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          探礦工程在線 > 正文

          馬坑外圍礦區ZK7924孔施工難點及對策

          發布時間:2013年05月16日
          來源:《探礦工程(巖土鉆掘工程)》,2011年第9期

           

          馬坑外圍礦區ZK7924孔施工難點及對策

           

          彭金灶

          (福建省第八地質大隊地勘公司,福建龍巖 364000

           

          摘要:重點介紹馬坑外圍礦區ZK7924鉆探技術難點,闡述了沖洗液、護壁堵漏、相關技術參數及水泥漿替水量的計算方法,順利完成該鉆孔的施工。

          關鍵詞: 鉆探;取心方法;護壁堵漏;水泥漿;替水量

           

          1  工程概述

          1976年下半年至19803月,由我隊承擔完成馬坑鐵礦西礦段鉆探施工任務,共完工鉆孔129個,完成鉆探進尺82853.27m,最高開動鉆機17臺??辈殂@探表明,地質構造復雜,施工難度大,主要表現為:褶皺兩翼易斜,褶皺軸部巖性較為破碎,取心困難;斷層破碎嚴重,取心困難,在擠壓剪切嚴重孔段,巖性呈軟泥狀存在,怕沖洗液沖刷,孔壁極為不穩,斷層產狀陡時,情況更為嚴重,部分鉆孔斷層嚴重漏失,造成鉆孔護孔困難。

          針對以上情況,2010年承擔馬坑外圍鐵礦勘查任務后,公司領導高度重視,成立了專項工作組,精心組織施工人員,調度設備、材料,充分做好施工前的各項準備工作,在鉆孔結構優化設計、取心方法及護壁堵漏措施等方面都做好了充分的準備,積極應對復雜局面,及時采取相應措施,但仍然存在諸多問題,現就ZK7924孔施工難點及對策簡述如下。

          1.1  礦區概況

               馬坑外圍礦區ZK7924孔鉆探工程位于龍巖市馬坑村,地理劃屬閩西山地博平嶺山脈的中段山嶺地帶,地貌上屬構造侵蝕地形,主要為山嶺及部分丘陵、谷地。ZK7924孔位于標高+500m,設計孔深1350m,設計傾角90°,見礦深度1256~1290m。于 2010 7 28曰開孔,201144日終孔,孔深1002.21m,穿過標志層花崗巖約37m,未見礦層提前終孔。

          1.2  地質情況及巖石可鉆性

             鉆孔巖性自上而下為:075.29m,風化泥巖、砂巖、石英砂巖;75.29198.70m,砂質泥巖、泥巖、砂巖;198.70210.22m  構造角礫巖;210.22532.38m  砂質泥巖、粉砂質泥巖、細砂巖、粉砂巖;532.38563.87m,風化輝綠巖、灰白色構造角礫巖;563.87590.72m,無巖心;590.72597.89m,灰褐色透輝石、矽卡巖;597.89643.30m,硅質灰巖、矽卡巖、輝綠巖;643.30684.61m   無巖心;684.61699.26m,含燧石灰巖;699.26720.42m,無巖心;720.42890.26m ,含泥質碎裂灰巖、矽卡巖、輝綠巖、中細?;◢弾r;890.26909.55m   溶洞;909.55911.45m,灰白色碎裂灰巖;911.45927.48m,溶洞;927.48965.87m ,角礫巖、花崗斑巖、石英脈、砂質礫巖;965.871002.21m  肉紅色中粗粒黑云母花崗巖。

            巖層可鉆性一般在16級;部分為硅質巖,含石英脈達1012級,巖石可鉆性級別跨度大。

          1.3  技術難點

          1)無膠結性碎石的取心問題,采用普通繩索取心或單動雙管鉆進均無法取上巖心或采取率較低。

          2)全孔地層較復雜,順著斷層施工,地層為碎石、泥包石和高嶺土等,膠結性差,孔壁易坍塌。

          3)深孔灌注水泥漿替水準確性計算及掃水泥方法。

           

          2  施工設備的選擇

              依據鉆孔設計孔深及終孔口徑,結合我隊現有裝備情況選用主要設備:XY5型鉆機(配55kW電動機);SG23型鉆塔; BW250型泥漿泵(配15kW電動機); SJ1500型絞車(配5.5kW電動機)

