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【摘 要】 随着我国经济的不断发展和进步,以及科学技术的不断创新,矿区钻探技术也在不断发展,尤其是在地质比较复杂的矿区,进行钻孔注浆的过程中比较容易出现卡钻、漏失等事故。本文主要就地质钻孔注浆事故处理技术进行了分析研究。
【关键词】 地质钻孔注浆;事故;处理技术
引言:
近年来,随着经济的不断发展,社会生产对于能源的需求也越来越大,我国矿业也就得到了进一步的发展。随着矿资源需求的增加,使得开采矿区逐渐稀少,人们不得不向地质环境比较复杂的山区进行,在地质复杂的矿区施工,就会遇到诸多困难,其中,在进行地质钻孔注浆的过程中就会经常出现漏失、埋钻、卡钻的事故,这样不仅影响到施工进度,还会威胁施工人员的生命安全。因此,我们必须加强地质钻孔注浆事故处理,针对其出现事故的原因,采取相应的处理技术,从而确保矿区安全,促进矿业的发展。
一、工程概况
本工程是某矿区扩储勘察钻探施工区域,设计孔深200m,钻孔施工为75°倾斜角,孔径技术要求为66mm终孔。该矿区由于处于山区,地质条件比较复杂,所以在进行地质钻孔注浆的过程中容易造成事故的发生,影响矿区安全,本文主要就该矿区地质钻孔注浆事故处理技术进行了具体分析。
二、地质钻孔注浆事故分析
本矿区地层构造较复杂,断裂带,破碎带较多。由于地层破碎松散,裂隙多,造成严重漏浆,钻井液漏失严重护壁比较困难,经济损失较严重,坍塌、漏失、掉块现象也非常严重,在钻进中极易发生埋钻、烧钻、卡钻等事故[1]。本文主要是以在钻孔钻至241m时,出现大裂隙孔底严重漏失地层的具体情况为例,在泥浆护壁堵漏无效的情况下,经技术人员研究决定,采用水泥堵漏。采用水灰比1∶1的425型号普通硅酸盐水泥,用钻杆将水泥送入孔底,采用清水替浆,预计水泥封孔至220m处,封孔段长度为21m。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。
三、注浆原理和注浆参数
1、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,膠结破碎岩块、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。
2、注浆参数
2.1注浆替水量计算
Q替=K(L-h)q+Q地
□71mm钻杆每米容量:
q=πD2/4=3.14×0.712÷4≈4(L/m)
钻孔静水水位h为40m:
Q替=0.9×(241-40)×4+70=724(L)
式中:K——压水系数,通常取值为0.9;
L——钻孔孔深;
h——孔内静水位;
Q地——地面管线及泵容量,此工地约为70L。
2.2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。
2.3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。
四、地质钻孔注浆事故发生的原因
由于施工现场泥浆池设置不规范,根据泥浆池水位无法准确判断吸入替水量的多少,施工人员只能凭感觉送水,由于判断失误,通入的替水量过少,水泥没有下入孔底,造成水泥浮面,因此,下钻具扫孔时,在没有通水的情况下钻孔捅入水泥封孔段,φ75mm绳取钻杆外径71mm,与孔壁间隙2mm多,间隙很小,开车回转产生热量,致使环状间隙处水泥加速凝固,钻杆被水泥糊住,钻杆在孔口处扭断,大部分钻杆被凝固在孔底。根据下入钻具时遇阻情况判断,水泥封孔段上水面约在160m处。
五、地质钻孔注浆事故处理技术分析
1、加强注浆技术处理
1.1注浆作业
在注浆前将钻杆下至距孔底0.5m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。
1.2注浆技术要求
