張春江（新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)　喀什　844000）

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新疆贊坎磁鐵礦凍土層鉆探施工方法

張春江
（新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)喀什844000）

摘要我隊(duì)2010年～2011年在海拔4 600 m以上的贊坎磁鐵礦礦區(qū)進(jìn)行鉆探施工。由于礦區(qū)海拔高，施工中所遇問(wèn)題是在永凍地層孔段施工，由于受巖層冰點(diǎn)以下低溫影響，沖洗液循環(huán)過(guò)程中逐漸結(jié)冰渣，并從孔壁結(jié)冰直至將鉆孔凍實(shí)，泥漿沖洗液無(wú)法循環(huán)，鉆具即被凍結(jié)在孔內(nèi)，出現(xiàn)孔內(nèi)凍結(jié)事故，掃冰芯非常困難等。施工初期由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)凍結(jié)事故，致使施工不能正常進(jìn)行。經(jīng)不斷總結(jié)摸索經(jīng)驗(yàn)，目前已基本掌握了凍土層鉆進(jìn)規(guī)律，并總結(jié)出相應(yīng)的一套施工方法，因而后期施工的鉆孔，無(wú)論在鉆探質(zhì)量和效率等方面都得到提高。

關(guān)鍵詞永凍地層孔段施工沖洗液施工方法

1　礦區(qū)概況

礦區(qū)位于西昆侖山系、帕米爾高原東部，塔什庫(kù)爾干塔吉克自治縣東南約80 km，礦區(qū)平均海拔4 700 m，贊坎河由東向西穿過(guò)礦區(qū)，礦區(qū)及區(qū)內(nèi)交通便利。由于受高山氣候影響，每年7～8月大雪天氣為5～8天/月，給野外鉆探施工帶來(lái)了相當(dāng)大的施工難度。

2　礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為古元古界布倫闊勒群（Pt1B）及下志留統(tǒng)溫泉溝群（S1W），地層總體呈單斜產(chǎn)出，總體走向?yàn)楸蔽?00°左右，傾向北東，傾角一般在43°～56°之間，局部地段傾角較陡，可達(dá)60°以上。礦區(qū)西部分布大面積第四系下更新統(tǒng)砂礫石層，沿河谷分布全新統(tǒng)砂礫石。

2.2構(gòu)造

工區(qū)內(nèi)大斷層主要為古元古界布倫闊勒群（Pt1B）與下志留統(tǒng)溫泉溝群（S1W）之間的達(dá)布達(dá)爾東斷裂（F4），該斷裂為一逆斷層，呈北西-南東向延伸，工區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)約3 km。斷層北東側(cè)為古元古界布倫闊勒群（Pt1B），南西側(cè)為下志留統(tǒng)溫泉溝群（S1W）。受斷層影響，地層多被擠壓，小褶曲構(gòu)造發(fā)育，局部地段可見(jiàn)小的層間錯(cuò)動(dòng)。

2.3工程地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)巖石主體為石英片巖和鐵礦層，圍巖（頂、底板）較為堅(jiān)硬，巖石裂隙一般不太發(fā)育，不易掉塊、垮塌，工程地質(zhì)類型屬于較穩(wěn)固型。但是在近地表處巖石發(fā)生強(qiáng)烈物理風(fēng)化作用，在施工過(guò)程中會(huì)發(fā)生局部塌方。因此，在工程施工時(shí)要重視對(duì)穩(wěn)定坡度角的探索，防止塌方和山體滑坡的發(fā)生。

3　施工中的難點(diǎn)

2010年我隊(duì)在該礦區(qū)總共完成8 000余米鉆探任務(wù)，施工效率低，并出現(xiàn)了大量的報(bào)廢孔。該礦區(qū)主要施工難度有以下幾點(diǎn)：

