黃嶺礦區復雜地層繩索取心鉆進綜合治理

林振福

(廣東省核工業地質局二九三大隊，廣東 廣州 510811)

近年來隨著我隊地質探礦項目增多，而且施工向中深部鉆探延伸的發展趨勢，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在復雜地層鉆孔中的漏水、縮徑、坍塌、掉塊、風化等等以及孔壁巖層遇水風化膨脹造成的孔內復雜化的特征。如果機臺工作人員不高度重視，及時處理排除，就會造成孔內事故發生，鉆具無法正常下到孔底鉆進，輕則造成巖粉增多，重復鉆進，增加隱患，進尺緩慢，成本加大，重則造成埋鉆、燒鉆，鉆桿拆斷等孔內事故，甚至造成報廢工作量。筆者根據三十多年來繩索取心鉆進復雜地層的鉆探工作經驗，談談在鉆進過程中，鉆孔在千變萬化的復雜地層鉆進泥漿護壁堵漏綜合治理的點滴認識及體會，供同行們參考借鑒。

一、黃嶺礦區地層概述

黃嶺礦區處于羅定白堊紀斷陷盆地南緣，廣寧—羅定斷裂帶和吳川—四會斷裂帶之間夾持的貴子弧形構造中段，強應力變形區內。區內地質構造、巖漿活動較為發育，出露地層主要有薊縣紀云開群、泥盆紀、白堊紀和第四紀。已發現和控制的礦體主要受薊縣紀云開群、泥盆系、白堊系所構成的不整合斷裂構造控制。礦石風化、破碎、容易膨脹、松散的水敏性地層，往往造成孔內嚴重垮碴和坍塌。若不及時排除治理，甚至演變為重大孔內事故，造成報廢工作量的后果。在黃嶺礦區復雜地層繩索取心鉆進中，軟硬地層的互變是多種多樣的。如何應對這樣復雜多變地層，是個比較復雜的技術難題，單純應用一般的護壁堵漏材料和方法、手段。是較難攻克黃嶺礦區復雜地層，鉆探工作中所見復雜地層都有其固有特征和基本影響要素，這就會限制我們單純考慮某一項護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工作者發表了大量的有卓見的理論、實踐、經驗等等見解。這些見解對于解決繩索取心鉆進攻克黃嶺礦區復雜地層的綜合治理起到了獨特的作用。不過事實證明:任何單項的護壁堵漏方法都不是萬能的，它不能解決一切復雜地層鉆進問題。攻克復雜地層綜合治理，要達到理想的效果，而且經濟上也是最省的，那就只有在加強復雜地層的綜合研究的基礎上，認真研究、制定綜合治理的方案及措施，才能解決黃嶺礦區復雜地層鉆進中難題。

二、常規的“護堵”治理方法

通常繩索取心金剛石鉆進在巖層比較完整，地層不太復雜，鉆孔輕微漏水、孔內干凈地層較穩定，巖粉厚度小于0.3 米的施工，如黃嶺礦區Zk21—2 鉆孔，通常情況下我們都采用常規的“護壁堵漏”治理方法進行鉆進。

1、PHP 低固相泥漿配比

粘土粉:3%——4%

純堿:0.1——0.2%

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

粘土粉加水攪拌后加純堿鈉化以充分分散粘土顆粒。粘土粉必須預先泡制6 小時以上。

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、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 小時即成。如需稀釋成較低濃度的沖洗液，可加入定量清水攪拌均勻現場使用。

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壁堵漏綜合治理

繩索取心鉆進在黃嶺礦區地層相對較復雜的巖層中鉆進，我們通常使用水泥、PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理，通過對所在礦區地層進行認真總結、分析、探索，我們研配和探索了一套適應在黃嶺礦區的繩索取心鉆進的綜合治理方案，較好地解決了鉆探過程中的難題，為該礦區在復雜地層順利鉆進提供后續保障，主要特點是:

①加快探礦進度，滿足地質工程質量標準要求;

②節約探礦成本，提高經濟效益和社會效益;

③提高探礦機臺的臺月效率和純鉆進時間，快速解決鉆孔漏失水以及孔壁保護層鏈狀的形成;

④轉變探礦技術人員，對使用水泥、PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏在黃嶺礦區地層綜合治理的全面認識;

⑤降低探礦工人勞動強度，提高探礦機臺專業技術水平;

⑥調動探礦工人施工積極性，創建文明生產施工;

⑦減少各類機械事故、孔內事故、人身事故的發生。

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度，并且可延長灌漿周期，且不易發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，除了探礦技術人員的操作方法、專業技術水平、素質、還有灌漿的部位、地層特征以及鉆進工藝外;對于灌漿工藝、灌漿方法、壓水計算、水泥漿配比、外加劑及摻量等等對其有著重要的影響。在此不一一敘述。

3、PHP 與惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理

使用PHP 與惰性材料聚合物護壁堵漏進行綜合治理，主要應用于黃嶺礦區地層復雜、巖層軟硬互變突出，鉆孔內漏失水特別嚴重，地層破碎、研磨性強，鉆孔局部有裂隙、坍塌、掉塊、縮徑以及孔壁巖層遇水風化膨脹造成的孔內復雜化的情況下，我們主要應用PHP 與惰性材料聚合物的方法，來提高鉆進過程中的護壁堵漏綜合治理有效途徑。

聚丙烯酰胺(分子量1000-1500萬、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、鋸末康用粉碎機粉碎成規格粒度為最小0.5mm、最大5mm，惰性材料聚合物加工之前需把材料曬干。

