CN102536246A - 一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置 - Google Patents

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本发明公开了一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置，涉及斜井井筒冻结管工艺装置。该装置是在超长斜井井筒的地面上纵向设有5排、横向设有多个冻结管，每个冻结管内设有进液管和出液管；沿着冻结孔的水平方向将其分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段，每一段设有一个盐水进液总管和盐水回液总管；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段采用3个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结孔的进液管连接，第二个冻结管的出液管与第三个冻结管的进液管连接，第三个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；Ⅴ、Ⅵ段采用2个冻结管串联，每一段的盐水进液总管和盐水回液总管连接一台水泵。优点是：减少盐水总循环量，减少系统电能消耗，安装简单。

Description

一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置
技术领域
本发明涉及斜井井筒冻结管工艺装置，具体是一种超长斜井井筒冻结管串联工
艺装置。
背景技术
进入21世纪以来，我国煤炭生产建设迎来了一个新高潮。特别是近几年我国西部矿井向纵深发展，矿井生产能力逐步提高，斜立井混合开拓方式被普遍采用，一般情况下布置主斜井、副立井和风立井三个井筒。针对内蒙等西部地区白垩系软岩地层特点（强度小、含水量大），新建矿井井筒基本上采用冻结法施工。
我国立井冻结凿井技术已趋于成熟，而斜井冻结凿井技术相对起步较晚。二十世纪的斜井冻结深度较浅，冻结长度较短，近几年来斜井冻结深度、长度逐步加深、加大，相应冻结孔数量成倍增多，若按常规设计，其制冷盐水总循环量增大。只有选用大流量、大功率的盐水泵或通过增加盐水泵的台数，来实现盐水总循环量达到冻结需要。然而盐水泵运转时电能消耗量增多，导致冻结成本增加。鉴于此，减少盐水系统总循环量是一个最佳、最有效的控制手段和方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置，减少盐水总循环量，减少系统电能消耗，安装结构简单。
 本发明是以如下技术方案实现的：一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置，在超长斜井井筒的地面上纵向设有5排、横向设有多个冻结孔，每个冻结孔内安装有冻结管，冻结管内设有进液管和出液管；沿着冻结孔的水平方向将其分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段，每一段设有一个盐水进液总管和盐水回液总管；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段采用3个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与第三个冻结管的进液管连接，第三个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；Ⅳ、Ⅴ段采用2个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；每一段的盐水进液总管和盐水回液总管连接一台水泵。
本发明的有益效果是：减少盐水总循环量，减少系统电能消耗，安装简单。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明结构示意图；
图2是三个冻结孔连接结构示意图；
图3是两个冻结孔连接结构示意图；
图4是盐水进液总管和盐水回液总管连接示意图；
图5是马泰壕主斜井冻结孔结构示意图。
图中：1、盐水进液总管，2、盐水回液总管，3、冻结孔，4、胶管、5、测温传感器，6、DN40球阀，7、进液管，8、出液管，9、冻结管。
具体实施方式
 如图1-3所示，一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置是在超长斜井井筒的地面上纵向设有5排、横向设有多个冻结孔3，每个冻结孔3内安装有冻结管9，冻结管9内设有进液管7和出液管8；沿着冻结孔的水平方向将其分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段，每一段设有一个盐水进液总管1和盐水回液总管2；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段采用3个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与第三个冻结管的进液管连接，第三个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；Ⅳ、Ⅴ段采用2个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；每一段的盐水进液总管和盐水回液总管连接一台水泵。
冻结管之间以及冻结管与盐水进液总管1和盐水回液总管2之间采用胶管4连接。在冻结管上安装有用于置换冻结孔清水的DN40球阀6，在出液管8上安装有测流量用的DN40球阀和测温传感器5。
如图1和图4所示，为了施工方便，前3段的3个外排冻结管横向串联，中间的3个冻结管纵向串联；后2段的2个外排冻结管横向串联，中间的2个冻结管纵、横向串联相结合；第Ⅰ段的盐水进液总管和第Ⅳ段的的盐水进液总管连接，第Ⅰ段的盐水回液总管与第Ⅳ段的的盐水回液总管连接，第Ⅱ段的盐水进液总管和第Ⅴ段的盐水进液总管，第Ⅱ段的盐水回液总管和第Ⅴ段的盐水回液总管连接，第Ⅰ、Ⅴ段共用一趟盐水管路，第Ⅱ、Ⅳ共用一趟盐水管路，第Ⅲ段独立使用一趟盐水管路。
以我处施工的鄂尔多斯市境内马泰壕主斜井冻结工程为例，阐述斜井冻结管串联运行工艺，如图5所示，马泰壕矿井设计生产能力800万吨/年，服务年限106年，采用斜立井混合开拓方式，设计主斜井、副立井和风立井三个井筒。主斜井斜长为1513m，倾角16度。斜井净宽5.4m，净高4.1m；荒宽6.4m，荒高6.373m。主斜井上段采用冻结法施工，自斜长59.85m（水平长度57.53m）起开始冻结，至斜长500.49m结束。冻结区域总斜长440.64m，掘砌斜长435.9m，冻结垂深145m，为我国目前斜井冻结法凿井最长、最深井筒。采用在地面打垂直孔方式，钻孔深度由浅入深，最浅孔为22.5m，最深孔为145m。沿井筒轴向前方布置五排冻结孔，排距2.5m。
将整个冻结段分为5段进行冻结施工。第Ⅰ段冻结孔孔数263个，第Ⅱ段冻结孔孔数267个，第Ⅲ段冻结孔孔数208个，第Ⅳ段冻结孔孔数179个，第V段冻结孔孔数139个。盐水循环方式：Ⅰ段—Ⅲ段采用三个冻结管串联方式，Ⅳ段、Ⅴ段采用二个冻结管串联方式，那么Ⅰ～V段冻结盐水总循环量分别为526 m3/h、534m3/h、416m3/h、716m3/h、556 m3/h。实际上，Ⅰ段—Ⅲ段盐水总循环量比单个冻结孔独立运行时减少2/3，Ⅳ段、Ⅴ段盐水总循环量比单个冻结孔独立运行时减少1/2。
根据流体力学原理，管道采用串联连接，其流体运行流量保持不变。
第Ⅰ～Ⅲ段采用三个冻结管串联方式，盐水进液总管与第一个冻结管的供液管相连接，其回液盐水由该管闷头处进入第二个冻结管的供液管，以此连接；最后第三个冻结管回液盐水进入盐水回液总管。
第Ⅳ～Ⅴ段采用二个冻结管串联方式，盐水进液总管与第一个冻结管的供液管路相连接，其回液盐水由该管闷头处进入第二个冻结管供液管，然后由此冻结管回液盐水进入盐水回液总管。
以第Ⅰ段冻结工程为例进行效果比较：
（1）冻结管串联运行
由于冻结深度较浅，三个冻结管串联后的压力损失增加并不大，压力损失计算结果仅为23m。该段选用10sh-6型盐水泵2台，其中1台运转、1台备用（单台设备配套电机功率132KW/380V）。实践证明，所选用的10sh-6型盐水泵数量完全能够满足要求。
（2）若单个冻结孔独立运行
Ⅰ段冻结盐水总循环量为1578m3/h，根据盐水系统压力损失、盐水流量、电机功率等参数计算结果，应选用10sh-6型盐水泵4台，其中运转3台、备用1台。假如按上述选用的设备，势必导致电能消耗成倍增加、盐水管材消耗大、系统安装工程量增多、安装工期延长。该段通过冻结管三串联方式运行，有效的解决上述问题。
由于采用冻结管串联运行工艺，斜井盐水系统选取的盐水泵型号及使用台数得到了优化控制。一方面减少了电能消耗与管材消耗，另一方面减少了盐水泵设备投入使用量，具有显著的经济效益和社会效益。
马泰壕主斜井冻结工程第Ⅱ段～第Ⅴ段按上述方法计算，同时考虑各段维持期盐水泵用电量节约的费用，初步估计节约电能175万元；安装用管材减少了2/3，节省了材料支出；盐水系统安装工程量减少60%；安装工期缩短50%；工程施工人员减少30%。
通过实践应用表明，冻结管串联运行工艺不仅适用于斜井冻结工程，还可以应用于立井井筒冻结工程（如辅助孔、防片帮孔）。应用范围广泛，可操作性强，具有重要的推广价值。

