摘要
以绿色地质勘查工作要求为基础，介绍了便携式模块化钻机的钻进工艺特点和应用优势。结合多种地质条件的30个钻孔对钻机应用效果进行了分析研究，探索出了“便携式模块化钻机+高效碎岩薄壁钻头+环保冲洗液”的钻探技术方法，提升了钻探工程质量和效率，降低了工程活动对自然环境的不良影响，获得了较好的社会和经济效益。同时，探索了工程活动中环境保护与治理措施，探讨了关于绿色勘查工作的管理问题。最后，对钻机下一步广泛应用提出了建议，为持续推进绿色地质勘查工作起到了较好的指导意义。
随着我国社会经济发展，生态文明建设地位和作用日益凸显。习近平总书记提到“生态环境保护是功在当代、利在千秋的事业”，因此要正确处理好经济发展同生态环境保护的关系，推动绿色发展、循环发展、低碳发展。绿色勘查工作在国内起步较晚，近些年，在国家相关政策大力支持与鼓励下，绿色勘查技术研究和推广工作发展迅速，取得了良好的环保效益和众多成效。
2015-2020年，国内逐步探索研究绿色勘查工作技术和方法，贵州省西南能矿集团率先探索出了贵州固体矿产绿色勘查技术经验；中国地质调查局探矿工艺研究所探索了高原生态脆弱区绿色勘查钻探技术体系；青海省有色地勘局创造了生态环境脆弱地区的“多彩模式”勘查方法，并开始在全国倡导绿色勘查。同时，国内绿色勘查相关政策和法规也在不断地更新完善，自然资源部、部分省（自治区）以及地勘行业团体针对绿色勘查工作逐步发布了相关要求和标准规范，自然资源部明确提出了调整对生态环境影响大的勘查技术方法，开展绿色勘查项目示范工作，已评选出95个绿色勘查示范项目，加快了建立新时代绿色勘查管理制度和标准规范体系。2021年，自然资源部印发《关于促进地质勘查行业高质量发展的指导意见》特别提到推进绿色勘查和绿色矿山建设，国内绿色勘查技术和标准体系现已基本建立起来，现行绿色地质勘查相关标准见
2020-2021年，西安矿产资源调查中心分别在陕西省和青海省开展地质钻探工作。陕西省明确规定在核心保护区、重点保护区实施战略性矿产资源勘查项目，应当依法进行环境影响评价，并提出坚持依法勘查、规范工程施工、绿色达标验收等具体工作要求；青海省规定提出最大限度减少对生态环境的不良影
便携式模块化钻机型号为英格尔EP600系列，钻机主机由操作台、液压油箱、柴油机组、柴油箱、钻机底座、钻架、泥浆泵、卷扬机和泥浆搅拌器组
便携式模块化钻机以动力头高转速实现钻头快速切削碎岩为优势，采用“薄壁系列钻杆+薄壁系列绳索取心钻具+无（或低）固相冲洗液”薄壁金刚石绳索取心钻探工
一是钻杆可作为护壁套管使用，实现不提钻换口径钻进。在钻进不稳定地层时，薄壁系列钻杆可作为套管实现不提钻护壁，即直接作为护壁套管，只需换小一级口径钻具组合即可继续正常钻进。以HTW口径钻进为例，若钻进过程中发生严重的坍塌、掉块等情况，造成事故（卡钻或埋钻）致使钻具无法回转或起拔，则只需换为NTW口径钻进即可。需要注意的是必须先打捞出HTW钻具中内管总成，使用NTW钻头磨铣掉HTW钻头内台阶，NTW钻具通过后方可正常钻
二是薄壁系列与标准Q系列绳索取心钻具相
图1 不同系列钻头切削面积对比
Fig.1 Cutting area comparison between different series drill bits
图2 不同系列岩心直径对比
Fig.2 Comparison of different series core diameter
图3 不同系列钻杆与孔壁环状间隙对比
Fig.3 Comparison between different series drill rod and hole wall annular gap
