钻孔水泥注浆护壁堵漏工艺在上杭碧田矿区的应用

袁树珍

摘 要：矿区勘探钻孔一般布设在地质构造发育的破碎带上，很多钻孔由于孔内遇到破碎岩层、蚀变带产生坍塌、漏浆、掉块，导致卡钻、烧钻等事故发生。经过多年的实践和探索，总结出了切实可行的护壁堵漏工艺，有效地解决了复杂地层钻探中遇到的施工难题，并取得了良好的成果，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。

关键词：矿区；钻孔；护壁堵漏工艺；注浆方法

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0105-02

1 矿区地质特征

闽西上杭碧田矿区有金、银、铜等多种金属矿床。该矿区位于闽西南拗陷带和闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位，著名的政和—大埔北东向断裂带和永安—晋江北西向断裂带贯穿交汇于区内。矿区构造格局形成于燕山晚期，区内广泛出露侏罗纪酸性、中酸性火山岩，燕山期酸性、中酸性侵入岩和动力变质岩，也有少许的喜山期基性岩脉产出。地质构造的频繁活动虽然提供了较好的成矿条件，但也造成了区内岩体破碎，应力中心甚至出现构造泥等松软地层。成矿带主要分布在深度为450～600 m的蚀变破碎带中，厚度100～150 m，主要岩性为安山岩、花岗质碎裂岩等。

2 注浆方法的选择和原理

2.1 选择注浆方法

由于上杭碧田矿区处于闽西拗陷带、闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位和政和—大埔北东向断裂带、永安—晋江北西向断裂的交汇处，蚀变破碎带厚度大，裂隙发育，地下水活动频繁，岩层破碎，胶结程度差，坍塌、漏失、掉块现象非常严重，在钻进中极易发生埋钻、烧钻、卡钻等事故，因此，护壁堵漏工艺的选择显得尤其重要。经过多年的实践比较和探索，采用水泵注浆护壁堵漏工艺效果较好，有效地解决了在坍塌、漏浆、掉块等复杂地层钻探中遇到的施工难题，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。此方法施工简便、易行，利用机台原有的设备即可完成，无需特殊设备和工具。

2.2 注浆原理

用水泵把按配方配好的水泥浆通过钻杆注入钻孔内，再用适量的替浆水将水泥浆液压入受注孔段，使其进入坍塌、漏失孔段，胶结破碎岩块、充填裂隙。利用水泥浆的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂岩块与岩层胶结为一体，最终达到护壁堵漏的目的。

3 选择合理的注浆参数

3.1 确定注浆量

根据岩层破碎坍塌程度、孔隙度、含水层特征、需注浆孔段长度等因素确定注浆量。注浆量可用以下公式来表示。

Q浆=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q浆——所需水泥浆液量，m3；

r——需灌注孔段的半经，m；

L——需灌注孔段的长度，m；

K——系数，根据孔隙度、坍塌程度和经验确定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 确定配方

根据需灌注孔段的长度、孔深、注浆量等因素，确定初、终凝时间，通过室内试验确定浆液配方。

水泥选用普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥，水灰比一般取0.5～1.5，选取水玻璃、食盐、三乙醇胺为速凝剂，根据实际情况可选取一种或多种进行添加。速凝剂添加总量为水泥质量的1%～3%，其添加量应根据室内试验配方严格控制。添加量过小，浆液初凝时间长，扩散比较远，造成浪费；添加量过大，浆液初凝时间短，可能会造成堵管。

3.3 确定替浆量

钻孔水泥注浆替浆量的确定是钻孔护壁堵漏中极其重要的环节。替浆量误差过大，致使水泥浆液被稀释破坏或封堵位置不准导致注浆失败。替浆量可用公式表示为：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替浆量，L；

K——系数，一般取0.8～1，浅孔取小值，深孔取大值；

L——钻孔孔底深度，m；

l——孔内静止水位，m；

q——每米钻杆内容积，L/m；

Q地——地面管路容积，L。

4 做好灌注前的准备工作

灌注前的准备工作分以下几步：①根据试验配方确定水泥、速凝剂种类，并根据注浆量备好足量的水泥、速凝剂等。②检修好钻机、水泵、搅拌机等注浆设备和附属设施，确保注浆的顺利完成。③丈量钻具，校正孔深，测量孔内静止水位。④冲孔。冲洗孔内岩粉，确保孔底和注浆孔段清洁干净。

