探析采礦鉆探化學(xué)漿液護(hù)壁的堵漏方法

摘要：采礦鉆探主要施工的地層是由沉積巖構(gòu)成，這種地層主要包括復(fù)雜的礦物地層和松散的沖積巖層，其土質(zhì)松軟且水敏性較強(qiáng)，因此，一旦鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)要穿過這些沉積巖，就會(huì)打破該地底巖層的原始平衡，造成不良后果，給采礦鉆探帶來了極大的困難。因此，在施工時(shí)，必須要切實(shí)做好鉆孔護(hù)臂的堵漏工作。

關(guān)鍵詞：采礦鉆探；化學(xué)漿液；護(hù)臂堵漏

中圖分類號(hào)：TD263 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）14-0096-02

1 脲醛樹脂注漿材料在采礦鉆探過程對(duì)鉆孔護(hù)臂進(jìn)行“快速堵漏”

作為一種水溶性樹脂，脲醛樹脂在酸性條件下可以迅速凝固并形成一種具有一定機(jī)械強(qiáng)度的固結(jié)體，因此，它適合用作鉆孔護(hù)臂堵漏的化學(xué)漿液注漿材料。

（1）脲醛樹脂是由尿素和甲醛水溶液合成的一種聚合物，原料極易獲得，且成本低、配置簡(jiǎn)單，還能人為地調(diào)節(jié)控制其性能和固化時(shí)間，是一種毒素較低的化學(xué)注漿材料。近年來，人們通過對(duì)脲醛樹脂生產(chǎn)工藝、性能調(diào)整以及注漿設(shè)備等方面進(jìn)行研究，多將其應(yīng)用在鉆孔護(hù)臂堵漏的技術(shù)上。

（2）尿素與甲醛的反應(yīng)包括反應(yīng)、縮聚和固化三個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)階段。首先，是在弱堿或弱酸性介質(zhì)中，尿素與甲醛發(fā)生加成反應(yīng)，生成脲的羥甲基（-CH?2OH）衍生物；接著，開始進(jìn)行縮合反應(yīng)，得到縮聚的初產(chǎn)物——脲醛樹脂；最后，在使用時(shí)，以鹽酸等酸性催化劑將樹脂固化成不溶的固結(jié)體。

這種脲醛樹脂的固結(jié)體呈網(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)，且在固化時(shí)，由兩個(gè)時(shí)間段組成。首先是在酸性催化劑加入后，使脲醛樹脂失去流動(dòng)性，這段時(shí)間被稱為初凝時(shí)間；然后是酸性催化劑的加入，使得脲醛樹脂失去彈性，這段時(shí)間被稱為終凝時(shí)間。此外，為了使脲醛樹脂的固化體具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，在終凝之后，一般還需將固化在水中養(yǎng)護(hù)16～24h。

實(shí)驗(yàn)證明，脲醛樹脂的固化過程與酸性催化劑的強(qiáng)弱和用量密切相關(guān)。其中，伴隨強(qiáng)酸濃度的增加，脲醛樹脂的凝固時(shí)間相應(yīng)縮短；并且，當(dāng)弱酸的濃度一定時(shí)，脲醛樹脂的固化時(shí)間伴隨其用量的增加而縮短。目前常用的酸性催化劑是濃度在3%～36%之間的工業(yè)純鹽酸和硫酸，可以將初凝時(shí)間控制在幾秒到數(shù)十分鐘的范圍之內(nèi)。此外，在灌注漿液時(shí)還應(yīng)考慮到孔內(nèi)溫度的影響，實(shí)驗(yàn)證明，脲醛樹脂的固化速度隨著溫度的升高而加快。

（3）目前在脲醛生產(chǎn)過程中，常采取向脲醛內(nèi)加入苯酚或苯酚-聚乙烯醇等材料來改變尿素與甲醛反應(yīng)生成物化學(xué)結(jié)構(gòu)的方法，達(dá)到提高脲醛樹脂強(qiáng)度和韌性的目的。由于苯酚的加入，使得羥甲基苯酚參與到羥甲基脲進(jìn)行混合接枝以及鑲嵌的過程，進(jìn)而改善樹脂的粘結(jié)力和機(jī)械強(qiáng)度。

