CN109611098A

CN109611098A - 一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法

Info

Publication number: CN109611098A
Application number: CN201910047215.1A
Authority: CN
Inventors: 陈轲; 郝洪声; 唐铁军
Original assignee: Magang Group Mining Industry Co Ltd
Current assignee: Magang Group Mining Industry Co Ltd
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2019-04-12

Abstract

本发明公开了一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，它的特点是，包括如下步骤：1)、深层径流水探测；2)、布孔及钻孔；3)、套管设置；4)、套管打压；5)、注浆材料配制及注浆；6)、注浆终压。应用本发明可以有效解决立井井筒在冻结过程中因冻结层位地下径流水流量大、流速快等导致的冷量损失严重，温度下降梯度迟缓，水文管测管水位迟迟不上升，出现冻结壁开“窗口”现象的问题，实现加快径流水层位冻结壁的交圈速度，减少纯冻结时间，确保安全掘砌。

Description

一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法

技术领域

本发明属于矿山防治水领域，涉及一种冻结施工工艺，尤其是一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法。

背景技术

立井井筒在冻结过程中，常遇到冻结层位地下水流量大、流速快或水文地质资料匮乏等情况，导致设计缺陷，冷量损失严重，温度下降梯度迟缓，水文观测管水位迟迟不上升，出现了冻结壁开“窗口”现象。传统的治理方法采用低温度、大流量冻结，不仅工期长，能源消耗大，冻结壁也很难达到设计厚度，给后续工作留下了隐患。

发明内容

针对背景技术中的不足，本发明提供一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，应用本发明可以有效解决立井井筒在冻结过程中因冻结层位地下径流水流量大、流速快等导致的冷量损失严重，温度下降梯度迟缓，水文管测管水位迟迟不上升，出现冻结壁开“窗口”现象的问题，实现加快径流水层位冻结壁的交圈速度，减少纯冻结时间，确保安全掘砌。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，它的特点是，包括如下步骤：

1)、深层径流水探测：探明影响立井井筒冻结壁交圈的水的埋深、径流水方位、流量以及流速；

2)、布孔及钻孔：在深层径流水上游距冻结壁4.5m～5.5m位置处布置一排钻孔位置并利用钻孔设备进行钻孔，钻孔后进行测斜和纠偏；

3)、套管设置：在钻孔内下无缝钢管作为注浆充填管并利用注浆设备通过水灰比1：1的水泥单液浆由下至上带压充填进行注浆固管；

4)、套管打压：待水泥单浆液凝固后，对注浆充填管进行扫孔并打压测试；

5)、注浆材料配制及注浆：打压测试完成后，进行注浆材料的配制，注浆材料为双液浆，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥以及浓度39-40Be′、模数3.1-3.4的水玻璃，水泥浆和水玻璃的体积比为1：0.8，骨料为瓜片石子；将水泥、水玻璃及瓜片石子按体积比例混合并通过注浆设备进行注浆；

6)、注浆终压：注浆完成后，保持终止压力30min。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2)中布孔时，各钻孔位置呈扇形布置，间距为2.5m。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2)中各钻孔的开孔孔径￠190mm,钻孔偏斜率：≤2.5‰。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2)中各钻孔的深度超过径流水位层位6m。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2)中各钻孔0～30m段采用灯光测斜，30m以下采用陀螺测斜。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤2)中纠偏时采用螺杆钻具作定向纠偏，定向顶角1.5度。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤3)中的无缝钢管为￠140mm×6mm的无缝钢管。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤4)中通过8～10MPa压力进行打压测试。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤5)中以1～1.5MPa进行注浆。

作为技术方案的进一步改进，所述步骤6)中注浆终止压力为10～12MPa。

与目前现有的技术相比，本发明一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其方法简单、独特，操作简便，成本低，方便、快捷、高效且安全，适用于地下水径流量小于8m³/h，流速小于25m/d地层；本发明通过在地面打孔注浆，改变径流水通道，使得地下径流水绕流，减缓水的流速，分散水流压力，减小水流对冻结壁“窗口”的冲击。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明中注浆充填钻孔的布置示意图；

图2为本发明中注浆充填浆液扩散区域平面示意图；

图3为本发明实施前后-50m层位温度下降梯度曲线图；

图中：1-井筒；2-防片帮孔；3-主冻结孔；4-钻孔；5-注浆充填体。

具体实施方式

实施例1：

以某矿充填井井筒冻结工程为例进行说明，如图1和图2所示，井筒1向外依次有防片帮孔2和主冻结孔3，该井筒1周边-50m砾石层层位的地下径流水的方向为东南向，由于该层位地下水流量大、流速快，冷量损失严重，温度下降梯度迟缓，导致水文观测管水位迟迟不上升，出现了冻结壁开“窗口”现象，每天温度的下降梯度在0.1℃至0.14℃左右，严重地影响了工期，因此应用本发明一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，该方法包括如下步骤：