5 注浆

5.1 注浆作业

在注浆前将钻杆下至距孔底0.5 m左右处，泵入清水检查注浆管路是否畅通。注浆过程中时刻监控水泵压力表。如果压力表升压缓慢、匀速，说明注浆管路畅通，注浆正常；如果压力表出现指针突升情况，说明可能是堵管或受注层裂隙小或孔壁坍塌，立即判断原因，采取处理措施后，才可继续注浆。注浆结束前，按事先计算好的替浆量压入清水。替浆完成后立即提钻，同时清洗钻杆、水泵和注浆管路。

5.2 注浆技术要求

注浆过程中，有以下一些技术要求：①如果受注段裂隙较大，为防止浆液漏失严重，可在注浆前预先投入惰性材料进行充填，下钻挤压后再注浆。②注浆必须一次完成，以防水泥浆断开或被稀释。③在注浆过程中，应慢速回转钻具，防止卡钻或浆液与钻具粘连。④提钻时，速度要慢，防止因过快而发生抽吸作用造成注浆失败。⑤在提钻过程中，为保证孔内压力平衡，应及时在孔内灌注清水。

6 扫孔

应掌握合适的养护时间。时间过短难以达到水泥浆初凝强度，护壁堵漏效果不理想；时间过长，水泥浆初凝强度高，扫孔时容易跑偏。一般在24 h后扫孔。扫孔时，操作人员应合理选择钻进参数，轻压、慢钻、勤提动，防止堵钻。扫孔后应做压水试验，检查护壁堵漏效果。

7 结束语

通过多年的实践与探索，在破碎、坍塌、漏失、掉块等复杂地层钻进，采用钻孔水泥注浆护壁堵漏工艺与其他护壁堵漏方法相比更加可靠、有效、经济。但在实际施工中，由于操作人员钻进参数选择不合理，没有掌握合适的钻进和护壁堵漏时间节点，对护壁堵漏时点控制不够理想，导致埋钻、卡钻、烧钻等孔内事故发生。再加上对孔内情况判断时有偏差，注浆参数的选择不尽合理，没有严格控制水灰比、速凝剂添加量、注浆量、替浆量等参数，极易导致堵管、水泥浆液被稀释，致使一次性注浆成功率不高。有时需重复注浆。这样既增加了钻探成本，又延误了工期，在今后的工作中还有待于进一步的探讨、改进。

参考文献

[1]张成德.注浆护壁堵漏工艺在深孔岩芯钻探中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩芯钻探关键技术应用研究[D].北京：中国地质大学，2013.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：矿区勘探钻孔一般布设在地质构造发育的破碎带上，很多钻孔由于孔内遇到破碎岩层、蚀变带产生坍塌、漏浆、掉块，导致卡钻、烧钻等事故发生。经过多年的实践和探索，总结出了切实可行的护壁堵漏工艺，有效地解决了复杂地层钻探中遇到的施工难题，并取得了良好的成果，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。

关键词：矿区；钻孔；护壁堵漏工艺；注浆方法

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0105-02

1 矿区地质特征

闽西上杭碧田矿区有金、银、铜等多种金属矿床。该矿区位于闽西南拗陷带和闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位，著名的政和—大埔北东向断裂带和永安—晋江北西向断裂带贯穿交汇于区内。矿区构造格局形成于燕山晚期，区内广泛出露侏罗纪酸性、中酸性火山岩，燕山期酸性、中酸性侵入岩和动力变质岩，也有少许的喜山期基性岩脉产出。地质构造的频繁活动虽然提供了较好的成矿条件，但也造成了区内岩体破碎，应力中心甚至出现构造泥等松软地层。成矿带主要分布在深度为450～600 m的蚀变破碎带中，厚度100～150 m，主要岩性为安山岩、花岗质碎裂岩等。

