钻孔封孔技术讲座 第一讲 封孔目的与要求.pdf

荔 妾要妾盗窿签 窿盗要妾窿盗 韶 玲 开册 幽 探矿工 ; 钻孔封孔技术讲座 三局探矿 处编 韩军智执笔 第一讲封孔目的与要求 钻孔完工后 , 为了隔离含水层而进行的 止水工作叫作封孔 。 封孔工作也是钻探工程 施工中的一项重要质量指标 。 如果封孔质量 达不到设计要求 , 将给矿床保护 、 矿山 开 采 、 地下水的开发与利用 、 工程建筑与边坡 稳定以及水利工程等 , 带来极大的危害 。 所以 , 每当钻孔 即将结束之前 , 地质 、 水文地质及钻探等有 关部门 , 都必须根据钻 孔所穿过的地层情况 , 共同研究提出封孔设 计封闭孔段位置 、 长度及封孔材料 种类 等 。 钻探部门要依据封孔设计 , 制定出具 体施工方案材料选择 、 配方试验 、 灌注工 艺方法及操作注意事项等并付实施 。 在封 孔过程 中 , 要加强责任心 , 努力提高操作技 术 , 确保封孔质量 。 表表土层层 风风风风化层 层 不不不造水涯 涯 含含含木构透透 布布布层层 不不不这水层层 舍舍舍太层层 不不不造水层层 犷犷犷蔗蔗 不不不遮水层 层 图1一1 钻孔剖面示意图 第一节封孔目的 工作地区 , 经钻探工程施工后 , 钻孔便 将所穿过的各种地层如表土层 、 风化层 、 含水层 、 含水构造 、 矿层 、 不透水层及渗漏 层等互相 串通起来图l 一 1 。 为了隔离矿 层与含水层 或含水构造 , 防止将来矿山 开采时 , 地下水沿钻孔涌人采区淹没矿井 , 或防止钻孔中的水柱压力促使采区冒顶 , 造 成人员生命和国家财产重大损失 ; 保护矿床 免遭水浸破坏 ; 杜绝某些液体或气体矿层在 开采固体矿床时进行干扰 ; 避免供水水源恶 化 , 防止工程地质遭受破坏以及便于事后查 找钻孔位置等 , 除特殊情况外 , 所施工的钻 孔凡遇下列情况之一者 , 均应按着要求进行 钻孔封孔技术讲座 生 封孔 。 1 . 穿过工业矿体 , 同时见有主要 含水 层 或 含水构造以及第四纪浅层的钻孔 ; 2 . 由于地表水或地 下水沿钻孔流入 矿 - 层后 , 可 能 引起 矿床 氧化 、 溶化 、 淡化 , 并 对其开采 、 利用影响较大的钻孔 ; 3 . 由于地 层 互相串通 后 , 可能引起含 水层的水 量 、 水 位 、 水质 、 水温 及承压状况 变化 , 而 致使供水水 文地 质条件 恶 化 的钻 孑L ; 4 . 某些液体或气体矿层 , 对 开采 固体 矿床可能发生干扰的钻孔 ; 5 . 由于施工可能 导致附近的建筑 基 础 、 边坡稳定遭受破坏 以 及 引起渗漏的钻 孔 , 或对工程 地质条件有不 良影响的钻孔 。 第二节封孔要求 根据钻孔施工性质 、 孔位地势及所钻穿 的地层情况 , 封孔类 型可分为三种 。 1 . 仅封闭孔口的钻孔 1 见 矿 , 但未见含水层或含水构造 以及孔位低于 侵 蚀基准面以下 的钻孔; 2 含水层水位在矿层之下或对矿层 影响较小的钻孔 ; 3 普查地 区所施 工的一 般普查性质 的钻孔 。 2 . 分层段封闭的钻孔 见主要矿层 、 主要含水层或含水构造 、 第四纪浅层 , 以及 虽 见天然气层但暂时尚不 进行开采的钻孔等 , 应分层或分段进行封 闭 。 