1)、深层径流水探测：通过主冻结孔3探明影响立井井筒冻结壁交圈的水的埋深、径流水方位、流量以及流速；

2)、布孔及钻孔：在深层径流水上游距冻结壁5m位置处布置5个钻孔位置4并利用钻孔设备进行钻孔，各钻孔的开孔孔径￠190mm,钻孔偏斜率：≤2.5‰，深度超过径流水位层位6m，钻孔后进行测斜和纠偏；为了进一步提升效果，本步骤中布孔时，各钻孔位置可呈扇形布置，间距为2.5m；本步骤中，钻孔时，利用TSJ-2000E型水源钻机，立轴→Φ89钻杆→Φ159钻铤→Φ146螺杆钻具→Φ190钻头；本步骤中，各钻孔进行测斜时，0～30m段采用JF1型投点仪配灯光进行测斜；30m以下段选择JDT-VA型陀螺测斜仪测斜，纠偏时，选用5LZ146×7.0BH型螺杆钻具作为纠偏设备做定向纠偏，定向顶角1.5度；

3)、套管设置：在钻好的各钻孔内下规格为￠140mm×6mm无缝钢管作为注浆充填管并利用XPB-90E注浆泵通过水灰比1：1的水泥单液浆由下至上带压充填进行注浆固管，该水灰比1：1的水泥单液浆按每立方米浆液使用750kg水泥加750kg水进行配制；

4)、套管打压：待水泥单浆液凝固后，对注浆充填管进行扫孔并以8～10MPa压力打压测试，防止在注浆过程中由于注浆压力过大出现浆液上返现象；

5)、注浆材料配制及注浆：打压测试完成后，进行注浆材料的配制，注浆材料为双液浆，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥以及浓度39-40Be′、模数3.1-3.4的水玻璃，水泥浆和水玻璃的体积比为1:0.8，按每立方米使用417kg水、417kg水泥和600kg水玻璃配制(水玻璃密度：1350kg/m³，P.O42.5普通硅酸盐水泥密度为3000kg/m3，水的密度取1000kg/m，每1m³双液浆需要水玻璃质量为0.8/1.8*1350＝600kg，每1m³双液浆需要水泥质量为：1/1.8*750＝417kg，该双液浆配合比(质量比)为：水：水泥：水玻璃＝417:417:600，即1:1:1.44)，骨料为瓜片石子，该瓜片石子为5-8mm粒径的碎石；将水泥、水玻璃及瓜片石子按体积比例混合并通过注浆设备以1～1.5MPa的压力将浆液送入各钻孔进行注浆，这种配比的注浆材料初凝时间为120s，根据围岩分析，预计浆液的扩散半径为2.5m，符合工程要求；

6)、注浆终压：注浆完成后，注浆终止压力为10～12MPa，保持终止压力30min。

如表1、图1及图3所示，本实施的该工程采取了地面打孔注浆并形成了一道注浆充填体5，有效分散水流压力、减缓冲击，效果明显，每天的降温梯度在0.9℃至1.1℃左右，冻结壁“窗口”很快封死，水文观察管水文迅速上升，冻结壁很快交圈，冻结壁厚度也很快达到1.6m的设计要求。

表1本发明实施前后-50m层位温度下降梯度对比

本实施中，步骤2)中的布孔是解决技术问题的关键所在，相对于传统治理方法中采用的低温度、大流量冻结，其工期长，能源消耗大，冻结壁也很难达到设计厚度，而本发明方法相对简单，操作也极为便捷，同时成本低，工期短，高效，安全，值得在各类矿山或者相似领域推广使用，具有很好的经济效益和社会效益。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，包括如下步骤：

5)、注浆材料配制及注浆：打压测试完成后，进行注浆材料的配制，注浆材料为双液浆，采用P.O42.5普通硅酸盐水泥以及浓度39-40Be′、模数3.1-3.4的水玻璃，水泥浆和水玻璃的体积比为1:0.8，骨料为瓜片石子；将水泥、水玻璃及瓜片石子按体积比例混合并通过注浆设备进行注浆；

6)、注浆终压：注浆完成后，保持终止压力30min。

2.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤2)中布孔时，各钻孔位置呈扇形布置，间距为2.5m。

3.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤2)中各钻孔的开孔孔径￠190mm,钻孔偏斜率：≤2.5‰。

4.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤2)中各钻孔的深度超过径流水位层位6m。

5.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤2)中各钻孔0～30m段采用灯光测斜，30m以下采用陀螺测斜。

6.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤2)中纠偏时采用螺杆钻具作定向纠偏，定向顶角1.5度。

7.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤3)中的无缝钢管为￠140mm×6mm的无缝钢管。

8.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤4)中通过8～10MPa压力进行打压测试。

9.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤5)中以1～1.5MPa进行注浆。

10.根据权利要求1所述的一种深层径流水较大条件下立井井筒快速冻结方法，其特征是，所述步骤6)中注浆终止压力为10～12MPa。