2 注浆方法的选择和原理

2.1 选择注浆方法

由于上杭碧田矿区处于闽西拗陷带、闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位和政和—大埔北东向断裂带、永安—晋江北西向断裂的交汇处，蚀变破碎带厚度大，裂隙发育，地下水活动频繁，岩层破碎，胶结程度差，坍塌、漏失、掉块现象非常严重，在钻进中极易发生埋钻、烧钻、卡钻等事故，因此，护壁堵漏工艺的选择显得尤其重要。经过多年的实践比较和探索，采用水泵注浆护壁堵漏工艺效果较好，有效地解决了在坍塌、漏浆、掉块等复杂地层钻探中遇到的施工难题，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。此方法施工简便、易行，利用机台原有的设备即可完成，无需特殊设备和工具。

2.2 注浆原理

用水泵把按配方配好的水泥浆通过钻杆注入钻孔内，再用适量的替浆水将水泥浆液压入受注孔段，使其进入坍塌、漏失孔段，胶结破碎岩块、充填裂隙。利用水泥浆的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂岩块与岩层胶结为一体，最终达到护壁堵漏的目的。

3 选择合理的注浆参数

3.1 确定注浆量

根据岩层破碎坍塌程度、孔隙度、含水层特征、需注浆孔段长度等因素确定注浆量。注浆量可用以下公式来表示。

Q浆=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q浆——所需水泥浆液量，m3；

r——需灌注孔段的半经，m；

L——需灌注孔段的长度，m；

K——系数，根据孔隙度、坍塌程度和经验确定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 确定配方

根据需灌注孔段的长度、孔深、注浆量等因素，确定初、终凝时间，通过室内试验确定浆液配方。

水泥选用普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥，水灰比一般取0.5～1.5，选取水玻璃、食盐、三乙醇胺为速凝剂，根据实际情况可选取一种或多种进行添加。速凝剂添加总量为水泥质量的1%～3%，其添加量应根据室内试验配方严格控制。添加量过小，浆液初凝时间长，扩散比较远，造成浪费；添加量过大，浆液初凝时间短，可能会造成堵管。

3.3 确定替浆量

钻孔水泥注浆替浆量的确定是钻孔护壁堵漏中极其重要的环节。替浆量误差过大，致使水泥浆液被稀释破坏或封堵位置不准导致注浆失败。替浆量可用公式表示为：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替浆量，L；

K——系数，一般取0.8～1，浅孔取小值，深孔取大值；

L——钻孔孔底深度，m；

l——孔内静止水位，m；

q——每米钻杆内容积，L/m；

Q地——地面管路容积，L。

4 做好灌注前的准备工作

灌注前的准备工作分以下几步：①根据试验配方确定水泥、速凝剂种类，并根据注浆量备好足量的水泥、速凝剂等。②检修好钻机、水泵、搅拌机等注浆设备和附属设施，确保注浆的顺利完成。③丈量钻具，校正孔深，测量孔内静止水位。④冲孔。冲洗孔内岩粉，确保孔底和注浆孔段清洁干净。

5 注浆

5.1 注浆作业

在注浆前将钻杆下至距孔底0.5 m左右处，泵入清水检查注浆管路是否畅通。注浆过程中时刻监控水泵压力表。如果压力表升压缓慢、匀速，说明注浆管路畅通，注浆正常；如果压力表出现指针突升情况，说明可能是堵管或受注层裂隙小或孔壁坍塌，立即判断原因，采取处理措施后，才可继续注浆。注浆结束前，按事先计算好的替浆量压入清水。替浆完成后立即提钻，同时清洗钻杆、水泵和注浆管路。

5.2 注浆技术要求

注浆过程中，有以下一些技术要求：①如果受注段裂隙较大，为防止浆液漏失严重，可在注浆前预先投入惰性材料进行充填，下钻挤压后再注浆。②注浆必须一次完成，以防水泥浆断开或被稀释。③在注浆过程中，应慢速回转钻具，防止卡钻或浆液与钻具粘连。④提钻时，速度要慢，防止因过快而发生抽吸作用造成注浆失败。⑤在提钻过程中，为保证孔内压力平衡，应及时在孔内灌注清水。

6 扫孔

应掌握合适的养护时间。时间过短难以达到水泥浆初凝强度，护壁堵漏效果不理想；时间过长，水泥浆初凝强度高，扫孔时容易跑偏。一般在24 h后扫孔。扫孔时，操作人员应合理选择钻进参数，轻压、慢钻、勤提动，防止堵钻。扫孔后应做压水试验，检查护壁堵漏效果。

