鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝在上杭碧田礦區(qū)的應用

袁樹珍

摘 要：礦區(qū)勘探鉆孔一般布設在地質構造發(fā)育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發(fā)生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區(qū)；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區(qū)地質特征

閩西上杭碧田礦區(qū)有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區(qū)位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區(qū)內。礦區(qū)構造格局形成于燕山晚期，區(qū)內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區(qū)內巖體破碎，應力中心甚至出現(xiàn)構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區(qū)處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發(fā)育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現(xiàn)象非常嚴重，在鉆進中極易發(fā)生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數(shù)

3.1 確定注漿量

根據(jù)巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數(shù)，根據(jù)孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據(jù)需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據(jù)實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據(jù)室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環(huán)節(jié)。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數(shù)，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據(jù)試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據(jù)注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確?？椎缀妥{孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業(yè)

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監(jiān)控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現(xiàn)指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續(xù)注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止?jié){液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發(fā)生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養(yǎng)護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數(shù)，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數(shù)選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節(jié)點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發(fā)生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數(shù)的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數(shù)，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區(qū)復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：礦區(qū)勘探鉆孔一般布設在地質構造發(fā)育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發(fā)生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區(qū)；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區(qū)地質特征

閩西上杭碧田礦區(qū)有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區(qū)位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區(qū)內。礦區(qū)構造格局形成于燕山晚期，區(qū)內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區(qū)內巖體破碎，應力中心甚至出現(xiàn)構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區(qū)處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發(fā)育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現(xiàn)象非常嚴重，在鉆進中極易發(fā)生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數(shù)

3.1 確定注漿量

根據(jù)巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數(shù)，根據(jù)孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據(jù)需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據(jù)實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據(jù)室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環(huán)節(jié)。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數(shù)，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據(jù)試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據(jù)注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確?？椎缀妥{孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業(yè)

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監(jiān)控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現(xiàn)指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續(xù)注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止?jié){液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發(fā)生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養(yǎng)護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數(shù)，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數(shù)選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節(jié)點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發(fā)生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數(shù)的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數(shù)，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區(qū)復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：礦區(qū)勘探鉆孔一般布設在地質構造發(fā)育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發(fā)生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區(qū)；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區(qū)地質特征

閩西上杭碧田礦區(qū)有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區(qū)位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區(qū)內。礦區(qū)構造格局形成于燕山晚期，區(qū)內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區(qū)內巖體破碎，應力中心甚至出現(xiàn)構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區(qū)處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發(fā)育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現(xiàn)象非常嚴重，在鉆進中極易發(fā)生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數(shù)

3.1 確定注漿量

根據(jù)巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數(shù)，根據(jù)孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據(jù)需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據(jù)實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據(jù)室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環(huán)節(jié)。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數(shù)，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據(jù)試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據(jù)注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確?？椎缀妥{孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業(yè)

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監(jiān)控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現(xiàn)指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續(xù)注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止?jié){液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發(fā)生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養(yǎng)護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數(shù)，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數(shù)選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節(jié)點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發(fā)生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數(shù)的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數(shù)，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區(qū)復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