注漿護(hù)壁堵漏工藝在深孔巖心鉆探中的應(yīng)用

張成德

(武警黃金第七支隊(duì),山東煙臺(tái) 264004）

注漿護(hù)壁堵漏工藝在深孔巖心鉆探中的應(yīng)用

張成德

(武警黃金第七支隊(duì),山東煙臺(tái) 264004）

簡(jiǎn)述了深孔巖心鉆探破碎巖層護(hù)壁堵漏的重要性,注漿參數(shù)選擇,水泥漿配比、速凝劑摻量的掌握,注漿施工中需把握的幾個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)及注意事項(xiàng),注漿施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及注漿效果評(píng)價(jià)等。

深孔巖心鉆探;水泥漿;注漿;護(hù)壁堵漏

深孔巖心鉆探在厚大破碎巖層的施工難度大,對(duì)施工隊(duì)伍的技術(shù)素質(zhì)及管理水平要求高。30年來,我部在山東省膠東招平斷裂帶上施工巖心鉆孔若干,吃盡了苦頭,教訓(xùn)深刻。有解決不了破碎巖層蝕變帶中含有斷層泥的護(hù)壁堵漏技術(shù)難題而報(bào)廢鉆探工作量的;有因鉆孔打不下去丟了黃金儲(chǔ)量的。1999年,我部認(rèn)識(shí)到這個(gè)問題的嚴(yán)重性,組織有關(guān)專家進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),在研究“復(fù)雜地層鉆進(jìn)技術(shù)”的同時(shí),重點(diǎn)研究“蝕變帶斷層泥層的護(hù)壁堵漏技術(shù)”難題,經(jīng)過十幾年的研究→實(shí)踐→總結(jié),最終形成了一套科學(xué)實(shí)用有效的技術(shù)手段。筆者就以其中“注漿護(hù)壁堵漏工藝”為例,探討其技術(shù)特點(diǎn)與規(guī)律。

1 工程概況

我部在招平斷裂帶破碎地層最具代表的山東省萊西市山后礦區(qū)開展地質(zhì)找礦工作11年間(1999～2009年）,施工鉆孔53個(gè),其中:孔深500 m以上的34個(gè);孔深600 m以上的25個(gè);孔深700 m以上的12個(gè);孔深800 m以上的5個(gè);孔深900 m以上的1個(gè)。累計(jì)鉆孔進(jìn)尺29063.46 m,探明黃金儲(chǔ)量25163 t,達(dá)到大型礦床規(guī)模。

2 地質(zhì)特征

招平斷裂帶上盤巖層巖性為黑云母變粒巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、大理巖、輝綠巖;下盤為黑云母花崗巖;中間為招平斷裂蝕變帶,厚度140～253 m,主要巖性為糜棱巖、黃鐵絹英化碎裂巖、花崗質(zhì)碎裂巖等。蝕變帶中含有斷層泥,厚4～25 m,礦體賦存于主裂面下盤0～130 m,礦區(qū)蝕變帶破碎漏水,坍塌嚴(yán)重,取心困難。

3 堵漏護(hù)壁方法選擇及注漿原理

由于鉆孔所處地層為招平斷裂蝕變帶,厚度大,巖層斷裂,節(jié)理、裂隙發(fā)育,巖體成碎塊狀,且互不膠結(jié)或膠結(jié)很差,鉆進(jìn)時(shí)易坍塌掉塊及縮徑,容易出現(xiàn)埋鉆、夾鉆,給鉆進(jìn)帶來很大困難,甚至無法鉆進(jìn)。因此,選擇高強(qiáng)度材料做護(hù)壁堵漏是解決鉆孔坍塌掉塊、沖洗液漏失的唯一途徑。而針對(duì)山后礦區(qū)斷裂蝕變帶破碎層厚大的特點(diǎn),采用注水泥漿護(hù)壁堵漏是最佳選擇。水泥漿護(hù)壁堵漏的原理是:水泥漿進(jìn)入破碎巖層后沿裂隙空隙流動(dòng),后沉淀、固結(jié)并達(dá)到一定強(qiáng)度,從而充填裂隙、膠結(jié)碎裂巖塊并形成整體,最終在鉆孔周圍形成一個(gè)不規(guī)則的帷幕柱,達(dá)到護(hù)壁堵漏的目的。

