CN102720465B - 冻结孔强制解冻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻结孔强制解冻方法，涉及井筒防治水技术领域。该方法采用1台热水锅炉、2台热盐水箱和2台清水箱，进行冻结管与钻孔之间的环形空间冻结壁强制解冻。其方法是在热水锅炉热水出口处，并联安装六台管道离心泵；2台热盐水箱下方砌地灶对系统中盐水进行循环，两台热盐水箱的出口处并联安装六台管道离心泵；2台清水箱的出口处并联安装四台管道离心泵，用于置换系统中盐水。冻结孔强制解冻分为冻结孔前期解冻和冻结孔后期解冻。优点：冻结孔强制解冻，有利于后续射孔注浆并封堵冻结管与钻孔之间环形空间，有效封堵上部地层水下移通道，解决上覆地层水涌入井筒的问题。

Description

冻结孔强制解冻方法

技术领域

本发明涉及井筒防治水技术领域，具体是一种冻结孔强制解冻方法。

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，井筒深度也在不断延伸。新建矿井井筒白垩系软岩地层埋藏深、厚度大、含水率大、富水性强，基本上采用冻结法施工，钻孔贯穿整个地层，使各含水层之间相互导通。井筒停止送冷后，冻结壁自然解冻，含水层涌水通过冻结管与钻孔之间的环形空间导入井下，导致井下涌水量增大。

鉴于上述情况，故对冻结管穿过的含水层进行强制解冻；然后进行射孔注浆封水，达到注浆堵水的效果。目前冻结孔四周形成的冻结壁解冻均是自然解冻，不能满足冻结管射孔注浆封水要求。若钻孔环形空间一旦形成导水通道，再采用射孔注浆方案很难达到封水效果。

发明内容

为了有效封堵上部地层水，避免导入井底形成水患，本发明提供一种冻结孔强制解冻方法，使得冻结管周围的冻土融化，以利实施射孔注浆。

本发明是以如下技术方案实现的：该方法采用1台热水锅炉、2台热盐水箱和2台清水箱，位于热水锅炉的热水出口处并联安装六台管道离心泵；2台热盐水箱的出口处并联安装六台管道离心泵；2台清水箱的出口处并联安装四台管道离心泵；采用上述设备对冻结管与钻孔之间的环形空间冻结壁强制解冻；冻结孔强制解冻分为冻结孔前期解冻和冻结孔后期解冻，具体步骤如下：

冻结孔前期解冻为4个深冻结孔一组，首先2台热盐水箱对第一组深冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组深冻结孔热循环；此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组深冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组深冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求；当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组深冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组深冻结孔热循环；如此反复，直到深冻结孔全部解冻完为止。

冻结孔后期解冻为10个浅冻结孔一组，首先2台热盐水箱对第一组浅冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组浅冻结孔热循环，此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组浅冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组浅冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求；当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组浅冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组浅冻结孔热循环；如此反复，直到浅冻结孔全部解冻完为止；

通过2台清水箱将冻结管及干管中盐水进行置换成清水，热水锅炉中的高温清水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温清水直接进入热水锅炉再加热，能够形成独立的清水热循环系统；

2台热盐水箱中的高温盐水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温盐水直接进入热盐水箱再加热，能够形成独立的盐水热循环系统。

本发明的有益效果是：对冻结孔强制解冻，有利于后续射孔注浆并封堵冻结管与钻孔之间环形空间，有效封堵上部地层水下移通道。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是冻结孔施工示意图；

图2是冻结孔前期解冻工艺流程图；

图3是冻结孔后期解冻工艺流程图。

图中：1、钻孔，2、冻结管，21、出液口，3、供液管，31、进液口。

具体实施方式

如图1所示，冻结孔强制解冻方法采用热盐水（或热清水）在冻结管里循环，使冻结管周围的冻土融化，解冻直径为φ400mm，比冻结钻孔直径大180mm，为实施射孔注浆创造良好条件。施工过程中，钻孔1内安装有冻结管2，冻结管2内安装有供液管3，供液管3的进液口31与热水锅炉或热盐水箱连接，冻结管的上端设置有出液口21，出液口21与热水锅炉或热盐水箱连接。

