某注漿鉆孔終孔變形情況分析及預(yù)防措施

郭 超 吳長(zhǎng)悅 賈明永 孫 帥 李 欣

(1.河北省國(guó)控礦業(yè)開(kāi)發(fā)投資有限公司；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

某注漿鉆孔終孔變形情況分析及預(yù)防措施

郭 超1吳長(zhǎng)悅2賈明永1孫 帥1李 欣1

(1.河北省國(guó)控礦業(yè)開(kāi)發(fā)投資有限公司；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

邯邢地區(qū)某老礦山地質(zhì)及開(kāi)采情況非常復(fù)雜，在注漿堵水中，鉆孔的終孔變形情況對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量影響較大。為確保整個(gè)工程的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合某鉆孔穿行地質(zhì)情況、施工工藝及變形位移量，經(jīng)綜合分析提出了合理有效的預(yù)防措施，消除了重大安全隱患，可為類似礦山注漿堵水工程鉆孔施工提供參考。

注漿堵水 終孔變形 預(yù)防措施 鉆孔施工

位于河北省沙河市白塔鎮(zhèn)西郝莊附近的某礦山成礦類型為矽卡巖型，已有40多a的開(kāi)采歷史，1999年以前亂采濫挖、超深越界現(xiàn)象較嚴(yán)重，礦區(qū)上部形成了較多的采空區(qū)，估算空區(qū)體積超過(guò)1.0×106m3。2014年5月底掘進(jìn)工程水平出現(xiàn)突發(fā)涌水現(xiàn)象，為有效保護(hù)地下水資源環(huán)境，排除采場(chǎng)工作面安全隱患，采用局部帷幕動(dòng)水注漿法治理涌水[1-6]。通過(guò)分析在工程實(shí)施過(guò)程中某鉆孔在終孔測(cè)斜驗(yàn)收中曲線變形、鉆孔穿過(guò)地層的地質(zhì)情況及施工工藝，探討影響鉆孔偏移的因素，并給出預(yù)防措施，為確保礦山注漿堵水工程的順利實(shí)施提供參考。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)概況

礦區(qū)主要含水層為奧陶系中統(tǒng)峰峰組及馬家溝組石灰?guī)r含水層，地下水類型為裂隙、巖溶承壓水和裂隙潛水。石灰?guī)r裂隙受構(gòu)造控制多沿NE向發(fā)育，地下水沿裂隙溶蝕，形成大小不等的溶洞，巖層富水性極不均勻，變化較大。礦體位于地下水位以下，多數(shù)情況石灰?guī)r為礦體的頂?shù)装?。礦區(qū)內(nèi)巖漿巖活動(dòng)劇烈，穿插侵入，破壞了石灰?guī)r的連續(xù)性，使水文地質(zhì)條件變得極為復(fù)雜。由于礦區(qū)內(nèi)有2個(gè)獨(dú)立的巖漿巖體，控制著地下水的運(yùn)動(dòng)，使礦區(qū)內(nèi)南北兩區(qū)水文地質(zhì)條件差異甚大，據(jù)此將礦區(qū)分為南北2個(gè)不同的水文地質(zhì)單元。

2 鉆孔偏移及影響因素

2.1 鉆孔偏移

某鉆孔為注漿堵水工程新孔鉆進(jìn)，設(shè)計(jì)孔深700 m，終孔孔深665 m，終孔孔徑91 mm，巖芯采取率85%，共注水泥234 t。該鉆孔先后穿過(guò)的地質(zhì)構(gòu)造分別為灰?guī)r、鐵礦石層、灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖、灰?guī)r、閃長(zhǎng)巖，詳細(xì)情況見(jiàn)圖1。在各區(qū)段施工過(guò)程中該鉆孔的水平偏移量達(dá)到17.041 m，鉆孔空間軌跡見(jiàn)圖2。

圖1 某鉆孔柱狀圖

圖2 鉆孔空間軌跡

2.2 鉆孔偏移影響因素

2.2.1 施工情況

(1)區(qū)段九(進(jìn)尺547.5～553.7 m)先后由矽卡巖變?yōu)殚W長(zhǎng)巖再變?yōu)榛規(guī)r，該變化層厚約6.2 m，巖性變化快，跨越性較大，該段為地層變化激烈處，使得鉆頭在掘進(jìn)中極易向巖性松軟等段趨向。

