劉小兵，馮張生，張航飛，楊永興，張 瑩

(中陜核工業(yè)集團(tuán)二一八大隊(duì)有限公司，陜西 西安 710100)

目前，鈾礦山退役治理主要集中在坑口、淺(豎)井、廢(礦)石、探槽、坑道水[1-2]等方面，坑口、廢(礦)石、探槽治理工藝已基本成熟[3]；坑道水采取封堵坑(井)口或鉆孔，及切斷坑道水徑流通道的治理措施[4]。

鉆探作為鈾礦地質(zhì)勘探的常用手段，在鉆探過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鉆探工程廢水、鉆井泥漿、洗井水、鈾超標(biāo)地下水等污染，其中鉆探工程廢水、鉆井泥漿、洗井水通過(guò)采用相關(guān)工藝處理，可達(dá)到輻射環(huán)境保護(hù)的要求[5-7]；而對(duì)鉆孔揭穿鈾超標(biāo)地下水的輻射環(huán)境保護(hù)要求和治理工藝研究較少。鈾超標(biāo)地下水是指鉆孔揭穿地下水后，由于鉆孔溝通了鈾超標(biāo)地下水和地表水之間的水力聯(lián)系，鈾超標(biāo)地下水通過(guò)鉆孔圍巖裂隙補(bǔ)給鉆孔周圍的泉水或地表水，使泉水或地表水鈾濃度超出了《鈾礦冶輻射防護(hù)和輻射環(huán)境保護(hù)規(guī)定》(GB 23727—2020)的排放要求(50 μg·L-1)。

該類源項(xiàng)數(shù)量大，隨著綠色勘查和綠色礦山建設(shè)的推進(jìn)，其必將成為輻射環(huán)境治理的重要源項(xiàng)之一。依托某鈾礦床詳查退役治理工程，對(duì)該類源項(xiàng)采用鉆孔帶壓注漿治理工藝進(jìn)行工程試驗(yàn)，研究鉆孔帶壓注漿治理工藝參數(shù)及治理效果。

1 試驗(yàn)區(qū)鉆孔水特征

1.1 試驗(yàn)區(qū)選擇

某鈾礦床詳查退役治理的源項(xiàng)主要由勘查坑道、廢石廢渣、鉆孔、水冶試驗(yàn)設(shè)施組成，本次選取的鉆孔帶壓注漿治理工藝試驗(yàn)區(qū)位于該退役治理工程?hào)|面，試驗(yàn)區(qū)除分布12個(gè)勘查鉆孔外無(wú)其他鈾礦勘查工程，試驗(yàn)區(qū)治理源項(xiàng)位置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)區(qū)治理源項(xiàng)位置示意圖

1.2 試驗(yàn)區(qū)鉆孔水特征

試驗(yàn)區(qū)ZK3602鉆孔水頭高+0.8 m、涌水量0.140 L·s-1，ZK5603鉆孔水頭高+0.4 m、涌水量0.104 L·s-1，其余10個(gè)鉆孔靜水位-0.4～-52.0 m。ZK2801等5個(gè)鉆孔堵塞，透孔時(shí)注入清水，未取靜水位處的水樣分析鈾濃度；ZK2804等7個(gè)鉆孔的靜水位處水樣的鈾質(zhì)量濃度為66～483 μg·L-1(表1)。

表1 試驗(yàn)區(qū)鉆孔水特征

2 鉆孔帶壓注漿工藝

2.1 鈾超標(biāo)地下水成因

試驗(yàn)區(qū)偉晶花崗巖脈，既是含礦地質(zhì)體、又是主要的地下水賦存地質(zhì)體，具有含礦地質(zhì)體與地下水賦存地質(zhì)體同體的特征[8]。大氣降水是地下水的唯一補(bǔ)給來(lái)源，大氣降水在滲入巖石過(guò)程中會(huì)溶解流經(jīng)地質(zhì)體中的鈾元素，形成鈾超標(biāo)地下水，鈾超標(biāo)地下水鈾濃度與流經(jīng)的地質(zhì)體鈾元素含量成正比[9]。鉆孔施工后，鈾超標(biāo)地下水通過(guò)鉆孔圍巖裂隙補(bǔ)給勘查區(qū)地表水，形成放射性環(huán)境污染源項(xiàng)[10]，試驗(yàn)區(qū)36線水文地質(zhì)如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)區(qū)36線水文地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.2 鉆孔注漿位置

