深大型溶洞鉆進處理技術研究

（1南京大學地球科學與工程學院江蘇南京210000；2贛中南地質礦產勘查研究院江西南昌330000；3江西省地質工程（集團）公司江西南昌330000；4江西省地質礦產勘查開發局物化探大隊 江西南昌330000）

（1南京大學地球科學與工程學院江蘇南京210000；2贛中南地質礦產勘查研究院江西南昌330000；3江西省地質工程（集團）公司江西南昌330000；4江西省地質礦產勘查開發局物化探大隊 江西南昌330000）

九瑞(九江和瑞昌)礦集區是長江中下游成礦帶的5個重點勘查區之一,是我國重要的銅(金)多金屬成礦帶。坳下礦區位于九瑞礦集區內,具有良好的成礦地質條件,主攻礦種為銅、兼顧金和多金屬。在固體巖心鉆探基礎施工中發現淺層螢石礦以下仍存在地熱及其他金屬礦層，但螢石礦頂板底板大都遇到溶洞，其中不乏深大型溶洞，作為地下隱蔽工程，給施工造成很大困難。本文分析了礦區鉆通深大型溶洞的處理情況，對九瑞地區深部找礦提供幫助。

坳下礦區鉆探工藝深大型溶洞處理

1 瑞昌坳下礦區深孔鉆探概況

1.1 瑞昌坳下礦區概況

坳下礦區位于江西省九瑞地區坳下村鐵索橋向西500M，山腰上。礦區內有國道從九瑞直通湖北。地理坐標經緯度是：115.376057～29.620757。附近村鎮眾多。坳下礦區主要螢石礦脈深度在300米至800米，地熱資源深度達1200米。而裂隙溶洞發育區就分布在期間，不論是螢石或地熱的勘探開發都必須克服溶洞問題鉆通這段地層。

2 瑞昌坳下礦區zk15-1鉆孔施工情況

2.1 第一次鉆遇溶洞

在孔深763米，鉆遇溶洞，全孔不反水，孔漏達Ⅳ級，漏速約為30~60m3/h，初步判斷為多裂隙延伸的溶洞，鉆桿探溶洞深度大約為2.2米。采用鋸木屑加聚苯酰胺調配濃泥漿連續進行循環，成功將裂隙堵住，孔漏減少為小漏，漏速約為5~15m3/h。然后在鉆桿中將高標水泥連續灌入孔底填實空洞，靜置兩天后鉆通該溶洞。

2.2 第二次鉆遇溶洞

在孔深774.88米，鉆遇第二個溶洞，鉆具下墜，砸入孔底爆裂，鉆進中止，經搶救損失了底部鉆具強行提起其他鉆桿。經鉆桿探測及物探探測溶洞高度大約為8米，這種下部溶洞緊跟著上部溶洞的情況被稱之為串珠型溶洞，在這么深的位置碰到這么高的溶洞是九瑞地區鉆探過程中十分罕見的情況。

2.3 孔內情況分析

（1）本鉆孔溶洞所在深度達774.88米，一般鉆孔深部鉆遇溶洞的幾率低，但一旦遇到很難處理，其原因主要表現在：

①溶洞所在位置比較深，溶洞內情況難以摸清，用物探方法顯然不現實，只能用鉆桿試探推測溶洞高度，對溶洞的空間大小無法判斷。

②如果需要下大一級口徑套管至溶洞內，則需要全孔擴孔至溶洞位置，溶洞位置越深成本越高，同時擴孔風險也越高，容易造成二次事故，如造成掉鉆、卡錘、埋鉆、梅花孔、漏漿、塌孔等事故的發生，一個不當孔就報廢，將直接造成經濟損失。

③孔內鉆桿長度越長，底部鉆具受離心力影響甩動范圍越大，對溶洞底板鉆進效果也越差，更難穿通溶洞。

（2）本鉆孔溶洞高度達8米，溶洞內高度越高，洞內套管或鉆具的接頭越多，強度和韌性都受很大影響，處理過程中很容易甩斷或折斷鉆桿。

2.4 常規處理結果

2.4.1 填充法

采用鉆桿中壓入鋸木屑加聚苯酰胺調配濃泥漿連續灌入孔底，灌入約五噸后孔口仍沒有任何返水，孔漏程度達Ⅴ級，漏速≥60m3/h，沒能將裂隙堵住；改用鉆桿中壓入大量高標水泥至孔底，灌入三噸水泥，靜置兩天后，放入鉆桿探測溶洞高度仍為近八米，顯然仍無效果，判斷此溶洞連接地下暗河，填充材料順著地下暗河流走，這種類型溶洞是極難處理的，不可能用填充法解決問題。

