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2 0 0 8年第 7 期 西部探矿工程 7 1 水文孔套管 内封孔施 工技术 张耀选 ， 惠俊刚 1 ． 新疆大学， 新疆 乌鲁木齐 8 3 0 0 4 6 ；2 ． 煤炭科学研究总院西安分院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 结合工程 实践 ， 介绍 了水文孔套管 内封孔施工技术的难点和操作细节。 关键词 水文孔； 套管； 封孔 中图分类号 P 6 3 4 ． 8 文献标识码 B 文章编号 1 O 0 4 5 7 1 6 2 O 0 8 O 7 一O 0 7 1 0 2 伊犁盆地贮煤丰富， 煤田水文孔施工较多， 水文孔 封孔质量的好坏， 严重影响水文抽水观测的准确性和可 靠性。在施工中， 只有根据钻孔实际情况并结合理论， 才能圆满完成任务 。 1 施工区地质概况 钻孔所穿过的地层 自上 而下依次为 第 四系 Q ， 厚几十米至百余米 ， 多为冲积、 洪积 、 沼泽堆积和冰水沉 积的砾石、 砂土、 亚砂土及粘土等； 第三系 E N ， 为中 粗砂岩 、 砂砾岩夹粉砂岩、 泥质粉砂岩 ， 是干旱气候条件 下形成的冲、 洪积产物， 与下伏白垩系呈不整合接触； 白 垩系 K ， 为砂砾岩、 杂砂岩、 粉砂岩夹泥岩的河湖相沉 积， 普遍具钙泥质胶结， 底部的钙质砂砾岩为区域标志 层， 以微角度不整合于侏罗系之上； 侏罗系中下统水西 沟群 J 一 z s h ， 为一套陆相含煤碎 屑岩沉积物 ， 区域 自 下而上发育十三层煤 ， 煤层厚度相差悬殊 ， 从几十厘米 到几十米不等 ； 中上三叠统小泉沟群 Tz ～ 。 x q ， 为一套 河湖相碎屑沉积 ， 自下而上具 由细到粗再变细 的韵律沉 积特征， 以粉砂岩 、 泥质砂岩、 砂砾岩为主。 2 钻孔结构及封孔要求 2 ． 1 Z K 2 4 0 3钻孔结构 见图 1 钻孔结构 孔深 3 8 2 ． 9 1 m， 孔径 0 ～ 1 5 2 ． 0 0 m 为 1 5 1 mm， 1 5 2 ． 0 0 3 8 2 ． 9 1 m为 1 3 1 mm o 套管总长为 3 8 2 ． 5 1 m， 出露地表 0 ． 6 m， 底部沉沙管 长 3 ． 9 0 m， 沉沙管底端距孔底 l m。套管外径 8 9 mm， 内径 8 0 mm， 四段滤水管分别位于 4 个含水层 。 2 ． 2 封孔要求 封孔采用 4 2 5 水泥 ， 两层封 孔 ， 分别对 最底含水 层、 中间含水层和上部两含水层 3 个层位做抽水降升试 验， 观 测含 水 层 的水 量 及 水 头 高 度 。第 一 层 封 孔 ， 3 8 2 ． 9 1 ～ 2 8 0 ．1 4 m 3 0 0 m ； 第 二 层 封 孔 ， 2 8 0 ．1 4～ 2 2 4 ． 3 2 m 2 3 5 m 。 3 难点 分析 本次施工 ， 不同于水文地质孔 的全孔封孔 ， 而是对 381 ． 91 3 8 2． 91 二 23． 4． 23． 3 32 4 23． 8】 3．90 图 1 钻孔结构 图 各含水层依次密封 ， 准确性较高 。由于钻孔孔径较小 ， 封孔长度小 ， 很易造成封孔达不到或超过封孔区段 ， 轻 则影响水文观测结果 ， 重则密封上一含水层 ， 造成不可 逆的恢复， 无法对上一含水层做水文抽水降升试验。因 此本次封孔必须要准确 ， 误差不能太大。本次封孔前要 充分考虑 以下 2 个问题 3 ． 1 密封孔段体积的确定 如果钻孔穿过的地层岩性稳定 ， 岩石硬度大 ， 且护 壁 良好 ， 可不考虑缩径因素， 密封孔段 的底 面积为钻孑 L 横截面积减去套管管壁的横截面积。但该孔钻遇地层 岩性不稳定 ， 松散砂岩、 泥岩较多 ， 下人套管之前经过了 洗孔 ， 下人套 管后对 托盘 以上 位置进行封 孔 ， 并洗井 2 4 h ， 根据 以往在该 区施工 的经验 ， 钻孔孔壁 已坍塌缩 径 ， 套管周围被砂岩 、 泥岩填充， 沉沙管底部与孔底之间 的空隙已被沉沙所填 见图 2 ， 所以密封孔段的体积接 O “ C 1 ． ． 1 2 维普资讯 7 2 西部探矿工程 2 0 0 8 年第 7 期 近套管内部相应长度的体积。 3 ． 2 水 泥浆在水 下凝 固后体 积 的 变化 因本次封孔使用的水泥浆由水 泥和水 配制， 凝 固后水泥 浆要 析 出 大量水 分， 致使水 泥柱 的体积要 比 水泥 浆 的体 积 小。