化学泥浆在矿区钻探中的应用

纪楠楠

摘 要：化学泥浆具有用量少、浓度低、粘稠度高等一系列优点。在矿区钻探领域中被得到广泛的使用。本文介绍了化学泥浆的成分、性状、优势。并综合性地介绍了聚合物的配制方法、检测指标。结合工程要求描述了化学泥浆的施工方法流程和排放要求。

关键词：化学泥浆；钻探；应用；性能

伴随着国家经济的高速前进，钻探技术的应用量也逐年增加。钻探技术应用的领域非常广泛，从矿山开采，到铁路桥梁建设都离不开钻探技术，而钻探技术应用于矿区开采，不但可以确保施工的安全性，而且也可以确保矿产的开采质量。然而，矿区地质结构复杂，土质种类多样，这对钻探技术提出了很大的挑战。传统施工方法经常取用膨润土配制成泥浆护壁[1]。随着科技的发展，化学泥浆被广泛应用。化学泥浆能够在低浓度的情况下达到传统泥浆相应的粘稠度，从而减小了泥浆的使用量，同时，化学泥浆还拥有质量可靠、无噪音、无振动等优点。这使其能够适应更多种类的土质，更适合应用于矿区的钻探。下面进行详细的介绍。

1化学泥浆性能

1.1 基本成分：本文将以Shore Pac化学聚合物泥浆作为例子，在化学泥浆中水（H2O）是静置泥浆的主要组分。由于各地水质差异较大，应注意水中含有的金属离子，如Ca2+、Mg2+，的含量，以免混入杂质影响使用。可在配制过程中加入碱（Na2CO3）来中和水肿游离的杂质离子，使水质达标，也可以加速聚合物溶解速率。Shore Pac是一种高分子聚合物，是化学泥浆的主要材质，它可以提高泥浆的粘稠度，从而达到护壁的作用。水、碱和高分子聚合物的配制比例可根据不同土质状况进行合理调节。

1.2 综合性状：化学泥浆中的化学聚合物的微观结构是卷曲的长链分子无规则地散在于泥浆中，当有外力作用的时候，卷曲部位会延展开，形成错综复杂地空间织网结构。这种结构可以增强化学泥浆的吸附力。这使得化学泥浆能够在浓度低的情况下达到工程需要的粘度强度。1.3 应用优点：在成孔操作时，化学泥浆将成为保护液进行护壁。化学聚合物的分子量在2000万以上，多个分子链无规则游离，相互接触形成错層立体结构，使得泥浆变得粘稠。这些粘稠的液体可以防止钻孔坍塌，桩梁断裂，保证了钻孔直径的准确，同时还可以减少制备时长，防止砂混入，提升混凝土浇筑质量。而且，化学泥浆还可以再次使用，绿色环保。

2 化学泥浆配制性能指标

化学泥浆配制大体顺序为，水池中放水-加入合适比例的碱-加入高分子聚合物-空压机搅拌-性能检测。首先，应该测量当地水体，加入适量的碱（Na2CO3），使水的pH值在8-10之间，同时，加碱还可以起到改善水质的作用，最大程度地减少水质对泥浆配制的影响。通常状况下，空压机持续操作2小时左右，高分子聚合物即可溶解[2]。化学泥浆充分溶解后，会变得粘稠，形成拉丝状态，取样本进行性能检测，如果不能达到使用需求，则需要通过加入碱和高分子材料继续搅拌，直到达到要求。

3 化学泥浆具体性能指标和配制比例

3.1 性能指标：粘度指标，在漏斗中加入700mL泥浆，让泥浆自由漏下，计算漏出体积达到500mL时所用的时间，钻孔时时间在35-78秒，浇筑时应控制在60秒以下；滤失量指标，当压力为7kg/cm2，气温为常温时，30分钟失水量在13-18mL为达标，泥浆中的滤液会对钻孔壁进行侵蚀，引发孔壁直径胀大，甚至导致塌方；比重指标，由于地质情况不同，比重配制也不同，一般控制在1.03-1.05kg/m3；含砂量指标，含砂量应低于0.5%，含砂量高会造成机械设备的磨损，砂砾在钻孔内沉淀，容易形成沉积泥饼，造成卡钻的问题；pH值指标，pH对于化学泥浆来说非常重要，只有提供了一个稳定合适的酸碱环境，才能使大分子物质分散均匀，一般施工要求在碱性环境下进行，所以pH值一般控制在8-10。

3.2 配制比例：在水体积为100m3，碱为25kg的情况下，化学聚合物根据不同土质含量不同，其具体含量和粘度要求见表1

表1不同地层化学泥浆配比

4 具体施工环节

依据施工场所周围的地理环境，在施工场地周边选择适当的地点，用挖掘机挖出三个100m3的池子。这三个池子作为排污池，钻机工作时排出的废浆将会流入这个池子内进行下一步处理。在池子旁边安装排污泵，通过排污将废弃的液体排放入池中沉淀，蒸发水分。这样处理污水废液的方法不受气候环境影响，而且保证施工工地泥浆能够尽快排出。排出的泥浆通过三个池子，逐步沉淀，使得钻孔过程中的碎石，砂砾等颗粒成分充分沉淀，达到水泥分离的效果。在钻孔工作开展的同时，要用挖掘机定时处理三个池子中的沉淀物。沉淀物经自然蒸发，使水分蒸腾而出，干涸凝固，将固化后的沉淀物转运至特定位置。分离出的泥浆水在桩基与池子之间，通过联通管道循环使用。由于化学泥浆可以加快飘浮钻屑沉降，使得泥浆水的清洁度较高，含砂率低，能够与混凝土分离开，所以在施工过程中，不用采取第二次清孔作业，提升了施工效率，也降低沉渣厚度，提高成孔质量。与传统的膨润土相比，化学泥浆更适合于钻探作业，其优势在施工过程中完美地体现出来。由于化学泥浆中含砂率低，大大减少了钻头的磨损，也给工地带来了巨大的经济价值。

5 化学泥浆的排放要求

化学泥浆是可降解材料，本身不具有毒性，能够直接排放到自然界中，不会造成环境损害。在化学泥浆排放前仅需做简单处理，配制5%次氯酸钠溶液或者3%的过氧化氢溶液，作为氧化剂，在废液池中加入过量的氧化剂，使泥浆中的化学聚合物充分氧化。通过氧化处理后的化学泥浆是绿色无污染的产品，对环境没有影响，可以直接排放。

6 结论

化学泥浆是高科技的产物，它具有较强的护壁能力，在钻探过程中起着不可小觑的作用。结合以往的施工情况，化学泥浆适用于多种类型的土质，无论是卵砾图，页岩，还是淤泥砂石，化学泥浆都可以很好的应对。这项优点正好能够解决矿区地质结构多样的问题，而且化学泥浆价格便宜，操作过程简单，耗时较短，可以重复循环利用，降低了施工成本。作为一种具有众多优点，且绿色环保的材料，值得在钻探技术领域广泛推广应用。

参考文献

[1] 赵孔坤.化学聚合物泥浆在深水钻孔桩施工中的应用[J].民营科技，2016（5）：189

[2]王卫彪.化学聚合物泥浆在桥梁旋挖钻孔桩施工中的应用[J].华东公路.2016，（1）：52-56.