冻结管内水泥浆充填施工技术

黄剑

0.引言

近年来，冻结法施工技术广泛应用于立井井筒施工中，在立井井筒四周形成冻结壁，临时起到保证地层稳定，隔绝地下水的作用，确保井筒掘砌施工安全。井筒冻结施工结束后，应对冻结管进行水泥浆充填，按照《矿山立井冻结法施工及质量验收标准GB/T51277-2018》规定："冻结管应采用水灰比为1:1水泥浆或水泥黏土混合浆充填，充填的浆液体积不应低于全孔体积的95%。"为确保充填质量，对冻结管内充填施工技术方案进行科学、合理的编制，用于指导充填施工。

1.工程概况

内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司红庆河煤矿中央2号风井采用立井开拓，冻结法施工，冻结深度695米，冻结管选用Φ140×5mm（300米以上）～6mm（300米以下）低碳钢无缝管，总用量33860米，充填总体积441.83立方米。按照规范要求，冻结管内充填采用复合硅酸盐水泥，水泥标号PC32.5，水泥浆水灰比为1：1，比重为1.5，水泥用量为331.37吨。

2.充填施工设备机具

2.1动力设备选择

由于红庆河煤矿中央2号风井井筒冻结工程冻结管深度较深，采用大流量TBW-850/5A泥浆泵作为注浆泵。

2.2储浆设备选择

采用6m×2m×1.5m水池作为水泥浆配置浆液箱。

2.3充填管路选择

冻结管内进行水泥浆注浆充填，将配有花管底锥的注浆管插放到冻结管管底，采用注浆泵将配制好的水泥浆通过注浆管对冻结管进行充填。在注浆的过程中，确保冻结管充填密实的同时，要边注浆边对注浆管缓慢上拔，防止注浆管因埋入水泥浆过深而造成注浆压力过大难以注浆，甚至埋管无法拔出。随着冻结深度的延伸，注浆管过长，注浆的同时进行注浆管上拔难度增大，为保持管路畅通摆放注浆管的场地增大，给冻结管充填施工增加难度，也对相邻施工单位的正常施工带来很大的影响。采用Φ50×5mm塑料管，下接花管底锥作为注浆管，与联接管下部相接，盘在自制注浆盘管器上，矿用直通快速接头上接从注浆泵过来的浆液管（如右图所示）。注浆盘管器转动下放和上收注浆管，通过矿用直通快速接头的转动实现在注浆过程中注浆管路的畅通，确保连续注浆。

2.4其余辅助机具

按照施工需要，其余辅助机具主要有：吊泵、排污泵、Φ75×6mm塑料水管、气割工具、DN65闸阀、8#铁丝、铁锹等，用于施工过程中水泥浆的配置，供、排水，冻结管切割等。

3.充填施工工序

（1）冻结管内充填工作是在冻结管内供液管全部回收完毕后进行。拔出供液管的冻结管要及时封堵，防止杂物及水进入管内冻结成冰给冻结管内充填造成困难。

（2）冻结管内充填施工在井筒附近进行，要及时与矿建及其他有可能会受到施工影响的单位沟通，取得他们的理解和支持，选取充填施工场地，尽量减小对其他单位正常工作的影响。

（3）冻结管内充填施工场地确定后，要及时清理施工场地及冻结管所在冻结环型沟槽内的杂物、无关器具。

（4）在冻结环型沟槽内设集水坑，安装排污泵，能及时把沟槽内的污水排放到矿方指定的地方，以免影响冻结环型沟槽内充填施工。

（5）在水泥浆配置浆液箱内，采用吊泵自循环的方式定量配制水泥浆。按水灰比1:1配制水泥浆，控制好水泥浆比重。

（6）将配有花管底锥的注浆管下放到冻结管内，确保下放至冻结管管底（由于冻结管内充满氯化钙溶液，浮力大，可合理加重花管底锥，降低注浆管下放难度）。采用注浆泵将水泥浆通过注浆管注入冻结管内进行充填。

（7）冻结管内充填注浆：

①有氯化钙溶液的深孔冻结管内充填时，根据冻结管内充填注浆流量速度、注浆压力和注浆盘管器的收管提升能力，将注浆管按40m~50m划分为一个阶段，并配合观测冻结管口向上置换出的氯化钙溶液量，分阶段向上缓慢上拔注浆管，并保证每个阶段停顿充填注浆时间5-10分钟。至管口最后一个阶段拔管前，要保证管口向上泛出水泥浆时间持续2-3分钟,确保冻结管内充填密实。

②有氯化钙溶液的浅孔（75m深度）冻结管内充填时，将注浆管直接下放至冻结管底部开泵充填注浆，直至管口泛水泥浆，并持续2-3分钟后,确保冻结管充填密实后拔管。

③无氯化钙溶液的冻结管（测温管或过马头门等原因管底破坏氯化钙溶液已放尽）内充填时，可直接将注浆管插入冻结管上口进行灌浆，直至水泥浆灌满。

（8）充填好的冻结管认真做好充填记录。

（9）冻结管内充填施工收工前，及时对注浆机具、管路进行清洗，确保无水泥浆沉淀造成堵塞。

4.充填施工安全保证措施

（1）冻结管内充填施工前，对全体施工人员进行安全教育，提高职工的遵章守纪、文明施工等安全意识；对充填施工技术方案进行贯彻交底并签字备案，让每位施工人员认真学习施工工艺，做到整体掌握，搞好各环节过程控制，保证冻结管内充填施工安全和充填质量。

（2）根据充填施工现场情况，在井口适当位置设置水泥浆配置浆液箱、配套管路等机具设施。冻结管内充填施工前及时与矿建及其他受影响的单位沟通、协调，确保交叉施工安全。

（3）所有施工人员必须正确佩戴安全帽、手套、防尘口罩、护目镜、胶靴等防护用品。

（4）现场使用的注浆泵、吊泵、排污泵、注浆盘管器等用电设备必须做好接地和接零保护，传动部位做好防护，由专人进行操作施工。

（5）水泥浆配置浆液箱埋入地下，箱体高于地面500mm左右，预留倒水泥口，其余四周须安装护栏，防止施工人员坠入箱内。

（6）采用吊泵自循环的方式定量配制水泥浆吊泵，自循环水枪及注浆管路连接处须用铁丝扎牢并紧固在固定位置上，防止压力过大导致管路挣脱伤人。

（7）配制水泥浆，吊泵水枪自循环搅拌时应注意喷射位置，防止水泥浆溅射伤人。

（8）冻结管内充填注浆前，要确保注浆管路畅通无异常。

（9）冻结管内充填注浆时，要分工明确，确保地面和冻结环型沟槽内施工人员信息传达畅通，协调工作。

（10）冻结管内充填施工，应有工程技术员现场把关，严格控制水泥浆配置比重和水泥浆充填用量，做好每个冻结管内的充填记录。

（11）施工现场做到材料堆放整洁，工具摆放有序，做好文明施工。

（12）冻结管内充填施工期间，施工单位领导及安全员务必亲临现场监督施工，确保施工安全。

5.结束语

随着立井井筒冻结法施工的标准化、规范化，冻结工程施工结束后，深埋于地下的冻结管存在的隐患预防治理日剧严峻。冻结管内进行充填施工，可有效防止冻结管日久腐蚀或地层地压对冻结管造成破坏而断裂形成地层上下水力联系，危机矿井，造成水害。因此，冻结管内充填施工质量尤其重要，本文从充填施工工序、充填施工质量控制和施工安全管理详细介绍了冻结管内充填施工技术，对今后冻结工程冻结管内充填施工具有一定的指导作用，值得推广应用。