2024年黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)綜合治理

第頁(yè)2024年黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)綜合治理摘要：本文通過實(shí)例分析，對(duì)繩索取心鉆進(jìn)在黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層中的綜合治理、原因及其危害性進(jìn)行闡述，介紹處理事故的綜合治理過程，總結(jié)如何快速通過綜合治理，提高鉆進(jìn)效率及臺(tái)月效率的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：繩索取心鉆進(jìn)；復(fù)雜地層泥漿護(hù)壁堵漏綜合治理

近年來隨著我隊(duì)地質(zhì)探礦項(xiàng)目增多，而且施工向中深部鉆探延伸的發(fā)展趨勢(shì)，各探礦施工單位遇到的鉆探施工問題越來越多，特別是繩索取心鉆進(jìn)在復(fù)雜地層鉆孔中的漏水、縮徑、坍塌、掉塊、風(fēng)化等等以及孔壁巖層遇水風(fēng)化膨脹造成的孔內(nèi)復(fù)雜化的特征。如果機(jī)臺(tái)工作人員不高度重視，及時(shí)處理排除，就會(huì)造成孔內(nèi)事故發(fā)生，鉆具無法正常下到孔底鉆進(jìn)，輕則造成巖粉增多，重復(fù)鉆進(jìn)，增加隱患，進(jìn)尺緩慢，成本加大，重則造成埋鉆、燒鉆，鉆桿拆斷等孔內(nèi)事故，甚至造成報(bào)廢工作量。筆者根據(jù)三十多年來繩索取心鉆進(jìn)復(fù)雜地層的鉆探工作經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勗阢@進(jìn)過程中，鉆孔在千變?nèi)f化的復(fù)雜地層鉆進(jìn)泥漿護(hù)壁堵漏綜合治理的點(diǎn)滴認(rèn)識(shí)及體會(huì)，供同行們參考借鑒。

一、黃嶺礦區(qū)地層概述

黃嶺礦區(qū)處于羅定白堊紀(jì)斷陷盆地南緣，廣寧—羅定斷裂帶和吳川—四會(huì)斷裂帶之間夾持的貴子弧形構(gòu)造中段，強(qiáng)應(yīng)力變形區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造、巖漿活動(dòng)較為發(fā)育，出露地層主要有薊縣紀(jì)云開群、泥盆紀(jì)、白堊紀(jì)和第四紀(jì)。已發(fā)現(xiàn)和控制的礦體主要受薊縣紀(jì)云開群、泥盆系、白堊系所構(gòu)成的不整合斷裂構(gòu)造控制。礦石風(fēng)化、破碎、容易膨脹、松散的水敏性地層，往往造成孔內(nèi)嚴(yán)重垮碴和坍塌。若不及時(shí)排除治理，甚至演變?yōu)橹卮罂變?nèi)事故，造成報(bào)廢工作量的后果。在黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層繩索取心鉆進(jìn)中，軟硬地層的互變是多種多樣的。如何應(yīng)對(duì)這樣復(fù)雜多變地層，是個(gè)比較復(fù)雜的技術(shù)難題，單純應(yīng)用一般的護(hù)壁堵漏材料和方法、手段。是較難攻克黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層，鉆探工作中所見復(fù)雜地層都有其固有特征和基本影響要素，這就會(huì)限制我們單純考慮某一項(xiàng)護(hù)壁堵漏材料和方法是“最好”的。迄今很多鉆探工程師及鉆探技術(shù)工作者發(fā)表了大量的有卓見的理論、實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)等等見解。這些見解對(duì)于解決繩索取心鉆進(jìn)攻克黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層的綜合治理起到了獨(dú)特的作用。不過事實(shí)證明：任何單項(xiàng)的護(hù)壁堵漏方法都不是萬(wàn)能的，它不能解決一切復(fù)雜地層鉆進(jìn)問題。攻克復(fù)雜地層綜合治理，要達(dá)到理想的效果，而且經(jīng)濟(jì)上也是最省的，那就只有在加強(qiáng)復(fù)雜地層的綜合研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)真研究、制定綜合治理的方案及措施，才能解決黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層鉆進(jìn)中難題。

二、常規(guī)的“護(hù)堵”治理方法

通常繩索取心金剛石鉆進(jìn)在巖層比較完整，地層不太復(fù)雜，鉆孔輕微漏水、孔內(nèi)干凈地層較穩(wěn)定，巖粉厚度小于0.3米的施工，如黃嶺礦區(qū)Zk21—2鉆孔，通常情況下我們都采用常規(guī)的“護(hù)壁堵漏”治理方法進(jìn)行鉆進(jìn)。

