地浸采铀钻孔封孔技术的改进与研究.pdf

铀矿开采 总第 8 78 8 期 地 浸 采 铀 钻 子 L 封 孑 L 技 术 的改 进 与研 究 胡 柏石雷林 郭忠德 L ／ 3 蕊 E 五 六 研究所 新霜 了 三 主 ￡ 耋 醒 丫L2f 2 、 f 2 地浸钻孔水 泥封孔技 术决定着钻孔使用 的可靠程度 和服务年限。传统 的封孔 方法是 产生混浆 段的 根 源 ， 园此 ， 提出一种非传统 的逆 向灌注方法 并研 制其灌 注器 具势在必行 ， 在此 基础 上 ， 配套合 理 的施 工 工 艺 ， 力 求 取 得 预 期 效 果 。 关 键 词 地 童 话 孔 封 孔 一-一 工 、浓 1概述 瑰 絮封 ． 原地浸出采铀方法是一个集采 、 选 、 冶于一体 的高教 、 低成本、 不破坏地表地形地物 的新 型采铀方法。地浸钻孔 的施工与传统的水井钻进方法雷 同。地质勘探钻孔 的封孔实际上是 一 种全封闭过程 ， 而地浸采铀钻孔的封隔 ， 是下人生产套管以后 ， 在台矿层 以上部位 ， 生产套 管与孔壁之间环状 间隙 中， 进行灌浆封孔 ， 以起到阻止含矿含水层与上部含水层 的水力联 系 ， 稳定生产套管柱 ， 防止少量溶浸液渗漏的作用 。 ． 传统的注浆 方法 ， 是下入套管以后 ， 在套 管柱与孔壁间下人一根注浆 管 镀锌管或 n C 软管 至封孔人 工隔塞上部 ， 然后使用泥浆泵压入水泥浆。这种注浆方式很大程度上难以保 证封孔质量和套管柱 的稳定 ， 究其原因 第一 ， 注浆管很难下人 到人工隔塞的顶部。因为～次注浆过程 中， 钻机与注浆管呈脱离 状态 ， 注浆管暂不能上移 。如果注浆管下入位置过于靠近封孔隔塞 ， 势必造成人工隔塞 的不 稳定和注浆压力偏太。通 常的规 范是使注浆管底部与工人隔塞之 问保持 58米 的距 离。 因此 ， 注浆后在水 泥塞的底部不可避免的形成混浆段水泥浆被过分稀 释 ， 水泥石如 “ 豆 腐 渣 ” 一 样松 散 和渗 水 。 第二， 注浆管是紧靠套管柱一侧下人的， 注浆时 ， 设 计者和施工者希望水泥浆从下往上 均匀 的将上层泥浆或水托起而排出地表。但实践上， 由于泥浆与水泥浆 的比重相 差不 太 泥 浆 比重 1 ． 1 ， 水 泥浆 比重 1 ． 51 ． 8 ， 注浆段 下部很长一段距离 ， 水泥浆只能将一侧的泥浆排 挤上 来 ， 因此 ， 下部仍将产生混浆段， 而且塑料套管的外径愈大 ， 这种现象就愈严重。 石油钻井部门对混浆段的产生非常重视 ， 曾采用双管同时注浆法加 以解决 。但地浸钻 孔 口径小 ， 注浆管相应较细 。 难以保证其钢性和稳定的相对位置 。因此 ， 用双 管注浆法也 难 以解决地浸钻孔 的注浆问题 。为此 ， 研究逆向灌浆方法 、 研制合理 的逆 向灌浆器势在必行。 2逆 向灌 注技 术的提 出和 技术难 点 ， 期 7 4 厂 锑 卜姗 卷 ] ／ 第 维普资讯 圈 l 封孔 洼浆方式示意圈 l 一逆向蕾拄嚣 ； 2 一点辫套臂； 3 一工■塞 4 一喷射小孔 5 一止回装量 ； 6 一钻孔 ； 7 一掘浆幕 ； 8 一钻机 实际上 ， 逆 向灌 注是指在塑料开采柱的 中央 利 用诂 杆 压 浆 ， 从 人 工 隔 塞 对 应 位 置射 入水 泥 浆 ， 水 泥浆 由下 至 上 均 匀 排 挤 环空 中 的泥 浆 和 水 的 一 种 封 孔 注 浆 方 式 。 