鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝在上杭碧田礦區的應用

袁樹珍

摘 要：礦區勘探鉆孔一般布設在地質構造發育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區地質特征

閩西上杭碧田礦區有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區內。礦區構造格局形成于燕山晚期，區內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區內巖體破碎，應力中心甚至出現構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現象非常嚴重，在鉆進中極易發生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數

3.1 確定注漿量

根據巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數，根據孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環節。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確保孔底和注漿孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止漿液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：礦區勘探鉆孔一般布設在地質構造發育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區地質特征

閩西上杭碧田礦區有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區內。礦區構造格局形成于燕山晚期，區內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區內巖體破碎，應力中心甚至出現構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現象非常嚴重，在鉆進中極易發生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數

3.1 確定注漿量

根據巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數，根據孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環節。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確?？椎缀妥{孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止漿液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕

摘 要：礦區勘探鉆孔一般布設在地質構造發育的破碎帶上，很多鉆孔由于孔內遇到破碎巖層、蝕變帶產生坍塌、漏漿、掉塊，導致卡鉆、燒鉆等事故發生。經過多年的實踐和探索，總結出了切實可行的護壁堵漏工藝，有效地解決了復雜地層鉆探中遇到的施工難題，并取得了良好的成果，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。

關鍵詞：礦區；鉆孔；護壁堵漏工藝；注漿方法

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0105-02

1 礦區地質特征

閩西上杭碧田礦區有金、銀、銅等多種金屬礦床。該礦區位于閩西南拗陷帶和閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位，著名的政和—大埔北東向斷裂帶和永安—晉江北西向斷裂帶貫穿交匯于區內。礦區構造格局形成于燕山晚期，區內廣泛出露侏羅紀酸性、中酸性火山巖，燕山期酸性、中酸性侵入巖和動力變質巖，也有少許的喜山期基性巖脈產出。地質構造的頻繁活動雖然提供了較好的成礦條件，但也造成了區內巖體破碎，應力中心甚至出現構造泥等松軟地層。成礦帶主要分布在深度為450～600 m的蝕變破碎帶中，厚度100～150 m，主要巖性為安山巖、花崗質碎裂巖等。

2 注漿方法的選擇和原理

2.1 選擇注漿方法

由于上杭碧田礦區處于閩西拗陷帶、閩東火山斷陷帶兩大構造單元的夾持部位和政和—大埔北東向斷裂帶、永安—晉江北西向斷裂的交匯處，蝕變破碎帶厚度大，裂隙發育，地下水活動頻繁，巖層破碎，膠結程度差，坍塌、漏失、掉塊現象非常嚴重，在鉆進中極易發生埋鉆、燒鉆、卡鉆等事故，因此，護壁堵漏工藝的選擇顯得尤其重要。經過多年的實踐比較和探索，采用水泵注漿護壁堵漏工藝效果較好，有效地解決了在坍塌、漏漿、掉塊等復雜地層鉆探中遇到的施工難題，確保了在厚大破碎巖層中鉆探施工的順利進行。此方法施工簡便、易行，利用機臺原有的設備即可完成，無需特殊設備和工具。

2.2 注漿原理

用水泵把按配方配好的水泥漿通過鉆桿注入鉆孔內，再用適量的替漿水將水泥漿液壓入受注孔段，使其進入坍塌、漏失孔段，膠結破碎巖塊、充填裂隙。利用水泥漿的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂巖塊與巖層膠結為一體，最終達到護壁堵漏的目的。

3 選擇合理的注漿參數

3.1 確定注漿量

根據巖層破碎坍塌程度、孔隙度、含水層特征、需注漿孔段長度等因素確定注漿量。注漿量可用以下公式來表示。

Q漿=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q漿——所需水泥漿液量，m3；

r——需灌注孔段的半經，m；

L——需灌注孔段的長度，m；

K——系數，根據孔隙度、坍塌程度和經驗確定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 確定配方

根據需灌注孔段的長度、孔深、注漿量等因素，確定初、終凝時間，通過室內試驗確定漿液配方。

水泥選用普通硅酸鹽或復合硅酸鹽水泥，水灰比一般取0.5～1.5，選取水玻璃、食鹽、三乙醇胺為速凝劑，根據實際情況可選取一種或多種進行添加。速凝劑添加總量為水泥質量的1%～3%，其添加量應根據室內試驗配方嚴格控制。添加量過小，漿液初凝時間長，擴散比較遠，造成浪費；添加量過大，漿液初凝時間短，可能會造成堵管。