1、PHP低固相泥漿配比：

粘土粉：3%——4%

純堿：0.1——0.2%

往基漿內(nèi)加水解聚丙烯酰胺（PHP）100——300PPM，攪拌30分鐘后即往水源箱中添加。

粘土粉加水?dāng)嚢韬蠹蛹儔A鈉化以充分分散粘土顆粒。粘土粉必須預(yù)先泡制6小時(shí)以上。

2、PHP——Na——CMC無固相沖洗液配比：

HPAM（水解度H=30%、分子量M=600——800萬(wàn)、濃度1%）200PPM。

Na——CMC（干量）0.3——0.6%

癸酯酸鈉（干粉）0.3%

把HPAM加入清水中攪拌5-10分鐘，再加入預(yù)先泡制好的Na-CMC，攪拌10分鐘后，加入癸酯酸鈉攪拌即成。

3、“魔芋”——燒堿——硼砂無固相沖洗液：

魔芋粉：3000PPM——4000PPM（0.3-0.4%）

燒堿：加量控制PH值等于8-10之間即可，約魔芋粉重量的10%-30%。

硼砂：為魔芋干粉重量的20-100%。

先把定量魔芋粉加入水中攪拌5分鐘后，再加入NaOH攪拌約30分鐘，加清水后攪拌約1小時(shí)即成。如需稀釋成較低濃度的沖洗液，可加入定量清水?dāng)嚢杈鶆颥F(xiàn)場(chǎng)使用。

魔芋粉無固相沖洗液可以與HPAM、CMC、水玻璃等處理劑，任意比例可混合使用。

三、水泥與PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理

繩索取心鉆進(jìn)在黃嶺礦區(qū)地層相對(duì)較復(fù)雜的巖層中鉆進(jìn)，我們通常使用水泥、PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理，通過對(duì)所在礦區(qū)地層進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)、分析、探索，我們研配和探索了一套適應(yīng)在黃嶺礦區(qū)的繩索取心鉆進(jìn)的綜合治理方案，較好地解決了鉆探過程中的難題，為該礦區(qū)在復(fù)雜地層順利鉆進(jìn)提供后續(xù)保障，主要特點(diǎn)是：

①加快探礦進(jìn)度，滿足地質(zhì)工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；

②節(jié)約探礦成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；

③提高探礦機(jī)臺(tái)的臺(tái)月效率和純鉆進(jìn)時(shí)間，快速解決鉆孔漏失水以及孔壁保護(hù)層鏈狀的形成；

④轉(zhuǎn)變探礦技術(shù)人員，對(duì)使用水泥、PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏在黃嶺礦區(qū)地層綜合治理的全面認(rèn)識(shí)；

⑤降低探礦工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高探礦機(jī)臺(tái)專業(yè)技術(shù)水平；

⑥調(diào)動(dòng)探礦工人施工積極性，創(chuàng)建文明生產(chǎn)施工；

⑦減少各類機(jī)械事故、孔內(nèi)事故、人身事故的發(fā)生。

1、普通硅酸鹽水泥——三乙醇胺漿液

水灰比：0.4-0.5

三乙醇醇胺：0.05-0.1%

食鹽：0.5-2%

普通硅酸鹽水泥及礦碴水泥均可用此配比，能較快提高泥漿早期強(qiáng)度，并且可延長(zhǎng)灌漿周期，且不易發(fā)生灌漿管道流通事故，用WW/90變量泵可一次性灌至鉆孔任何部位。

2、超早強(qiáng)水泥

水灰比：0.6-0.8

鐵鉻鹽（FLLS）：0.2-0.5%

影響水泥灌注成功與否的因素很多，除了探礦技術(shù)人員的操作方法、專業(yè)技術(shù)水平、素質(zhì)、還有灌漿的部位、地層特征以及鉆進(jìn)工藝外；對(duì)于灌漿工藝、灌漿方法、壓水計(jì)算、水泥漿配比、外加劑及摻量等等對(duì)其有著重要的影響。在此不一一敘述。

3、PHP與惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理

使用PHP與惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏進(jìn)行綜合治理，主要應(yīng)用于黃嶺礦區(qū)地層復(fù)雜、巖層軟硬互變突出，鉆孔內(nèi)漏失水特別嚴(yán)重，地層破碎、研磨性強(qiáng)，鉆孔局部有裂隙、坍塌、掉塊、縮徑以及孔壁巖層遇水風(fēng)化膨脹造成的孔內(nèi)復(fù)雜化的情況下，我們主要應(yīng)用PHP與惰性材料聚合物的方法，來提高鉆進(jìn)過程中的護(hù)壁堵漏綜合治理有效途徑。

