新疆大南湖煤田繩索取芯鉆進(jìn)施工中的問(wèn)題及措施

岳鑫

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局704隊(duì) 哈密 839000）

1 工區(qū)地質(zhì)概況

地表全部為第三、第四系地層覆蓋。根據(jù)鄰區(qū)新六區(qū)鉆孔揭露的地層有中生界下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組(P1aer)、中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、新生界第三系(E3-N1)t及第四系(Q)。中侏羅統(tǒng)西山窯組是本區(qū)含煤巖系。按從老至新的順序，將各地層單元特征敘述如下。

2 工程地質(zhì)條件

地表-淺表層處上部為松散膠結(jié)的礫石、砂、黃土層；下部為一套灰褐色半膠結(jié)-膠結(jié)的礫石層，礫石成分以火山巖、砂巖、花崗巖為主。可鉆性1～3級(jí)，中研磨性，破碎，宜選用合金鉆進(jìn)。地層特點(diǎn)是巖石松散、破碎，取心困難，易失水、卡鉆、易垮孔、坍塌。砂巖類地層中的粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖屬于中硬-可鉆性4～6級(jí)，中研磨性，宜選用合金鉆進(jìn)或金剛石鉆進(jìn)。

地層特點(diǎn)是巖石松散、易受鉆桿敲擊引起垮孔，排粉困難，易出現(xiàn)巖粉沉淀埋鉆，隨著顆粒的加大，埋鉆現(xiàn)象更趨明顯。地層中的煤層硬度屬于軟-可鉆性1～3級(jí)。極易漏失，易出現(xiàn)超徑現(xiàn)象，鉆進(jìn)中泵壓為零。

3 施工問(wèn)題及措施

3.1 泥漿配制

3.1.1 覆蓋層類

第四系覆蓋層松軟疏散的沖洪積砂礫石、淤積亞砂土和風(fēng)積沙巖孔段。主要提高泥漿的粘度來(lái)排除巖粉，同時(shí)增加膨潤(rùn)土量用來(lái)擠入粘結(jié)巖石防止坍塌，膨潤(rùn)土即可粘結(jié)巖石又可提高粘度，對(duì)于泥漿其它性能要求不嚴(yán)，所以泥漿配制主要加入膨潤(rùn)土，為提高膨潤(rùn)土的分散程度，多加入純堿。為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿1%+膨潤(rùn)土25%

配方中純堿作用主要分散膨潤(rùn)土，膨潤(rùn)土加量多主要是提高粘度。

3.1.2 泥質(zhì)砂巖類

該類地層與泥巖性質(zhì)一樣，同樣具有強(qiáng)烈的吸水膨脹、縮徑、坍塌、垮孔現(xiàn)象，不僅如此，泥巖中的細(xì)小砂巖要排出，泥漿必須具備一定的粘度，所以該種泥漿要求失水量小的同時(shí)，適當(dāng)提高粘度，為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿0.01%+膨潤(rùn)土1.25%+聚丙烯酸鉀0.05%+腐植酸鉀5%

配方中聚丙烯酸鉀比泥巖配方中量多，主要作用提高泥漿粘度，用來(lái)排除泥質(zhì)砂巖類中的細(xì)小砂子，其它加量未變。

3.1.3 煤層

煤層極易漏失，易出現(xiàn)超徑現(xiàn)象，鉆進(jìn)中泵壓為零。泥漿主要作用是減小比重，提高漏失高度，增加潤(rùn)濕性能。為此泥漿配方如下：

1立方水+純堿0.2%+膨潤(rùn)土2%+腐植酸鉀6%+十二烷基苯磺酸鈉2%+CMC纖維素0.1%+聚丙烯酸鉀0.5%

配方中膨潤(rùn)土量減少有利于降低泥漿比重，相對(duì)來(lái)說(shuō)腐植酸鉀量也不少，也能降低比重，十二烷基苯磺酸鈉是發(fā)泡劑更加降低泥漿比重，在上述三種材料的共同作用下，泥漿比重較輕，能提高漏失高度，增加潤(rùn)滑性能，CMC纖維素起穩(wěn)泡作用，聚丙烯酸鉀因膨潤(rùn)土量的減少，維持泥漿一定粘度。

