[发明专利]冻结管充填用水泥浆及冻结管充填工艺

说明书

技术领域

本发明涉及冻结法施工领域，具体地说涉及一种冻结管充填用水泥浆及冻结管充填工艺。

背景技术

人工冻结法是我国煤矿建设的主要特殊凿井工法，通常它采用盐水(冷媒剂)循环系统将地面制冷站制取的冷量源源不断地输送到地下，再由冻结管与土(岩)层进行热交换，并在冻结管周围形成井筒施工的临时围护结构即冻结壁。随着冻结技术的进步，井筒的冻结深度也越来越大，冻结管不但要穿越不稳定的含水表土地层，还要穿过破碎岩层、含水岩层及井筒马头门等硐室结构，冻结孔、管可能成为日后井筒外地层上下导水通道，对井筒的使用安全会带来威胁。为此，相关的规范和标准规定了对冻结管及管外环空充填的要求，以防止从冻结孔、管将井外地层水导入井筒内，如《煤矿井巷工程施工规范》(GB50511-2010)规定，冻结工程完成后，不回收冻结管时，冻结管应用水泥浆充填，《煤矿建设安全规程》(AQ1083-2011)规定，冻结孔必须及时用水泥浆或混凝土充填，充填容积不得小于计算容积的95％。

目前，冻结管外环空采用缓凝水泥浆置换泥浆的方法，已较好地解决了管外的导水通道问题。但冻结工程结束后，对于解决冻结管内的充填因遇到负温环境下水泥浆结冰的难题，实际充填方法各异，有的采用碎石或碎石掺干水泥充填，或用碎石黏土球充填，或待冻结壁融化后再用水泥浆充填。

鉴于当前建井速度的加快，矿山建设方需要在井筒冻结工程停冻后即进行冻结管充填，此时的冻结壁尚未开始解冻，冻结管周围温度在-20℃～-30℃，在采用普通的水泥浆或含水材料都难以实施正常的充填的情况下，就需要解决充填材料的防冻问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在负温环境下正常充填，并且充填效果好的冻结管充填用水泥浆。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：冻结管充填用水泥浆，包括氯化钙水溶液、水泥、黏土粉和纤维素，其中氯化钙水溶液与水泥的重量比为0.8～1:1，黏土粉的添加比例为水泥重量的1％～3％，纤维素的添加比例为氯化钙水溶液重量的0.1％～0.5％。

进一步的，其中氯化钙水溶液与水泥的重量比为1:1，黏土粉的添加比例为水泥重量的1％，纤维素的添加比例为氯化钙水溶液重量的0.3％。

进一步的，所述氯化钙水溶液的浓度为24～30Be。氯化钙水溶液的浓度在此范围内，能够使冻结管充填用水泥浆的防冻性能达到较好的水平。

本发明冻结管充填用水泥浆的优点在于：本发明具有防冻的性能，其冰点可达到零下30～40℃，因此能够在负温环境下，即井筒冻结工程停冻后即可对冻结管进行正常充填，从而节省作业时间，另外本发明初凝时间适宜，成型后单轴抗压强度可达到4.875MPa。

本发明还提供一种采用上述冻结管充填用水泥浆的冻结管充填工艺，包括以下步骤：

(1)注浆前的准备工作

对作业现场进行清理，准备好所需材料，安装好所需设备，拆除盐水配、集液圈，打开冻结器头部；

(2)冻结管充填用水泥浆的配制

将氯化钙水溶液抽至浆池内，再加入水泥、黏土粉和纤维素，搅拌均匀，即得冻结管充填用水泥浆，在灌注前保持冻结管充填用水泥浆的搅拌；

(3)冻结管充填用水泥浆的灌注

将冻结管内的供液管上拔1m～2m，然后用高压软管连通灌浆泵与供液管，并打开高压软管末端安装的放气阀，然后开启灌浆泵输送冻结管充填用水泥浆，待放气阀的排气口出浆时关闭放气阀，冻结管充填用水泥浆通过高压软管和供液管在虹吸作用下连续输送到冻结管内，当充填高度达到一个段长时，停止送浆，同时打开放气阀，然后将供液管向上拔出一个段长令供液管的末端口位于冻结管内的冻结管充填用水泥浆面以上，再进行下一个段长的充填，直到达到冻结管所需的充填高度为止；

(4)回收供液管

补入冻结管充填用水泥浆至冻结管管口，然后拔出供液管，并用盐水将供液管冲洗干净；

(5)冻结管管口处理

经验收合格后，管口用钢质盖板封焊。

进一步的，所述一个段长为150m～200m。

本发明冻结管充填工艺的优点在于：本发明利用冻结管内原有的供液管来输送冻结管充填用水泥浆，这样可以简化作业流程，减少材料投入，实现快速安全施工，可在施工质量得到保证的同时建井工期也得以缩短，充填效率高，并且充填完成后，供液管可以被全部回收并能被再次利用，从而可以节省器材、降低成本。

附图说明

图1是本发明冻结管充填工艺流程图。

具体实施方式