聚丙烯酰胺（分子量1000-1500萬(wàn)、水解度30%，濃度1%）1000-3000PPM

水泥（普通硅酸鹽水泥）適量

惰性材料聚合物（稻草桿、廢麻繩、谷康、鋸末康、花生殼、甘蔗渣）

①PHP與惰性材料聚合物及配方：

我們應(yīng)用PHP與惰性材料聚合物主要為鋸末康、花生殼、甘蔗渣、水泥、聚丙烯酰胺；把花生殼、甘蔗渣、鋸末康用粉碎機(jī)粉碎成規(guī)格粒度為最小0.5mm、最大5mm，惰性材料聚合物加工之前需把材料曬干。

配方：根據(jù)鉆孔內(nèi)地層的漏失水量、鉆孔裂隙大小以及灌注工藝流程不同，選擇配比不相同。通常情況下對(duì)裂隙破碎帶小，漏失水量相對(duì)不大的巖層；鋸末康（固結(jié)性好）、花生殼（堵漏效果好）、甘蔗渣（吸水性強(qiáng)易膨脹）的比例為1：1.5：2，泥漿粘度控制在25～30秒。地層復(fù)雜性的變化往往不是絕對(duì)的，況且惰性材料聚合物與PHP及水泥混合成漿液或固體后，受時(shí)間與探礦工作人員等等因素影響，多數(shù)情況下我們采用1：1：1相配。對(duì)溶洞或裂隙大，漏失水嚴(yán)重，坍塌、掉塊的孔段長(zhǎng)的地層，就要專門配制粘度高、濃度大護(hù)壁堵漏泥漿。而且惰性材料粒度要大，泥漿量可以提高20%。也可以用聚丙烯酰胺與惰性材料、水泥做成泥球投入孔內(nèi)，再用鉆具回轉(zhuǎn)擠壓。

②灌注工藝法：

邊漏失水邊堵護(hù)方法：對(duì)鉆孔裂隙破碎帶小，漏失水量相對(duì)不大的鉆孔巖層，一般采用水泵灌注的方法較好，將調(diào)試好的護(hù)壁堵漏惰性材料加入泥漿里，攪拌均勻，用水泵灌送的方法和正常鉆進(jìn)在樣使用，方法簡(jiǎn)單，節(jié)約成本、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、效果很好。

孔口投入工藝法：對(duì)溶洞、裂隙、漏失水大鉆孔的裂隙破碎帶嚴(yán)重，坍塌、掉塊的孔段長(zhǎng)的地層鉆孔地層相對(duì)復(fù)雜，專門配制粘度高、濃度大護(hù)壁堵漏泥漿，用惰性材料聚合物與PHP及水泥混合成固體漿液后，做成泥球投入孔內(nèi)，再用鉆具回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)擠壓到各溶洞、裂隙、漏失部位。每回次起鉆后即往孔內(nèi)投入球，即配即用，投入孔內(nèi)后馬下鉆進(jìn)行鉆進(jìn)，這樣堅(jiān)持?jǐn)?shù)回次，孔口就會(huì)返水。因?yàn)楫?dāng)聚丙烯酰胺--惰性材料——水泥混合漿液進(jìn)入漏失層后，形成凝膠，堵塞了溶洞、裂隙帶的漏失層部位，達(dá)到理想效果和綜合治理預(yù)期目的。

四、繩索取心金剛石鉆進(jìn)套管護(hù)孔綜合治理

繩索取心鉆進(jìn)金剛石鉆進(jìn)，在黃嶺礦區(qū)復(fù)雜巖層巖溶施工中，我們常用的PHP低固相泥、PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理，但在黃嶺礦區(qū)糯米坑連州斷裂破碎帶的巖溶鉆進(jìn)時(shí)，采用PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理，效果不是很多，而且達(dá)不到我們預(yù)期目的；這樣我們只好應(yīng)用勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)大的護(hù)壁堵漏綜合治理方案--套管跟進(jìn)護(hù)壁綜合治理。為了更順利達(dá)到穿越多層位坍塌溶巖，嚴(yán)重漏失水復(fù)雜巖層，提高探礦效率，保證鉆孔質(zhì)量，降低鉆探成本，采用套管護(hù)孔綜合治理是必需的一種手段。在大力推廣使用泥漿護(hù)孔，水泥護(hù)孔和化學(xué)漿液護(hù)孔，并實(shí)現(xiàn)無套管鉆進(jìn)，雖收到一定的效果，但鉆進(jìn)效率、臺(tái)月效率低，鉆孔質(zhì)量得不到保證、鉆探成本高，技術(shù)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。根據(jù)我們多年的鉆探實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，套管護(hù)孔，在多層位、多孔段坍塌、掉塊、連通性大裂縫復(fù)雜巖層鉆孔中，是可靠而又經(jīng)濟(jì)的綜合治理辦法。

