摘要：帷幕注浆施工中,钻探必须打至设计的注浆层位才有可能实施压水试验和注浆。中关矿区蚀变灰岩地层物理力学性质较差，钻探施工难度大，影响了注浆的实施。通过对蚀变灰岩特性的探索和研究，分别对钻探工艺、冲洗液和压水试验、注浆等各施工环节进行了改进，提高了帷幕注浆的施工速度。
关键词：蚀变灰岩,钻探,压水试验,注浆
注浆就是通过钻孔将具有胶凝性的浆液，按照规定的配比或浓度，压入到岩石中的节理裂隙、溶洞中，使之形成结石，从而起到防渗，提高岩石承载强度和抗变形能力以及传递应力的作用。
一、工程概况
（一）工程概况
中关铁矿设计为井下开采。为保护矿区水资源环境，提高矿山经济效益，矿山建设采用帷幕注浆堵水方案治理地下水。
中关铁矿帷幕平均孔深为500多米，钻探总进尺为20万m。
（二）矿区水文地质工程地质条件
中关矿区内分布地层如下：
1、第四系：表层有10.00m左右的砂砾石层，中部以杂色粘土为主，夹杂粉细砂层；下部以含粘土碎石层为主。厚度35.00～120.00m，平均厚度72.12m，层底平均标高159.72m。
2、石炭—二迭系：岩性主要为砂、页岩，厚度变化较大，局部缺失，最大厚度70.0m，平均厚度24.20m，层底平均标高135.52m。
3、中奥陶系：岩性以石灰岩、结晶灰岩和大理岩为主，厚度224.10～589.00m，平均厚度416.17m，层底平均标高-280.65m。
4、燕山期闪长岩：是本区的基底，块状，主要
矿物成分有角闪石、正长石等，最大揭露厚度60.5m。
相应可以划分为四个含水层组，即：第四系松散岩类孔隙含水岩组、石炭-二迭系薄层灰岩和砂页岩裂隙含水岩组、寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组、燕山期岩浆岩风化裂隙弱含水岩组。
中奥陶系马家沟组石灰岩为矿床的直接顶板，是矿区的主要含水层，分布于整个矿区。其下伏闪长岩、矿层为相对隔水底板，上覆第四系及石炭、二迭系地层均为相对隔水层。
矿区石灰岩含水层地下水位标高+47.5m,水力性质呈潜水状态。由于矿床埋藏深，且主要含水层奥陶系中统灰岩富水性强，因而矿区水文地质条件复杂。
二、蚀变灰岩特性
（一）蚀变灰岩物理力学特性
在中奥陶系石灰岩中普遍赋存有厚度不等、呈透镜体分布的蚀变灰岩，最厚可达60m，岩性以石灰岩角砾为主，粒径大者30~50mm，小者成粉砂状，胶结物为钙质，含有黄铁矿颗粒。颜色较杂，一般成灰绿色、灰白色，岩芯硬度极低，坍塌掉块严重，遇水易缩径、崩解，透水性差，极易造成孔内事故，给该层的钻探施工、压水试验和灌浆都带来一定的困难。
蚀变灰岩的物理力学性质详见表1。
表1蚀变灰岩力学试验结果
（二）蚀变灰岩可注性
蚀变灰岩的透水性非常弱，故可注性不好，浆液无法渗透到岩体内部，而且在注浆后，水泥与蚀变灰岩的粘结性较差，仅仅在孔壁上形成一层很薄的薄膜。蚀变灰岩注浆情况详见表2。
从表2中可以发现，在8个注浆孔共12段蚀变灰岩的压水试验中，大于1Lu的只有一个段次，其余段次的吕容值均小于1Lu，并且单位注灰量都较小。
三、蚀变灰岩的处理方法
蚀变灰岩的物理力学性质较差，钻探施工中，在冲洗液的冲刷作用下，蚀变灰岩易发生坍塌掉块、缩径，经常造成井内事故，影响施工进度。针对这一问题，从冲洗液、钻探工艺和压水试验、注浆等各施工环节进行探讨和研究，取得了一定的效果。
（一）冲洗液
在蚀变灰岩的钻进中，冲洗液加入部分添加剂,如聚丙烯胺、聚丙烯氰等，经复配而成的冲洗液与清水相比，具有很好的吸附性,粘结性,一定的可塑性和胶体应变特征，特别是溶化后具有较强的网状结构，能在蚀变灰岩井壁上形成薄的吸附膜，具有一定的护壁能力。注浆时压力较大，可直接破坏网状结构，不影响注浆。试验证明，少量的聚丙烯胺等添加剂，不影响水泥结石的强度。
注浆是封堵岩石中的大裂隙大溶洞的过程，而蚀变灰岩的透水性较差，吸浆量也很小，使用含有添加剂的冲洗液，对帷幕注浆影响不大。
（二）钻探工艺
⑴当蚀变灰岩厚度不大时（≤30m），穿过蚀变灰岩后，用高压喷头将蚀变灰岩冲出一个大的空膛后用水泥灌注，等水泥凝固后重新扫孔，空膛内的水泥能够对蚀变灰岩起到良好的支撑作用。高压喷头结构详见图1。
冲膛中应注意的问题：
①使用水泵进行冲膛过程中，要保持足够的水压力，压力应大于2MPa。
②冲膛时，应有足够的时间，对蚀变灰岩进行反复上下冲洗，保证能形成较大的空膛。
③为增强效果，可以在喷头上加钢丝绳。
④冲膛时要慢速旋转。
⑤灌注水泥浆液时，可加入部分速凝剂。
⑵当蚀变灰岩厚度较大时（≥30m），根据岩芯情况合理安排注浆段长。当进入蚀变灰岩的顶板时，停止钻探施工，进行该段的注浆，后续钻进中快速穿过蚀变灰岩层，完成压水试验、注浆后，下入井壁管进行护壁。
表2蚀变灰岩注浆情况统计表
（三）压水试验
蚀变灰岩透水性较差，在钻探过程中，井口往往能够返水，井壁上始终保持有稳定的水头压力，对蚀变灰岩的稳定起了良好的作用。当进行压水试验时，在压力水的作用下，这种平衡被打破，可能造成井壁的破坏，因此，在蚀变灰岩的压水试验过程中，一般采用微压，尽量不破坏井壁原结构。
（四）注浆
蚀变灰岩透水性较差（见表2），相当于隔水层，吸浆量较少。该层注浆一般采用低压、稀浆，稳定时间较长的方法，既能使浆液有效扩散，又可以保护井壁。
四、结论
中关矿区蚀变灰岩层的施工难度较大，通过对其的探索和研究，有效的提高了施工速度，取得了一定的经济效益，具体的处理方法有：
（1）钻探方面：在蚀变灰岩地层采用水泥固结护壁，同时选用合适的冲洗液。
（2）压水试验：在蚀变灰岩的压水试验过程中，一般采用微压，尽量不破坏井壁原结构。
（3）注浆：采用低压、稀浆、稳定时间较长的方法，既能使浆液有效扩散，又可以保护井壁。
参考文献：
[1] 孙钊编.大坝基岩灌浆.中国水利水电出版社.[M].2004.
[2] 胡受奚著，交代蚀变岩岩相学，地质出版社，北京，1980