注浆过程中,有以下一些技术要求:一是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。二是注浆必须一次完成,以防水泥浆断开或被稀释。三是在注浆过程中,应慢速回转钻具,防止卡钻或浆液与钻具粘连。四是提钻时,速度要慢,防止因过快而发生抽吸作用造成注浆失败。五是在提钻过程中,为保证孔内压力平衡,应及时在孔内灌注清水。 2、打捞方法及措施
因钻杆底部被水泥凝固包裹约15m,硬拉是肯定不行的,如果采用反丝钻杆将全部约170m绳取钻杆全部反上来,需耗费大量人力、物力和时间,鉴于矿区钻探项目工程的进度要求,需尽快解决孔内事故,且尽可能减少经济损失。经技术人员研究决定,采用φ42mm钻杆带圆盘割刀进入绳取钻杆底部,在水泥凝固的上表面处将绳取钻杆割断,然后将钻杆锥上来。
φ71mm绳取钻杆内径为61mm,φ42mm钻杆与其内壁的环状间隙约为9.5mm,即圆盘割刀与φ42mm钻杆的同心圆半径之差最大为9.5mm而φ75mm绳取钻杆的壁厚为5mm,因此,圆盘割刀与φ42mm钻杆的连接为偏心连结(如图1所示),以能更好地对钻杆进行切割。第一次下入孔底切割绳取钻杆,可能是φ42mm钻杆与φ75mm绳取钻杆内壁孔壁间隙小的缘故,没有达到切割效果[2]。第二次,我们将距割刀20cm处的φ50mm钻杆弄弯一点,以使切割效果更好一点,经第二次切割后,孔内钻杆锥住后仍无法起拔,但根据圆盘割刀的摩擦痕迹,可以断定钻杆已被割断,经过技术人员分析认定,钻杆切割处以浅的部分绳取钻杆外部仍被水泥凝固包裹,故决定在原切割处以上5m处重新切割,这次终于将被凝固在孔底的钻杆割断,用公锥锥了上来。
3、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24h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。
六、地质钻孔注浆事故处理技术需要注意的事项
每根检查注浆管的制作质量都要进行检查,避免注浆管有异物或破裂;下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼,注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬物的磕碰而不引起注浆阀损坏,阀体具有止逆作用,在压浆管埋设时要严密组织,精心施工,尽量不要使压浆管堵塞,压浆管放入桩孔时操作需谨慎,避免破坏;压浆前要检查设备是否正常运转,检查拌制的水泥浆的稠度及初凝时间,配制的水泥量是否滿足压浆需要;压浆应低档慢压,先稀后浓。低档慢压既能有效防止压力突然增大无法压浆的情况,也能防止浆液顺着桩身上窜或从其他的地方冒出,使桩端或桩周土体被水泥浆液逐步填充,随着压浆量的增加,压力自然形成逐渐增加的状况;为防止水泥浆从空孔部分的压浆管接头处压出,空孔部分的压浆管接头应采用生料带进行密封,并且空孔部分的钢管均应采用整根长钢管连接[3];同根桩的压浆管,如其中一根确实无法压浆或压浆量不够,另一根压浆管压浆时应补足相应的压浆量,邻近桩的相邻压浆管也应补足相应的压浆量;终止注浆条件以注浆量控制为主,注浆压力为辅。注浆量应根据静荷载试验结果作相应调整;按要求认真做好注浆记录,记清楚注浆时间、注浆压力、注浆量。
七、结束语
综上所述,在进行地质钻孔注浆的过程中,如若遇到破碎、坍塌、漏失、掉块等复杂地层,要注重钻进方法的选择,确保其可靠、有效、经济。所以,在具体的施工过程中,要注重对其矿区地质进行勘察,在此基础上对于钻孔注浆过程中出现的事故进行调查,获取其真正的原因,从而采取有效措施,加强对地质钻孔注浆事故的处理,只有如此,才能确保施工的正常进行,才能更好的促进矿业的发展和进步。
参考文献:
[1]田新元,孟宪中.浅谈钻孔灌注桩后注浆技术[J].西部探矿工程,2013,09:7-8.
[2]岳春宏.智能钻杆——将引发一场井下信号传输技术革命[J].石油科技论坛,2008,04:34-36.