⑴上部5～20 m為覆蓋層，取心困難，易垮孔、坍塌。

⑵進(jìn)入礦層頂板時(shí)有大斷層，漏失嚴(yán)重，漏失量大于2 m3/h。

⑶海拔4 500 m以上為高山凍土層，在凍土層內(nèi)停鉆半小時(shí)以上，孔內(nèi)出現(xiàn)凍結(jié)，易造成孔內(nèi)事故。較長(zhǎng)時(shí)間停鉆，下鉆時(shí)必須花費(fèi)大量時(shí)間掃孔。凍土層造成鉆孔報(bào)廢有以下3個(gè)方面的原因：

①孔內(nèi)出現(xiàn)斷鉆事故、設(shè)備出現(xiàn)故障等原因造成停鉆，1 h以上的停鉆即會(huì)使鉆桿在孔內(nèi)凍死。2010年因?yàn)樯鲜鲈蚬灿?個(gè)鉆孔因鉆桿凍死，造成1 400余米的報(bào)廢進(jìn)尺，直接經(jīng)濟(jì)損失約140余萬(wàn)元。

②9月底礦區(qū)內(nèi)一鉆孔鉆進(jìn)至孔深90余米時(shí)，夜班因下大雪，氣溫下降，在鉆進(jìn)過(guò)成中孔內(nèi)泥漿邊鉆邊凍，因現(xiàn)場(chǎng)處理不及時(shí)，最終造成該孔報(bào)廢。

③出現(xiàn)全孔漏失后，因上部為凍土層，未解決泥漿防凍問(wèn)題，又造成2個(gè)鉆孔無(wú)法鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。

綜合以上原因，我隊(duì)組織技術(shù)力量，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行多次試驗(yàn)，最后提出使用鹽水泥漿防凍方案，頂漏鉆進(jìn)等適合該地層的鉆探工藝。并在2011年的施工中采用，大大的提高了效率，臺(tái)月效率由以前的不到250 m提高近1倍達(dá)到480 m，最高達(dá)到700 m，并成功避免了因孔內(nèi)鉆桿凍結(jié)造成的報(bào)廢。

4　設(shè)備及鉆機(jī)工藝的選擇

4.1設(shè)備

選用XY-44型鉆機(jī)，BW250型泥漿泵。

4.2鉆進(jìn)工藝

上部覆土層采用Φ130合金鉆頭開孔，干燒取心，穿過(guò)覆土層后下入Φ127套管，再用Φ110單管金剛石鉆頭鉆進(jìn)至穩(wěn)定層，下入Φ108套管，改用Φ77金剛石繩索取心鉆進(jìn)至終孔。

導(dǎo)管下入時(shí)，有可能進(jìn)入凍土層，要求在套管外壁涂抹融化后的瀝青，并做好底部止水。防止導(dǎo)管在孔內(nèi)凍結(jié)。

5　施工工藝

5.1泥漿方案

在海拔4 500 m以上的鉆孔都會(huì)穿過(guò)凍土層，一般需要穿過(guò)厚度在100～300 m之間，泥漿主要性能必須滿足三個(gè)方面的要求：低凝固點(diǎn)（防凍）、增粘、降失水。我隊(duì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的多次試驗(yàn)，選擇以下兩種泥漿配方方案：

方案A:1 000 mL（H2O）+8‰（SW）+5‰（PAC-141）+ 0.5‰（NaOH）+5%（NaCl）+1%（TRH）。

方案B:1 000 mL（H2O）+8‰（SW）+5‰（PAC-141）+ 0.5‰（NaOH）+10%（NaCl）+1%（TRH）。

表1　泥漿性能一覽表

以上兩種泥漿配方根據(jù)不同的時(shí)間段使用。7～8月份地表氣溫較高，選擇A配方；6月、9月地表氣溫較低選擇B配方。根據(jù)不同的地表氣溫適當(dāng)?shù)恼{(diào)整NaCl含量。鉆進(jìn)時(shí)觀察孔內(nèi)返回泥漿，有無(wú)冰渣出現(xiàn)，測(cè)量泥漿溫度，根據(jù)以上結(jié)果適當(dāng)?shù)恼{(diào)整NaCl含量。

5.2鉆進(jìn)技術(shù)參數(shù)