           

          3  鉆進工藝

          3.1  鉆孔結構

          依據鉆孔柱狀圖,地層分布情況及以往施工經驗,結合當前先進的鉆進工藝和優質泥漿護壁堵漏技術,鉆孔結構設計:077.29m,Φ150mm/Φ146mm;77.29213.96m,Φ130mm/Φ127mm;213.96324.59m,Φ110mm/Φ108mm;324.59723.47m ,Φ95mm/Φ89mm;723.471002.21m,Φ77mm。

          3.2  取心方法

          1)上部覆蓋層較厚,用Φ110mm單動雙管取心或無泵鉆進取心。

          2)完整或破碎地層采用單動雙管或繩索取心,均能滿足規范要求。

          3)地層為破碎無膠結性的碎石或無膠結性的流砂層、泥包石等,采用多功能孔底反循環單動雙管取心技術,取得了較好的效果。

          多功能孔底反循環鉆具見圖1。

          1  多功能孔底反循環鉆具

              在孔深400419.40m,及孔深419.40530.20m,采用繩索取心與多功能孔底反循環單動雙管取心效果對比,繩索取心采取率20.5%,多功能孔底反循環采取率75%。取上巖心見圖2。

          2  多功能孔底反循環鉆進取心效果

          3.3  沖洗液及護壁堵漏

          不同地層選用的泥漿類型:

          1)開孔至77.29m,為表土覆蓋地層,巖性多為粘土、砂、碎石,孔壁缺乏膠結物質,遇水不穩定易坍塌,宜使用優質泥漿護壁,泥漿配方為:1m3清水+100150kg鈉膨潤土+36kg燒堿+56kg纖維素+56kg植物膠。

          277.29213.96m,為砂巖、泥巖交替出現,地層相對穩定,采用無固相PAM沖洗液起懸浮與排粉作用。

          3213.96324.59m,其中多層破碎帶、泥包石,采用無固相PAM沖洗液或水泥護孔。

          4342721.47m,地層為碎石、砂、泥包石,膠結性差,孔壁坍塌厲害,采用優質泥漿護壁,取得滿意效果。

          通過使用高分散度泥漿,增加泥漿中的粘土含量,加入有機聚合物或無機增粘劑等措施,提高泥漿粘度,增加井壁松散顆粒之間的膠結力。另外,對于有一定膠結性的松散地層,為防止泥漿中的自由水侵入孔壁地層而沖蝕膠結物,加入一定量的降失水劑(纖維素)。

          泥漿配方:1m3水+62.5kg鈉膨潤土+23kg燒堿+35kg植物膠+35kg纖維素。

          性能:密度1.07 g/cm3,粘度32 s,失水量18 mL/30min,pH9。

          5723.47844.16m   地層相對完整,孔壁穩定,采用無固相PAM沖洗液。

          6844.161002.21m,多層地層為易坍塌或無巖心,為維護孔內原有壓力平衡狀態,提高泥漿密度,采用高固相泥漿護壁。

          7)水泥護壁

             地層坍塌到一定程度,單純的固相泥漿已無法滿足護壁要求,這時采用水泥漿固結護壁。在該孔施工中,孔深218.41277.68m,地層破碎,裂隙發育,出現掉塊坍塌現象,采用水泥固結,取得良好效果。390438.28m,地層為碎石、泥包石等,出現嚴重孔壁坍塌,采用水泥漿固結護孔,效果仍然不錯,但掃水泥時操作不當、速度過快,孔內水泥渣多,循環時間不夠,出現嚴重的埋鉆事故,經處理后,孔內殘留Φ95mm鉆具外管一套4.72m及Φ89mm繩索取心鉆桿51.34m,共計56.06m。