封闭的原则是 1 如 果各需要封闭层段之间的 距离较近 , 或者矿层 与矿 层 , 矿层 与含水 层 及含水构造又很薄时 , 可作为 一层段同 时进行封闭; 2 工 业矿层 , 主要含水层或含水构 造 , 应封闭至其顶板 下限以上和底板 上限 以 下各 5米处 ; 3 如果是用粘土或稠 泥浆封闭气体 或液体矿层时 , 应封闭至 顶板下限 以 七和底 板上 限以 下各1 0米左右处 ; 4 地表风化层 或第四纪浅层 , 应封 闭至完整地 层或基岩接触面以 下 3 米处 ; 5 封闭层段与封闭层段之 间 , 除特殊情况外 , 一般可不充填物质 。 3 . 全封闭 的钻孔 1 对矿层 、 含水层或含水构 造 反复 交错 , 水 文地质条件比较复杂的浅钻孔 ; 2 孔位处在 河床 、 水库以及较大 池 塘附近 , 而且孔口地势又较低的钻孔 。 封闭钻 孔时 , 应根据该孔 的利 用 价值 、 水文地质条件 、 封闭位置的深 浅 、 孔壁 稳定 程 度等具体情况 , 选用 不 同的封孔材料 。 选 择的原则是 1 . 采用 稠泥浆封闭的钻 孔 1 含水 层的水 量及承压状况均较小 的钻孔 ; 2 未见矿和含水层 及含 水构造 , 或 利用价值不大 的钻孔 ; 3 考虑将来 还有利用 此 孔的可 能 如可能在此 孔基础 上再进 行加深 或探测其 它矿种而 进行取样等 , 为平 衡地 层压力防 止 孔壁坍塌破坏的钻 孔 。 2 . 采用 粘土封闭 的钻孔 见矿并见含水层 , 但承压水 不 大的钻 孑L 。 3 . 采用 水泥浆液 或化 学浆 液封闭的钻 孑L 见矿 , 并见含水层或 含水 构造等水文地 质条件比较复杂 的钻孔 , 为确 保开采时的安 全和 保护矿床不遭受破坏 , 必须用水泥浆液 或化学浆液进行封孔 。 根据工作需要 , 经上级批准 , 可暂不进 行封闭的钻孔 1 . 需要长期进行观 测水文动 态 变化及 水 文地质还须工作的钻孔 ; 2 . 从事开采地下水或钻采结合 的天 然 气 或某种液体矿钻孔 ; 九 . 放射性地 质 3 . 为支援农业 , 从事农田灌溉的钻 孔 ; 4 . 用于配合其它工程如作为施工坑 道的通风 、 输电 、 排水等的钻孔 。 所施工的钻孔 , 除上述情况暂不进行封 闭外 , 不论孔内进行封闭与否 , 均应封闭 孔 口 。 孔口处应树立水泥桩 、 木 桩 、 或铁桩 废旧套管作为标记 。 并写清施工孔号及 竣工日期等 , 以备查找 。 第二讲稠泥浆及粘土封孔方法 第一节稠泥桨封孔 用稠泥浆封孔时 , 要选用优质粘土进行 配制 , 并应加入适量的碱进行处理 , 以增加 泥浆的稳定性能 。 所配制的稠泥浆粘度不得 小于3 0秒 。 由于稠泥浆的粘度大 , 比重大 , 所以充 填于钻孔后 , 除能起到隔离水量及承压较小 的含水层与其它地层之间的互相串通 作用 外 , 还可维持地层的压力平衡 , 防止钻孔坍 塌 。 为将来再利用此孔而进行扫孔钻进时 , 创造 了方便条件 。 输送稠泥浆可用 孔口倒入或泵送两种方 法 。 1 . 孔口倒人法 钻孔较浅且孔壁又比较稳定时 , 或钻孔 虽深但孔壁稳定而且静止水位又 比较低时 , 可采用孔口倒入法 。 把特制的大型漏斗按放在孔口管上 , 将 搅拌均 匀 的稠泥浆 , 徐徐向孔内倒人 , 以注 满钻孔为止 。 2 . 泵送法 钻孔较深 , 或钻孔虽浅但静止水位较高 以及孔壁不稳定时 , 应采用泵送法输送稠泥 浆 。 