配方:根據鉆孔內地層的漏失水量、鉆孔裂隙大小以及灌注工藝流程不同，選擇配比不相同。通常情況下對裂隙破碎帶小，漏失水量相對不大的巖層;鋸末康(固結性好)、花生殼(堵漏效果好)、甘蔗渣(吸水性強易膨脹)的比例為1:1.5:2，泥漿粘度控制在25～30 秒。地層復雜性的變化往往不是絕對的，況且惰性材料聚合物與PHP 及水泥混合成漿液或固體后，受時間與探礦工作人員等等因素影響，多數情況下我們采用1:1:1 相配。對溶洞或裂隙大，漏失水嚴重，坍塌、掉塊的孔段長的地層，就要專門配制粘度高、濃度大護壁堵漏泥漿。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，再用鉆具回轉擠壓。

②灌注工藝法:

邊漏失水邊堵護方法:對鉆孔裂隙破碎帶小，漏失水量相對不大的鉆孔巖層，一般采用水泵灌注的方法較好，將調試好的護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在樣使用，方法簡單，節約成本、降低勞動強度、效果很好。

孔口投入工藝法:對溶洞、裂隙、漏失水大鉆孔的裂隙破碎帶嚴重，坍塌、掉塊的孔段長的地層鉆孔地層相對復雜，專門配制粘度高、濃度大護壁堵漏泥漿，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，再用鉆具回轉鉆進擠壓到各溶洞、裂隙、漏失部位。每回次起鉆后即往孔內投入球，即配即用，投入孔內后馬下鉆進行鉆進，這樣堅持數回次，孔口就會返水。因為當聚丙烯酰胺--惰性材料——水泥混合漿液進入漏失層后，形成凝膠，堵塞了溶洞、裂隙帶的漏失層部位，達到理想效果和綜合治理預期目的。

四、繩索取心金剛石鉆進套管護孔綜合治理

繩索取心鉆進金剛石鉆進，在黃嶺礦區復雜巖層巖溶施工中，我們常用的PHP 低固相泥、PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理，但在黃嶺礦區糯米坑連州斷裂破碎帶的巖溶鉆進時，采用PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理，效果不是很多，而且達不到我們預期目的;這樣我們只好應用勞動強度相對大的護壁堵漏綜合治理方案--套管跟進護壁綜合治理。為了更順利達到穿越多層位坍塌溶巖，嚴重漏失水復雜巖層，提高探礦效率，保證鉆孔質量，降低鉆探成本，采用套管護孔綜合治理是必需的一種手段。在大力推廣使用泥漿護孔，水泥護孔和化學漿液護孔，并實現無套管鉆進，雖收到一定的效果，但鉆進效率、臺月效率低，鉆孔質量得不到保證、鉆探成本高，技術工人勞動強度大。根據我們多年的鉆探實踐經驗，套管護孔，在多層位、多孔段坍塌、掉塊、連通性大裂縫復雜巖層鉆孔中，是可靠而又經濟的綜合治理辦法。

五、繩索取心金剛石鉆進護壁堵漏綜合治理實例

1、常規的“護堵”治理方法實例

繩索取心金剛石鉆進對鉆進地層比較完整，鉆孔輕微漏水、孔內干凈、且地層較穩定巖層施工，我們應用常規的“護壁堵漏”治理方法;如:黃嶺礦區Zk21—2 鉆孔，設計孔深380 米，實際終孔孔深406.15 米，設計傾角75°，采用繩索取心金剛石鉆進工藝，該孔根據地質設計，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，鉆進到35.62M 后到基巖面，入下入φ110 套管;應用PHP 低固相泥漿鉆進，PHP 低固相泥漿配比:膨潤土粉:3%—4%;純堿;0.1—0.2%;攪拌10 分鐘后，往基漿內加水解聚丙烯酰胺(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 天時間，并達到地質設計要求。在施工Zk21—2 鉆孔，我們有兩點感想;其一:膨潤土粉加水攪拌后，加純堿鈉化以充分分散粘土顆粒上，膨潤土粉必須預先泡制6 小時以上;其二:PHP 的使用量，應根據孔內地層復雜情況進行調整。

2、PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理實例

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

3、繩索取心金剛石鉆進套管護壁堵漏綜合治理實例

繩索取心金剛石鉆進在黃嶺礦區牛路坑巖層施工中，我們常用的PHP 低固相泥、PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理，效果非常理想;但在黃嶺礦區糯米坑連州斷裂破碎帶的復雜巖層巖溶施工鉆進時，采用PMP 及惰性材料聚合物護壁堵漏綜合治理，效果不是很好，而且達不到我們預期目的;這樣我們只好應用勞動強度相對大的護壁堵漏綜合治理方案--套管跟進護壁綜合治理。為了更順利達到穿越多層位坍塌溶巖，嚴重漏失水復雜巖層，提高探礦效率，保證鉆孔質量，采用套管護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孔，水泥護孔和化學漿液護孔，并實現無套管鉆進時，雖收到一定的效果，但鉆進效率、臺月效率低，鉆孔質量得不到保證、技術工人勞動強度大。根據我三十多年的鉆探實踐經驗，套管護孔，在多層位、多孔段坍塌、掉塊、連通性大裂縫復雜巖層鉆孔中，是可靠又安全的綜合治理辦法。

六、小結

繩索取心金剛石鉆進，在黃嶺礦區復雜地層的施工，綜合應用了各種護壁堵漏材料及方法，形成了一些共識和體會。我們認為:在黃嶺礦區糯米坑連州斷裂破碎帶復雜地層的鉆進，采用護壁堵漏泥漿主要應用PHP 與惰性材料綜合治理，是解決復雜地層鉆進的有效途徑。務必在做好鉆探工程單孔施工設計，了解和掌握地層的變化，正確選擇最優的護壁堵漏材料和方法，制定實施方案，“對癥下藥”應用有效的護壁堵漏手段。