１　 概述
在钻探施工中， 当钻遇构造破碎带、 裂隙发育带、 溶洞等复杂层位时， 通常会引起洗液 漏失， 水泥护壁堵漏是目前复杂地层钻进广泛应用的技术措施之一。 在钻孔中灌注水泥浆， 常常因地层复杂、 地下水的运动状态不同、 水质和温度各异， 或因灌注方法与工艺不当而招 致灌注失败。 也有出现水泥浆液长期不凝固、 候凝时间太长或浆液流失等问题［１］， 致使水泥 护壁堵漏失败。 近年来， 福建省地质矿产勘查开发局， 在完成大量钻探工程施工过程中， 常 在灌注水泥护壁堵漏时， 人为原因造成孔内事故屡屡出现， 并造成了巨大的损失， 主要事故 现象的典型实例。
实例一： 大田煤矿桃舟井田某孔。 孔深３８０ｍ 处发生全泵漏失， 采用φ７１ｍｍ 绳钻钻杆 泵送水泥浆堵漏， 替浆末了泵压急剧升高， 钻杆被卡， 强力提拔、 千斤顶等处理无效， 最后 采用扩孔的方法处理， 造成３００ 余 ｍ 的钻杆严重损坏。
实例二： 赤洋埔 ＺＫ７００２。 在处理孔深２６３ ｍ 地层接触带全泵漏失引发的严重埋钻事故 后， 采用水泥浆封堵漏失， 发生钻杆被水泥浆抱死的事故， 处理时间长达数月。
实例三： 赤路钼矿区某孔。 孔深１６０ 多 ｍ 时， 钻孔漏失， 投水泥球堵漏。 由于水泥球 中途架桥， 将未做成水泥球的１ 包多水泥搅拌成水泥浆倒入孔内。 下钻具捣、 扫水泥球时， 被卡。 由于当天没有及时处理， 到第二天打吊锤时， 已处理不了。 考虑矿区勘查工期紧， 最 后移孔重新施工。
实例四： 大田石狮崎矿区 ＺＫ１４０２。 孔深３９４．７９ ｍ， 孔内全泵漏失， 灌注水泥３ 包 （加 入麻丝）， 候凝４５ｈ， 扫孔下钻差２７ ｍ 到底， 开泵扫下９ ｍ 后。 由于扫孔前孔内水位较低， 机场水池清水用完时冲洗液尚未返出孔口， 提高扫孔钻具１８ ｍ， 等水近２ｈ。 再次扫孔时， 钻具被卡， 强力提拔钻杆脱扣； 反钻杆阻力极大， 孔内剩余钻杆 １２６ ｍ 无法反脱， 用千斤顶也无法顶动钻具。
实例五： 马坑铁矿 ＺＫ７９２４。 孔深 ３２４．５９～４３８．２８ ｍ 为碎石、 泥 包 石 等， 因 孔 壁 严 重 坍塌， 采用水泥固结法 护 壁。 灌 注 水 泥 １０ 包， 用 普 通 φ９５ ｍｍ 单管扫孔至离孔底 １．５ ｍ， 换 φ９５ ｍｍ 绳取钻具扫孔。 由于扫孔速度过快， 孔内水泥渣过多， 冲孔循环时间不够， 且操 作不当等原因， 下φ９５ｍｍ 绳取钻头离孔内水泥面３ｍ 左右， 泵送泥浆， 发现泵压太高， 顶 起钻具、 取出内管后， 孔内钻具被沉淀水泥渣卡埋。 经过反、 割等多种方法处理无效， 采取
绕的方法处理， 从３５８ ｍ 处 偏 出 新 孔。 孔 内残留绳索钻杆 ５１．３４ ｍ 及 钻 具 ４．７２ ｍ， 共 计５６．０６ ｍ。
实例六： 梓 口 ＺＫ３０１。 孔 口 直 接 灌 浆 或 替 浆 过 度， 扫孔钻具多次脱扣， 处 理 时 钻 具（杆） 被固结。
实例七： 马坑铁矿 ＺＫ７９２２， 于孔深３６４．４２ ｍ 灌注水泥护孔后， 扫水泥时， 自孔深３２４ ｍ 偏出新孔。针对上述问题， 笔者从水泥的特性入手， 结合对实例事故原因的判断， 探讨水泥浆护壁堵漏应特别关注的事项。
２　 水泥的主要特性及水泥浆应满足的要求［２］
２．１　 硅酸盐水泥的凝结与硬化过程
凝结： 水泥加水拌合后， 成为可塑状的水泥浆液， 然后逐渐变稠并失去塑性， 但尚无强度的过程。
硬化： 水泥 “凝结” 后， 强度逐渐增长并变为坚硬水泥石的过程。
２．２　 影响硅酸盐水泥的凝结与硬化的主要因素