需要注意的问题，便携式模块化钻机的钻进参数选择确定，要结合工作区地质条件、地形地貌及钻孔技术要求等因素，才能获得较高的工程质量与较好的经济效益。
模块轻量化设计，80%以上结构件采用高强度铝合金材料，机身轻便易于搬
图4 钻机作业现场
Fig.4 Drill working site
工作区主要在陕西和青海两地（见
图5 便携式模块化钻机在工作区的应用
Fig.5 Application of portable modular drill
in working area
陕西秦岭工作区地层岩性主要为片岩、片麻岩、角闪岩、花岗岩、千枚岩、硅质千枚岩、砂岩、石英砂岩、石英闪长岩、板岩、碳质板岩、石灰岩、白云岩等，地层较完整、风化程度较弱；青海鱼卡工作区揭露的地层岩性主要为云母石英片岩、二云母片岩、榴辉岩、糜棱岩、大理岩等，地层裂隙发育，浅层风化程度较强。工作区地层情况见
图6 工作区地层主要岩性
Fig.6 Main lithology in the working area
（1）因地制宜应用便携式模块化钻机，有力保证了钻探任务顺利完成。
结合工区地质地形条件、物资保障环境、钻孔质量要求和费用成本等因素，科学合理选用便携式模块化钻机，可达到事半功倍的效果。2020-2021年，采用便携式模块化钻机分别在陕西商洛丹凤、汉中宁强、安康旬阳和青海鱼卡4个工作区试点开展工作，共完成岩心钻孔30个，累计完成工作量8799.64 m，详见
（2）实施“一基多孔”以及小倾角钻孔钻进技术，大力提升绿色地质钻探工作成效。
安康旬阳工作区地形切割强烈，山高坡陡，地表基岩裸露，钻孔孔位选址和道路修筑非常困难。考虑施工作业安全管理风险，通过反复沟通和论证，钻孔定于山体较为稳定和便于修筑机台的有利位置，采用便携式模块化钻机实施“一基两孔”即ZK001和ZK002（见
（3）钻探工程临时占地面积得到控制，有效降低了环境影响程度，获得了良好的效益。
钻探工程占地始终坚持“尽量不占用耕地和永久基本农田，严格控制林草地的占用规模，充分利用荒地和植被稀疏区域”的原则，钻探场地和物资运输临时便道用地得到了有效控制。钻孔孔位选址要综合考虑地质目标要求、工程布设可行性、安全风险以及经济成本等因素，钻探场地要因地制宜合理利用有限空间实行分区布设，科学规划钻探装备物资的运输进出场的路线方案，宜采用环境扰动小的修筑、开挖方式，以最大程度上减少临时占用地和地表开挖破坏规模。通过便携式模块化钻机的应用和统计分析，该钻机临时占地规模与传统立轴式钻机相比，钻探场地占用或修筑面积可减少80%~85%，临时便道占用或修筑面积可减少60%~65%。同时，坚持临时运输便道可利用现有便道的尽量不修筑，极大减少了人工活动对自然环境的影响程度。模块化钻机与传统立轴式钻机作业经济成本相比，经测算单机台综合费用成本可节省12.18~18.91万元/年，人员、临时用地（青苗）补偿、绿色环保材料及复垦复绿等综合费用成本降低了约40
（1）初步探索出“便携式模块化钻机+高效碎岩钻头+环保冲洗液”的绿色勘查钻探技术方法。
结合模块化钻机高转速的优势，通过在硬-坚硬花岗岩地层开展N口径钻头试验，优选不同参数的金刚石钻头，并通过处理优化钻头结构形式，对碎岩效率进行了研究探索，发现齿轮钻头（5号钻头）在相同钻进参数情况下，减少钻头与岩石的接触面积，钻进效率平均提高了1.8倍（5号钻头处理），钻头试验效果见
（2）结合钻机优势，探索研究信息化技术服务，提升绿色钻探工作质量。
研究开发钻探施工数字化与动态监测信息系