(2)施工期間因外因中斷，無(wú)法及時(shí)恢復(fù)連續(xù)的施工工序，導(dǎo)致孔內(nèi)自然變形。

(3)鉆頭底部受偏斜力矩影響，鉆具受到與設(shè)計(jì)鉆孔軸線不一致的斜向力，孔壁對(duì)鉆具導(dǎo)向不夠，鉆具剛性差。

(4)貪圖進(jìn)尺導(dǎo)致鉆壓過(guò)大，鉆桿彎曲嚴(yán)重，轉(zhuǎn)速過(guò)高使得鉆具離心力增大，加劇鉆具的橫向振動(dòng)，擴(kuò)大孔壁。

(5)鉆孔沖洗及孔內(nèi)壁落石使得孔內(nèi)部分細(xì)微裂隙臨時(shí)被封堵，當(dāng)注漿結(jié)束提鉆再鉆進(jìn)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生微漏漿現(xiàn)象，導(dǎo)致重復(fù)性地進(jìn)行注漿、沖洗等操作。

(6)鉆進(jìn)松軟地層時(shí)，掃孔等工序未能合理把握沖洗液量，使得沖刷孔壁嚴(yán)重，導(dǎo)致孔壁間隙急劇增大，易增大鉆孔彎曲率。

2.2.2 事故處理方式

(1)區(qū)段七(進(jìn)尺至547.50 m處)受孔內(nèi)井壁塌落嚴(yán)重、施工機(jī)具、注漿材料等因素的影響，卡鉆、掉鉆事故頻發(fā)，影響了正常的生產(chǎn)鉆進(jìn)，中斷了工程的連貫性，且周期較長(zhǎng)，使得孔內(nèi)塌落、孔徑變形，施工期間若發(fā)生該類事故，無(wú)法及時(shí)處理。

(2)長(zhǎng)期停工檢修，相當(dāng)一部分因素是工作人員的錯(cuò)誤操作，易改變?cè)@頭的掘進(jìn)方向，增大曲線變形。

2.2.3 地質(zhì)情況

(1)由于鉆進(jìn)不同的巖(礦)層，其產(chǎn)狀不規(guī)則，軟硬不均，破碎不完整，受鉆具的強(qiáng)烈敲擊易產(chǎn)生孔壁坍塌、掉塊現(xiàn)象，造成卡鉆、埋鉆事故的發(fā)生。

(2)鉆孔穿行地質(zhì)突變及多變的巖層時(shí)，因各層巖性的巨大差異使得鉆孔更多的受到巖層的各向異性和軟硬互層的影響。

(3)邯邢地區(qū)實(shí)際揭露的地層巖性變化劇烈，灰?guī)r中含有微細(xì)裂隙，鉆孔注漿量小且效果不明顯，各細(xì)小裂隙共同對(duì)鉆孔曲線變形進(jìn)行了趨向引導(dǎo)。

3 措 施

(1)鉆孔時(shí)應(yīng)做好施工機(jī)具的準(zhǔn)備工作，把好安裝關(guān)，確保底部鉆柱的整體性及鉆桿的剛性，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)同心同軸回轉(zhuǎn)。

(2)開(kāi)孔換徑時(shí)，須輕、緩、慢操作鉆具及相關(guān)設(shè)備，應(yīng)采用導(dǎo)向鉆具。

(3)發(fā)生卡鉆、掉鉆事故時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理，避免孔內(nèi)事故復(fù)雜化，對(duì)鉆孔質(zhì)量造成更大的損害。

[1] 于興社.中觀鐵礦帷幕注漿工程孔距的合理性分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(6)：102-104.

[2] 賈偉杰，劉殿風(fēng)，蔣鵬飛，等.帷幕注漿使用技術(shù)的綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(3)：80-83.

[3] 楊 全，高廣峰，韓貴雷，等.礦山帷幕注漿特殊地層施工工藝研究[J].探礦工程，2010，37(11)：67-69.

[4] 高學(xué)通，劉殿風(fēng)，蔣鵬飛.巖溶裂隙產(chǎn)狀對(duì)帷幕注漿施工及堵水的影響[J].金屬礦山，2013(3)：25-28.

[5] 楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，20(6)：839-841.

[6] 姚愛(ài)國(guó)，馬 明.巖土工程鉆進(jìn)原理[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

2015-07-23)

郭 超(1986—)，男，工程師，碩士，050000 河北省石家莊市裕華區(qū)槐安東路106號(hào)。