该方法采用1台热水锅炉、2台热盐水箱和2台清水箱，位于热水锅炉的热水出口处并联安装六台管道离心泵；2台热盐水箱的出口处并联安装六台管道离心泵；2台清水箱的出口处并联安装四台管道离心泵；采用上述设备对冻结管与钻孔之间的环形空间冻结壁强制解冻。冻结孔强制解冻分为冻结孔前期解冻和冻结孔后期解冻，具体步骤如下：

冻结孔前期解冻为4个深冻结孔一组，见图2。首先2台热盐水箱对第一组深冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组深冻结孔热循环；此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组深冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组深冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求。当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组深冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组深冻结孔热循环；如此反复，直到深冻结孔全部解冻完为止。

冻结孔后期解冻为10个浅冻结孔一组，见图3。首先2台热盐水箱对第一组浅冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组浅冻结孔热循环，此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组浅冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组浅冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求。当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组浅冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组浅冻结孔热循环；如此反复，直到浅冻结孔全部解冻完为止。

以葫芦素矿井为例，具体阐述冻结管强制解冻方案：

现场安装1台DZL2.8-95-70-ALL型4T卧式热水锅炉集中供热，2台热盐水箱、2台清水箱，水箱规格均为6000×2000×1500mm，在2台热盐水箱下方砌地灶对其进行加热，两台热盐水箱的出口处并联安装六台IRG65-200型管道离心泵。2台清水箱作为置换冻结管内部盐水之用，出口处并联安装四台IRG65-200型管道离心泵。冻结孔强制解冻分为冻结孔前期解冻和冻结孔后期解冻。

主冻结孔深冻结管(-672m)解冻按4个冻结孔划分为一组同时进行解冻，对称实施。该组孔达到解冻要求后，进行第二组解冻；待主冻结孔深孔(-672m)及2个深测温孔解冻完毕后，再进行浅冻结管(-392m)解冻。

主冻结孔浅冻结管(-392m)解冻按10个冻结孔划分为一组进行。解冻前期使用2个热盐水箱辅助加热，待盐水回路温度升到+10℃以上时，而后采用一台DZL2.8-95-70-ALL型4T卧式热水锅炉加热清水，而后将热清水输送至清水箱，利用IRG65-200型管道离心泵一次性将热清水压入冻结管内，实现冻结管内部及干管的盐水置换为清水。置换完毕后，采用锅炉独立进行热清水循环，直到满足射孔注浆要求。2台热盐水箱中的高温盐水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温盐水直接进入热盐水箱再加热，能够形成独立的盐水热循环系统。通过2台清水箱将冻结管及干管中盐水进行置换成清水，热水锅炉中的高温清水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温清水直接进入热水锅炉再加热，能够形成独立的热循环系统，同时有效的延长热水锅炉使用寿命。

（1）DZL2.8-95-70-ALL型4T卧式热水锅炉热水出口处，并联安装六台IRG65-200型管道离心泵，将升温后的高温清水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后直接进入热水锅炉再加热，能够形成独立的热清水循环系统。基本上每台IRG65-200型管道离心泵服务于一个冻结管的强制解冻方式，且每次同时解冻多个冻结孔。

（2） 每台热盐水箱地灶旁留出四个灶口，每个灶口均配置一台鼓风机。2台热盐水箱并联安装六台IRG65-200型管道离心泵，将升温后的高温盐水各自独立输送至冻结管进行热交换，温升满足盐水置换清水要求。