[3]黎贤华.浅谈钻孔灌注桩后注浆技术[J].城市建设理论研究(电子版),2013(03).
【关键词】 地质钻孔注浆;事故;处理技术
引言:
近年来,随着经济的不断发展,社会生产对于能源的需求也越来越大,我国矿业也就得到了进一步的发展。随着矿资源需求的增加,使得开采矿区逐渐稀少,人们不得不向地质环境比较复杂的山区进行,在地质复杂的矿区施工,就会遇到诸多困难,其中,在进行地质钻孔注浆的过程中就会经常出现漏失、埋钻、卡钻的事故,这样不仅影响到施工进度,还会威胁施工人员的生命安全。因此,我们必须加强地质钻孔注浆事故处理,针对其出现事故的原因,采取相应的处理技术,从而确保矿区安全,促进矿业的发展。
一、工程概况
本工程是某矿区扩储勘察钻探施工区域,设计孔深200m,钻孔施工为75°倾斜角,孔径技术要求为66mm终孔。该矿区由于处于山区,地质条件比较复杂,所以在进行地质钻孔注浆的过程中容易造成事故的发生,影响矿区安全,本文主要就该矿区地质钻孔注浆事故处理技术进行了具体分析。
二、地质钻孔注浆事故分析
本矿区地层构造较复杂,断裂带,破碎带较多。由于地层破碎松散,裂隙多,造成严重漏浆,钻井液漏失严重护壁比较困难,经济损失较严重,坍塌、漏失、掉块现象也非常严重,在钻进中极易发生埋钻、烧钻、卡钻等事故[1]。本文主要是以在钻孔钻至241m时,出现大裂隙孔底严重漏失地层的具体情况为例,在泥浆护壁堵漏无效的情况下,经技术人员研究决定,采用水泥堵漏。采用水灰比1∶1的425型号普通硅酸盐水泥,用钻杆将水泥送入孔底,采用清水替浆,预计水泥封孔至220m处,封孔段长度为21m。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。
三、注浆原理和注浆参数
1、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,膠结破碎岩块、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。
2、注浆参数
2.1注浆替水量计算
Q替=K(L-h)q+Q地
□71mm钻杆每米容量:
q=πD2/4=3.14×0.712÷4≈4(L/m)
钻孔静水水位h为40m:
Q替=0.9×(241-40)×4+70=724(L)
式中:K——压水系数,通常取值为0.9;
L——钻孔孔深;
h——孔内静水位;
Q地——地面管线及泵容量,此工地约为70L。
2.2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。
2.3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。
四、地质钻孔注浆事故发生的原因
由于施工现场泥浆池设置不规范,根据泥浆池水位无法准确判断吸入替水量的多少,施工人员只能凭感觉送水,由于判断失误,通入的替水量过少,水泥没有下入孔底,造成水泥浮面,因此,下钻具扫孔时,在没有通水的情况下钻孔捅入水泥封孔段,φ75mm绳取钻杆外径71mm,与孔壁间隙2mm多,间隙很小,开车回转产生热量,致使环状间隙处水泥加速凝固,钻杆被水泥糊住,钻杆在孔口处扭断,大部分钻杆被凝固在孔底。根据下入钻具时遇阻情况判断,水泥封孔段上水面约在160m处。
五、地质钻孔注浆事故处理技术分析
1、加强注浆技术处理
1.1注浆作业
在注浆前将钻杆下至距孔底0.5m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。
1.2注浆技术要求