7 结束语

通过多年的实践与探索，在破碎、坍塌、漏失、掉块等复杂地层钻进，采用钻孔水泥注浆护壁堵漏工艺与其他护壁堵漏方法相比更加可靠、有效、经济。但在实际施工中，由于操作人员钻进参数选择不合理，没有掌握合适的钻进和护壁堵漏时间节点，对护壁堵漏时点控制不够理想，导致埋钻、卡钻、烧钻等孔内事故发生。再加上对孔内情况判断时有偏差，注浆参数的选择不尽合理，没有严格控制水灰比、速凝剂添加量、注浆量、替浆量等参数，极易导致堵管、水泥浆液被稀释，致使一次性注浆成功率不高。有时需重复注浆。这样既增加了钻探成本，又延误了工期，在今后的工作中还有待于进一步的探讨、改进。

参考文献

[1]张成德.注浆护壁堵漏工艺在深孔岩芯钻探中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩芯钻探关键技术应用研究[D].北京：中国地质大学，2013.

〔编辑：刘晓芳〕

摘 要：矿区勘探钻孔一般布设在地质构造发育的破碎带上，很多钻孔由于孔内遇到破碎岩层、蚀变带产生坍塌、漏浆、掉块，导致卡钻、烧钻等事故发生。经过多年的实践和探索，总结出了切实可行的护壁堵漏工艺，有效地解决了复杂地层钻探中遇到的施工难题，并取得了良好的成果，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。

关键词：矿区；钻孔；护壁堵漏工艺；注浆方法

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0105-02

1 矿区地质特征

闽西上杭碧田矿区有金、银、铜等多种金属矿床。该矿区位于闽西南拗陷带和闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位，著名的政和—大埔北东向断裂带和永安—晋江北西向断裂带贯穿交汇于区内。矿区构造格局形成于燕山晚期，区内广泛出露侏罗纪酸性、中酸性火山岩，燕山期酸性、中酸性侵入岩和动力变质岩，也有少许的喜山期基性岩脉产出。地质构造的频繁活动虽然提供了较好的成矿条件，但也造成了区内岩体破碎，应力中心甚至出现构造泥等松软地层。成矿带主要分布在深度为450～600 m的蚀变破碎带中，厚度100～150 m，主要岩性为安山岩、花岗质碎裂岩等。

2 注浆方法的选择和原理

2.1 选择注浆方法

由于上杭碧田矿区处于闽西拗陷带、闽东火山断陷带两大构造单元的夹持部位和政和—大埔北东向断裂带、永安—晋江北西向断裂的交汇处，蚀变破碎带厚度大，裂隙发育，地下水活动频繁，岩层破碎，胶结程度差，坍塌、漏失、掉块现象非常严重，在钻进中极易发生埋钻、烧钻、卡钻等事故，因此，护壁堵漏工艺的选择显得尤其重要。经过多年的实践比较和探索，采用水泵注浆护壁堵漏工艺效果较好，有效地解决了在坍塌、漏浆、掉块等复杂地层钻探中遇到的施工难题，确保了在厚大破碎岩层中钻探施工的顺利进行。此方法施工简便、易行，利用机台原有的设备即可完成，无需特殊设备和工具。

2.2 注浆原理

用水泵把按配方配好的水泥浆通过钻杆注入钻孔内，再用适量的替浆水将水泥浆液压入受注孔段，使其进入坍塌、漏失孔段，胶结破碎岩块、充填裂隙。利用水泥浆的凝固、硬化作用，堵塞裂隙，把碎裂岩块与岩层胶结为一体，最终达到护壁堵漏的目的。

3 选择合理的注浆参数

3.1 确定注浆量

根据岩层破碎坍塌程度、孔隙度、含水层特征、需注浆孔段长度等因素确定注浆量。注浆量可用以下公式来表示。

Q浆=3.14r2·L·K. （1）

式（1）中：Q浆——所需水泥浆液量，m3；

r——需灌注孔段的半经，m；

L——需灌注孔段的长度，m；

K——系数，根据孔隙度、坍塌程度和经验确定，一般取1.5～4.0，孔隙越大，坍塌程度越高，取值越大。

3.2 确定配方

根据需灌注孔段的长度、孔深、注浆量等因素，确定初、终凝时间，通过室内试验确定浆液配方。

水泥选用普通硅酸盐或复合硅酸盐水泥，水灰比一般取0.5～1.5，选取水玻璃、食盐、三乙醇胺为速凝剂，根据实际情况可选取一种或多种进行添加。速凝剂添加总量为水泥质量的1%～3%，其添加量应根据室内试验配方严格控制。添加量过小，浆液初凝时间长，扩散比较远，造成浪费；添加量过大，浆液初凝时间短，可能会造成堵管。

