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非開挖鉆機鉆進泥漿配置

2019-11-18

非開挖鉆機已廣泛運用于市政、通信中管線穿越。施工的孔徑越來越大,穿越長度越來越長,鉆越不同地質的狀況也越來越多。非開挖鉆機鉆進中的成孔率和孔洞的穩定性對泥漿的裝備質量要求越來越高。本文對非開挖鉆機鉆進中泥漿裝備的適應性作詳細分析。

非開挖鉆機

  1 泥漿的分類及功能


  1.1分類


  我國膨潤土礦資源非常豐富,既有鈣基膨潤土,又有鈉基膨潤土,此外還有氫基、鋁基、鈉鈣基和未分類的膨潤土。膨潤土(Bentonite)又稱膨土巖等,是以蒙脫石(也稱微晶高嶺石、膠嶺石)為首要成分的粘土巖—蒙脫石粘土巖,常含少數伊利石、高嶺石及沸石、長石、方解石等。蒙脫石為少數堿及堿土金屬的含水鋁硅酸鹽礦藏,其化學式為Nax(H2O)4{(Al2~xMg0.)[Si4O10](OH)2}。由于蒙脫石層間水和層間可交流陽離子存在,按蒙脫石所含可交流陽離子品種、含量和結晶化學性質等,可將膨潤土劃分為鈉基膨潤土(堿性土)、鈣基膨潤土(堿性土)和天然漂白土(酸性土)三種。其中鈣基膨潤土包括鈣鈉基、鈣鎂基等膨潤土。堿性土的首要交流陽離子為Na+(和K+),堿性系數大于或等于1,堿性土首要交流陽離子為Ca2+、Na+或Ca2+、Mg2+等,堿性系數小于1,酸性土首要交流陽離子為H+(Al3+)。


  1.2功能


  1)物理性質


  膨潤土一般為白色,淡黃,因其含鐵量不同又呈淺灰、嫩綠粉紅、褐紅、黑雜等色。膨潤土有的松懈如土,也有的致密堅固。


  2)化學組成


  膨潤土的首要化學組分是二氧化硅(SiO2),三氧化二鋁(Al2O3)和水(H2O)。氧化鐵和氧化鎂含量有時也較高,鈣、鈉、鉀等常以不同含量存在于膨潤土中。膨潤土中的Na2O和CaO含量對膨潤土的物理化學功能和工藝技術功能影響頗大。


  3)理化功能


  膨潤土具有極強的吸濕性,吸水后膨脹,膨脹數可達30倍。在水介質中能渙散呈膠體懸浮液,這種懸浮液具有必定的粘滯性、觸變性和潤滑性。它和水、泥或砂等細碎屑物質的摻合物有可塑性和粘結性。有較強的陽離子交流才能。對各種氣體、液體、有機物質有必定的吸附才能,吸附量可達5倍于它的分量,具有外表活性的酸性漂白土能吸附有色物質。


  膨潤土的理化功能首要取決于它所含的蒙脫石品種和含量。一般鈉基膨潤土較之鈣基或鎂基膨潤土的物理化學性質和工藝技術功能優越。首要表現在:吸水速度慢,但吸水率和膨脹倍數大;陽離子交流量高;在水介質中渙散性好,膠質價高;它的膠體懸浮液觸變性、粘度、潤滑性好,PH值高;熱穩定性好;有較高的可塑性和較強的粘結性;熱濕拉強度和干壓強度高。所以鈉基膨潤土的運用價值和經濟價值較高。


  2 泥漿的檢驗辦法


  丈量泥漿密度的儀器現在用的是密度秤。丈量時,將泥漿裝滿于泥漿杯中,加蓋后使剩余的泥漿從杯蓋中心孔溢出。擦干泥漿杯外表后,將杠桿放在支架上(主刀口坐在主刀墊上)。移動游碼,使杠桿成水平狀態(水平泡坐落中央)。讀出游碼左側的刻度,即為泥漿的密度值。丈量泥漿密度前,先用清水對儀器進行校正。如讀數不在1.0處,可用增減裝在杠桿右端小盒中的金屬顆粒來調理。


  泥漿的密度是指泥漿的分量與規則體積水的分量之比。施工中現場測定的泥漿密度的大小首要取決于泥漿中造漿粘土分量和鉆屑分量之和。在有外加劑等其他物質參加的時分,外加劑等的分量也須計入。


