凍結(jié)器及立井凍結(jié)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及立井凍結(jié)技術(shù)，尤其涉及一種凍結(jié)器及立井凍結(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]凍結(jié)技術(shù)已廣泛應(yīng)用到立井和隧道等地下工程中，凍結(jié)技術(shù)就是對未知和復(fù)雜的表土層進(jìn)行預(yù)先凍結(jié)處理。立井工程中表土段采用凍結(jié)技術(shù)施工通過。近20年來，用凍結(jié)法施工的立井達(dá)到幾百個(gè)，凍結(jié)深度在不斷增大，例如新集口孜東煤礦凍結(jié)深度達(dá)到737米，一度成為最深的凍結(jié)井。隨著凍結(jié)深度的不斷增大，凍結(jié)施工中很難做到精細(xì)控制，準(zhǔn)備把握，在通常情況下是超凍或者過凍，浪費(fèi)了大量的電力和材料消耗，同時(shí)也給井筒安全掘砌帶來很多不確定的安全隱患，造成凍結(jié)立井施工時(shí)常發(fā)生斷管、透水等嚴(yán)重工程事故，慘痛的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)記憶深刻。
[0003]比如，當(dāng)凍結(jié)深度超過400米，各圈凍結(jié)孔的設(shè)計(jì)難度較大，現(xiàn)有技術(shù)是全凍結(jié)段上下同時(shí)送冷或停凍，這樣容易造成井幫溫度上下不均勻的情況，從而給井筒掘砌施工帶來巨大的困難和安全隱患，造成成本浪費(fèi)和工期延誤。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型提供一種凍結(jié)器及立井凍結(jié)系統(tǒng)，專門為解決深井凍結(jié)，溫度場控制問題而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)凍結(jié)壁進(jìn)行分段和/或分期控制，有效解決以往凍結(jié)方式容易造成井幫溫度上下不均勻，從而給井筒掘砌施工帶來巨大的困難和安全隱患，造成成本浪費(fèi)和工期延誤的問題。
[0005]第一方面，本實(shí)用新型提供的凍結(jié)器包括:凍結(jié)管、第一供液管和底錐；其中，所述凍結(jié)管由上部凍結(jié)管和下部凍結(jié)管組成，所述上部凍結(jié)管和所述下部凍結(jié)管之間通過變徑臺階連通，且所述上部凍結(jié)管的管徑大于所述下部凍結(jié)管的管徑；所述底錐與所述下部凍結(jié)管的底部連接；所述第一供液管由所述上部凍結(jié)管的頂部管口伸入，并延伸至所述下部凍結(jié)管底部。本實(shí)施例提供的凍結(jié)器通過改變凍結(jié)管管徑設(shè)計(jì)，由于粗凍結(jié)管的熱交換能力比細(xì)凍結(jié)管的要強(qiáng)，因此可以實(shí)現(xiàn)對凍結(jié)壁的分段控制，在整個(gè)凍結(jié)段施工過程中，凍結(jié)壁強(qiáng)度和厚度、井幫溫度與開挖速度協(xié)調(diào)，不弱凍也不過凍，提高了井筒掘砌施工的安全性，節(jié)約用電損耗及管材的消耗，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
[0006]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述凍結(jié)器還包括第二供液管，所述第二供液管從所述上部凍結(jié)管的頂部管口伸入，并延伸至所述變徑臺階處。
[0007]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述第二供液管的管徑大于所述第一供液管的管徑。
[0008]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述上部凍結(jié)管的側(cè)壁上還設(shè)有回液管。
[0009]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，上述上部凍結(jié)管、上述下部凍結(jié)管和上述底錐同軸心設(shè)置。
