地質探礦工程中地質勘探技術的運用及安全問題

鄧宏志

（甘肅省核地質二一二大隊，甘肅 武威 733000）

引言

勘探國家經濟發展所需的各種礦產資源是一項非常重要的工作，繩索取芯、遙感探測、反循環鉆探等技術在應用范圍、適用場景方面都存在一定的差異性，對這些技術開展深入的研究可有效指導地質勘探實踐活動以及避免勘探活動中的安全風險。

一、常用的地質勘探技

（一）繩索取芯。這種技術早在20 世紀就已經在國內的地質勘探活動中得到了廣泛的運用，其原理如下：鉆探設備中設計有專門用來存儲巖心的管狀結構（巖心管），傳統的鉆探方法要將鉆具從孔內提升到地面，然后在取出鉆探下來的巖心。但是繩索取芯法不必經過這一過程，因為這種鉆探設備能夠利用特制的打撈器補貨存儲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，整個過程中無需將鉆頭從地下提升上來，其效率高、巖芯樣本質量高的特點受到廣泛的認可[1]。

（二）液動潛孔錘鉆探。在地質探礦鉆孔施工中經常會遭遇質地堅硬的巖石層，并且這些巖石雖然具有較大的硬度，但是其脆性卻比較大。液動潛孔錘獲得沖洗液的動能后與這些脆性大的巖石發生劇烈地碰撞作用，并且潛孔錘的運動狀態上下反復，在這種高頻率的撞擊之下將這些巖層破碎成一定的狀態。這種技術還對深孔勘探具有良好的適應性，即使鉆探過程中遭遇富水層，也不會產生過大的影響。

（三）反循環鉆探。鉆探過程中的取樣一直是一個難點問題，而取樣方式在很大程度上決定了地質探礦的效果以及作業過程中的效率。反循環鉆探技術實際上是利用空氣、水或者泥漿等物質的反向循環來取出巖心，有些鉆桿是雙臂結構，有些鉆桿是單壁結構，前者在循環的過程中可借助雙臂結構所形成的內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。在開展鉆探取心之前必須先借助一定的技術手段和方法獲取礦山資源的基本信息，根據自然環境、地表條件、地下水以及其他各種類型的綜合信息確認可能的礦藏位置，然后才在地面上開展鉆探作業。換言之，任何具體的操作都應該建立在科學的地質理論和地質信息基礎上，而綜合勘察技術本質上是將理論分析、礦化信息收集、遙感技術以及物理化學方法等各種手段集中起來應用，只要有利于礦山勘探，均可作為參考依據。這種勘探方法在前期的地質調查方面具有不可替代的作用，在此基礎上才會去開展鉆探活動。

（五）遙感技術。地質探礦活動的范圍有時候非常廣，僅僅依靠人力方式從局部地區的逐一調查來掌握整體的地質環境信息將會變成一項工作量繁重的任務。因此，利用衛星和飛行器等裝備從遠距離對地面信息實施遙感探測，這種技術方法雖然起步較晚，但其高效率的探測效果能夠有效地提升地質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有可能會出現鋼絲繩完全調入孔內的事故，造成這種現象的情況一般有以下幾種原因：（1）提升過程中因為某些突發的因素而產生了明顯的卡頓，此時若強行將鋼絲繩向上拉拽則可能造成其從設備上脫落，并墜入鉆孔內。（2）在固定鋼絲繩時出現了人為失誤，或者鋼絲繩在長期的使用過程中逐漸出現了磨損、斷股之類的缺陷。

2.地質災害。塌方。在地質探礦的過程中有可能在低洼的位置開挖勘探槽或者機械鉆孔，但是在具體操作時有可能因為機械設備的擾動或者突發的地質變化而產生坍塌、山體滑落等事故。國內某企業的兩名地質勘探人員在2019 年7 月份因為勘探槽塌方而被埋，其中一人當場遇難。除此之外，地質探礦區域大多為人煙稀少的野外，很多甚至還在山區，這些地域發生破碎巖體塌方、泥石流以及洪澇災害的風險都非常高。

3.設備倒塌和機械傷害。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，以作為有效的驗證措施。開展相關作業之前要在鉆探位置搭設鉆探塔平臺以及安裝鉆探用機械設備，有些作業人員難免會因為操作不當而產生機械傷害類的事故。并且鉆探設備和鉆探塔都具有一定的高度，其基礎的穩定性、水平度以及作業條件下的振動情況都關系到設備的安全性，現實情況下也出現過因為鉆探設備安裝固定不到位而導致坍塌的事故，有些鉆探設備在倒塌后還造成了嚴重的人員傷亡。

