甘肃省阳山金矿炭质千枚岩地层施工难点问题分析

谭永成（武警黄金第十二支队,成都 611732）

甘肃省阳山金矿炭质千枚岩地层施工难点问题分析

谭永成
（武警黄金第十二支队,成都 611732）

摘 要：本文结合施工实践分析了炭质千枚岩地层施工难点问题，并通过探索此类地层遇水易分散、易坍塌掉块的机理，探索了地层分布特点、施工特点。

关键词：炭质千枚岩；水敏性；护壁

在隧道等岩土工程施工中，炭质千枚岩的长期塑形流动行为是引起隧道工程围岩失稳的重要原因之一，对该地层研究后认为，其具有强度低、胶结性差、可塑性、流变性、易扰动、水敏感性强等特点[1]。

阳山金矿带位于我国著名的“陕甘川”金三角地区，是国内目前发现的最大卡林-类卡林型金矿床[2]。矿区内地质构造极其复杂，软硬互层频繁，尤其是在炭质千枚岩地层中施工时，经常会比较频繁地出现孔壁严重坍塌、掉块、涌砂等现象，使得钻进难、采心难、易偏斜。

1 炭质千枚岩特点

采取钻孔中岩心样品，用清水中浸泡，实验发现，浸泡前岩心具有一定结构强度，浸泡后，岩心迅速坍塌，分散成很细的颗粒。岩心体积无明显变化，显示炭质千枚岩遇水分散但不膨胀的特性，与实践中地层未遇缩径问题相吻合。为清碳泥质千枚岩见水分散的根本原因，采取钻孔内岩心样品开展岩性检测，结果见表1。

表1 岩性检测结果

结果表明，样品中粘土矿物含量较高：1#和3#粘土矿物含量大于70%；2#样品粘土矿物含量较低，但石英含量较高。由于石英颗粒不影响样品水敏性，故排除石英的影响，粘土矿物占石英以外矿物含量的53%，含量也较高。由此可以看出，样品水敏性强是因为粘土矿物含量较高的缘故。

2 施工案例分析

以矿区某深孔施工为例，该孔用PQ钻杆钻至1143米，泵压、负荷较大，钻进困难，换用HQ钻杆钻至1409.81米时，1361米-1372米出现严重坍塌，扫孔排沙无效，终因地层连续坍塌掉块，多处形成空腔而被迫终孔。其中，钻开1372米后又过了3天，地层才开始严重坍塌。

应对孔内复杂情况主要对策是灌水泥。第一次灌水泥目的是对破碎带进行水泥固结处理，封闭1240～1340m裸眼孔段后，下钻扫孔至1198m左右，砂子较多并有大块的掉块，继续扫孔困难；第二次灌水泥目的是侧钻绕障，封闭1165～1198m孔段后，下钻扫孔至1165m左右，从孔底打捞出大量片状砂子（图1），继续扫孔困难；其后又灌注水泥多次，终因砂子较多、憋泵、钻机负荷大，下钻扫孔未遇胶结较好的水泥，没能成功绕障。

图1 孔内打捞出的掉块

经过综合分析施工参数、岩心及前3次灌注水泥情况，孔内1143米至1361米深度内共出现了9层破碎带。破碎带地层均为粘土矿物含量较高、遇水易坍塌掉块炭质千枚岩地层。施工处理孔内复杂情况困难主要表现在以下两个方面：一方面，该类地层在孔内连续出现，且厚度不一，一旦发生坍塌掉块等孔内复杂情况，很难判明坍塌掉块发生的具体位置，处理起来十分困难。另一方面，若下入套管，即使可以有效护壁，但增加了套管级数，预留的套管级数减少，钻探成本增加，若钻至深部再次钻遇类似地层，困难依然存在。

值得关注的是，第一次在水泥灌注时，注水泥浆封闭1260m至1360m裸眼孔段后，下钻扫孔，下钻扫孔至1198m左右，扫不到水泥面，沉渣较多并有大块的掉块，继续扫孔困难。分析施工过程后认为，水泥柱塞比重大于坍塌掉落的碎屑，灌注水泥后，较重的水泥塞下沉，较轻的岩屑上升，且伴随孔壁的连续坍塌，使得孔底位置上升范围超过所灌注水泥柱高度，且水泥凝固后下钻捞砂捞不到水泥。

3 结语

从岩性分析来看，矿区内炭质千枚岩是一种粘土矿物含量很高、遇水易分散的岩体。采用水基泥浆施工此类地层时，极易引起水化膨胀而导致坍塌、掉块等孔内复杂情况。主要表现在：炭质千枚岩地层遇水易分散，孔壁维护困难，地层厚度大、埋藏深浅不一，且井故一旦发生，处理起来十分困难。针对岩性特征应配置相应的泥浆，使之兼顾防塌、堵漏、抑制地层分散等作用，尤其是要注重提高泥浆携岩能力，以保障施工生产。

参考文献：

[1]王彤.甘肃阳山金矿床碳质与成矿关系初探[D].成都:成都理工大学,2012.

[2]孙宗席.甘肃文县阳山矿区复杂地层用冲洗液研究[D].探矿工程(岩土钻掘工程),2012，39(12):32-35.

[3]王达,何远信.地质钻探手册[S].长沙:中南大学出版社,2014(06).

作者简介：谭永成（1987-）男，湖北宜昌人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：探矿工程。