水泥熟料的矿物成分： 常由水泥的品种和标号决定。硬化龄期： 水泥的强随硬化龄期的增加而增长， 一般早期增长较快 （３～７ｄ）， 往后 逐渐减缓。水灰比： 水灰比越大， 水泥的凝固时间越长， 水泥石的强度也越低； 水灰比越小， 浆液越稠， 凝固时间越短。 水泥水化时所需的水灰比为０．２５ 左右。环境温度： 温度高， 凝结和硬化速度快； 降低温度， 硬化相对减慢。水泥颗粒度： 水泥越细， 凝结硬化也越快。其它因素： 水的化学性质， 水泥的储存时间， 添加的水泥外加剂等。
２．３　 水泥浆应满足的要求
使用水泥护壁堵漏时， 必须注意水泥的品种和标号， 掌握其性能特点和使用方法， 根据具体情况合理选择和使用水泥。 对于钻孔护壁堵漏用的水泥浆应满足要求 （表１）。
３　 水泥浆液材料、 配比与配制
３．１　 水泥浆材料
基本材料： 水泥一般为３２．５～４２．５ 级普通硅酸盐水泥； 清洁淡水， 其温度一般不要超过３０℃ ； 水泥外加剂。
特殊材料： 砂、 惰性材料、 纤维材料等， 用于配置特殊需要的水泥浆液， 如封堵构造破碎带中裂隙发育的基岩孔段的水泥砂浆； 以及用于裂隙性地层、 洞穴或高渗地层堵漏的纤维水泥浆等。
３．２　 水泥浆配比
（１） 水泥浆液水灰比一般不超过０．５， 气温低时选择低值， 气温高时选择高值。
（２） 外加剂选用， 目前配浆常加的仅是早强剂食盐０．５％ 、 三乙醇胺 （延长浆液凝固时 间， 提高浆液扩散能力和可泵性）０．３％ ～０．５％ ， 而忽视减水剂的作用。 应在合理选用水灰
比的基础上， 考虑加入水泥减水剂， 提高水泥浆的流动性、 抗渗性和强度。 水泥减水剂品种
很多， 参考加量 ＦＤＮ　０．５％ ～１．０％ ；ＵＮＦ　０．８％ ～１．４％ ；ＮＮＯ　０．４％ ～１．５％ 等。 水泥减 水剂 （能使水泥浆显著地降低拌合水量的外加剂） 的特性：
① 保证和易性不变的情况下， 掺入０．２％ ～１．５％ 减水剂 （水泥重量）， 减少水泥浆用水 量５％ ～２５％ ， 从而提高水泥浆强度；
② 在强度不变的情况下， 掺减水剂可降低水泥用量５％ ～２５％ ；
③ 在保持水灰比不变的情况下， 可较大提高水泥浆的流动性；
④ 在流动性不变的情况下， 可减小水灰比， 提高水泥石的密实度和强度。
３．３　 浆液配制应强调的事项
（１） 灌注前应检查水泥的质量 （生产日期、 结块与否等）， 并在地面做好小型试验 （测 定初凝和终凝时间、 流动度、 可泵期、 抗压强度等）。
（２） 使用减水剂时， 应先将减水剂溶于水， 然后再加入水泥浆中； 添加氯化钠时， 应在 水泥浆基本和匀后再加入。 溶解外加剂的水量应计入水灰比中。
（３） 浆液经充分搅拌后用钢丝网滤去硬块、 砂等杂质。
（４） 在注浆过程中， 要不停地缓慢搅拌， 不得在浆液稠化过程中加水。
（５） 留置适量水泥浆样品， 根据其凝结与硬化情况， 以决定扫孔的时间。
４　 利用钻杆泵灌水泥浆应注意的几个问题［２－３］
必须特别强调灌注水泥浆进行护壁堵漏时， 水泥浆严禁从孔口直接倒入。
４．１　 钻杆下入深度或位置
根据灌注的目的来选择钻杆下入深度或位置 （表２）。
４．２　 灌浆钻杆的选择
（１） 泵送法灌注水泥浆， 应采用小于孔径一级以上的钻杆 （至少在灌注孔段内）。 采用绳索取芯钻进的钻孔更应注意这一点。 因为， 绳索取芯钻进钻杆与孔壁之间只有３ ｍｍ 的环 状间隙， 水泥浆液沿环状间隙上返易发生抱钻、 固钻事故 （实例一）。
（２） 无法泵送的浆液， 如砂浆、 纤维水泥浆等， 可用绳钻钻杆为导管进行灌注。 灌注工艺。
① 下入绳索取芯钻杆， 将拌制好的、 满足封堵需要的水泥砂浆从孔口倒入钻杆内；