（二）安全風險防范措施

1.充分掌握地質環境資料。地質勘探單位在前期的調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境資料。例如，當礦山的位置處于降水較多的山區時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險。有些礦山的巖石層缺乏足夠的穩定性，小規模的機械擾動就可能造成山體垮塌，因而在確定地質鉆探位置之前必須充分調查周圍的巖土條件以及水文地質條件等情況。地質勘察單位在獲取這些信息時具有以下幾種渠道：（1）多方收集相關地區已經掌握的地質環境以及水文資料信息。（2）利用衛星、無人飛行器等遙感技術重新探查地質勘探區域的環境信息和資料。（3）由專業的地質勘探人員通過野外實地調查來掌握詳細的地質環境資料，尤其要關注擬鉆孔位置周邊的環境條件。

2.加強施工設計和安全風險評估。首先，在開展地質勘探之前要根據地質環境、礦山類型以及預計的礦藏深度等因素選擇合適的勘探技術，例如，當礦藏深度較大時可采用液動潛孔錘的技術路線，在前期調查中可綜合運用遙感技術、物理方法、化學方法等掌握成礦信息。其次，選擇合適的施工位置。地質探礦活動中經常需要在特定位置鉆孔、獲取巖心樣本，并據此來研究是否真正存在礦產資源。在選擇鉆孔位置時要盡可能避開存在坍塌、山洪以及泥石流風險的區域。再次，在復雜的地質環境下設計地質勘探施工方案時必須由工程技術專家、地質專家以及安全管理專家全面評估方案的科學性和安全性，借助多種專業力量來規避設計方案中的缺陷。最后，地質鉆孔施工中涉及到臨時用電、機械設備安裝、吊裝等多種作業內容，這些活動中多存在一定的風險。并且鉆孔設備的安裝效果對其后續作業過程中的安全風險控制也具有關鍵的作用，例如，有些鉆孔設備在安裝時沒有控制好塔身的垂直度，進而造成其在后續的運行中因為振動、擾動等因素而發生側翻。由此可見，嚴格落實鉆探設備的安裝技術要求也是避免安全事故的有效途徑之一。

3.強化作業人員的安全防護意識。礦山勘探作業人員的工作環境大多為地質環境條件復雜的野外地區，這就要求作業人員必須具備良好的安全素養、掌握地質勘察活動中常見的危險有害因素以及安全事故類型。作業人員在開展地質勘探活動之前必須先去檢查設備、環境、施工方法以及個人防護設備等是否存在隱患。

（三）地質勘探案例分析

此次以甘肅省瓜州縣某金礦擴大區的資源儲量核實作為背景。勘探單位主要從該金礦的工作區地質、礦床開采的技術條件、核實地質工作的內容以及資源儲量核實幾個方面開展工作。

1.工作區地質調查。勘察單位通過綜合勘探技術對該工作區的地層情況、地質構造、巖漿巖、礦產分布以及礦區地質特征等展開了調查。然后進一步掌握了礦區的地層條件、侵入巖、脈巖、地質構造、礦區地球化學特征以及礦體特征等信息。從安全角度來看，圍巖與夾石、圍巖蝕變等地質條件具有更加突出的影響力。

2.礦床開采條件。（1）水文地質。地質勘探單位主要從全區域的水文地質條件、礦區的水文地質條件以及礦坑涌水量評估開展工作。表1 反應了該礦區3 號礦段的涌水情況，由此可判斷其作業環境存在一定的透水安全風險。（2）礦床地質。地質勘察人員采用鉆孔的方式從礦區的巖層中獲取了一定數量的巖心樣本，分析結果顯示該礦區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、巖石風化后殘和礫石層。

表1 甘肅瓜州縣某金礦3 號礦段涌水量調查表

3.制定地質勘探方案。在掌握了這些基本信息之后地質勘探單位利用前人已經獲取的地質調查成果、地質坑探、槽探等方法，先后進行了1：2000 地形地質修測量、鉆探工程、坑道采樣編錄和素描等方面的工作。

三、結束語

礦產地質勘察活動可采用綜合勘察、鉆孔取樣、遙感探測等多種技術路線，并且這些勘察方法所產生的效果也具有一定的差異性，如鉆孔取樣主要是準對前期調查的結果開展進一步的驗證，掌握礦產資源的深度、礦床的巖層特點等。而遙感技術主要從宏觀層面獲取綜合性的地質信息和礦產信息。勘察過程中的安全管理主要是全面獲取地質環境信息、選擇正確的勘察探測技術以及落實好設備安裝要求。