冻结孔的缓凝水泥浆固管充填技术

    注浆法是我国矿井建设中普遍采用的含水层治水技术。然而，近年来随着注浆法治水的屡屡失败（尤其是西部孔隙含水丰富的白铔系砂岩中），基岩冻结凿井技术得到了推广应用。为防止冻结壁融化后冻结孔成为竖向导水通道，沟通深、浅部含水层而威胁矿井的安全，通常需采用缓凝水泥浆液对冻结管外的环形空间进行管道填充处理。泥浆和水泥浆的密度大，流速慢，磨损高，一般均采用超高分子量聚乙烯

充填管进行填充作业。

    钻孔泥浆与水泥浆混掺后通过超高分子量聚乙烯管道输送通常会产生化学反应，发生稠化甚至絮凝。缓凝水泥浆的性能不仅直接影响充填封水的效果，更直接影响冻结管安装的成败。因此，缓凝水泥浆配方及其性能是冻结孔固管充填成败的关键，是必须首先研究的关键课题。
缓凝水泥浆液配方及其性能研究
1浆液材料
缓凝水泥浆液配制的主材为复合硅酸盐水泥。通过掺加适量的悬浮稳定剂、塑化剂，减轻浆液颗粒的析水沉淀，提高稳定性与流动性。通过添加一种或多种缓凝剂，获得较长的缓凝时间。鉴于工程施工中浆液配制用水只能取自于现场，实验室试验时，根据现场水质化验结果，如其矿化度较高，应从现场取水，否则取自来水开展试验，并在现场应用前开展验证性试验。
2试验内容与步骤
缓凝水泥浆配方研究的重点在于选择最优的悬浮稳定剂、缓凝剂，并对其添加量开展优化。为此，需开展大量的室内甚至现场试验。主要的试验研究内容与步骤：
（1） 基础水泥浆液的合理水灰比及基本性能指标试验。
（2） 标准养护条件下的悬浮稳定剂、缓凝剂初选试验，获得效果较好的悬浮稳定与及缓凝剂。
（3） 标准养护条件下缓凝水泥浆与钻孔泥浆相容性试验。研究水泥浆中的悬浮稳定剂、缓凝剂等成分与高膨润土钻孔泥浆的相容性，并研究钻孔泥浆的膨润土、化学组份对水泥浆粘度、初凝时间等的影响，进而开展水泥浆外加及的调整与优化。
（4） 实际地温条件下缓凝水泥浆的性能及其与高膨润土钻孔泥浆的相容性试验。
（5） 实际地温条件下缓凝水泥浆的粘度变化规律试验。水泥浆及其与钻孔泥浆混合后的黏度变化，往往是影响冻结管下沉的关键因素。通过本试验，获得其粘度随时间的变化曲线，可以为冻结管最大容许下沉的时间确定提供重要依据。
3冻结孔固管充填的施工工艺
缓凝水泥浆一旦失水，将出现流动性变差甚至初凝提前的现象。因此，钻孔到底后，必须充分进行泥浆循环，在保证充分冲孔排查的同时，形成高质量的护壁泥皮，降低浆液的失水率。此外，还应适当降低钻孔泥浆密度，减少泥浆浮力及混合段地黏度。在此条件下，严格按一下工艺流程开展冻结孔固管充填作业：
（1） 钻杆末端提至距孔底0.5-1m处，水泥浆注入前保持正常的泥浆循环。
（2） 根据单孔固管用水泥浆的用水量，准确计量并向搅拌池供水。
（3） 精确称量水泥浆外加剂，并从搅拌池中取水，配制成外加剂溶液。
（4） 启动搅拌机，配制基础水泥浆液，并以此加入外加剂溶液，继续搅拌均匀。
（5） 把泥浆管路切换至水泥浆注浆泵，往超高分子量聚乙烯管注入缓凝水泥浆液。
（6） 向管路中压入一定量地优质后续泥浆，以把缓凝水泥浆压至适当位置。
（7） 注浆完毕，转入钻杆上提及冻结管下沉作业工序。
基于上述技术实施与工艺流程，，基本能顺利开展冻结孔的固管充填施工，虽然钻孔泥浆的膨润土及化学外加剂用量高，泥浆密度大，冻结管均安全、顺利地下沉到底，未出现因缓凝水泥浆与钻孔泥浆稠化混掺后稠化、絮凝而导致超高分子量聚乙烯管下沉失败。