          3.4  灌注水泥漿替水量計算及掃水泥方法

          3.4.1  灌注水泥漿的替水量計算

              灌注水泥漿護壁時,采用水泵注漿法灌注,注漿完畢應立即替入清水。替漿量應力求適當,將漿液壓送到預定位置而又不被稀釋,才能確保注漿成功。替水量就按要求進行計算。

          3.4.2  掃水泥方法

          該孔用Φ95mm繩索取心鉆具自孔深324.59m鉆進至438.28m時,因孔壁嚴重坍塌,采用優質泥漿起不到護壁效果,故用水泥固結法護壁,在孔深438.28m處灌注水泥10包,掃水泥剩1.5m時,換繩索取心鉆具掃孔,沖孔循環工作不夠,下入鉆具時,因孔內水泥渣過多,把Φ95mm繩索取心鉆具埋掉,經過多種方法處理,孔內殘留繩索取心鉆桿51.34m及鉆具4.72m,共計56.06m?,F孔內阻力大,無法繼續處理,經研究決定,選擇地層較軟的炭質泥巖,(孔深350360m),用水泥固結法,形成硬、軟級差較大,并用小一口徑短鉆具,較大壓力鉆進法,先偏出新孔,然后在鉆具下端帶導向擴孔。本孔自344m開始用Φ77mm單動雙管鉆具掃水泥,自358m偏出新孔,沿新孔繼續鉆進6m左右,取出完整巖心,用Φ95mm鉆具帶Φ75mm導向擴孔,順利偏出新孔。

          總結本次事故的經驗教訓,以更好地指導該礦區后續鉆孔的施工。

          1)掌握好候凝時間。侯凝時間不能太短,否則水泥石強度不足,掃孔易脫落而影響護壁堵漏效果。侯凝時間也不宜過長,否則,水泥石強度高,重新通孔時間長,且易偏孔。最好稍提前一點用小一級口徑透穿,繼續侯凝一段時間后,用原徑掃孔。

          2)掃孔措施要得當。掃孔鉆具長度與原粗徑鉆具相近,上端宜帶導正。若已透小眼,可在鉆具下端帶導正。掃水泥時應輕壓、慢轉、較大泵量,鉆速快時適當控制鉆壓,金剛石鉆進掃水泥,不宜用泥漿,可用清水或無固相PAM沖洗液,每掃一根單根后,要慢轉沖孔5min 左右,提鉆加桿。發現進尺異常要提鉆檢查。下鉆要平穩,防止碰撞孔壁。

           

          4  幾點認識

              1)合理的鉆孔結構是保證正常施工的重要條件。本礦區在進入灰巖地層之前,地層較復雜、破碎、裂隙發育,孔內掉塊、坍塌時有發生。所以盡量采用較大口徑施工,而進入灰巖100m以內,溶洞較發育,部分溶洞有充填物,必須用套管隔離,所以進入灰巖100m左右,盡量用Φ95mm口徑施工,確保順利完工。

              2)馬坑礦區地層復雜,鉆孔護壁是關鍵,不同配方的優質泥漿是保證正常施工的前提。特別是進入灰巖之前,必須確保全孔返水,施工過程,根據漏失量大小,可采用堵漏劑堵漏、水泥固結法及套管堵漏,這樣才能保證泥漿性能,確保護壁成功。

              3)復雜地層取心目前較理想取心方法之一是采用多功能孔底反循環單動雙管鉆進取心,確保巖心采取率。為了減輕工人勞動強度,研制SYZX95繩索取心液動錘反循環取心工藝。

           

          5  結語

          鉆探施工技術帶有很強的實踐性,通過對馬礦外圍礦區ZK7924孔鉆探難點及技術對策的總結,對該礦區以后的鉆探施工具有技術指導作用,給其他礦區的施工提供良好借鑒作用,更好的服務于“圍礦找礦、攻深找盲”的地質調查工作。

           

          參考文獻:

          [1]  烏效鳴等編著,鉆井液與巖土工程漿液,中國地質大學出版社:2007.8

          [2]  王英等,大口徑煤礦應用井施工技術難點及應對措施,探礦工程,2010.12

          [3]  王扶志等編著,地質工程鉆探工藝與技術,地質出版社,2010.10

          [4]  李志忠編著,鉆探工藝學【M】,北京地質出版社,1989

          [5]  劉廣志主編,金剛石鉆探手冊【M】,地質出版社,1989.12

           

          作者簡介:彭金灶(1964—),男(漢族),福建人,福建省第八地質大隊地勘公司總工程師,高級工程師,鉆探工程專業,從事探礦工程技術工作,福建龍巖市。

          [責任編輯:dww]

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