由于强制解冻无实践经验，只有通过实践检验，适时调整合理的解冻方法。首次采用卧式热水锅炉加热供热源，视实际使用效果再进行调整补充。

具体施工步骤如下：

1)采用四趟2.5寸胶管或塑料管，将地沟槽冻结管的盐水循环管路与卧式热水锅炉热水出口处、两台热盐水箱出水口处的管道离心泵相连接，低温回水集中后进入热水锅炉入口和热盐水箱入口，形成循环系统。热水锅炉中的高温清水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温清水直接进入热水锅炉再加热，能够形成独立的清水热循环系统。

2)用管道离心泵循环高温盐水，当2个热盐水箱中盐水温度超过30～60℃开始循环，此后边加热边循环，尽可能使上下部冻土融化范围基本一致。量测去、回路盐水的温度，直到回路盐水温度升到10℃以上，此时预计需要3天。随即利用两个热盐水箱内部的热盐水进行下一组的四个冻结管热循环，此时投入热水锅炉加热清水，采用管道离心泵对第一组深冻结孔压入高温清水，实现冻结管内部及干管的盐水置换为清水，置换结束后独立使用锅炉进行热清水循环，实现冻结管外环形空间强制解冻。

3）主冻结孔深孔解冻直径预计为Φ400mm，比冻结钻孔直径大180mm，为射孔注浆工程顺利进行创造良好条件，避免施工期间解冻后冻土的回冻影响。

4）为了掌握冻结孔环形空间强制解冻变化规律，两个深测温孔暂不解冻。充分利用测温孔纵向测点温度作为强制解冻分析预测依据，最后实施两个深测温孔解冻与射孔注浆。

5)每组强制解冻达到要求后，拔除塑料供液管，进行冻结管射孔注浆。

通过实践证明，冻结管强制解冻及射孔注浆封水方案，完全满足实际施工要求。

对于西部地区地层特殊性，冻结管穿过各含水层，各地层含水层通过冻结孔与冻结管环形空间导入井下，导致井下涌水量增大，施工难度系数大，防治水成本费用高。利用冻结管强制解冻及射孔注浆技术，可以避免上述难题。应用范围广泛，可操作性强，具有重要的推广价值。

Claims (1)

1.一种冻结孔强制解冻方法，其特征在于：该方法采用1台热水锅炉、2台热盐水箱和2台清水箱，位于热水锅炉的热水出口处并联安装六台管道离心泵；2台热盐水箱的出口处并联安装六台管道离心泵；2台清水箱的出口处并联安装四台管道离心泵；采用上述设备对冻结管与钻孔之间的环形空间冻结壁强制解冻；冻结孔强制解冻分为冻结孔前期解冻和冻结孔后期解冻，具体步骤如下：

冻结孔前期解冻为4个深冻结孔一组，首先2台热盐水箱对第一组深冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组深冻结孔热循环；此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组深冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组深冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求；当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组深冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组深冻结孔热循环；如此反复，直到深冻结孔全部解冻完为止；

冻结孔后期解冻为10个浅冻结孔一组，首先2台热盐水箱对第一组浅冻结孔热循环，待盐水回路温度升到+10℃以上时，2台热盐水箱对第二组浅冻结孔热循环，此时投入热水锅炉加热清水，并将热清水输送至清水箱，通过清水箱的管道离心泵对第一组浅冻结孔压入高温清水，将冻结管内部及干管的盐水置换为清水；置换结束后独立使用热水锅炉进行第一组浅冻结孔热清水循环，直到满足射孔注浆要求；当第二组冻结管中盐水回路温度升到+10℃以上时，投入清水箱置换盐水，而后热水锅炉转到第二组浅冻结孔进行热循环；热盐水箱再转为对第三组浅冻结孔热循环；如此反复，直到浅冻结孔全部解冻完为止；

通过2台清水箱将冻结管及干管中盐水进行置换成清水，热水锅炉中的高温清水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温清水直接进入热水锅炉再加热，能够形成独立的清水热循环系统；

2台热盐水箱中的高温盐水各自独立输送至冻结管进行热交换，而后低温盐水直接进入热盐水箱再加热，能够形成独立的盐水热循环系统。