3.3 确定替浆量

钻孔水泥注浆替浆量的确定是钻孔护壁堵漏中极其重要的环节。替浆量误差过大，致使水泥浆液被稀释破坏或封堵位置不准导致注浆失败。替浆量可用公式表示为：

Q替=K·（L-l）·q+Q地. （2）

式（2）中：Q替——替浆量，L；

K——系数，一般取0.8～1，浅孔取小值，深孔取大值；

L——钻孔孔底深度，m；

l——孔内静止水位，m；

q——每米钻杆内容积，L/m；

Q地——地面管路容积，L。

4 做好灌注前的准备工作

灌注前的准备工作分以下几步：①根据试验配方确定水泥、速凝剂种类，并根据注浆量备好足量的水泥、速凝剂等。②检修好钻机、水泵、搅拌机等注浆设备和附属设施，确保注浆的顺利完成。③丈量钻具，校正孔深，测量孔内静止水位。④冲孔。冲洗孔内岩粉，确保孔底和注浆孔段清洁干净。

5 注浆

5.1 注浆作业

在注浆前将钻杆下至距孔底0.5 m左右处，泵入清水检查注浆管路是否畅通。注浆过程中时刻监控水泵压力表。如果压力表升压缓慢、匀速，说明注浆管路畅通，注浆正常；如果压力表出现指针突升情况，说明可能是堵管或受注层裂隙小或孔壁坍塌，立即判断原因，采取处理措施后，才可继续注浆。注浆结束前，按事先计算好的替浆量压入清水。替浆完成后立即提钻，同时清洗钻杆、水泵和注浆管路。

5.2 注浆技术要求

注浆过程中，有以下一些技术要求：①如果受注段裂隙较大，为防止浆液漏失严重，可在注浆前预先投入惰性材料进行充填，下钻挤压后再注浆。②注浆必须一次完成，以防水泥浆断开或被稀释。③在注浆过程中，应慢速回转钻具，防止卡钻或浆液与钻具粘连。④提钻时，速度要慢，防止因过快而发生抽吸作用造成注浆失败。⑤在提钻过程中，为保证孔内压力平衡，应及时在孔内灌注清水。

6 扫孔

应掌握合适的养护时间。时间过短难以达到水泥浆初凝强度，护壁堵漏效果不理想；时间过长，水泥浆初凝强度高，扫孔时容易跑偏。一般在24 h后扫孔。扫孔时，操作人员应合理选择钻进参数，轻压、慢钻、勤提动，防止堵钻。扫孔后应做压水试验，检查护壁堵漏效果。

7 结束语

通过多年的实践与探索，在破碎、坍塌、漏失、掉块等复杂地层钻进，采用钻孔水泥注浆护壁堵漏工艺与其他护壁堵漏方法相比更加可靠、有效、经济。但在实际施工中，由于操作人员钻进参数选择不合理，没有掌握合适的钻进和护壁堵漏时间节点，对护壁堵漏时点控制不够理想，导致埋钻、卡钻、烧钻等孔内事故发生。再加上对孔内情况判断时有偏差，注浆参数的选择不尽合理，没有严格控制水灰比、速凝剂添加量、注浆量、替浆量等参数，极易导致堵管、水泥浆液被稀释，致使一次性注浆成功率不高。有时需重复注浆。这样既增加了钻探成本，又延误了工期，在今后的工作中还有待于进一步的探讨、改进。

参考文献

[1]张成德.注浆护壁堵漏工艺在深孔岩芯钻探中的应用[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2010，5（37）：25-26.

[2]汪涛.云南某矿区复杂地层深孔岩芯钻探关键技术应用研究[D].北京：中国地质大学，2013.

〔编辑：刘晓芳〕