其中在脲醛固化過程中，添加苯酚對(duì)樹脂物力機(jī)械性能的影響見表1：

2 水玻璃注漿材料在采礦鉆探過程中對(duì)鉆孔護(hù)臂進(jìn)行堵漏

水玻璃是一種能夠溶于水的硅酸鹽，價(jià)格較低，貨源豐富，配置簡(jiǎn)便，因而仍然是目前鉆探過程中大量使用的一種無機(jī)類的注漿材料。

（1）水玻璃是由堿金屬和二氧化硅依照不同比例組合而成。常用的水玻璃有硅酸鈉（Na2O·nSiO2）和硅酸鉀（K2O·nSiO2）等。一般將組成水玻璃的二氧化硅與金屬氧化物的克分子摩爾數(shù)之比叫做模數(shù)，用M來表示。當(dāng)M=1時(shí)，水玻璃能在常溫水中溶解；伴隨M的增加，能夠溶解水玻璃的水溫也相應(yīng)增加；當(dāng)M>3時(shí)，水玻璃的溶解需要在4×105Pa以上的蒸汽當(dāng)中進(jìn)行。當(dāng)M較低時(shí)，水玻璃晶體分組較多，因而粘結(jié)能力比較差；而當(dāng)M數(shù)較高時(shí)，水玻璃交替組合相應(yīng)增加，同時(shí)提高了水玻璃的粘結(jié)力，但與之對(duì)應(yīng)的溶解溫度也在增大。綜合考慮，當(dāng)M值處于2.0～3.5之間時(shí)，水玻璃的粘結(jié)力和溶解性均達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)。

（2）通常狀態(tài)下，水玻璃的粘度隨著溫度的降低而下降，其模數(shù)會(huì)隨著水玻璃濃度的增加而上升。此外，為了加速水玻璃的硬化，常常向水玻璃中加入占其重量12%～15%的硅氟酸鈉，以加快其凝結(jié)速度。

3 利用聚丙酰胺漿液的全絮凝作用，達(dá)到對(duì)鉆孔護(hù)臂堵漏的效果

該過程是利用聚丙酰胺的完全絮凝，將清水從粗泥漿中分離出來并迅速漏走，保留絮凝物堵在裂隙之中達(dá)到堵漏的作用。這種對(duì)鉆孔護(hù)臂絮凝堵漏的方法操作簡(jiǎn)便，成本低廉，適合在孔壁易塌、裂隙漏水或者活石比較多的地段加以應(yīng)用。

其中用于絮凝堵漏的聚丙酰胺漿液的具體配方是：取1000ppm的PHP（濃度為1%）以及5～10kg的惰性材料，從孔口直接灌入到粘度為308/m3、相對(duì)密度為1.2kg/m3以上的普通泥漿中，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄嚢瑁缓蟊３?6h的靜止時(shí)間，便可達(dá)到堵漏的效果。

采礦鉆探過程中，當(dāng)?shù)貙勇┦闆r比較嚴(yán)重時(shí)，為了提高漿液的濃度，可以適當(dāng)向聚丙酰胺漿液中加入6%左右的水泥；當(dāng)?shù)貙拥牧严侗容^大時(shí)，可以適當(dāng)向聚丙酰胺漿液中加入0.1%～1%的水玻璃進(jìn)行調(diào)和；至于一般裂隙較小的鉆探地層，可以在漿液中加入少量的惰性材料適當(dāng)降低灌注漿液的濃度。

4 堵漏鉆孔的布置以及風(fēng)控注漿泵的選用

一般采取鉆頭直徑在65mm的便攜式防突鉆機(jī)打孔，并根據(jù)合成樹脂9～10m的致密區(qū)，將堵漏鉆孔的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)在6～8m的范圍之內(nèi)，保持其傾角、方位與抽采鉆孔一致，位置則設(shè)計(jì)在抽采鉆孔左上方，兩者距離在0.3m左右。

封孔注漿泵一般選用額定流量為0～24L/min、注漿壓力為0～6MPa的2ZBQ-9/3型雙液注漿泵，該設(shè)備結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、質(zhì)量輕便、操作簡(jiǎn)單，并且可以同時(shí)輸送兩種介質(zhì)，注漿效率極高。

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作者簡(jiǎn)介：曹曉軍（1987—），男，山西朔州人，供職于山西平朔集團(tuán)井工一礦綜采隊(duì)，研究方向：煤礦開采技術(shù)。

（責(zé)任編輯：文 森）