4 注漿參數(shù)選擇

4.1 注漿段高確定

注漿段高的確定一般以10～30 m為宜,小于10 m且受注層無含水者可用不分散低固相泥漿做沖洗液護(hù)壁堵漏;反之注水泥漿護(hù)壁堵漏;大于30m時(shí)分段注漿護(hù)壁堵漏效果更好。

4.2 注漿終壓確定

式中:P0——注漿終壓,即受注點(diǎn)壓力,MPa;H——受注點(diǎn)至靜水位水柱高度,m;R——水的密度,t/m3。

通過以上公式可以計(jì)算出注漿終壓值,作為注漿施工的參考值,注漿施工時(shí)可按實(shí)際漿液可注性適當(dāng)調(diào)整注漿終壓計(jì)算值。漿液在受注層擴(kuò)散達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求范圍,為了控制漿液擴(kuò)散過遠(yuǎn),節(jié)約注漿成本,注漿終壓可等于或略低于終壓計(jì)算值,反之可略高于終壓計(jì)算值。

4.3 漿液配比

水泥選用P.C 42.5復(fù)合硅酸鹽水泥,水泥漿的配制利用機(jī)臺(tái)現(xiàn)有泥漿攪拌機(jī),按事先試驗(yàn)選取的水灰比進(jìn)行配制。其順序應(yīng)是:開動(dòng)攪拌機(jī)→按比例加水→按比例加水泥。攪拌機(jī)加料口處設(shè)過濾網(wǎng),以防失效水泥塊、水泥袋等雜物進(jìn)入攪拌機(jī)。攪拌3～5 min后經(jīng)過濾網(wǎng)放入水泥漿箱(池）里。為防止水泥漿沉淀人工繼續(xù)攪拌,水泥漿放到位后,再按試驗(yàn)選取的比例加入速凝劑。速凝劑一般選用水玻璃、氯化鈣、三乙醇胺的其中一種即可。漿液濃度一般是先稀后濃,先期注漿用稀漿,后期用濃漿。常用水灰比系列為:2、115、1125、1、0175。

4.4 速凝劑

用水泥漿注漿,速凝劑摻量一般為水泥質(zhì)量的2%～3%(速凝劑為50%溶液）。速凝劑應(yīng)事先在專門的箱(池）里按50%濃度配制好。速凝劑摻量按注漿需要嚴(yán)格控制,摻量過小,漿液擴(kuò)散過遠(yuǎn),造成不必要的浪費(fèi);摻量過大,很容易造成堵管。一遇堵管處理起來麻煩大、費(fèi)時(shí)間、耗財(cái)力,得不償失。

5 注漿作業(yè)

5.1 壓水試驗(yàn)

注漿前先往孔內(nèi)壓入一定量的水,其目的是沖洗孔內(nèi)巖粉,并根據(jù)壓水漏失量確定注漿泵量、泵壓及漿液起始濃度等,為注漿作業(yè)取得科學(xué)參數(shù)。

5.2 注漿

注漿泵為機(jī)臺(tái)的BW-250型泥漿泵,注漿管為鉆桿,注漿前提出鉆具并將鉆桿提離孔底300 mm,注漿開始注意觀察注漿泵上壓力表升壓情況,升壓緩慢,說明受注層可注性好,漿液流動(dòng)暢通,注漿過程中以緩慢升壓為正常。當(dāng)注入的漿量基本達(dá)到設(shè)計(jì)量者可適當(dāng)調(diào)濃漿液濃度和加大速凝劑摻量,使其盡快升壓控制注漿量以達(dá)到注漿目的。如出現(xiàn)壓力表指針突升,有可能是堵管或受注層裂隙小。遇有這種情況首先檢查注漿管路是否堵管,確認(rèn)未堵管或堵管故障處理后可繼續(xù)注漿,壓力達(dá)到或略高于設(shè)計(jì)終壓時(shí)可結(jié)束注漿。有時(shí)會(huì)遇到注漿長(zhǎng)時(shí)間不升壓,此時(shí)注意檢查注漿管路是否有跑漏漿的地方,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。注漿結(jié)束前可向孔內(nèi)注入一定量的清水,清洗注漿鉆桿,注水量應(yīng)是整個(gè)注漿鉆桿的容積量,把鉆桿內(nèi)漿液注入巖層內(nèi)為止。注漿結(jié)束后等泥漿泵壓力表指針為零時(shí)可拆除注漿裝置,將注漿鉆桿提到地面,待凝固。