② 开泵压送或灌入替浆水量， 使浆液到达孔底， 并使钻杆内 “水泥浆液＋ 水柱” 静压力等于或略大于钻杆外泥浆柱静压力时， 即可缓慢将钻杆提离浆液面；
③ 视情况向孔内送水或泥浆， 增加水泥浆液压力使其进入裂隙中；
④ 灌浆时， 最好设置隔水塞将水泥浆液与孔内泥浆、 替浆水隔离。
（３） 一次灌注孔段长度的确定， 一般针对钻孔各漏失孔段的情况分别进行， 每一漏失孔 段压浆封闭时间原则是钻穿该漏失层至完整孔段后开始。 一次灌注孔段长度应根据地层软硬情况、 水泥浆凝固强度增长速度、 扫水泥石工艺水平等综合确定。 只有灌注孔段的 岩 层 完 整、 强度可靠， 才可长孔段灌注水泥浆。在地层比较松软、 破碎的情况下， 应控制一次性灌注孔段的长度， 一般１５～２０ ｍ。 否 则， 容易因长时间扫水泥使下部孔段水泥石的强度高于岩层而扫出新孔。
（４） 替浆水量应根据灌浆目的、 孔内水位、 灌浆机具等情况， 按钻杆提离浆液面前不被 稀释、 混合的要求确定。 如， 对于深部孔段、 中等以上漏失层的堵漏， 在实际操作中， 替浆水量可按将钻杆内的水泥浆压送至孔深 （＝ 灌入水泥浆的浆面孔深— 灌注前孔内静水位孔 深） 位置来简单计算。
４．３　 水泥浆的可灌期和候凝时间
（１） 根据灌注孔段深度和灌注方法、 工艺水平等条件选择适当的可灌期 （表 ３）。 水泥 浆的可灌期可用改变减水剂加量或水灰比来调节。
（２） 应在水泥石强度早期增长期间和适当抗压强度范围内扫水泥或钻水泥塞， 以免当水 泥强度超过岩石强度时发生孔斜。

（３） 候凝时间以３６～７２ｈ 为 宜， 地 层 松 软 选 用 小 值， 地层完整可选大值。 实 践 表 明，候凝时间过短， 水泥与孔壁的固结体会因强度过小而受到破坏， 失去堵漏或护壁的目的； 候凝时间过长， 水泥石强度较高， 易在松软孔段扫出新孔。
４．４　 扫水泥的方法
实例三至实例七基本属于扫水泥出现的事故， 从中可得到以下认识。
（１） 扫孔内水泥石建议采用侧刃不锋利的全面钻头， 最好是金刚石不取芯全面钻头。 不 宜采用合金钻头扫孔 （钻渣粗不易排出， 且大颗粒水泥渣随时间强度继续增长）。
（２） 在下钻扫水泥时， 应准确了解孔内水泥浆的位置和水泥浆可能粘、 挂孔壁的情况，
提前开泵送水进行扫孔。 扫孔钻具下入深度不得超过孔内水泥浆面、 浮浆面。
（３） 扫水泥应轻压、 慢转、 较大泵量， 并连续进行。 在保证钻渣产生量与冲洗液排渣能 力相匹配的前提下， 力求安全、 快速。
（４） 硅酸盐水泥的比重一般在 ３．１～３．２， 扫水泥形成的钻渣与岩粉、 土粉相比， 上返 速度慢、 沉淀速度快。 应特别注意：
① 扫孔过程中， 应避免中途停泵或钻具在孔内长时间静止不动；
② 每扫一根单根后， 要慢转冲孔５ｍｉｎ 左右， 再提钻加杆；
③ 扫水泥时， 如果不能连续进行， 务必把钻具提出孔外或提至安全孔段。 再次下钻时，
钻具不能直接下到孔底、 插入沉淀的渣粉中， 应离孔底一定距离即开泵清孔后逐渐下放；
④ 扫完水泥石后， 应用大泵量冲洗钻孔， 送入孔内的冲洗液数量应保证有３ 倍钻孔容积 以上， 全面清除孔内悬浮的水泥渣。
（５） 有异常状况出现时， 应及时查明原因， 迅速处理。
４．５　 灌注水泥浆需注意的其它事项
（１） 灌浆前必须准备充分， 确保地表管线、 钻杆畅通， 水泵工作性能良好。 灌注时， 分 工明确， 指挥统一、 动作协调迅速， 全部浆量必须一次灌完。
（２） 泵完水泥浆后， 必须立即泵入事先计算好的替浆水量。 钻杆缓慢提离水泥浆液面一 定距离后， 可开泵将水泵， 送水管、 钻杆冲洗干净， 也可顺带冲除多余的浆液， 减少扫孔长度。