[0010]第二方面，本實(shí)用新型提供的凍結(jié)器包括:凍結(jié)管、第一供液管和底錐；其中，所述底錐與所述凍結(jié)管的底部連接；所述第一供液管由所述凍結(jié)管的頂部管口伸入，并延伸至所述凍結(jié)管的底部；還包括:第二供液管；所述第二供液管由所述凍結(jié)管的頂部管口伸入，并延伸至所述凍結(jié)管的中間位置。本實(shí)施例提供的凍結(jié)器通過長短雙循環(huán)供液管設(shè)計(jì)，由于兩路供液管可以分開送冷，分開控制，例如，在對其中一路供液管送冷時(shí)，另一路供液管可以隨時(shí)關(guān)停，或者對兩路供液管輸送不同溫度的鹽水，可以實(shí)現(xiàn)對凍結(jié)壁的分段和分期控制，在整個(gè)凍結(jié)段施工過程中，凍結(jié)壁強(qiáng)度和厚度、井幫溫度與開挖速度協(xié)調(diào)，不弱凍也不過凍，提高了井筒掘砌施工的安全性，節(jié)約用電損耗及管材的消耗，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
[0011]在本實(shí)用新型的再一實(shí)施例中，上述第二供液管的管徑大于所述第一供液管的管徑。
[0012]在本實(shí)用新型的再一實(shí)施例中，上述凍結(jié)管的側(cè)壁上還設(shè)有回液管。
[0013]第三方面，本實(shí)用新型還提供一種立井凍結(jié)系統(tǒng)，該立井凍結(jié)系統(tǒng)包括:凍結(jié)站機(jī)組和至少一個(gè)上述第一方面提供的凍結(jié)器，以及至少一個(gè)上述第二方面提供的凍結(jié)器；其中，所述凍結(jié)站機(jī)組包括去路集液圈和回路集液圈，所述去路集液圈與所述凍結(jié)器的供液管連接，所述回路集液圈與所述凍結(jié)器的回液管連接。由于上述凍結(jié)器可以實(shí)現(xiàn)對凍結(jié)壁的分段和/或分期控制，故各段井筒凍結(jié)需冷量是分期需求的，可以減少機(jī)組的最大需求量，機(jī)組也就相應(yīng)減少了。同時(shí)，由于分段控制，做到了各段凍結(jié)壁不弱凍也不過凍，因此可以降低了能耗，節(jié)約了用電和機(jī)組運(yùn)行成本。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的凍結(jié)器剖面示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型又一實(shí)施例提供的凍結(jié)器剖面示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型再一實(shí)施例提供的凍結(jié)器剖面示意圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的凍結(jié)器在凍結(jié)施工中布置示意圖；
[0018]圖5為圖4的剖面示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明:
[0020]10,20,30:凍結(jié)器；
[0021]11、21、31:凍結(jié)管；
[0022]11a,21a:上部凍結(jié)管；
[0023]llb、21b:下部凍結(jié)管；
[0024]12、22、32:第一供液管；
[0025]13、23:變徑臺階；
[0026]14、24、34:底錐；
[0027]15、25、35:回液管；
[0028]26、36:第二供液管；
[0029]A:井筒；
[0030]B:內(nèi)圈孔；
[0031]C:輔助孔；
[0032]D:主洞孔；
[0033]Ra:井筒變徑位置；
[0034]Rb:內(nèi)圈孔變徑位置；
[0035]Rc:輔助孔變徑位置；
[0036]Rd:主凍孔變徑位置。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0038]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例提供的凍結(jié)器剖面示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例提供的凍結(jié)器10包括凍結(jié)管11，第一供液管12和底錐14。
[0039]具體的，凍結(jié)管11由上部凍結(jié)管Ila和下部凍結(jié)管Ilb組成，上部凍結(jié)管Ila和下部凍結(jié)管Ilb之間通過變徑臺階13連通，且上部凍結(jié)管Ila的管徑大于下部凍結(jié)管Ilb的管徑。底錐14與下部凍結(jié)管Ilb的底部連接。第一供液管12由上部凍結(jié)管Ila的頂部管口伸入，并延伸至下部凍結(jié)管Ilb的底部。
