CN104631463B - 地源热泵深井回填灌浆方法 - Google Patents
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Abstract
一种地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于方法包括以下步骤：在深井中设置完换热管之后或同时将灌浆长管插入深井底部；回填浆料由砂浆输送泵通过长管输送至深井底部，从底部灌浆反压充填井道，浆料液面逐步上溢形成背压；当背压达到第一压力时，开始提升所述长管，实现边灌浆边提升且将背压维持在第二压力与第一压力之间，直至浆料从井口溢出，灌完整个深井。该方法确保了回填浆料的高密实度，大大提高了换热深井的热传导能力，有效保证了地源热泵系统的施工质量，真正实现了节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及一种回填灌浆施工的工艺方法，特别是涉及一种地源热泵深井回填灌浆方法。
背景技术
地源热泵技术因其具有绿色环保、高效节能等优势，近年来发展迅猛，其中垂直埋管式地源热泵由于其换热效率高、占地面积小，成为地源热泵的主流方向。该技术需要钻掘大量80-200m左右深的小直径换热深井，埋入换热管后需要用砂浆等导热性能良好的材料填充密实，填充材料必须保证能够有效传导热能，实现与例如空调器的换热管的热交换。
但目前该工序经常采用手工方式从深井井口浇灌砂浆材料，由于井体直径较小，除了容纳热交换管道以外剩余的空间狭小，这使得手工方式不仅效率低下，而且容易阻塞于深井中部，致使下部完全空虚；其次手工浇灌需要使用高含水率的浆料，否则无法从狭窄的井道浇入，使得回灌浆料水分被吸收或渗透流失后也会形成大量空洞，上述两个原因致使空虚或空洞部分充满空气，换热效果极差，施工质量难以保证，地源热泵技术甚至无法实现。
因此，为了解决上述现有技术的诸多不足和缺陷，有必要研究一种有效的地源热泵深井回填灌浆方法。
发明内容
考虑到至少一个上述问题而完成了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种地源热泵深井回填灌浆方法(或称为地源热泵深井长管背压式回填灌浆方法)，该方法可以实现回填灌注密实、无空鼓，大大提高了换热深井的热交换能力，有效保证了地源热泵系统的质量。该地源热泵深井回填灌浆方法包括以下步骤：
在深井中设置完换热管之后或同时将灌浆长管插入深井底部；
回填浆料由砂浆输送泵(或称为砂浆泵)通过长管输送至深井底部，从底部灌浆反压充填井道，浆料液面逐步上溢形成背压；
当背压达到第一压力时，开始提升所述长管，实现边灌浆边提升且将背压维持在第二压力与第一压力之间，直至浆料从井口溢出，灌完整个深井。
根据本发明另一方面，所述长管为柔性高压胶管。
根据本发明另一方面，所述长管为钻机的钻管。
根据本发明另一方面，所述提升方式为采用管道回转提升机回转地将所述长管卷绕上提。
根据本发明另一方面，所述提升方式为利用钻机将所述钻管逐节提出拆除并再次接通继续灌浆。
根据本发明另一方面，灌浆速度与提管速度匹配。
根据本发明另一方面，所述提管机步进式地或匀速地提升所述长管。
根据本发明另一方面，所述长管的管口上方始终保持有一段不小于5米高的浆料。
根据本发明另一方面，所述第二压力小于等于第一压力，所述浆料沉在底部，游离的水分、空气被反顶浮于上方并逐步被顶出井外。
根据本发明另一方面，所述砂浆输送泵为回填浆料搅拌机与砂浆输送泵一体的结构。
根据本发明另一方面，所述砂浆输送泵为采用等速凸轮和双作用凸轮机构的活塞式输送泵；所述回填浆料中可添加有膨润土；所述回填浆料可使用钻孔原浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、长管背压式回填灌浆施工，利用超长灌浆管(80～200m)插入深井底部，灌浆料从深井底部向上反压灌浆充填井道，并通过上溢的浆料顶升排出井内原有的空气和水分，边灌注边提管完成整个深井的回填。确保灌浆料的高密实度，大大提高了换热深井的热传导能力，有效保证了地源热泵系统的施工质量，真正实现了节能减排。
2、采用针对地源深井提管施工设计的管道回转提升装置，机械化管道提升施工，既加快了管道提升速度，又有效减轻了工人的劳动强度。