3.3 確定替漿量

鉆孔水泥注漿替漿量的確定是鉆孔護壁堵漏中極其重要的環節。替漿量誤差過大，致使水泥漿液被稀釋破壞或封堵位置不準導致注漿失敗。替漿量可用公式表示為：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替漿量，L；

K——系數，一般取0.8～1，淺孔取小值，深孔取大值；

L——鉆孔孔底深度，m；

l——孔內靜止水位，m；

q——每米鉆桿內容積，L/m；

Q地——地面管路容積，L。

4 做好灌注前的準備工作

灌注前的準備工作分以下幾步：①根據試驗配方確定水泥、速凝劑種類，并根據注漿量備好足量的水泥、速凝劑等。②檢修好鉆機、水泵、攪拌機等注漿設備和附屬設施，確保注漿的順利完成。③丈量鉆具，校正孔深，測量孔內靜止水位。④沖孔。沖洗孔內巖粉，確?？椎缀妥{孔段清潔干凈。

5 注漿

5.1 注漿作業

在注漿前將鉆桿下至距孔底0.5 m左右處，泵入清水檢查注漿管路是否暢通。注漿過程中時刻監控水泵壓力表。如果壓力表升壓緩慢、勻速，說明注漿管路暢通，注漿正常；如果壓力表出現指針突升情況，說明可能是堵管或受注層裂隙小或孔壁坍塌，立即判斷原因，采取處理措施后，才可繼續注漿。注漿結束前，按事先計算好的替漿量壓入清水。替漿完成后立即提鉆，同時清洗鉆桿、水泵和注漿管路。

5.2 注漿技術要求

注漿過程中，有以下一些技術要求：①如果受注段裂隙較大，為防止漿液漏失嚴重，可在注漿前預先投入惰性材料進行充填，下鉆擠壓后再注漿。②注漿必須一次完成，以防水泥漿斷開或被稀釋。③在注漿過程中，應慢速回轉鉆具，防止卡鉆或漿液與鉆具粘連。④提鉆時，速度要慢，防止因過快而發生抽吸作用造成注漿失敗。⑤在提鉆過程中，為保證孔內壓力平衡，應及時在孔內灌注清水。

6 掃孔

應掌握合適的養護時間。時間過短難以達到水泥漿初凝強度，護壁堵漏效果不理想；時間過長，水泥漿初凝強度高，掃孔時容易跑偏。一般在24 h后掃孔。掃孔時，操作人員應合理選擇鉆進參數，輕壓、慢鉆、勤提動，防止堵鉆。掃孔后應做壓水試驗，檢查護壁堵漏效果。

7 結束語

通過多年的實踐與探索，在破碎、坍塌、漏失、掉塊等復雜地層鉆進，采用鉆孔水泥注漿護壁堵漏工藝與其他護壁堵漏方法相比更加可靠、有效、經濟。但在實際施工中，由于操作人員鉆進參數選擇不合理，沒有掌握合適的鉆進和護壁堵漏時間節點，對護壁堵漏時點控制不夠理想，導致埋鉆、卡鉆、燒鉆等孔內事故發生。再加上對孔內情況判斷時有偏差，注漿參數的選擇不盡合理，沒有嚴格控制水灰比、速凝劑添加量、注漿量、替漿量等參數，極易導致堵管、水泥漿液被稀釋，致使一次性注漿成功率不高。有時需重復注漿。這樣既增加了鉆探成本，又延誤了工期，在今后的工作中還有待于進一步的探討、改進。

參考文獻

[1]張成德.注漿護壁堵漏工藝在深孔巖芯鉆探中的應用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪濤.云南某礦區復雜地層深孔巖芯鉆探關鍵技術應用研究[D].北京：中國地質大學，2013.

〔編輯：劉曉芳〕