[0040]其中，上部凍結(jié)管Ila的管徑和下部凍結(jié)管Ilb的管徑差值，以及所采用的材質(zhì)可以根據(jù)實(shí)際的工況需求來設(shè)置。作為一種可選的實(shí)施方式，上部凍結(jié)管Ila可以選用管徑為170_的無縫鋼管，下部凍結(jié)管Ilb可以選用管徑為159_的無縫鋼管，上下部凍結(jié)管之間通過變徑臺階13可以采用焊接等方式連通，由于上下部凍結(jié)管的連接部位屬于應(yīng)力集中部位，在進(jìn)行上下部凍結(jié)管連接的過程中，可以采取一些加強(qiáng)處理措施，例如可以在焊接過程中在變徑臺階處焊接一箍筋。第一供液管作為冷卻液輸送管道，可以選用管徑為75_的橡膠管。
[0041]作為另一種可選的實(shí)施方式，上部凍結(jié)管Ila還可以選用管徑為159mm的無縫鋼管，下部凍結(jié)管Ilb選用管徑為140mm的無縫鋼管。第一供液管選用管徑為60mm的橡膠管。
[0042]在實(shí)際應(yīng)用中，第一供液管的管徑選擇應(yīng)與凍結(jié)管的管徑設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)一致，一般保證冷媒介質(zhì)能順利循環(huán)即可。
[0043]作為一種較佳的實(shí)施方式，上部凍結(jié)管11a、下部凍結(jié)管Ilb和底錐14同軸心設(shè)置，優(yōu)選的，底錐14為實(shí)心圓錐體，供液管可以沿軸心伸入上部凍結(jié)管Ila中，并延伸至下部凍結(jié)管Ilb的底部。
[0044]在實(shí)際應(yīng)用中，在上部凍結(jié)管Ila的側(cè)壁上還設(shè)有回液管15，可以理解，供液管12從凍結(jié)管11底部持續(xù)向凍結(jié)管內(nèi)注入低溫凍結(jié)液，凍結(jié)管內(nèi)的低溫凍結(jié)液，與凍結(jié)壁進(jìn)行熱交換后，溫度會升高，當(dāng)?shù)蜏貎鼋Y(jié)液持續(xù)注入至回液管15所在的位置時(shí)，上部的高溫媒質(zhì)可以通過上部凍結(jié)管Ila側(cè)壁上的回液管15輸送至凍結(jié)站機(jī)組，凍結(jié)站機(jī)組對其進(jìn)行降溫處理后再次得到低溫凍結(jié)液以供凍結(jié)施工使用，可以實(shí)現(xiàn)凍結(jié)管內(nèi)凍結(jié)液的循環(huán)利用。
[0045]本實(shí)施例提供的凍結(jié)器通過對上下部凍結(jié)管的變徑設(shè)置，使得鹽水在不同部位的回流速度不同，上部鹽水回流速度小，下部回流速度大，從而使得上下部去路鹽水的冷凍溫度產(chǎn)生差異，同時(shí)上下部凍結(jié)管對外熱交換面積不同，下面凍結(jié)管細(xì)，熱交換能力小，上部凍結(jié)管粗，熱交換能力強(qiáng)。因此可以實(shí)現(xiàn)對凍結(jié)壁的分段控制，在整個(gè)凍結(jié)段施工過程中，凍結(jié)壁強(qiáng)度和厚度、井幫溫度與開挖速度協(xié)調(diào)，不弱凍也不過凍，提高了井筒掘砌施工的安全性，節(jié)約用電損耗及管材的消耗，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約。
[0046]圖2為本實(shí)用新型又一實(shí)施例提供的凍結(jié)器剖面示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例提供的凍結(jié)器20在圖1所示實(shí)施例的基礎(chǔ)上，增加了第二供液管26。具體的，第二供液管26從上部凍結(jié)管21a的頂部管口伸入，并延伸至變徑臺階23處。
[0047]可以理解，本實(shí)施例提供的凍結(jié)器20的凍結(jié)管21由上部凍結(jié)管21a和下部凍結(jié)管21b組成，上部凍結(jié)管21a和下部凍結(jié)管21b之間通過變徑臺階23連通，且上部凍結(jié)管21a的管徑大于下部凍結(jié)管21b的管徑。底錐24與下部凍結(jié)管21b的底部連接。第一供液管22由上部凍結(jié)管21a的頂部管口伸入，并延伸至下部凍結(jié)管21b的底部。
[0048]優(yōu)選的，上部凍結(jié)管21a、下部凍結(jié)管21b和底錐24同軸心設(shè)置，優(yōu)選的，底錐24為實(shí)心圓錐體，供液管可以沿軸心伸入凍結(jié)管21中。
[0049]為了保證冷媒介質(zhì)能順利循環(huán)，一種較佳的實(shí)施方式是，第二供液管26的管徑大于第一供液管22的管徑。
[0050]作為一種可選的實(shí)施方式，上部凍結(jié)管21a可以選用管徑為170mm的無縫鋼管