  3 泥漿在不同地質條件下的運用及其影響


  在砂層、礫石、卵石以及破碎帶地層中鉆進,由于顆粒之間缺乏膠結,鉆進時孔壁很簡單坍塌,故成孔的難度很大。對于這類地層用泥漿護壁,解決問題的關鍵是添加孔壁顆粒之間的膠結力。粘性較大的泥漿恰當滲入孔壁地層中,可以顯著增強砂、礫之間的膠結力,以此使孔壁的穩定性增強。進步泥漿粘度,首要通過運用高渙散度泥漿(細渙散泥漿)、添加泥漿中的粘土含量、參加有機或無機增粘劑等辦法來完成。細渙散泥漿是含鹽量小于1%,含鈣量小于120ppm,不含按捺性高聚物的渙散型泥漿。其組成除粘土、Na2CO3和水外,為了滿足鉆孔需求,往往加有提粘劑、降失水劑和防絮凝劑(稀釋劑)。依所加處理劑的不同,可有不同品種,如鈉羧甲基纖維素泥漿、鐵鉻鹽泥漿、木質素磺酸鹽泥漿和腐植酸泥漿等。用較高粘度的細渙散泥漿在砂、礫層中鉆進的成功工程很多,包括在流砂地層中鉆進。


  3.1泥漿對鉆速的影響


  隨著泥漿密度的添加,鉆速下降,特別是泥漿密度大于1.06~1.10 g/cm3時,鉆速下降尤為顯著。泥漿的密度相同,粘度愈高則鉆速愈低。


  3.2 泥漿中含砂量對鉆進的影響


  泥漿中的巖屑含量會給鉆進造成很大的損害。使孔內凈化不好而引起下鉆阻卡,并且可能引起抽吸,壓力激動等,造成漏失或井塌。砂的含量高,孔內沉淀厚。造成孔壁水化坍塌,并且易引起泥皮掉落造成孔內事故。一起泥沙含量高,對管材、鉆頭、水泵缸套、活塞拉桿磨損大,運用壽命短。因而,在確保地層壓力平衡的前提下,應盡量下降泥漿密度和含砂量。


  3.3在軟土地層中泥漿的密度


  在軟土地層中,泥漿密度過小或鉆進速度過快,都將導致塌孔現象。一般在此土層中泥漿密度保持到1.25g/cm3會更好。


  4 常見泥漿的配方實例


  工程中泥漿品種繁多,但根據其化學成分可歸類為以下幾種,其配比辦法如下:


  4.1 Na-CMC(鈉羧甲基纖維素)泥漿


  該泥漿為Z一般的提粘型泥漿,Na-CMC起進一步提粘和降失水效果。配方為:優質造漿粘土150~200g,水1000ml,純堿5~10Kg,Na-CMC6kg左右。泥漿功能為:密度1.07~1.1 g/cm3,粘度25~35s,失水量小于12ml/30min,pH值約9.5。


  4.2 鐵鉻鹽-Na-CMC泥漿


  該泥漿提粘且穩定性較強,鐵鉻鹽起防絮凝(稀釋)效果。配方為:粘土200g,水1000ml,純堿液50%濃度加量約20%,鐵鉻鹽溶液濃度20%加量0.5%,Na-CMC 0.1%。泥漿功能為:密度1.10 g/cm3,粘度25s,失水量12ml/30min,pH值9。


  4.3 木質素磺酸鹽泥漿


  木質素磺酸鹽取材于亞硫酸紙漿廢液,一般與煤堿劑合作運用,在提粘的基礎上解決泥漿的防絮凝和降失水。配方為1m3泥漿用粘土100~200kg,亞硫酸紙漿廢液30~40kg,煤堿劑10~20kg,NaOH5~10kg,消泡劑5~10kg,水900~1000L。泥漿功能為:密度1.06~1.20 g/cm3,漏斗粘度18~40s,失水量5~10ml/30min,在鉆進過程中為進一步降失水可升加0.1~0.3kg Na-CMC。


  4.4 腐植酸泥漿


  腐植酸泥漿是用煤堿劑或腐植酸鈉做穩定劑的,它可以與其他處理劑如Na-CMC等合作運用,制備腐植酸泥漿的配方是1m3泥漿中加150~200kg煤堿劑(干量),3~5kgNa2CO3,900~1000L水。泥漿功能:密度1.03~1.20 g/cm3,失水量4~10ml/30min,pH值9。


  5 結語


  在非開挖鉆機鉆進施工過程中,正確恰當的泥漿的裝備對穿越起決定性效果。而選用不同密度的泥漿要視具體地質狀況而定。


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