水 泥 浆 密 度 越 大， 凝固后析 出水分较少 ， 体 积变化 也就较小， 反之 ， 水泥浆凝 固后体积 缩小幅度较 大， 所 以在 条件允 许情 况下 ， 尽 可能采用较大 密度 的水泥 浆。本次施工采 用泥浆 泵送浆 ， 浆 液 水 灰 比 为 0 ．6 1 ，密 度 为 1 ． 5 g ／ c m。 。经过 测定 ， 确定 该水 泥 浆在凝 固前与凝 固后体积 比为 1 图2 注浆前 n 钻孔状况 4 水泥浆的配制 4 ． 1 第一层封孔区段所用材料计算 一 根据下式计算所需水泥浆的体积 v 0 ． 7 8 5 d 2 h a ／ 7 1 式中 v 灌注水泥浆的体积 ； d 套管内径 ， 取 0 ． O 8 m； h 应封 孔长 度， 取 最小 长度 ， 3 8 1 ． 9 1 3 0 0 81 ．9 1 m ； a 修正系数， 暂定为 1 ； 水泥浆凝固前后体积 比， 取 0 ． 8 ； 计算得 v 0 ． 5 l m。 。 由下式计算所需水泥用量 m0 v t3 2 式中 m所需水泥质量 ； r水泥浆密度 ， 取 1 ． 5 1 0 。 k g ／ m。 ； 水泥百分比， 取 1 ／ 1 ． 6 0 ． 6 2 5 。 计算得 m4 8 0 k g 。 计算替浆量 清水 Q一 Hh q Qb 3 式中 Q一替浆量 ； H孔深 ， 从沉沙管底部算起 ， 取 3 8 1 ． 9 1 m； h 水泥浆柱高度， 取 8 9 ． 9 1 m； q 每 米 钻 杆 容 积， 5 o钻 杆 为 1 ．2 1 O 一 。 m3 ／ m Q b 水泵和吸水管容积， 取 0 ． 1 m 。 。 计算得 Qo ． 4 6 m。 。 所需食盐质量 当食盐加量为水泥用 量的 2 时， 水泥浆凝 固时间约为 1 6 h 。 食盐用量 4 8 0 2 一9 ． 6 k g 。 4 ． 2 水泥 浆 配制 可根据现场施工 条件 ， 采用搅 拌机或人工搅拌配 制。因注浆量小， 要合理选用浆池， 保证水泥浆能被泥 浆泵全部抽完。搅拌均匀后， 确认浆液体积与计算无 误 ， 方可加入食盐搅拌均匀。 5注浆 注浆是很关键的一步， 要保证注浆的连续性。从套 管内下人 5 O钻杆至孔底 5 m左右， 用泥浆泵送浆。在 水泥浆注完后 ， 缓慢提出钻杆至孔深 3 0 0 m处， 注入清水 ， 严格控制替浆量 ， 整个注浆过程应控制在 4 0 mi n内。 注浆结束 ， 静置 1 6 h 后 ， 应再下人 5 O钻杆试探封 孔深度 ， 如果封孔高度超 出要求范围， 应立即采取补救 措施 。因此时水泥还没有完全凝 固， 硬度不大 ， 可用 略 小于套管 内径的钻头扫孔至要求的位置 。 6 第一层封孔效果检查 按以上方法操作， 封孔 1 6 h后 ， 经探测 ， 该孔封孔深 度为 3 0 8 ． 4 7 m 长度 h 一3 8 1 ． 9 1 3 0 8 ． 4 7 7 3 ． 4 4 m ， 比理论计算 8 1 ． 9 1 m小 ， 由此我们可求得 1 式中的修 正系数 a 。 a h ／ h 8 1 ． 9 1 ／ 7 3 ． 4 4 1 ． 1 2 修正系数 a的求出对第二层段 的封孔尤为重要 ， 可 使我们更加准确地估算第二层段封孔所需的水泥浆体 积和水泥质量。 7 第二层封孔 在最底含水层水文抽水降升试验结束后， 就可做第 二层封孔准备 。 7 ． 1 第二封孔区段段所用材料计算 由 1 式得水泥浆的体积 v 0 ． 7 8 50 ． 0 8 3 0 8 ． 4 7 --2 3 5 1 ． 1 2 O ． 8 0 ． 5 2m。 由 2 式得水泥质量 m4 8 7 k g 由 3 式得替浆量 QO ． 3 8 m。 食盐加量为 9 ． 7 k g 水泥浆配制及注浆过 程与第一层 封孔操作方法相 同 。 7 ． 2 效果检查 封 孔 1 6 h 后 经 探 测 ， 该 孔 实 际 封 孔 深 度 为 2 3 3 ． 6 2 m， 与 2 3 5 m 相差 1 ． 3 8 m， 误 差 1 ． 3 8 ／ 7 3 ． 4 7 1 ．9 。 8结论 本次水文孔套管内封孔， 第一层段实际封孑 L 长度是 对我们假定条件下理论计算的检验 ， 只有根据第一层段 封孔情况， 我们才能更好得推断孑 L 内状况和操作的合理 性 ， 及时调整第二层段的封孔措施。实践证明这种封孔 技术是切实可行的。 维普资讯
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