为加强作业场地防护，减少环境污染，实行了生产作业全流程的控制。严格冲洗液材料消耗和使用管理，探索冲洗液循环系统和净化处理措施，采用可移动式沉淀箱体，避免地表开挖破坏，废弃冲洗液经过沉淀或絮凝实现固液分离，避免冲洗液外排污染环境；临时蓄水探索采用柔性（帆布）可折叠轻便式储水池，减少了地表植被破坏；机台内铺设防渗材料有效防止了油脂和废液污染地表土体；废油脂类材料集中收集处理，施工作业结束后可用于钻探设备零部件润滑清洗和管材的存储保养，废油脂得到了充分利
钻探工程结束后开展环境恢复治理工作。钻探场地及时清理现场废料、废液及垃圾等，并进行地形地貌恢复治理。复垦复绿遵循自然规律因地制宜，宜林则林，宜草则草，宜耕则耕、宜荒则
图7 临时用地恢复治理效果
Fig.7 Temporary land recovery result
一是加强绿色勘查管理体系建设，为绿色勘查工作提供制度保障。完善本单位绿色地质勘查作业管理办法，制定绿色勘查工作总目标和方案，项目结合所在工作区地方政策要求，编制勘查项目环境影响报告、临时用地复垦方案以及具体的绿色勘查实施方案等。施工作业制定现场管理实施细则，约束了从业人员的工作行为。二是探索高质高效的组织管理模式。实行项目-机台-班组的三级管理，把机台绿色勘查年度目标完成情况纳入年终考评，不同层级的相关人员考核与所属机台考评情况关联，促使管理人员和从业人员认识到绿色勘查工作的重要性，确保绿色地质勘查工作有效实施。三是提升勘查技术，培育和宣传绿色勘查理念。重视钻探技术水平提升工作，坚持“理论+实践”和“请进来+走出去”的基本思路，对从业人员进行技术实操训练，与局内、外行业单位加强交流学习，依托相关单位提升业务能力。针对野外工区特点，加强从业人员的绿色地质勘查培训，向地方群众、学校和政府宣传绿色地质勘查工作理
（1）因地制宜应用便携式模块化钻机，配套科学的钻探技术方法，如“一基多孔”以及小倾角钻孔钻进技术，提升了钻探工程质量和效率，有效控制了环境影响程度，获得了较好的社会和经济效益，提升了绿色地质勘查工作成效。
（2）结合便携式模块化钻机研究创新，初步探索出了“便携式模块化钻机+高效碎岩薄壁钻头+环保冲洗液”的绿色勘查钻探技术方法，钻探工程信息化工作也取得了初步进展，钻探班报表录入系统的应用可实现钻探原始数据快速流动和存储共享，提高数据分析利用效率。
（3）初步探索出了绿色勘查管理工作方法，绿色地质勘查工作关键点在组织管理和保障措施，管理得当，制度保障有力，可确保绿色勘查工作有效落地。
（1）继续探索提升便携式模块化钻机配套技术和工艺。发挥便携式模块化钻机特点，深入研究小倾角（或水平）钻进技术，试点应用该钻机实现“以钻代槽”技术，服务地质勘查工作。
（2）完善制度，持续加强钻探工程精细化管理。完善绿色勘查相关工作制度，明确从业人员的责权利之间的关系，激发工作人员积极性。钻探工程实施活动中人是关键，注重从业人员的综合教育，提升业务素养，加强技术经验积累，培养良好的环保和经济成本意识，细化钻探工程现场责任分工，以实现施工组织管理往精准化方向转变。
（3）继续深入推进钻探信息化建设。试点应用钻探班报表数字化录入系统，根据使用中发现的问题不断优化，以达到可提供强大的功能和友好的操作环境，提升使用客户满意度；结合便携式模块化钻机的优势，攻关钻探数据采集及远程监控系统，以实现钻进参数实时监测和采集（包括钻压、转速、钻速、扭矩、泵压/泵量、称重、钻机发动机功耗、钻机运行温度、电压及时间统计、设备保养时间提醒等），让数据流动和利用起来，通过后台管理分析研究，给钻探现场提供决策依据，为绿色地质勘查工作锦上添花。
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