甘肅省陽山金礦炭質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：本文結合施工實踐分析了炭質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、易坍塌掉塊的機理，探索了地層分布特點、施工特點。

關鍵詞：炭質千枚巖；水敏性；護壁

在隧道等巖土工程施工中，炭質千枚巖的長期塑形流動行為是引起隧道工程圍巖失穩的重要原因之一，對該地層研究后認為，其具有強度低、膠結性差、可塑性、流變性、易擾動、水敏感性強等特點[1]。

陽山金礦帶位于我國著名的“陜甘川”金三角地區，是國內目前發現的最大卡林-類卡林型金礦床[2]。礦區內地質構造極其復雜，軟硬互層頻繁，尤其是在炭質千枚巖地層中施工時，經常會比較頻繁地出現孔壁嚴重坍塌、掉塊、涌砂等現象，使得鉆進難、采心難、易偏斜。

1 炭質千枚巖特點

采取鉆孔中巖心樣品，用清水中浸泡，實驗發現，浸泡前巖心具有一定結構強度，浸泡后，巖心迅速坍塌，分散成很細的顆粒。巖心體積無明顯變化，顯示炭質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。為清碳泥質千枚巖見水分散的根本原因，采取鉆孔內巖心樣品開展巖性檢測，結果見表1。

表1 巖性檢測結果

結果表明，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，樣品水敏性強是因為粘土礦物含量較高的緣故。

2 施工案例分析

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

應對孔內復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行水泥固結處理，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，繼續掃孔困難；第二次灌水泥目的是側鉆繞障，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），繼續掃孔困難；其后又灌注水泥多次，終因砂子較多、憋泵、鉆機負荷大，下鉆掃孔未遇膠結較好的水泥，沒能成功繞障。

圖1 孔內打撈出的掉塊

經過綜合分析施工參數、巖心及前3次灌注水泥情況，孔內1143米至1361米深度內共出現了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千枚巖地層。施工處理孔內復雜情況困難主要表現在以下兩個方面：一方面，該類地層在孔內連續出現，且厚度不一，一旦發生坍塌掉塊等孔內復雜情況，很難判明坍塌掉塊發生的具體位置，處理起來十分困難。另一方面，若下入套管，即使可以有效護壁，但增加了套管級數，預留的套管級數減少，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，繼續掃孔困難。分析施工過程后認為，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 結語

從巖性分析來看，礦區內炭質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致坍塌、掉塊等孔內復雜情況。主要表現在：炭質千枚巖地層遇水易分散，孔壁維護困難，地層厚度大、埋藏深淺不一，且井故一旦發生，處理起來十分困難。針對巖性特征應配置相應的泥漿，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。

參考文獻：

[1]王彤.甘肅陽山金礦床碳質與成礦關系初探[D].成都:成都理工大學,2012.

[2]孫宗席.甘肅文縣陽山礦區復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,何遠信.地質鉆探手冊[S].長沙:中南大學出版社,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。