所谓泵送法 , 是将钻具下入孔内后 , 开 动水泵把稠泥浆送入钻孔中 。 输送一段后 , 可提出部分钻具 , 然后再继续输送 , 直至注 满钻孔为止 。 表2 一1 不同直径钻孔在不同深度时的理论体积 米\ 一 一 深 \一一 孔 一一 体积 米 , 甸, 一 一一一 孔径毫米 6 1。 2。 3 。 5。 1。。 2。。 1 3。。 1 5。。 且 . 二. . , . .月. . 百, . . .. , 上11,一 2 二 Ul匕 n 八 l l n U nǎ“甘 U 八 Un “ōn nn. 当孔壁 比较完整时 , 输送稠泥浆之前 , 可起拔 出孔内的全部套管 。 否则 , 应采用先 灌入一定数量的稠泥浆后 , 再起拔一段套管 的方法 , 以防钻孔坍塌影响封孔质量 。 不同直径钻孔在不同深度时的理论体积 见表2 一1 。 考虑到地层漏失和钻孔超径等因素 的影响 , 需要多准备2 0 一3 0 的稠泥浆 。 第二节粘土封孔 由于粘土颗粒分子之间有吸引作用和表 面张力所产生的粘结力 , 使它具有一定的抗 剪强度 。 同时 , 粘土经冲压捣实后 , 又具有 不透水性能 , 所以可 以在一些地下水水量不 大 、 承压不高的钻孔中 , 作为封孔材料 。 钻孔封孔技术讲座 向孔内输送 粘土 , 一 般常用孔口投 人或 岩心管输送 两种方 法 。 1 . 孔口投 人 法 钻孔较浅 或封闭位置较浅 , 而且孔内 静止水位又较低时 , 可采用 孔口投人 法 。 粘土掺水拌合后剔除其 中的碎石等杂 物 , 揉搓成直径为25一4 0毫米 的泥球 泥 球 直径的大小 , 要视其孔径而定 。 放置在阴凉 通风处 进行 风干 。 向孔内投放泥 球时 , 其速度不宜 过快 。 特别 是 斜孔 、 用泥桨钻 进的钻孔或 孔内静止 水位较高时 , 尤 应减慢投放 速 度 , 以防在钻 孔中途发生堵塞 。 按钻孔体积计算 , 每 当投人的高度达 8一1 0 米时 , 应 下捣实钻具将一个异 径 接头 的通孔用木棒堵 塞住 , 接在岩 心管的下端即 可 , 开动升降机进行 冲击 捣实 。 以此往复 , 直至达到 设计部位为止 。 2 . 岩心管输送法 封闭位 置较深 、 钻孔顶角较大 、 用 泥浆 钻进的钻 孔 、 或孔内静止水位较高时 , 为 了 防止由孔口投放的泥球在中途堵塞 , 或长距 离碰撞孔壁 及遭受水浸而 被粉 碎 , 以及 下沉 速度缓慢影响封孔速度 , 应采用岩心管输送 法向孔内输送 粘土 。 1 粘 土柱制造 。 将 长 5米 左右的废 旧岩心管 , 割成两半再合拢后 , 用铁箍箍紧 。 然后把拌合好的粘 土剔除碎石等杂物 , 装 入半合管内图2一1 。 边装边进行捣实 。 装 满后打开半合管 , 取出粘土 柱 。 放置在阴凉 处待用 。 如果需要 制造粘 土柱的数量较多 , 为了 提高封孔效率 , 最好采用 泥柱机图2一2 进 行制造 。 将拌合好的 粘土从漏斗 4 倒人 , 在螺旋 轴3的旋转作用 下 , 边拌合边推向压缩套 2 , 经压缩套压缩后 , 由成型套 1挤 出 每台泥 柱机应同时配备有几种不 同直径的成型套 , 以便根据需要挤出不 同直径的粘土柱 , 达 到 厂厂 一 ] ] ]L _ 二二 「「「 一 ] ] ] 图2 一1 半合管示意图 1一割开的废旧岩心 管 ; 2一铁 箍; 3一 粘土柱 ; 4一堵头。 