化學泥漿在礦區鉆探中的應用

紀楠楠

摘 要：化學泥漿具有用量少、濃度低、粘稠度高等一系列優點。在礦區鉆探領域中被得到廣泛的使用。本文介紹了化學泥漿的成分、性狀、優勢。并綜合性地介紹了聚合物的配制方法、檢測指標。結合工程要求描述了化學泥漿的施工方法流程和排放要求。

關鍵詞：化學泥漿；鉆探；應用；性能

伴隨著國家經濟的高速前進，鉆探技術的應用量也逐年增加。鉆探技術應用的領域非常廣泛，從礦山開采，到鐵路橋梁建設都離不開鉆探技術，而鉆探技術應用于礦區開采，不但可以確保施工的安全性，而且也可以確保礦產的開采質量。然而，礦區地質結構復雜，土質種類多樣，這對鉆探技術提出了很大的挑戰。傳統施工方法經常取用膨潤土配制成泥漿護壁[1]。隨著科技的發展，化學泥漿被廣泛應用。化學泥漿能夠在低濃度的情況下達到傳統泥漿相應的粘稠度，從而減小了泥漿的使用量，同時，化學泥漿還擁有質量可靠、無噪音、無振動等優點。這使其能夠適應更多種類的土質，更適合應用于礦區的鉆探。下面進行詳細的介紹。

1化學泥漿性能

1.1 基本成分：本文將以Shore Pac化學聚合物泥漿作為例子，在化學泥漿中水（H2O）是靜置泥漿的主要組分。由于各地水質差異較大，應注意水中含有的金屬離子，如Ca2+、Mg2+，的含量，以免混入雜質影響使用。可在配制過程中加入堿（Na2CO3）來中和水腫游離的雜質離子，使水質達標，也可以加速聚合物溶解速率。Shore Pac是一種高分子聚合物，是化學泥漿的主要材質，它可以提高泥漿的粘稠度，從而達到護壁的作用。水、堿和高分子聚合物的配制比例可根據不同土質狀況進行合理調節。

1.2 綜合性狀：化學泥漿中的化學聚合物的微觀結構是卷曲的長鏈分子無規則地散在于泥漿中，當有外力作用的時候，卷曲部位會延展開，形成錯綜復雜地空間織網結構。這種結構可以增強化學泥漿的吸附力。這使得化學泥漿能夠在濃度低的情況下達到工程需要的粘度強度。1.3 應用優點：在成孔操作時，化學泥漿將成為保護液進行護壁。化學聚合物的分子量在2000萬以上，多個分子鏈無規則游離，相互接觸形成錯層立體結構，使得泥漿變得粘稠。這些粘稠的液體可以防止鉆孔坍塌，樁梁斷裂，保證了鉆孔直徑的準確，同時還可以減少制備時長，防止砂混入，提升混凝土澆筑質量。而且，化學泥漿還可以再次使用，綠色環保。

2 化學泥漿配制性能指標

化學泥漿配制大體順序為，水池中放水-加入合適比例的堿-加入高分子聚合物-空壓機攪拌-性能檢測。首先，應該測量當地水體，加入適量的堿（Na2CO3），使水的pH值在8-10之間，同時，加堿還可以起到改善水質的作用，最大程度地減少水質對泥漿配制的影響。通常狀況下，空壓機持續操作2小時左右，高分子聚合物即可溶解[2]。化學泥漿充分溶解后，會變得粘稠，形成拉絲狀態，取樣本進行性能檢測，如果不能達到使用需求，則需要通過加入堿和高分子材料繼續攪拌，直到達到要求。

3 化學泥漿具體性能指標和配制比例

3.1 性能指標：粘度指標，在漏斗中加入700mL泥漿，讓泥漿自由漏下，計算漏出體積達到500mL時所用的時間，鉆孔時時間在35-78秒，澆筑時應控制在60秒以下；濾失量指標，當壓力為7kg/cm2，氣溫為常溫時，30分鐘失水量在13-18mL為達標，泥漿中的濾液會對鉆孔壁進行侵蝕，引發孔壁直徑脹大，甚至導致塌方；比重指標，由于地質情況不同，比重配制也不同，一般控制在1.03-1.05kg/m3；含砂量指標，含砂量應低于0.5%，含砂量高會造成機械設備的磨損，砂礫在鉆孔內沉淀，容易形成沉積泥餅，造成卡鉆的問題；pH值指標，pH對于化學泥漿來說非常重要，只有提供了一個穩定合適的酸堿環境，才能使大分子物質分散均勻，一般施工要求在堿性環境下進行，所以pH值一般控制在8-10。

3.2 配制比例：在水體積為100m3，堿為25kg的情況下，化學聚合物根據不同土質含量不同，其具體含量和粘度要求見表1

表1不同地層化學泥漿配比

4 具體施工環節

依據施工場所周圍的地理環境，在施工場地周邊選擇適當的地點，用挖掘機挖出三個100m3的池子。這三個池子作為排污池，鉆機工作時排出的廢漿將會流入這個池子內進行下一步處理。在池子旁邊安裝排污泵，通過排污將廢棄的液體排放入池中沉淀，蒸發水分。這樣處理污水廢液的方法不受氣候環境影響，而且保證施工工地泥漿能夠盡快排出。排出的泥漿通過三個池子，逐步沉淀，使得鉆孔過程中的碎石，砂礫等顆粒成分充分沉淀，達到水泥分離的效果。在鉆孔工作開展的同時，要用挖掘機定時處理三個池子中的沉淀物。沉淀物經自然蒸發，使水分蒸騰而出，干涸凝固，將固化后的沉淀物轉運至特定位置。分離出的泥漿水在樁基與池子之間，通過聯通管道循環使用。由于化學泥漿可以加快飄浮鉆屑沉降，使得泥漿水的清潔度較高，含砂率低，能夠與混凝土分離開，所以在施工過程中，不用采取第二次清孔作業，提升了施工效率，也降低沉渣厚度，提高成孔質量。與傳統的膨潤土相比，化學泥漿更適合于鉆探作業，其優勢在施工過程中完美地體現出來。由于化學泥漿中含砂率低，大大減少了鉆頭的磨損，也給工地帶來了巨大的經濟價值。

5 化學泥漿的排放要求

化學泥漿是可降解材料，本身不具有毒性，能夠直接排放到自然界中，不會造成環境損害。在化學泥漿排放前僅需做簡單處理，配制5%次氯酸鈉溶液或者3%的過氧化氫溶液，作為氧化劑，在廢液池中加入過量的氧化劑，使泥漿中的化學聚合物充分氧化。通過氧化處理后的化學泥漿是綠色無污染的產品，對環境沒有影響，可以直接排放。

6 結論

化學泥漿是高科技的產物，它具有較強的護壁能力，在鉆探過程中起著不可小覷的作用。結合以往的施工情況，化學泥漿適用于多種類型的土質，無論是卵礫圖，頁巖，還是淤泥砂石，化學泥漿都可以很好的應對。這項優點正好能夠解決礦區地質結構多樣的問題，而且化學泥漿價格便宜，操作過程簡單，耗時較短，可以重復循環利用，降低了施工成本。作為一種具有眾多優點，且綠色環保的材料，值得在鉆探技術領域廣泛推廣應用。

參考文獻

[1] 趙孔坤.化學聚合物泥漿在深水鉆孔樁施工中的應用[J].民營科技，2016（5）：189

[2]王衛彪.化學聚合物泥漿在橋梁旋挖鉆孔樁施工中的應用[J].華東公路.2016，（1）：52-56.