CN102515640B

CN102515640B - 超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液

Info

Publication number: CN102515640B
Application number: CN201110392697.8A
Authority: CN
Inventors: 王衍森; 张成银; 陈国庆; 王空前; 张春虎
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102515640A

Abstract

一种超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液，以水灰质量比为1:1~1.25:1的水泥、水为主基料混合搅拌后，按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂、缓凝剂、膨胀剂、增粘剂混合搅拌而成。缓凝水泥浆液的初凝时间可达36小时，冻结管的容许沉管时间可达到32小时。通过缓凝水泥浆液部分或全部替换冻结孔的造孔泥浆，水泥浆液凝固后，将在孔内形成局部或全孔封水段，隔绝深、浅部地层的水力联系，避免冻结壁解冻后冻结孔成为导水通道,保证深部地下工程的安全。该缓凝水泥浆液，适用于全深冻结法凿井工程中孔深达1200m、地温达40℃条件下的冻结孔固管封水施工。对于保证工程安全，避免水资源流失具有重要的工程实用价值，经济效益与社会效益极为显著。

Description

超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液

技术领域

本发明涉及一种缓凝水泥浆液，特别适用于全深冻结凿井工程中孔深达1200m、地温达40℃条件下的冻结孔固管封水施工。

背景技术

岩土工程冻结施工中，冻结孔解冻后将成为导水通道；尤其是全深冻结法凿井中，冻结孔穿过马头门等井筒附属硐室，冻结孔解冻后浅部含水层的水和砂易导通至深部，一方面会严重威胁井底车场巷道与硐室的安全，另一方面会导致浅部水资源流失，对水资源匮乏的我国西部地区造成不利影响。为此，冻结孔施工结束、冻结管安装前，需先将孔底以上一定高度范围内的钻孔泥浆置换为具有一定缓凝时间、较高结石率且结石体具有较高强度与抗渗性的水泥浆液，而后安装冻结管，通过水泥浆液的固化，实现冻结管与地层的胶结，截断导水通道。

中国专利ZL200810054511.6公开的“冻结管与围岩间环状充填的方法”，采用水泥、水、粘土或膨润土、GK-4A高效缓凝减水剂、碱粉、胺粉、腈粉配制而成，比重为1.1~1.2。该水泥浆液仅适用于普通造孔泥浆，难以适用于孔深超过800m、地温超过32℃条件下的施工；水泥浆充填前，需把化学泥浆调换成普通泥浆，不仅耗时费力、成本高，且易导致孔壁坍塌，影响工程顺利施工。

发明内容

本发明的目的是要提供一种超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液，满足冻结管下管时间的要求的前提下，解决井底车场等巷道硐室的安全，浅部水资源流失的问题。

本发明的目的是这样实现的：超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液，以水灰质量比为1:1~1.25:1的水泥、水为主基料混合搅拌后，按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂2%~5%、缓凝剂0.3%~0.45%、膨胀剂5%~10%、增粘剂0.1%~0.3%；

配制方法是：先将水泥、水、稳定剂混合，配制基本浆液并搅拌均匀；再依次掺入缓凝剂、膨胀剂、增粘剂并分别搅拌均匀。

所述水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O 42.5；所述稳定剂为普通膨润土或钠基膨润土；所述缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2；所述膨胀剂为U型高效膨胀剂或U-1膨胀剂或U-2膨胀剂；所述的增粘剂为羟丙基甲基纤维素。

有益效果：由于采用了上述方案，该水泥浆液浆液比重为1.2～1.8，漏斗粘度为20～40s，40℃条件下其初凝时间可达到36小时，冻结管可沉管时间达到32h，浆液结石体具有较高的强度及良好的抗渗性能。水泥浆液中，通过加入膨润土与增粘剂，提高浆液的稳定性，延缓水泥颗粒的析水沉淀；通过掺入缓凝剂，获得冻结管安装所需要的缓凝时间；通过掺入膨胀剂，提高了浆液结石体与周围介质界面的粘结强度与抗渗性能。该缓凝水泥浆液与冻结孔打钻常用的普通泥浆或化学泥浆混合后不凝固，因此，水泥浆注入前不需对冻结孔内的泥浆做调质或置换处理，而是在配制完毕直接用泥浆泵压入冻结孔内。

在满足了冻结管下管时间的要求的前提下，解决了井底车场等巷道硐室的安全，浅部水资源流失的问题，达到了本发明的目的。

优点：施工简便，工程造价低。水泥浆液凝固后，形成一定高度、具有较高强度、良好抗渗性能的隔水层，可隔绝冻结孔内的深、浅部水力联系，有效地保证井下巷道与硐室的安全，并可避免浅部水资源流失，有效地保护水资源及生态环境。

具体实施方式

实施例1：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂2%、缓凝剂0.3%，膨胀剂5%，羟丙基甲基纤维素0.1%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U型高效膨胀剂。

配制方法是：先将水泥、水、膨润土混合，配制成基本浆液并搅拌均匀；而后掺入缓凝剂并搅拌均匀；再掺入膨胀剂并搅拌均匀；最后掺入增粘剂并搅拌均匀。

实施例2：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；并按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂3%、缓凝剂0.36%，膨胀剂8%，羟丙基甲基纤维素0.2%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U型高效膨胀剂；

配制方法与实施例1相同。

实施例3：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；并按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂5%、缓凝剂0.45%，膨胀剂10%，羟丙基甲基纤维素0.3%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U型高效膨胀剂；

配制方法与实施例1相同。

实施例4：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；并按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂2%、缓凝剂0.3%，膨胀剂5%，羟丙基甲基纤维素0.1%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U-1膨胀剂或U-2膨胀剂；

配制方法与实施例1相同。

实施例5：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；并按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂3%、缓凝剂0.36%，膨胀剂8%，羟丙基甲基纤维素0.2%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U-1膨胀剂或U-2膨胀剂；

配制方法与实施例1相同。

实施例6：以水泥为低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌；并按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂5%、缓凝剂0.45%，膨胀剂10%，羟丙基甲基纤维素0.3%；所述的稳定剂为膨润土或钠基膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸混掺，质量比为1:2混合；所述的膨胀剂为U-1膨胀剂或U-2膨胀剂；

配制方法与实施例1相同。

Claims

1.一种超深冻结孔固管封水的缓凝水泥浆液，其特征在于：以低强度等级非早强的复合硅酸盐水泥P.C 32.5或普通硅酸盐水泥P.O42.5和水为主材，按水与水泥的质量比1:1~1.25:1混合搅拌，按水泥用量的质量百分比，分别掺入稳定剂2%~5%、缓凝剂0.3%~0.45%、膨胀剂5%~10%、增粘剂0.1%~0.3%；所述的稳定剂为膨润土；所述的缓凝剂为蔗糖与硼酸，质量比为1:2混掺；所述的膨胀剂为U型高效膨胀剂或U-1膨胀剂或U-2膨胀剂；所述的增粘剂为羟丙基甲基纤维素；

配制方法是：先将水泥、水、稳定剂混合，配制基本浆液并搅拌均匀；再依次掺入缓凝剂0.3%~0.45%、膨胀剂5%~10%、增粘剂0.1%~0.3%并分别搅拌均匀。