2.4.2 護筒跟進法

用φ95繩索鉆桿擴孔鉆進至溶洞底部位置，輕壓慢轉鉆，但始終無法在底板上鉆出洞眼來，由于鉆桿一般長度為三米一根中間以絲扣連接，相對松弛，在溶洞高度高于三米的時候，絲扣受鉆頭離心力影響容易脫扣，中間不受孔壁保護的絲扣越多脫扣幾率越高，現在溶洞高八米，沒有孔壁保護的絲扣有三個之多，增壓增速只會造成新的事故，只能強行下φ89套管，但套管沒有洞眼可以固定底座，難以固定位置，只好將套管底部削尖，壓至孔底，套管放下后繼續換φ75鉆桿輕壓慢轉鉆，仍無法向下鉆進，顯然套管并沒有坐實，另一方面通過因為套管一般也是三米一根，中間是用絲扣連接，相對松弛，很難承受鉆桿高頻率撞擊，中間不受孔壁保護的絲扣越多承受能力越差，擔心增壓增速會甩斷鉆桿造成新的事故，只好停機待命。判斷由于溶洞太深高度太高，鉆頭無法固定在一個位置旋轉，所以這種方法在深大型溶洞面前也無效。

3 瑞昌坳下礦區zk15-1鉆孔事故分析

（1）鉆桿突然下墜。深大型溶洞中有的沒有填充物，有的填充物極軟，鉆進遇深大型溶洞時會突然下墜。

（2）孔口不返水。深大型溶洞中的裂隙發育，造成大量鉆進液大量流走，孔口只有少量返水；有的深大型溶洞連接地下暗河，所有鉆進液都順著地下暗河流走，孔口完全不返水。

（3）孔底鉆桿折斷。深大型溶洞有的呈斜插向下，彎度較大，會使孔底鉆桿彎曲折斷；有的橫向空間較大，鉆桿離心力會將底部鉆桿甩斷。

經過幾次的測井和物探分析，斷定這個鉆孔碰到的是一個深度達774.88米，高度達八米的深大型溶洞，想要填實這個溶洞的可能性幾乎為零，要鉆通這個溶洞有以下幾個難點，采取倒推方式，推導如下：想要鉆通這個溶洞，最終一定要在φ75口徑鉆桿外形成護筒，一方面這個護筒的底部要相對固定，另一方面這個護筒的中部要足以承受φ75鉆桿中壓中速轉動撞擊力。那么，一方面要在溶洞底板鉆出一個高約三十公分的洞眼用以固定護壁套管護筒，另一方面要造出一個中部足夠結實的護筒放下到溶洞中去。

鑒于以上特點，采取雙繩索鉆桿交替鉆進法。方案要點如下：

首先，將φ95繩索鉆桿底部三根的絲扣采取無氧焊接的方法焊死，增加其強度，將φ95繩索鉆桿下至溶洞底部。

其次，將φ75繩索鉆桿放入φ95繩索鉆桿中，下至溶洞底部，使用高濃稠度的鈉土泥漿循環開低壓慢轉鉆進φ75繩索鉆桿，φ75鉆桿在φ95的保護下鉆出高五公分的底座洞眼后停下。

然后，φ95繩索鉆桿受φ75繩索鉆桿的牽制力在φ75鉆桿的外部輕壓慢轉鉆下至十公分處停下，接著使用φ75繩索鉆桿在φ95繩索鉆桿的固定下輕壓慢轉至十五公分處停下，以此順序依次循環至φ95鉆桿鉆至三十公分處，坐穩停住。

最后，坐穩的無氧焊接的三根φ95繩索鉆桿，φ75鉆桿在他的保護下鉆通這個深大型溶洞。

4 結論

坳下礦區進行螢石礦鉆探鉆遇溶洞時，應冷靜客觀的分析鉆遇溶洞時情況，記錄孔深，分析巖心情況，不能盲目的去操作；鉆遇小型溶洞后，采用封水泥、擴孔等處理方法進行處理，有較好的成效，鉆遇深大型溶洞時，采取雙繩索鉆桿交替鉆進法能取到較好成效。

[1]張林霞,李藝,周紅軍.我國地質找礦鉆探技術裝備現狀及發展趨勢分析 [J].探礦工程 (巖土鉆掘工程).2012(02)

[2]辛曉玲,張馳.淺談我國地質鉆探工作中存在的問題 [J].中國科技信息.2011(21)

深大型溶洞鉆進處理技術研究

■肖永泉1,2，3劉珺4

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-70-1