如 图 1 所 示 。 图 中逆 向灌 注器 1与钻 杆 6栝 连 。 首 先 从开 采 柱 中 被 送 到 与 人 工 隔 塞 3上 部 相 对应的灌装部位。压浆开泵 ， 此时灌 注器上 下检塞 在压 力作用下封 闭开采柱 上下 过水 通道 ， 流体 只能 沿 着 塑 料 管 上预 留的喷 射 小 孔 4射 人 塑料 管与 孔 壁 之 间 的 环状 空 间 中 ， 并 逐 渐上 返 至 孔 口， 完 成 封 孔工 艺 。浆 液 注 完后在水泥液柱压力 作用 下 止 回 5装置封 闭开采柱上的水据浆 入 口， 注浆器则可安全 提 出。 由于地 浸采 铀 钻 孔 的特 别性 ， 逆 向灌 注技 术 的技 术 难点表 现 在 1 为 了 保 持 开 采 柱 中沉 砂 管 郛 过 滤嚣 的清 洁 ． 防 止 水 泥凝 固 物 堵 塞 过 滤 器 ， 逆 向 灌 注器 的上下 挂 塞必 须具 有较 大 的挤 出压 力 ， 并紧贴塑料管内壁 ， 防止水泥浆 向上或向下流人生产营。这就要求栓塞用橡腔的材 质台 理， 加工精度高 ， 并与其它零件配合精确。 2 为了防止注浆过程 中 ． 灌注器栓塞压力腔内压力过快的损失 ， 灌注器中部的浆液出口 处需加A节 流背压闻装置。 3 由于灌注器 外尺寸与塑料管内径相差无几 ， 下人灌注器时其阻力很大， 因此灌注器下 部需 设 置单 向阀 。 4 塑料管上的止 回装 置是预计设计和加工的， 它 的可靠程度直接影 响着注装工艺是否 成功 ． 因此 ， 下A塑料管前必须测试其工作可靠性 。 3 逆 向灌 注器 的研 制与 开发 逆 向灌注嚣是逆 向灌注技术 的核心。在设计 和研制 灌注器时， 有效地控制其运动过程 是成功与否的关键。如图 堕垂鲤星璺 一 I 蛩逆 蕉挂壁超熙国a设计遵循下列原则 1 外形适 配性 ， 由于塑料管生产厂家对内径可能有一定的误差 ， 因此灌注嚣刚性材料部分最大尺寸应 力求避开管材内管 的误差允许范匿 ， 而检塞嚣的糠胶密封■延展后尺寸必须小于管材 内径 。 2 易损件 的可按性 。 灌注器上所有零部件都是可拆 的坪的。零部件在磨损变形或堵塞肘都能及时更换。 S z一1 3 o越灌注嚣 由职部分组成。即上拴塞嚣 、 节流阁装置 、 下检塞嚣和单向阀。上栓 塞嚣和下栓塞器结构相同 ， 喇性部分为上下夹板 ， 中间为橡胶密封圈。密封圈所有材质的机 2 维普资讯 固 2 一1 3 0型 逆 向灌 注 器 装 配 图 1 一空心杆 ； 2 一} ‘ { 法兰； 3 一中心垫蹈 一楝 祜密封圈； 5一外法兰 ； 6 一下端螺母 ； 7一上端 螺 母 ； 8一节 流套 村 9一固定 蟪 订 ； 1 0一单 向 蝴。 械和工艺性能如下 肖氏硬 度 抗拉强度 ， 百万帕 断裂伸长 ， ％ 动弹性模数 ， 百万帕 残余伸长 ， ％ 横 向变形 。 ％ 残留变形 ， ％ 泊 松 比 6 09 0 l 82 O 3 5 07 o o l 8一 l 9 l 5以 下 2 54 0 1． 5以 下 O． 5 节 流 阔装 嚣是 为 了防止 捶塞器 压力 腔 肉液压力 过 快 损失 丽 设计 的 。由节流套筒和紧周 螺钉组成 ， 流体从节流套筒和空心杆 的环状闯隙 中流出。 