3.2 鉆孔漏失

礦區(qū)地層在原應(yīng)力狀態(tài)被破壞時(shí)其孔壁的漏失失穩(wěn)程度是不同的，每一種情況都要認(rèn)真分析好漏失通道的類型。漏失通道的類型有以下兩種。

3.2.1 人為漏失

繩索取芯鉆進(jìn)過(guò)程中孔壁與鉆桿環(huán)空間隙小，使循環(huán)泥漿的壓力增大，這部分外力大于地層巖石破裂壓力造成巖石破碎形成裂縫，從而出現(xiàn)鉆孔漏失。另外鉆孔條件也能造成閉合裂縫開(kāi)啟形成漏失。

3.2.2 自然漏失

礦區(qū)地層在不同地質(zhì)條件和應(yīng)力作用下，本身存在有不同程度的空隙，導(dǎo)致漏失。特別是鉆遇至煤系地層會(huì)出現(xiàn)不同程度的漏失，大部分鉆孔遇主煤層后出現(xiàn)全漏失，泵壓為零。

3.3 處理措施

⑴泥漿循環(huán)壓力的增大跟環(huán)空間隙、泥漿固相含量、流變性等有關(guān)，施工中在泥漿中加入發(fā)泡劑降低循環(huán)泥漿比重，地表采用機(jī)械除砂除泥設(shè)備，保證泥漿性能的穩(wěn)定。

⑵采用Φ71 mm鉆桿施工，孔徑75 mm鉆進(jìn)段采用78 mm或80 mm繩索加大金剛石二階梯鉆頭鉆進(jìn)。加大鉆頭直徑可增加繩鉆鉆孔環(huán)空間隙，減少泥漿應(yīng)力對(duì)孔壁的壓力。

3.4 內(nèi)管取芯困難

礦區(qū)施工鉆遇至結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對(duì)完整的泥巖、砂巖段時(shí)，鉆進(jìn)中一回次基本都能打滿桿，但由于泥漿性能的變化，內(nèi)管撈出后巖芯不易從內(nèi)管敲出，造成對(duì)巖芯結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞，影響巖礦芯采取質(zhì)量，損壞內(nèi)管造成鉆探成本的額外增加。

處理措施：加工一連接內(nèi)管和泥漿泵出水管的接頭，當(dāng)內(nèi)管巖芯敲不出來(lái)時(shí)，將內(nèi)管與泥漿泵通過(guò)接頭連接，開(kāi)泵當(dāng)泵壓升高立即關(guān)泵，內(nèi)管巖芯會(huì)很順利壓出來(lái)。

4 結(jié)論

泥漿配制要專人負(fù)責(zé)，同時(shí)每班次要對(duì)泥漿性能進(jìn)行測(cè)試并記錄在班報(bào)表上。添加處理劑要先進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)研究其可行性，盲目添加處理劑會(huì)影響鉆孔的穩(wěn)定性。施工之前要對(duì)鉆探設(shè)備進(jìn)行檢查，及時(shí)更換損壞部件，減少因設(shè)備問(wèn)題所花費(fèi)的輔助時(shí)間。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)操作人員的責(zé)任心，避免人為因素造成輔助時(shí)間的增多。設(shè)備故障等原因致使無(wú)法鉆進(jìn)的情況下，要將鉆桿全部提出，避免地層失穩(wěn)造成抱鉆事故。提鉆同時(shí)要往孔內(nèi)回灌泥漿，平衡地層壓差。頂漏鉆進(jìn)必須準(zhǔn)確計(jì)算壓水時(shí)間，防止燒鉆事故發(fā)生。

[1]李世忠.鉆探工藝學(xué).北京地質(zhì)出版社，1989.

[2]趙運(yùn)興.煤田鉆探技術(shù)手冊(cè).北京煤炭工業(yè)出版社，1989.

[3]姚愛(ài)國(guó)，馬明，等.巖土工程鉆進(jìn)原理.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

[4]烏效鳴，胡郁樂(lè)，等.鉆進(jìn)液與巖土工程漿液.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2002，5.

[5]馬鎖柱.鉆探工程技術(shù).黃河水利出版社，2010.

[6]李國(guó)民，等.繩索取心鉆探技術(shù).冶金工業(yè)出版社，2013.