5.3 養(yǎng)護(hù)、掃孔與復(fù)注

水泥漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為24 h可掃孔。養(yǎng)護(hù)時(shí)間要掌握好,時(shí)間過短水泥漿初凝強(qiáng)度達(dá)不到,影響護(hù)壁堵漏效果;時(shí)間過長(zhǎng),水泥漿初凝強(qiáng)度高,掃孔容易跑偏影響鉆進(jìn)。掃孔后再壓水試驗(yàn),如正常返水注漿成功,若繼續(xù)漏失證明注漿成功率不高可復(fù)注,一般情況復(fù)注一次就能達(dá)到護(hù)壁堵漏目的。

6 經(jīng)驗(yàn)體會(huì)

最初我們對(duì)穿過厚大招平斷裂蝕變帶斷層泥的經(jīng)驗(yàn)不足、方法不多,走了一些彎路:一是鉆進(jìn)技術(shù)掌握不好,卡鉆、埋鉆現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生;二是鉆進(jìn)與護(hù)壁堵漏的時(shí)間節(jié)點(diǎn)掌握不好,有時(shí)盲目鉆進(jìn)求進(jìn)度,錯(cuò)過了最佳護(hù)壁堵漏時(shí)點(diǎn),出了鉆孔事故,無法鉆進(jìn),被迫停鉆處理;三是注漿參數(shù)掌握不好,水泥漿濃度、速凝劑摻量、注漿量、注漿壓力等方面控制不科學(xué),或是注漿不成功、護(hù)壁堵漏效果差,或是速凝劑摻量過大、漿液沉淀固結(jié)時(shí)間計(jì)算不準(zhǔn),造成堵管等。

通過多年施工試驗(yàn)和實(shí)踐,取得了最佳注漿參數(shù),積累了注漿施工經(jīng)驗(yàn),鍛煉了施工隊(duì)伍及專業(yè)人才。目前我部注漿施工技術(shù)過硬,對(duì)穿過厚大招平斷裂蝕變帶斷層泥的經(jīng)驗(yàn)豐富,技術(shù)手段多樣。近3年來,施工鉆孔20個(gè),孔深都在500 m以上,最深孔達(dá)824 m,取得了零孔故的好成績(jī)。施工進(jìn)度加快,在施工材料逐年漲價(jià)的情況下,施工成本不超支,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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Application ofWall Protection by Grouting Technology in Deep Hole Coring Drill ing

ZHANG Cheng-de(No.7 De-tachment of the Gold Army,CAPF,Yantai Shandong 264004,China）

The paper briefly outlined the importance ofwall protection and seepage control by grouting in deep hole coring drilling in broken for mation,introduced the grouting parameter selection,cement slurry ratio,accelerator amount control, some technical links and attentionswith grouting construction experience summary and the effect evaluation.

deep hole coring drilling;cement slurry;grouting;wall protection and seepage control

P634.8

:A

:1672-7428(2010）05-0025-02

2009-12-13

張成德(1952-）,男(漢族）,甘肅天祝人,武警黃金第七支隊(duì)高級(jí)工程師,井巷建設(shè)專業(yè),從事探礦工程技術(shù)管理工作,山東省煙臺(tái)市機(jī)場(chǎng)路287號(hào),yuxuan19991@sina.com。