訓，野外初步踏勘階段、場地平整階段、鉆探設備搬遷、施工場地布置、復墾復綠等均達到綠色環保。確保全勘查流程符合綠色勘查要求和規范，綠色勘查施工現場如圖1所示。

圖1 綠色勘查施工現場照

5.2 綠色勘查實施方案

為達到綠色勘查目標，研究區采用綠色勘查方案為：

（1）鉆機搬遷路線的確定：搬遷路線的確定原則是“少破壞，少砍伐”。搬遷路線確定時由施工部邀請鉆孔所在地村委會、土（林）地所有人共同參加，制定最優方案；

（2）修路：修路寬度按夠用的原則進行修建，若鉆機搬遷過程中對原有道路有壓壞、壓坑等情況，必須將道路進行加固或填平，恢復到鉆機搬遷前的狀態；

（3）鉆機平場：在鉆孔位置確定后，機場所處位置有林木，則根據林木所有人意見砍伐或移栽，平場前在施工區域設置警示牌，并用彩條布劃定警示區域；開始施工后，采用分層挖掘，地表腐植層、粘土層、小塊碎石層、大塊碎石分開堆放；

（4）場地防污處理：場地平好之后先用土工布布鋪在最下層吸油污，尤其是柴油機和鉆機動力設備下面應做加厚處理；

（5）水池挖掘：所有鉆孔全部采用水池底部鋪彩條布進行防漏處理，清水池中放置稻草或者活性炭等吸附滲漏油污；

（6）鉆機用電：鉆機用電一般采用柴油機發電，不使用時要關閉，減少排放及噪音污染；

（7）鉆孔洗孔：鉆孔洗孔盡量采用清水，遇有需要使用護孔劑時報鉆探施工部備案，經同意后方可使用；

（8）鉆機場地：鉆機場地原則上能小則小，盡量將材料堆放區合理利用，減小植被破壞面積，鉆孔施工完成經地質人員驗收合格后，進行鉆機拆卸及巖芯搬運，機場鋪墊用砂石必須回收做下一個鉆孔使用，彩條布根據使用情況回收或做廢物處理。機場根據原有用途做恢復處理；

（9）水池回填：水池回填先回填大塊巖石，再填小塊碎石然后再回填粘土，待水池填平后用原有腐植土層覆蓋，種樹或撒草籽，若為耕地，回填要邀請土地所有人一起驗收；

（10）垃圾處理：鉆孔施工完成后，必需將所有垃圾分類集中處理，廢水根據污染情況由鉆探項目部制定處理方案；

（11）噪音處理：鉆機機場施工進行必要的減噪措施，盡量降低對周圍生物及附近居民的影響，共建和諧生態；

（12）固廢運轉：要求施工結束后將鉆井液尾漿回收，外運到就近的固廢處理中心集中進行處理；

（13）環境恢復：結合施工前的土地類型，恢復為原土地類型或者是高于原土地類型。根據研究區踏勘結果，401、502、601鉆孔所在位置為耕地，602、801鉆孔所在位置為草地，101、501 為林地、301、302 為墳地，鉆孔施工土地復綠措施具體詳見表4，鉆孔施工前、中、后綠色勘查效果展示如圖2所示。

圖2 綠色勘查鉆孔施工前中后效果圖

表4 鉆孔施工土地復綠措施一覽表

5.3 綠色勘查實踐效果

為適應國民經濟發展的需求，合理開發、利用礦產資源，同時順應習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的環境保護理念。依據相關法律法規和資源環境各類標準，運用先進的找礦手段、方法、設備和工藝，采取一系列優化、防護、限制和恢復治理措施，使煤炭勘查活動對生態環境的擾動控制最小化。綠色勘查可以做到對環境影響控制在最小化；根據實地踏勘情況優化施工部署，控制和減少對原地貌、地表植被、水系的擾動和損壞，保護原地表植被、表土及皮層，減少占用水、土資源，提高資源利用效率；做好巖土渣、各類材料圍護、邊坡管控等，防治擴散以造成對土地壓占并引發災害；對施工人員及技術管理人員進行環境保護知識、技能培訓，增強環境保護意識，切實落實綠色勘查要求；施工結束后，應按景觀相似原則進行場地恢復治理，達到環境、生物修復一體化建設。

6 結論與建議

（1）煤炭地質鉆探過程中，選用鉆探技術的研究是極為重要的，結合研究區復雜的地層結構及煤層多而薄的特點，繩索取芯鉆探技術具有鉆進效率高、取芯率高、減輕勞動強度、打撈速度快等優點，適合深部煤炭資源勘查工作的開展。

（2）研究區9 個鉆孔中，鉆孔施工深度超過1300m的孔有3個，平均施工日小于兩個月，證明繩索取芯鉆探技術在深部煤炭資源勘查中具有獨特的優勢。

（3）煤炭資源勘查保證綠色勘查的實施，可以做到對環境影響控制在最小化、控制和減少對原環境的擾動和損壞、達到保護環境、生物修復一體化建設。

（4）提升裝備整體現代化和信息化服務水平，是新時代地質勘探工作可持續發展的必由之路，是踐行“綠色發展、綠色勘查”的重要體現，是新時代自然資源管理的新要求和未來發展趨勢，是新時代地勘行業轉型、高質量發展的內在需求。