五、繩索取心金剛石鉆進(jìn)護(hù)壁堵漏綜合治理實(shí)例

1、常規(guī)的“護(hù)堵”治理方法實(shí)例

繩索取心金剛石鉆進(jìn)對(duì)鉆進(jìn)地層比較完整，鉆孔輕微漏水、孔內(nèi)干凈、且地層較穩(wěn)定巖層施工，我們應(yīng)用常規(guī)的“護(hù)壁堵漏”治理方法；如：黃嶺礦區(qū)Zk21—2鉆孔，設(shè)計(jì)孔深380米，實(shí)際終孔孔深406.15米，設(shè)計(jì)傾角75°，采用繩索取心金剛石鉆進(jìn)工藝，該孔根據(jù)地質(zhì)設(shè)計(jì)，200米以上有4段2～6米不等的破碎巖層、輕度坍塌、掉塊、漏失水。采用φ108直徑開孔，鉆進(jìn)到35.62M后到基巖面，入下入φ110套管；應(yīng)用PHP低固相泥漿鉆進(jìn)，PHP低固相泥漿配比：膨潤(rùn)土粉：3%—4%；純堿；0.1—0.2%；攪拌10分鐘后，往基漿內(nèi)加水解聚丙烯酰胺（PHP）200—300PPM，攪拌30分鐘后即往水源箱中添加。從開孔至終孔，用了25天時(shí)間，并達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)要求。在施工Zk21—2鉆孔，我們有兩點(diǎn)感想；其一：膨潤(rùn)土粉加水?dāng)嚢韬螅蛹儔A鈉化以充分分散粘土顆粒上，膨潤(rùn)土粉必須預(yù)先泡制6小時(shí)以上；其二：PHP的使用量，應(yīng)根據(jù)孔內(nèi)地層復(fù)雜情況進(jìn)行調(diào)整。

2、PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理實(shí)例

在黃嶺礦區(qū)復(fù)雜地層的繩索取心金剛石鉆進(jìn)過程中、由于巖層軟硬互變突出，鉆孔內(nèi)漏失水特別嚴(yán)重，地層破碎、研磨性強(qiáng)，鉆孔局部有裂隙、坍塌、掉塊、縮徑以及孔壁巖層遇水風(fēng)化膨脹造成的孔內(nèi)復(fù)雜化的情況下，我們主要應(yīng)用PHP與惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理的方法，來提高鉆進(jìn)效率，效果非常好。

3、繩索取心金剛石鉆進(jìn)套管護(hù)壁堵漏綜合治理實(shí)例

繩索取心金剛石鉆進(jìn)在黃嶺礦區(qū)牛路坑巖層施工中，我們常用的PHP低固相泥、PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理，效果非常理想；但在黃嶺礦區(qū)糯米坑連州斷裂破碎帶的復(fù)雜巖層巖溶施工鉆進(jìn)時(shí)，采用PMP及惰性材料聚合物護(hù)壁堵漏綜合治理，效果不是很好，而且達(dá)不到我們預(yù)期目的；這樣我們只好應(yīng)用勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)大的護(hù)壁堵漏綜合治理方案--套管跟進(jìn)護(hù)壁綜合治理。為了更順利達(dá)到穿越多層位坍塌溶巖，嚴(yán)重漏失水復(fù)雜巖層，提高探礦效率，保證鉆孔質(zhì)量，采用套管護(hù)孔綜合治理是也是必需的一種手段。在大力推廣使用泥漿護(hù)孔，水泥護(hù)孔和化學(xué)漿液護(hù)孔，并實(shí)現(xiàn)無套管鉆進(jìn)時(shí)，雖收到一定的效果，但鉆進(jìn)效率、臺(tái)月效率低，鉆孔質(zhì)量得不到保證、技術(shù)工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。根據(jù)我三十多年的鉆探實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，套管護(hù)孔，在多層位、多孔段坍塌、掉塊、連通性大裂