Φ130合金鉆頭干燒取心：鉆壓1～3 kN，轉(zhuǎn)速50～150 r/min；Φ110單管金剛石鉆頭鉆進(jìn):鉆壓2～8 kN，轉(zhuǎn)速150～350 r/min，泵量30～60 L/min，工作泵壓0.2～0.6 MPa；Φ77金剛石繩索取心鉆進(jìn)：鉆壓9～15 kN，轉(zhuǎn)速280～700 r/min，泵量40～70 L/min。

5.3堵漏與頂漏鉆進(jìn)

穿過(guò)凍土層鉆進(jìn)至礦層頂板時(shí)，出現(xiàn)斷層。一般厚度為5～20 m，該層漏失嚴(yán)重，漏失量大于2 m3/ h。根據(jù)實(shí)際情況采用了以下兩種方式：

5.3.1堵 漏

漏失量小于3 m3/h的鉆孔采用堵漏鉆進(jìn)。根據(jù)以往在該礦區(qū)的鉆探經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)鉆孔只存在這樣一個(gè)大漏失層。堵漏采用803大裂隙隨鉆堵漏劑。因上部有凍土層，堵漏泥漿必須按配方要求配置。如果長(zhǎng)時(shí)間泥漿返不出空口，必須提出大鉆，防止孔內(nèi)鉆桿凍結(jié)。再?gòu)目卓诘谷胍欢慷侣┎牧?，堵漏材料?03、植物膠、棉籽殼、膨潤(rùn)土、鋸末、麻繩、NaCl加水?dāng)嚢璩沙砗隣?，并用鹽水泥漿壓入孔底，靜置3～5 h，下入鉆桿用小泵量掃孔，當(dāng)泵壓上升時(shí)開正常泵量低速鉆進(jìn)，直至孔口返回泥漿。

5.3.2頂漏鉆進(jìn)

漏失量過(guò)大，漏失量大于3 m3/h，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，堵漏效果不好，一是時(shí)間長(zhǎng)，需反復(fù)按堵漏鉆進(jìn)方式處理，而且泥漿漏失仍然嚴(yán)重；二是成本高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度增加。分析以上原因，我們采取頂漏鉆進(jìn)方式。頂漏鉆進(jìn)時(shí)上部鉆桿外部涂抹黃油、廢機(jī)油做潤(rùn)滑劑，減小鉆桿與孔壁之間的摩擦。因頂漏鉆進(jìn)容易出現(xiàn)糊鉆、燒鉆等事故，在實(shí)際施工過(guò)程中特別強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：⑴確定漏失層位置，計(jì)算泥漿到達(dá)孔底需求量。必須保證泥漿到達(dá)鉆頭底部才能開鉆；⑵上部鉆桿的潤(rùn)滑必須做到位；⑶當(dāng)孔內(nèi)負(fù)荷增大時(shí)，必須提鉆進(jìn)行檢查，是上部潤(rùn)滑問(wèn)題，還是孔底鹽粉過(guò)重等造成孔內(nèi)負(fù)荷加大，并分別解決，保證孔內(nèi)穩(wěn)定的負(fù)荷。

6　施工中的注意事項(xiàng)

⑴因?yàn)榈V區(qū)的特殊性，7～8月的大雪，凍土層的影響等原因，要求連續(xù)施工，不得停鉆。必須保證機(jī)場(chǎng)的防雪性較好，夜班和大雪天的取暖。

⑵在頂漏鉆進(jìn)時(shí)不得使用清水鉆進(jìn)，必須保持上述泥漿配方。

⑶隨時(shí)觀察孔口泥漿的返回情況，并測(cè)定泥漿溫度，確?？變?nèi)不出現(xiàn)冰凍情況。

7　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)方案的改進(jìn)和機(jī)場(chǎng)認(rèn)真執(zhí)行施工中的注意事項(xiàng)，在2011年的鉆探施工過(guò)程中再未出現(xiàn)孔內(nèi)鉆桿凍死因而報(bào)廢的鉆孔，整個(gè)礦區(qū)完成了18 000余米的鉆探任務(wù)，較好的完成了鉆探施工任務(wù)。

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收稿：2016-03-10

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.018