3、提管机可以与灌浆泵实现远距离连接，灌浆过程中不再需要频繁移动灌浆泵，大大降低了工人的劳动强度。
4、提管机与灌浆泵配合施工，充分发挥了灌浆泵压力大、施工效率高的特点，一次灌注成型，既提高了施工连续性，增强了换热深井导热的能力，又大大提高了施工效率，缩短施工周期，降低了施工成本。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施例的地源热泵深井回填灌浆方法所采用设备的结构图。
图2是根据本发明一种优选实施例的地源热泵深井回填灌浆方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
参见图1-2,本发明提供了一种地源热泵深井回填灌浆方法。该方法或称为地源热泵深井长管背压式回填灌浆方法，其可以实现回填灌注密实、无空鼓，大大提高了换热深井的热交换能力，有效保证了地源热泵系统的质量。该地源热泵深井回填灌浆方法优选地包括以下步骤：
在深井中设置完换热管之后或同时将灌浆长管插入深井底部；
回填浆料由砂浆输送泵(或称为砂浆泵)通过长管输送至深井底部，从底部灌浆反压充填井道，浆料液面逐步上溢形成背压；
当背压达到第一压力时，开始提升所述长管，实现边灌浆边提升且将背压维持在第二压力与第一压力之间，直至浆料从井口溢出，灌完整个深井。
优选地，所述长管为柔性高压胶管。
优选地，所述长管为钻机的钻管。
优选地，所述提升方式为采用管道回转提升机回转地将所述长管卷绕上提。
优选地，所述提升方式为利用钻机将所述钻管逐节提出拆除并再次接通继续灌浆。
优选地，灌浆速度与提管速度匹配。
优选地，所述提管机步进式地或匀速地提升所述长管。
优选地，所述长管的管口上方始终保持有一段不小于5米高的浆料。
优选地，所述第二压力小于等于第一压力，所述浆料沉在底部，游离的水分、空气被反顶浮于上方并逐步被顶出井外。
优选地，所述砂浆输送泵为回填浆料搅拌机与砂浆输送泵一体的结构。
优选地，所述砂浆输送泵为采用等速凸轮和双作用凸轮机构的活塞式输送泵；所述回填浆料中可添加有膨润土；所述回填浆料可使用钻孔原浆。
优选地，所述第二压力可以设定为小于等于第一压力。需要特别说明的是，本发明的第二压力可为一个数值区间或某个数值。可以理解的是，例如第一压力为2Mpa时，本发明的第二压力可以是小于等于2Mpa的某一区间范围，例如将第二压力保持在1.1－2Mpa之间即可，可选地，也可将第二压力保持在某个数值点，例如1.8Mpa或1.5Mpa。
优选地，所述长管为长胶管。
优选地，所述提管机为管道回转提升机，其回转地将所述长管卷绕上提。
优选地，灌浆速度与提管速度匹配。
优选地，所述提管机步进式地或匀速地提升所述长管。
优选地，所述第一压力在1－3Mpa之间。优选地，砂浆输送泵上设置有压力计。可替换地，第一压力与启动提管机前泵送的浆料量相关，因此，可以通过泵送的浆料量达到预定量时、即对应地达到第一压力时启动提管机，这种方法也在本发明的保护范围之内。
优选地，所述长管的管口上方始终保持有一段10米高的浆料。
优选地，所述浆料沉在底部，游离的水分、空气被反顶浮于上方并逐步被顶出井外。
优选地，所述砂浆输送泵为回填浆料搅拌机与砂浆输送泵一体的结构。
优选地，所述砂浆输送泵为采用等速螺线形的凸轮和双作用凸轮机构的活塞式输送泵，该活塞式输送泵为现有技术。
优选地，所述回填浆料中可添加有膨润土，这有利于提高浆料的和易性，使灌浆料施工更加顺利。
可以理解的是，本发明采用了背压式回填施工模式，利用长管插入深井底部，从底部灌浆反压充填井道，从而保证回填灌浆的密实性，提高了换热深井的热交换能力。本方法的技术原理为：
1、背压式回填灌浆施工。施工过程中，回填浆料由砂浆输送泵可通过长胶管输送至换热深井底部，泵送浆料充填深井并且浆料液面逐步上溢形成背压，在此工艺过程中，密实的浆料沉在底部，游离水分、空气等轻物质被反顶浮于上方并逐步被顶出井外；
2、灌浆同步进行提管。当浆料液面上溢至距灌浆管出口例如10米左右时，使用专门的提管机开始提升灌浆管，该机可以回转将管道卷绕上提，实现边灌边提，并且灌浆速度与提管速度匹配，始终保证管口上部有一段例如10米左右砂浆，以保证背压，直至灌浆料从井口溢出，灌完整个换热井。
实施例2
