趙留華，張成楠，張 準

（1.云南省有色地質局楚雄勘查院，云南楚雄675000；2.云南國土資源學院，云南昆明650000；3.云南省有色地質局勘測設計院，云南昆明650000）

1 概述

紅層以白堊系和侏羅系陸相碎屑沉積巖及少量古近系地層為主。紅層因以泥巖、粉砂巖和砂巖的可鉆性一般為4～7級，鉆探相對較容易；長久以來因泥質巖類系隔水層，不易引起廣大鉆探工作者的高度注視；20世紀60～70年代，先輩們在找礦過程中因施工器具限制而采用的鉆探方法極為簡單，導致鉆探質量較差；再經20世紀90年代地質工作的蕭條，鉆探工作者的斷代，使后來的鉆探工作者經驗不足，照搬過去礦區(qū)鉆探經驗，多采用清水鉆進，造成頻繁出現孔內事故導致經濟損失。以云南某新建鐵路隧道深孔施工為例，地層結構為上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層粉質粘土、細角礫土或粗角礫土；下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)壩注路組泥巖夾粉砂巖及鈣質礫巖、砂巖，中統(tǒng)花開左組泥巖夾泥灰?guī)r、粉砂巖、石英砂巖，下統(tǒng)漾江組泥巖夾砂巖、粉砂巖，三疊系上統(tǒng)麥初箐組砂巖、泥質粉砂巖夾灰?guī)r、炭質泥巖及褐煤線等。隧道5號孔（孔深730m）在鉆孔上部地層采用清水鉆進，到280m時遇到孔內坍塌、掉塊、漏失，開始使用泥漿進行堵漏，結果多數堵漏不成功，造成鉆孔質量差、效率低、鉆進成本高，個別甚至導致鉆孔報廢，在泥巖與砂巖分界線上，接連出了3次事故，施工時間前后花了近一年時間；2號孔（160m）因雨季道路不通，泥漿材料不到位，鉆進到90m時采用了清水鉆進，導致該孔施工時間花了3個月。

2 紅層形成復雜地層的機制

紅層主要由泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、長石砂巖、石英砂巖等碎屑沉積巖組成，礦物成分主要由高嶺石、水云母、蒙脫石等粘土礦物和長石、石英、云母等碎屑礦物組成、含少量綠泥石、綠簾石等后生礦物及鐵錳質和有機質。上述巖層具備工程性質較差的特征，其中粘土礦物具有極強的親水性，易形成層間軟弱帶、層間擠壓帶，以至于斷層；粘土礦物含量高，巖體軟，親水性強，抗風化能力越弱，反之則強。

主導地位的泥巖巖性軟弱，固結性差，逆變性強，呈厚層狀，碎片、碎石狀，強度低、軟化系數低，遇水軟化，在內外動力地質作用影響下形成較厚的軟弱泥化夾層，穩(wěn)定性極差。強風化泥巖結構松散，整體性差，裂隙發(fā)育，抗剪強度低。巖性組成雖以泥巖為主但間夾砂巖，巖層在受構造影響后，因砂巖性脆，泥巖性柔，導致砂巖破碎，形成透水層。砂巖、泥巖間的層面形成層間軟弱結構面或層間擠壓帶；砂巖裂隙發(fā)育形成的破碎帶。

紅層鉆進過程中，如若采用漿液技術不當，常常會引起井壁坍塌垮孔、埋鉆、嚴重漏失、涌水等各種事故，而停鉆處理。因此紅層施工鉆探往往鉆孔質量差、效率低、鉆進成本高，有時候甚至導致鉆孔報廢。

3 漿液的功用

漿液在鉆孔中的沖洗液介質又稱鉆探的“血液”一旦鉆孔中沖洗液介質停止循環(huán)或選擇不當時就會發(fā)生燒鉆，鉆進時被破碎的巖粉不能及時排出孔外，甚至不能進尺，同時還會發(fā)生孔壁坍塌夾埋鉆具等一系列孔內事故，因此正確選擇和合理使用沖洗液介質是提高鉆探效率和降低鉆探成本的必要手段。鉆孔沖洗液介質的主要功用有冷卻鉆頭、清洗孔底、保護孔壁、潤滑鉆具等功能。

4 漿液的選取

優(yōu)質膨潤土的選?。阂话汊c質膨潤土的造漿性能比鈣質膨潤土要好，但我國的膨潤土一般以鈣質膨潤土為主，我公司采購的膨潤土為湖南省常德醴縣膨潤土廠。生產的一級鈉基膨潤土，具有良好的造漿率其造漿率不小于16m3/t。濾失量不大于15mL/30min。鈉土所含水分濕度不大于10%。濕篩分析200目篩余不大于4%，鈉土是基礎配漿材料之一，適用于淡水和礦化度小于20g/L的咸水鉆井液也可作為降濾失劑、增粘劑和堵漏劑。