依據(jù)礦床鈾超標(biāo)地下水成因，①礦化偉晶花崗巖脈是位于鉆孔最底部的礦化巖石[11]，鉆孔封堵位置為孔口至①礦化偉晶花崗巖脈底板以下10 m處(圖2)。

2.3 鉆孔帶壓注漿治理工藝

治理工藝包括透孔、鉆孔壁圍巖刷洗和沖洗、下止?jié){塞、注漿、質(zhì)量檢查等工序，如圖3所示。

圖3 鉆孔帶壓注漿治理工藝流程

2.3.1 透孔

按鉆孔孔口坐標(biāo)測(cè)定孔位，在測(cè)定的孔位處剝開(kāi)地表覆蓋物找到鉆孔口；根據(jù)鉆孔的傾角、方位角、孔口附近軸跡線等參數(shù)安裝鉆機(jī)，鉆進(jìn)3～5 m后在孔口安裝套管，套管四周用速干水泥密封固定；采用導(dǎo)向鉆桿或錐形鉆頭輕壓慢鉆，中等泵量，直至透孔。在透孔受阻且不能判斷受阻原因時(shí)，為防止透偏應(yīng)取芯驗(yàn)證。

2.3.2 鉆孔壁圍巖刷洗和沖洗

鉆孔透到設(shè)計(jì)位置后，先用纏繞鋼絲的鉆具反復(fù)刷洗孔壁使圍巖裂隙徹底暴露；再用高壓水從孔底向孔外將孔內(nèi)的泥皮、巖屑、泥沙等充填物沖出，并通過(guò)高壓水沖洗疏通鉆孔壁圍巖裂隙，在回水清澈后繼續(xù)沖洗10 min。沖洗壓力一般為注漿壓力的80%；若注漿壓力大于1.0 MPa，則沖洗壓力取1.0 MPa。

2.3.3 下止?jié){塞

在鉆桿底部連接止?jié){塞，將其送至設(shè)計(jì)位置，待海帶膨脹后(試驗(yàn)確定海帶膨脹時(shí)間)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，松脫鉆桿[12]。

2.3.4 注漿

該礦床巖石裂隙不發(fā)育，采用泥漿泵將1∶1(質(zhì)量比)的水泥漿注入孔內(nèi)。

2.3.4.1 注漿工藝

將保壓裝置安裝在孔口套管上，通過(guò)鉆桿從孔底往上進(jìn)行注漿。在注漿過(guò)程中，應(yīng)一邊注漿一邊提升鉆桿。在提升鉆桿時(shí)，應(yīng)注意與提升鉆桿相協(xié)調(diào)，確保鉆桿始終處于漿液面以下3～5 m的位置，防止產(chǎn)生漿體虛脫。當(dāng)漿液面到達(dá)孔口并出現(xiàn)溢漿時(shí)，繼續(xù)注漿5 min后關(guān)閉保壓裝置上的溢流閥門(mén)，結(jié)束常壓注漿。

為了克服承壓水頭的壓力，并使?jié){液擴(kuò)散至裂隙中的較遠(yuǎn)處，確保鈾超標(biāo)水的治理效果，需要進(jìn)行帶壓注漿。關(guān)閉保壓裝置上的溢流閥門(mén)后繼續(xù)注漿，觀察保壓裝置上的壓力表。當(dāng)注漿壓力保持10 min不上升時(shí)，應(yīng)加大漿液濃度繼續(xù)注漿，直到壓力至1.5 MPa，穩(wěn)定5 min后關(guān)閉保壓裝置閘閥，達(dá)到鉆孔和孔壁圍巖裂隙中的漿體飽滿的目的。