图2 一2 泥柱机结构示意图 1一成型套 ; 2 一压缩套 ; 3一螺旋 轴; 4一漏斗; 5一主动齿轮; 6一皮带轮; 7一传动齿轮;8一箱壳,9一滑 撬。 一定长 度后 , 用钢 丝截 成小段即为粘 上柱 。 2 输送 方法 岩 心管下端拧接一个旧钻头 , 钻头处用 旧帆布或旧麻袋 、 塑料布等包好 , 并用 1 8号铅 丝捆 扎住 不宜 捆 得过紧 , 以能托住 粘 上柱为准 。 将粘土柱装满岩心管后 , 下至 孔内预封部位之上 6米 左右处 。 开泵送水 , 75 放射性地质 同时开钻进行回转甩动 , 将粘土柱排出 。 每 输送两次后 , 下捣实钻具进行捣实一次 , 直 至达到设计部位为止 。 如果需要输送的粘土量较多时 , 可采用 活塞式压送器 图2一3输送粘土柱 。 活塞 6 的上部按有四个卡销 5 。 特制岩心管 3 的 下部有排水口 7 及卡销切口 8 。 特制岩心管 内装人粘土柱后 , 上部放上活塞 , 下部用一 段长为1 0 0毫米左右的软粘泥堵塞住 。 用钻杆将活塞式压送器送到预封层段 底部之上0 . 5米 左右处 , 开泵 送水 , 迫使活塞 下行排挤粘土柱 泵压升高后 , 慢慢提升钻 具 , 提升高度约为岩心管的长度 。活 塞下行 至岩心管下部时 , 由于弹簧 4的张力作用 , 将卡销 5 推入岩心管切口 8 中 , 便把活塞固 定于此处 。 与此同时 , 岩心管上 的排水眼 7 也露出在活塞之上 。 水泵所压送进来的水则 由排水眼流出岩心管 , 泵压立刻降低 , 由此 可判断粘土柱已被排挤出去 。 开动升降机利 用该压送器进行冲击捣实活塞被固定后 , 其底部端面几乎与岩心管底部相平 。 由于减 少了专程升降捣实钻具的时间 , 故可提高封 孔效率 。 _ _ _ 二二 I I I I I I I 心心心心 布布布布 1 1 1 1 1 图2 一3 活塞式压送器示意图 1一压盖 ; 2一塞线 ,3 一特制岩心管 ; 4一弹簧,5一卡销 , 6一活 塞 ; 7一 排水眼 多 s 一切口 。 待续 X U 一 60 0 型钻机的高转速改装 程功积 我国自行设计制造的 XU 一6 0 0型钻机 , 自1 9 66年投产以来 , 已大量的装备了野外 队 , 目前仍是生产中的主要设备 , 为适应小 口径金刚石高转速钻进的需要 , 许多单位进 行了改装 。 一是将原回转器内的伞齿轮对换 安装 、 二是在钻机的离合器后 , 动力机前加 装一个副变速箱 。 前者简单易 行 , 但无慢 速 , 且去掉立轴 ; 后者虽有快 、 慢共六速 夕 因增加了一个副变速箱 , 所以显得复杂 。 张家口探矿机械厂又设计制 造了 X U - 6 0 0一3型钻机 , 实现了快慢挡六速的钻进传 动 。 这样 XU 一 6 0 0型钻机的机型越来越多 , 既不利于配件的生产和管理 , 也不利于机台 的使用和维修 。 我们系按 X U 一60 0一3型钻机的方案, 改 造现有的 XU 一6 0 0型钻机已改五台和XU - 600一2型钻机已改一台 , 使其既 能满足高 转速钻进的需要 , 又使三个机型的主要易损 零件通用 。 改装是在队修配车间进行的 , 经 过生产使用 , 效果良好 。 改装方法是