注浆过程中,有以下一些技术要求:一是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。二是注浆必须一次完成,以防水泥浆断开或被稀释。三是在注浆过程中,应慢速回转钻具,防止卡钻或浆液与钻具粘连。四是提钻时,速度要慢,防止因过快而发生抽吸作用造成注浆失败。五是在提钻过程中,为保证孔内压力平衡,应及时在孔内灌注清水。 2、打捞方法及措施
因钻杆底部被水泥凝固包裹约15m,硬拉是肯定不行的,如果采用反丝钻杆将全部约170m绳取钻杆全部反上来,需耗费大量人力、物力和时间,鉴于矿区钻探项目工程的进度要求,需尽快解决孔内事故,且尽可能减少经济损失。经技术人员研究决定,采用φ42mm钻杆带圆盘割刀进入绳取钻杆底部,在水泥凝固的上表面处将绳取钻杆割断,然后将钻杆锥上来。
φ71mm绳取钻杆内径为61mm,φ42mm钻杆与其内壁的环状间隙约为9.5mm,即圆盘割刀与φ42mm钻杆的同心圆半径之差最大为9.5mm而φ75mm绳取钻杆的壁厚为5mm,因此,圆盘割刀与φ42mm钻杆的连接为偏心连结(如图1所示),以能更好地对钻杆进行切割。第一次下入孔底切割绳取钻杆,可能是φ42mm钻杆与φ75mm绳取钻杆内壁孔壁间隙小的缘故,没有达到切割效果[2]。第二次,我们将距割刀20cm处的φ50mm钻杆弄弯一点,以使切割效果更好一点,经第二次切割后,孔内钻杆锥住后仍无法起拔,但根据圆盘割刀的摩擦痕迹,可以断定钻杆已被割断,经过技术人员分析认定,钻杆切割处以浅的部分绳取钻杆外部仍被水泥凝固包裹,故决定在原切割处以上5m处重新切割,这次终于将被凝固在孔底的钻杆割断,用公锥锥了上来。
3、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24h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。
六、地质钻孔注浆事故处理技术需要注意的事项
每根检查注浆管的制作质量都要进行检查,避免注浆管有异物或破裂;下笼受阻时不得撞笼、墩笼、扭笼,注浆阀外部保护层应能抵抗砂石等硬物的磕碰而不引起注浆阀损坏,阀体具有止逆作用,在压浆管埋设时要严密组织,精心施工,尽量不要使压浆管堵塞,压浆管放入桩孔时操作需谨慎,避免破坏;压浆前要检查设备是否正常运转,检查拌制的水泥浆的稠度及初凝时间,配制的水泥量是否滿足压浆需要;压浆应低档慢压,先稀后浓。低档慢压既能有效防止压力突然增大无法压浆的情况,也能防止浆液顺着桩身上窜或从其他的地方冒出,使桩端或桩周土体被水泥浆液逐步填充,随着压浆量的增加,压力自然形成逐渐增加的状况;为防止水泥浆从空孔部分的压浆管接头处压出,空孔部分的压浆管接头应采用生料带进行密封,并且空孔部分的钢管均应采用整根长钢管连接[3];同根桩的压浆管,如其中一根确实无法压浆或压浆量不够,另一根压浆管压浆时应补足相应的压浆量,邻近桩的相邻压浆管也应补足相应的压浆量;终止注浆条件以注浆量控制为主,注浆压力为辅。注浆量应根据静荷载试验结果作相应调整;按要求认真做好注浆记录,记清楚注浆时间、注浆压力、注浆量。
七、结束语
综上所述,在进行地质钻孔注浆的过程中,如若遇到破碎、坍塌、漏失、掉块等复杂地层,要注重钻进方法的选择,确保其可靠、有效、经济。所以,在具体的施工过程中,要注重对其矿区地质进行勘察,在此基础上对于钻孔注浆过程中出现的事故进行调查,获取其真正的原因,从而采取有效措施,加强对地质钻孔注浆事故的处理,只有如此,才能确保施工的正常进行,才能更好的促进矿业的发展和进步。
参考文献:
[1]田新元,孟宪中.浅谈钻孔灌注桩后注浆技术[J].西部探矿工程,2013,09:7-8.
[2]岳春宏.智能钻杆——将引发一场井下信号传输技术革命[J].石油科技论坛,2008,04:34-36.
[3]黎贤华.浅谈钻孔灌注桩后注浆技术[J].城市建设理论研究(电子版),2013(03).