2.3.4.2 注漿中斷處置

出現(xiàn)注漿中斷時(shí)，應(yīng)盡可能縮短中斷時(shí)間，及早恢復(fù)注漿?；謴?fù)注漿時(shí)，如吃漿量與中斷前相近，則采用中斷前的漿液濃度；如吃漿量比中斷前減少20%以下，則漿液濃度由濃變稀繼續(xù)注漿；當(dāng)吃漿量達(dá)到中斷前的吃漿量時(shí)，恢復(fù)至中斷前的漿液濃度。中斷時(shí)間超過(guò)30 min，需要待漿液凝固后重新透孔、刷洗鉆孔、注漿。

2.3.5 質(zhì)量檢查

質(zhì)量檢查必須保證：1)鉆孔透孔、止?jié){塞安裝達(dá)到設(shè)計(jì)位置，鉆孔壁刷洗和鉆孔高壓沖洗至鉆孔壁圍巖裂隙完全疏通；2)施工前進(jìn)行水泥漿配比早強(qiáng)試驗(yàn)，注漿材料經(jīng)檢測(cè)合格后才能使用；3)制漿材料稱量誤差小于5%；漿液采用機(jī)械拌制，保證攪拌均勻；漿液溫度保持在5～40 ℃；4)上一道工序經(jīng)過(guò)“三檢”合格后，方可進(jìn)行下一道工序。

3 治理效果

依據(jù)試驗(yàn)區(qū)泉水和地表水系分布情況，布置SQ1、SQ2泉水治理效果觀測(cè)點(diǎn)，在試驗(yàn)區(qū)上下游布置SG1、SG2地表水系治理效果觀測(cè)點(diǎn)(圖1、圖2)，同時(shí)對(duì)巖石鉆孔治理前后的孔口涌水情況進(jìn)行對(duì)比。

3.1 泉水治理效果

3.1.1 SQ1泉水

SQ1泉水位于試驗(yàn)區(qū)東側(cè)的36線和32線間的小溝谷中，主要由ZK3601、ZK3602、ZK3201、ZK3203鉆孔所在位置的地下水補(bǔ)給(圖1、圖2)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)表明，鉆孔治理前SQ1泉水鈾質(zhì)量濃度為199～401 μg·L-1；治理后枯水期泉水干涸，豐水期泉水鈾質(zhì)量濃度為2.4～7.8 μg·L-1。

3.1.2 SQ2泉水

SQ2泉水位于試驗(yàn)區(qū)東側(cè)48線附近梯田地中，由主溝谷溪水和ZK4801、ZK4805鉆孔水補(bǔ)給(圖1)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)表明，SQ2泉水鈾質(zhì)量濃度由鉆孔治理前的127～171 μg·L-1降至治理后的64～128 μg·L-1。

3.2 地表水治理效果

SG1觀測(cè)點(diǎn)位于試驗(yàn)區(qū)上游，SG2觀測(cè)點(diǎn)位于試驗(yàn)區(qū)下游(圖1)。若同一觀測(cè)時(shí)間的上、下游觀測(cè)點(diǎn)水中的鈾質(zhì)量濃度差值越大，則表示試驗(yàn)區(qū)補(bǔ)給地表水中的鈾元素越少、治理效果越明顯。試驗(yàn)區(qū)鉆孔水治理前后SG1、SG2觀測(cè)點(diǎn)水中鈾質(zhì)量濃度觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，治理前二者差值為81～161 μg·L-1，治理后二者差值為148～258 μg·L-1。治理后的鈾質(zhì)量濃度差值明顯大于治理前的差值，治理效果顯著。

表2 治理前后地表水觀測(cè)點(diǎn)鈾質(zhì)量濃度

3.3 孔口涌水治理效果

試驗(yàn)區(qū)的ZK3602鉆孔、ZK5603鉆孔治理前孔口有涌水，治理后鉆孔孔口周圍不再涌水。

4 結(jié)論

通過(guò)加強(qiáng)質(zhì)量管理，確保鉆孔壁圍巖刷洗和清水反沖、注漿等工序的施工質(zhì)量，并控制適宜的注漿工藝參數(shù)，采用鉆孔帶壓注漿工藝可使?jié){液充分?jǐn)U散至鉆孔壁圍巖裂隙中，能有效治理鉆孔揭穿鈾超標(biāo)地下水造成的水環(huán)境污染問(wèn)題。