单向阀是为 了减少下放灌注器时的阻力而设计的。其 结构简单 ，易于更换。 4配套的 施工 工 艺注意事项 i 注装前 的试 水 。注水 泥浆 液前 ， 使用 清水 检 测 灌 注器 工 作 状 况是 否 良好 和 流体 上 返 通道是否畅通。与此同时， 让清水充满灌注器 的压力腔 ， 以减少注器 的磨损 。 2 S Z一1 3 0型逆向准注器是在一次性注浆工艺条件下提 出的， 因此 ， 需用搅拌机不停地 配制水泥浆渡， 尽量保持水泵注浆过程的连续性。 3 替浆水的计算 注浆完成后 ， 需用泵压入一定量的替浆水将l钻杆 内的水泥浆压 入开采柱与 孔壁之间 的 环状 空间。替浆水 的用量可用下式计算 Q 吾 式中 Q替浆水体积 ， ； 3 维普资讯 d 钻 杆 内径 ， m； L钻 杆使用长度 ， m； 一 K 修 正 系数 。 修正系敷 K与钻杆接手、 地表管路长度有关 ， 一般取值 1 ． 0 5 1 ，1 2。 ．．． 理 遵 器后， 立即 向 塑料管中 注入清水， 以 保持管内 外流 体压力平 衡． 防止水泥 浆 返流入 塑料管中 。 5 适 用范 围 1 由于采用一次性 连续注浆工艺 ， 水泵 的压力较大 。在水泵压力范 围内 ，经计 算 ， 注浆 位 置 在 2 8 0 m～3 2 ] m 以下范 围时 是 可行 的。 2 s z l 型灌 注器可用于内径为 l 8 0 m m 1 3 0 m m的塑料管 内注浆 ， 只需更换上下栓塞 的内外法兰和橡胶密封圄就能满足浆要求 。 参考文献 1 H ． H ． 切新诺科 夫 ， 强化地浸 的方法 ， 桩工 业第六研究所 。 1 9 8 9 ． 2 H ． A． 谢举叠科 ， 地质工 艺钻孔的钻探和设备 ， 地震 出版社 ， 1 9 9 3 上接第 n 页 洗孔采用空气振荡方式进行 ， 但现场施工单位使用 的空压机相对风量较小 3 ， n ． 压力低 最大工作压力 9 k gc m ， 而钻孔深度平均为 2 ∞m左右 ， 因此 ， 直接下管 冲洗 效果不 佳 。为 了解 决这 一 问题 ， 可 采用 如 下步骤 洗孔 1 间歇性洗孔。先下放 伽D n 1 r舵营 ， 下人深度 4 0 6 0 m以上 ， 启动空压机进行洗 L ． 当 抽水 为 清水 时 ， 停止 空 压 机抽 水 l 一2小 时 ， 然 后再 次 启动 并反 复进 行 2天 以上 ； 2 将直径 ∞ 0 I lⅡ n 镀锌管下政到过滤器位置 ， 泵入清水将塑料管底部沉砂 冲洗出来 ； 3 按上述方式反复进行 2 ～3 次 ， 使过滤器周围岩层恢复其天然渗透性 。 经对 1 2 9个钻孔 的单孔抽 水量统计 ， 其 结果见表 3 。最小抽 水量 1 ． 8 ／ h ， 最 大抽水量 5． 4 7 ， b ， 平 均抽 水量 3． 2 8 ， h 。 裹 3 钻孔单孔抽水量情况统计表 单 孔 抽 水 量 ≥ ， h I 2 ． 8 5 4 h aS t E 1 ． 7 2 ． r ,n 钻 孔 个 数 3 5 J 8 6 8 百 分 散 ％ “2 7 ． 1 1 6 6 7 6 ． 2 以上是我们在地授工艺钻孔旎工过程中， 针对 目前旅工 趴伍的施工能力 、 设备现状丽采 取 的一些工作方法和技术措施 ， 希望以此能为我 国地浸事业尽一点微薄之力 。 4 维普资讯