再次参见图1-2，其中示出了本发明优选实施例的地源热泵深井回填灌浆设备和方法示意图。优选地，该地源热泵深井回填灌浆方法采用背压式回填施工模式，利用长管插入深井底部，回填浆料由砂浆输送泵通过长胶管输送至换热深井底部，从底部灌浆反压充填井道，浆料液面逐步上溢形成背压，当浆料液面上溢至距灌浆管出口例如10米左右时，使用提管机开始提升灌浆管，该机可以回转将管道卷绕上提，实现边灌边提，并且灌浆速度与提管速度匹配，始终保证管口上部有一段10米左右砂浆，以保证背压，直至灌浆料从井口溢出，灌完整个换热井。
优选地，所述的背压式回填灌浆施工过程中，密实的浆料沉在底部，游离水分、空气等轻物质被反顶浮于上方并逐步被顶出井外。
优选地，所述的砂浆输送泵采用回填浆料搅拌机与砂浆输送泵一体的结构设计，简化了施工工序，提高了设备的匹配程度。
优选地，所述的砂浆输送泵采用了等速螺线形凸轮和双作用凸轮机构的活塞式输送泵，既保证了灌浆流量的稳定型，又能满足灌浆的压力要求，该活塞式输送泵为现有技术。
综上所述，本发明的有益效果在于：
1、长管背压式回填灌浆施工，利用超长灌浆管(80～200m)插入深井底部，灌浆料从深井底部向上反压灌浆充填井道，并通过上溢的浆料顶升排出井内原有的空气和水分，边灌注边提管完成整个深井的回填。确保灌浆料的高密实度，大大提高了换热深井的热传导能力，有效保证了地源热泵系统的施工质量，真正实现了节能减排。
2、采用针对地源深井提管施工设计的管道回转提升装置，机械化管道提升施工，既加快了管道提升速度，又有效减轻了工人的劳动强度。
3、提管机可以与灌浆泵实现远距离连接，灌浆过程中不再需要频繁移动灌浆泵，大大降低了工人的劳动强度。
4、提管机与灌浆泵配合施工，充分发挥了灌浆泵压力大、施工效率高的特点，一次灌注成型，既提高了施工连续性，增强了换热深井导热的能力，又大大提高了施工效率，缩短施工周期，降低了施工成本。
本发明不限于上述具体实施例。可以理解的是，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于方法包括以下步骤：
在深井中设置完换热管之后或同时将灌浆长管插入深井底部；
回填浆料由砂浆输送泵通过长管输送至深井底部，从所述深井底部灌浆反压充填井道，浆料液面逐步上溢形成背压；
当背压达到第一压力时，开始提升所述长管，实现边灌浆边提升且将背压维持在第二压力与第一压力之间，直至浆料从井口溢出，灌完整个深井；
其中，所述第二压力小于等于第一压力，所述浆料沉在深井底部，游离的水分和空气被反顶浮于上方并逐步被顶出井外。
2.根据权利要求1所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于所述长管为柔性高压胶管。
3.根据权利要求1所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于所述长管为钻机的钻管。
4.根据权利要求2所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于提升所述长管的方式为采用管道回转提升机回转地将所述长管卷绕上提。
5.根据权利要求3所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于提升所述长管的方式为利用钻机将所述钻管逐节提出拆除并再次接通继续灌浆。
6.根据权利要求3所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于灌浆速度与提管速度匹配。
7.根据权利要求1-6任一项所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于步进式地或匀速地提升所述长管。
8.根据权利要求1-6任一项所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于所述长管的管口上方始终保持有一段不小于5米高的浆料。
9.根据权利要求1-6任一项所述的地源热泵深井回填灌浆方法，其特征在于砂浆输送泵与回填浆料搅拌机为一体的结构,所述砂浆输送泵为采用等速凸轮和双作用凸轮机构的活塞式输送泵；所述回填浆料中添加有膨润土；所述回填浆料使用钻孔原浆。
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