甘肅省陽山金礦炭質(zhì)千枚巖地層施工難點問題分析

譚永成（武警黃金第十二支隊,成都 611732）

甘肅省陽山金礦炭質(zhì)千枚巖地層施工難點問題分析

譚永成
（武警黃金第十二支隊,成都 611732）

摘 要：本文結(jié)合施工實踐分析了炭質(zhì)千枚巖地層施工難點問題，并通過探索此類地層遇水易分散、易坍塌掉塊的機(jī)理，探索了地層分布特點、施工特點。

關(guān)鍵詞：炭質(zhì)千枚巖；水敏性；護(hù)壁

在隧道等巖土工程施工中，炭質(zhì)千枚巖的長期塑形流動行為是引起隧道工程圍巖失穩(wěn)的重要原因之一，對該地層研究后認(rèn)為，其具有強(qiáng)度低、膠結(jié)性差、可塑性、流變性、易擾動、水敏感性強(qiáng)等特點[1]。

陽山金礦帶位于我國著名的“陜甘川”金三角地區(qū)，是國內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)的最大卡林-類卡林型金礦床[2]。礦區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，軟硬互層頻繁，尤其是在炭質(zhì)千枚巖地層中施工時，經(jīng)常會比較頻繁地出現(xiàn)孔壁嚴(yán)重坍塌、掉塊、涌砂等現(xiàn)象，使得鉆進(jìn)難、采心難、易偏斜。

1 炭質(zhì)千枚巖特點

采取鉆孔中巖心樣品，用清水中浸泡，實驗發(fā)現(xiàn)，浸泡前巖心具有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，浸泡后，巖心迅速坍塌，分散成很細(xì)的顆粒。巖心體積無明顯變化，顯示炭質(zhì)千枚巖遇水分散但不膨脹的特性，與實踐中地層未遇縮徑問題相吻合。為清碳泥質(zhì)千枚巖見水分散的根本原因，采取鉆孔內(nèi)巖心樣品開展巖性檢測，結(jié)果見表1。

表1 巖性檢測結(jié)果

結(jié)果表明，樣品中粘土礦物含量較高：1#和3#粘土礦物含量大于70%；2#樣品粘土礦物含量較低，但石英含量較高。由于石英顆粒不影響樣品水敏性，故排除石英的影響，粘土礦物占石英以外礦物含量的53%，含量也較高。由此可以看出，樣品水敏性強(qiáng)是因為粘土礦物含量較高的緣故。

2 施工案例分析

以礦區(qū)某深孔施工為例，該孔用PQ鉆桿鉆至1143米，泵壓、負(fù)荷較大，鉆進(jìn)困難，換用HQ鉆桿鉆至1409.81米時，1361米-1372米出現(xiàn)嚴(yán)重坍塌，掃孔排沙無效，終因地層連續(xù)坍塌掉塊，多處形成空腔而被迫終孔。其中，鉆開1372米后又過了3天，地層才開始嚴(yán)重坍塌。

應(yīng)對孔內(nèi)復(fù)雜情況主要對策是灌水泥。第一次灌水泥目的是對破碎帶進(jìn)行水泥固結(jié)處理，封閉1240～1340m裸眼孔段后，下鉆掃孔至1198m左右，砂子較多并有大塊的掉塊，繼續(xù)掃孔困難；第二次灌水泥目的是側(cè)鉆繞障，封閉1165～1198m孔段后，下鉆掃孔至1165m左右，從孔底打撈出大量片狀砂子（圖1），繼續(xù)掃孔困難；其后又灌注水泥多次，終因砂子較多、憋泵、鉆機(jī)負(fù)荷大，下鉆掃孔未遇膠結(jié)較好的水泥，沒能成功繞障。

圖1 孔內(nèi)打撈出的掉塊

經(jīng)過綜合分析施工參數(shù)、巖心及前3次灌注水泥情況，孔內(nèi)1143米至1361米深度內(nèi)共出現(xiàn)了9層破碎帶。破碎帶地層均為粘土礦物含量較高、遇水易坍塌掉塊炭質(zhì)千枚巖地層。施工處理孔內(nèi)復(fù)雜情況困難主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面，該類地層在孔內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)，且厚度不一，一旦發(fā)生坍塌掉塊等孔內(nèi)復(fù)雜情況，很難判明坍塌掉塊發(fā)生的具體位置，處理起來十分困難。另一方面，若下入套管，即使可以有效護(hù)壁，但增加了套管級數(shù)，預(yù)留的套管級數(shù)減少，鉆探成本增加，若鉆至深部再次鉆遇類似地層，困難依然存在。

值得關(guān)注的是，第一次在水泥灌注時，注水泥漿封閉1260m至1360m裸眼孔段后，下鉆掃孔，下鉆掃孔至1198m左右，掃不到水泥面，沉渣較多并有大塊的掉塊，繼續(xù)掃孔困難。分析施工過程后認(rèn)為，水泥柱塞比重大于坍塌掉落的碎屑，灌注水泥后，較重的水泥塞下沉，較輕的巖屑上升，且伴隨孔壁的連續(xù)坍塌，使得孔底位置上升范圍超過所灌注水泥柱高度，且水泥凝固后下鉆撈砂撈不到水泥。

3 結(jié)語

從巖性分析來看，礦區(qū)內(nèi)炭質(zhì)千枚巖是一種粘土礦物含量很高、遇水易分散的巖體。采用水基泥漿施工此類地層時，極易引起水化膨脹而導(dǎo)致坍塌、掉塊等孔內(nèi)復(fù)雜情況。主要表現(xiàn)在：炭質(zhì)千枚巖地層遇水易分散，孔壁維護(hù)困難，地層厚度大、埋藏深淺不一，且井故一旦發(fā)生，處理起來十分困難。針對巖性特征應(yīng)配置相應(yīng)的泥漿，使之兼顧防塌、堵漏、抑制地層分散等作用，尤其是要注重提高泥漿攜巖能力，以保障施工生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王彤.甘肅陽山金礦床碳質(zhì)與成礦關(guān)系初探[D].成都:成都理工大學(xué),2012.

[2]孫宗席.甘肅文縣陽山礦區(qū)復(fù)雜地層用沖洗液研究[D].探礦工程(巖土鉆掘工程),2012，39(12):32-35.

[3]王達(dá),何遠(yuǎn)信.地質(zhì)鉆探手冊[S].長沙:中南大學(xué)出版社,2014(06).

作者簡介：譚永成（1987-）男，湖北宜昌人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：探礦工程。