Claims (2)

1.一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置，其特征在于：在超长斜井井筒的地面上纵向设有5排、横向设有多个冻结孔（3），每个冻结孔内安装一冻结管（9），冻结管（9）内设有进液管（7）和出液管（8）；沿着冻结孔的水平方向将其分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段，每一段设有一个盐水进液总管（1）和盐水回液总管（2）；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段采用3个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与第三个冻结管的进液管连接，第三个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；Ⅳ、Ⅴ段采用2个冻结管串联，其中第一个冻结管的进液管与盐水进液总管连接，其出液管与第二个冻结管的进液管连接，第二个冻结管的出液管与盐水回液总管连接；每一段的盐水进液总管和盐水回液总管连接一台水泵。
2.根据权利要求1所述的一种超长斜井井筒冻结管串联工艺装置，其特征在于：前3段的3个外排冻结管横向串联，中间的3个冻结管纵向串联；后2段的2个外排冻结管横向串联，中间的2个冻结管纵、横向串联相结合；第Ⅰ段的盐水进液总管和第Ⅳ段的盐水进液总管连接，第Ⅰ段的盐水回液总管与第Ⅳ段的的盐水回液总管连接，第Ⅱ段的盐水进液总管和第Ⅴ段的盐水进液总管，第Ⅱ段的盐水回液总管和第Ⅴ段的盐水回液总管连接，第Ⅰ、Ⅴ段共用一趟盐水管路，第Ⅱ、Ⅳ共用一趟盐水管路，第Ⅲ段独立使用一趟盐水管路。
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