聚丙烯酰胺PHP的選取：聚丙烯酰胺根據分子量的不同分為：PHP2000萬分子量；PHP1600萬分子量；PHP1200萬分子量；通過單位泥漿工程師室內試驗選擇的聚丙烯酰胺為江西省萍鄉(xiāng)市江燕礦山設備材料有限公司生產的聚丙烯酰胺PHP1600萬分子量的比較適用。

植物膠選?。航魇∑监l(xiāng)市江燕礦山設備材料有限公司生產的牌植物膠XC，其中包括XM型、XT-1型植物膠進行試驗，我單位采用的是XC型植物膠。鈉土與植物膠8:3的比例混合均勻后，加入片堿配成的水溶液攪拌20分鐘即可。

5 外加劑選取

適量的純堿可改善泥漿的性能，但加入過量的純堿會產生壓縮雙電層的聚結作用，而影響泥漿性能。

燒堿（NaOH）加入后，可促進植物膠中的蛋白質分解為氨基酸，氨基酸中氨基為強吸附基，可增強對孔壁的吸附作用，提高漿液的護壁效果。外添加濟有，高粘羧甲基纖維素800～1000粘度、磺化瀝青粉、防塌潤滑劑、護壁王、成膜劑X-A。

最后確定的護壁漿液優(yōu)化配方為：7.5%膨潤土+0.3%高效植物膠+0.3%護壁王+0.25%成膜劑X-A。

該漿液配方性能：比重1.03g/cm3、漏斗粘度30s、pH值10、膠體率100%、失水量11mL/30m、泥皮厚度0.8mm。

使用后效果：松散巖層、紅層使用次低固相泥漿后鉆孔穩(wěn)定性好，返漿基本正常且?guī)r芯采取率達90%。

6 護壁堵漏漿液的應用

通過該沖洗液配方的現場生產試驗，對林保山隧道其他鉆孔的實際應用，除2號、5號孔外，1～8號孔均順利終孔，實現良好的生產效益，證明了該沖洗液配方很好地解決了破碎坍塌、水敏性地層、不易取芯等紅層鉆進的問題，現場配制方便，減少了孔內事故的發(fā)生率，且對人體環(huán)境無污染。該護壁沖洗液的優(yōu)點體現在以下幾個方面：

（1）護壁防塌性能好，在1、3、4、6、7、8號孔內鉆探試驗，未出現嚴重的垮孔事故，未影響鉆進效率，說明該沖洗液防塌性能好，滿足了實際的鉆探工作需要。

（2）抑制水敏性地層，在該鉆孔內，巖層較多為水敏性地層，但未出現鉆孔縮徑及埋鉆事故，體現了該沖洗液很好地抑制了水敏性地層。

（3）優(yōu)良的攜帶巖屑和懸浮巖粉的作用，在鉆探過程中，孔底基本保持潔凈，說明該沖洗液具有較好的剪切稀釋作用，攜帶巖屑和懸浮巖粉效果好。

（4）巖芯質量好、采取率高，該沖洗液具有護芯作用，所采取的巖芯基本保持原狀，層位清晰，特別是較好地采取了巖芯。

（5）減振潤滑效果好，鉆機鉆速可以開到高速，鉆進仍很平穩(wěn)，減少了對機械的破壞，延長了鉆機鉆具的壽命，大大地提高了鉆進效率。

7 結語

通過對林保隧道鉆孔施工實際使用對漿液有了一個更新的認識，對泥漿處理劑的配比和處理劑的調配需要根據地層的實際情況來調配和使用。雖然在各種漿液材料上投入費用多一些，但是通過合理的漿液調配可以提高鉆探施工的效率，減少鉆孔垮塌，對鉆孔正常鉆進中的鉆具有良好保護作用，設備及井內的噪音也大大地降低，護壁作用效果明顯，保證巖芯基本保持原狀，層位清晰，特別是較好地提高巖芯采取效率，對順利結束鉆孔有良好作用。在地勘事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，我們要與時俱進，不斷使用新技術、新工藝、新材料，大膽創(chuàng)新來適應新形勢的發(fā)展。

[1] 有色金屬地質鉆探管理暫行規(guī)定巖芯鉆探技術規(guī)程[R].中國有色金屬工業(yè)總公司，1991.

[2] 武漢地院五院校.鉆探工藝學[M].地質出版社，1979.

[3] 曾祥喜，陳志超.鉆孔護壁堵漏原理[M].北京：地質出版社，1986.