[實用新型]一種凍土邊界控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220746448.4
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203007964U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟超;賈璟;王懷華;鄭小平;馬建華;劉偉東;張勇;陸路;岳豐田;石榮劍;王存舉;王星童;齊吉龍;李連華;林艷杰;董瑩;逯心杰
• 申請（專利權(quán)）人: 神華集團有限責(zé)任公司;神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司;中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E02D19/14
• 分類號: E02D19/14
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標(biāo)代理有限公司 11012
• 代理人: 王昭林

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種凍土邊界控制系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

在修建地下工程時，為順利通過不穩(wěn)定含水土體，需要采用特殊的施工方法。比如，利用凍結(jié)法使土體中的水凍結(jié)，將松散含水巖土變成凍土，增強其強度和穩(wěn)定性，隔絕地下水與地下工程的聯(lián)系，在凍土的保護下進行地下工程掘砌作業(yè)。采用凍結(jié)法施工修建地下工程的技術(shù)適用性強，因此被廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的礦山井巷工程、地下鐵道、橋涵、港口和深基礎(chǔ)等其他地下工程。?

傳統(tǒng)的用于凍結(jié)法施工的低溫鹽水循環(huán)系統(tǒng)包括氨循環(huán)裝置、低溫鹽水裝置、冷卻水裝置。凍結(jié)壁是由低溫鹽水裝置泵出的低溫鹽水在土體換熱的過程中，不斷吸收土體中的熱量，使土體逐漸冷卻、凍結(jié)而成。其中，所述低溫鹽水起傳遞冷量的作用，稱為冷媒劑，通常利用氨循環(huán)裝置中液氨氣化吸熱來補充低溫鹽水的冷量，因此，所述液態(tài)氨也稱為制冷劑。液氨氣化所吸收的熱量由冷卻水裝置提供的冷卻水帶走。整個低溫鹽水循環(huán)系統(tǒng)通過溫度監(jiān)測系統(tǒng)來檢測土體中凍結(jié)壁的形成情況，以此調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行。?

在采用普通法鑿井的過程中，當(dāng)井深到達一定值時可能由于井內(nèi)涌水而無法繼續(xù)施工，此時只得在已掘砌的井壁周圍鉆凍結(jié)孔使用凍結(jié)法鑿井施工。然而凍結(jié)法會帶來下述問題：由于低溫鹽水在凍結(jié)孔中與土體換熱，從凍結(jié)孔到井壁溫度會由低到高形成梯度，當(dāng)凍土邊界（位于溫度梯度中的零度位置，即凍結(jié)壁的邊緣）接近井壁時，可能會產(chǎn)生較大的不均勻凍脹壓力，使得上部已掘砌的井壁開裂甚至壓碎破壞。?

另外，采用一次凍全深的凍結(jié)方案施工時，如所需的凍結(jié)深度較大?（一般大于600米），由于井壁掘進速度的限制，在凍結(jié)施工后期，凍土邊界向井壁的方向擴展，井壁的上部勢必會承受較大的凍脹壓力，也容易出現(xiàn)開裂甚至壓碎破壞。?

目前，主要通過調(diào)整低溫鹽水循環(huán)系統(tǒng)的運行參數(shù)（比如，低溫鹽水的溫度、流量等）以保護井壁在凍結(jié)工程中不受凍脹破壞，然而為維護凍結(jié)壁的強度和厚度，仍需持續(xù)向土體中供應(yīng)冷量，因此難以有效控制凍結(jié)壁的凍土邊界的位置并消除井壁處不均勻的凍脹壓力。?

實用新型內(nèi)容

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種凍土邊界控制系統(tǒng)，從而在維護凍結(jié)壁設(shè)計厚度和強度的前提下，有效控制凍土邊界的發(fā)展，保護井壁安全。?

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種凍土邊界控制系統(tǒng)，所述凍土邊界控制系統(tǒng)包括：低溫鹽水循環(huán)子系統(tǒng)、熱鹽水循環(huán)子系統(tǒng)和溫度監(jiān)測子系統(tǒng)，?

所述低溫鹽水循環(huán)子系統(tǒng)包括依次連接的冷卻水裝置、氨循環(huán)裝置和低溫鹽水裝置，其中，所述氨循環(huán)裝置包括依次連接形成回路的蒸發(fā)器、氨壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥，所述氨循環(huán)裝置通過冷凝器與冷卻水裝置換熱，所述氨循環(huán)裝置通過蒸發(fā)器與低溫鹽水裝置換熱，所述低溫鹽水裝置包括凍結(jié)器，所述凍結(jié)器設(shè)置在井壁外圍的土體中并在井壁外圍形成凍結(jié)壁，?

所述熱鹽水循環(huán)子系統(tǒng)包括熱鹽水循環(huán)器，所述熱鹽水循環(huán)器設(shè)置在凍結(jié)器與井壁之間的土體內(nèi)。?

根據(jù)本實用新型的凍土邊界控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述熱鹽水循環(huán)子系統(tǒng)還包括熱鹽水箱、連接所述熱鹽水循環(huán)器與熱鹽水箱以形成回路的熱鹽水去路和熱鹽水回路，所述熱鹽水去路上設(shè)有熱鹽水循環(huán)泵，所述熱鹽水箱上設(shè)有提供熱量的加熱器。?

根據(jù)本實用新型的凍土邊界控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述熱鹽水循環(huán)器包括熱鹽水套管、熱鹽水回液管和熱鹽水供液管，所述熱鹽水回液管的?一端連接至套管開口處，所述熱鹽水回液管的另一端連接至熱鹽水回路；所述熱鹽水供液管的一端伸入所述熱鹽水套管內(nèi)，所述熱鹽水供液管的另一端連接至熱鹽水去路。?

根據(jù)本實用新型的凍土邊界控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述低溫鹽水裝置包括依次連接形成回路的低溫鹽水箱、低溫鹽水泵、低溫鹽水去路、凍結(jié)器和低溫鹽水回路；所述凍結(jié)器與所述熱鹽水循環(huán)器結(jié)構(gòu)相同；所述蒸發(fā)器設(shè)置在所述低溫鹽水箱內(nèi)。?

根據(jù)本實用新型的凍土邊界控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述冷卻水裝置包括冷卻水池、冷卻水泵和冷卻水塔，所述冷卻水泵與所述冷卻水池底部連接，所述冷卻塔設(shè)置在冷卻水池上方；所述冷凝器分別連接冷卻水泵和冷卻水塔，利用冷卻水冷卻來自所述壓縮機的過熱氨蒸氣。?

根據(jù)本實用新型的凍土邊界控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，在所述井壁外側(cè)且與所述井壁同心的圓周上鉆有預(yù)定數(shù)量的凍結(jié)孔，所述凍結(jié)器設(shè)置在所述凍結(jié)孔中；在位于井壁與凍結(jié)壁之間且與所述井壁同心的圓周上鉆有預(yù)定數(shù)量的熱鹽水循環(huán)孔，所述熱鹽水循環(huán)器設(shè)置在所述熱鹽水循環(huán)孔中。?