冻结器及立井冻结系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及立井冻结技术，尤其涉及一种冻结器及立井冻结系统。
【背景技术】
[0002]冻结技术已广泛应用到立井和隧道等地下工程中，冻结技术就是对未知和复杂的表土层进行预先冻结处理。立井工程中表土段采用冻结技术施工通过。近20年来，用冻结法施工的立井达到几百个，冻结深度在不断增大，例如新集口孜东煤矿冻结深度达到737米，一度成为最深的冻结井。随着冻结深度的不断增大，冻结施工中很难做到精细控制，准备把握，在通常情况下是超冻或者过冻，浪费了大量的电力和材料消耗，同时也给井筒安全掘砌带来很多不确定的安全隐患，造成冻结立井施工时常发生断管、透水等严重工程事故，惨痛的经验教训记忆深刻。
[0003]比如，当冻结深度超过400米，各圈冻结孔的设计难度较大，现有技术是全冻结段上下同时送冷或停冻，这样容易造成井帮温度上下不均匀的情况，从而给井筒掘砌施工带来巨大的困难和安全隐患，造成成本浪费和工期延误。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型提供一种冻结器及立井冻结系统，专门为解决深井冻结，温度场控制问题而进行的设计，实现对整个冻结壁进行分段和/或分期控制，有效解决以往冻结方式容易造成井帮温度上下不均匀，从而给井筒掘砌施工带来巨大的困难和安全隐患，造成成本浪费和工期延误的问题。
[0005]第一方面，本实用新型提供的冻结器包括:冻结管、第一供液管和底锥；其中，所述冻结管由上部冻结管和下部冻结管组成，所述上部冻结管和所述下部冻结管之间通过变径台阶连通，且所述上部冻结管的管径大于所述下部冻结管的管径；所述底锥与所述下部冻结管的底部连接；所述第一供液管由所述上部冻结管的顶部管口伸入，并延伸至所述下部冻结管底部。本实施例提供的冻结器通过改变冻结管管径设计，由于粗冻结管的热交换能力比细冻结管的要强，因此可以实现对冻结壁的分段控制，在整个冻结段施工过程中，冻结壁强度和厚度、井帮温度与开挖速度协调，不弱冻也不过冻，提高了井筒掘砌施工的安全性，节约用电损耗及管材的消耗，做到安全可靠、经济节约。
[0006]在本实用新型的一实施例中，上述冻结器还包括第二供液管，所述第二供液管从所述上部冻结管的顶部管口伸入，并延伸至所述变径台阶处。
[0007]在本实用新型的一实施例中，上述第二供液管的管径大于所述第一供液管的管径。
[0008]在本实用新型的一实施例中，上述上部冻结管的侧壁上还设有回液管。
[0009]在本实用新型的一实施例中，上述上部冻结管、上述下部冻结管和上述底锥同轴心设置。
[0010]第二方面，本实用新型提供的冻结器包括:冻结管、第一供液管和底锥；其中，所述底锥与所述冻结管的底部连接；所述第一供液管由所述冻结管的顶部管口伸入，并延伸至所述冻结管的底部；还包括:第二供液管；所述第二供液管由所述冻结管的顶部管口伸入，并延伸至所述冻结管的中间位置。本实施例提供的冻结器通过长短双循环供液管设计，由于两路供液管可以分开送冷，分开控制，例如，在对其中一路供液管送冷时，另一路供液管可以随时关停，或者对两路供液管输送不同温度的盐水，可以实现对冻结壁的分段和分期控制，在整个冻结段施工过程中，冻结壁强度和厚度、井帮温度与开挖速度协调，不弱冻也不过冻，提高了井筒掘砌施工的安全性，节约用电损耗及管材的消耗，做到安全可靠、经济节约。
[0011]在本实用新型的再一实施例中，上述第二供液管的管径大于所述第一供液管的管径。
[0012]在本实用新型的再一实施例中，上述冻结管的侧壁上还设有回液管。
[0013]第三方面，本实用新型还提供一种立井冻结系统，该立井冻结系统包括:冻结站机组和至少一个上述第一方面提供的冻结器，以及至少一个上述第二方面提供的冻结器；其中，所述冻结站机组包括去路集液圈和回路集液圈，所述去路集液圈与所述冻结器的供液管连接，所述回路集液圈与所述冻结器的回液管连接。由于上述冻结器可以实现对冻结壁的分段和/或分期控制，故各段井筒冻结需冷量是分期需求的，可以减少机组的最大需求量，机组也就相应减少了。同时，由于分段控制，做到了各段冻结壁不弱冻也不过冻，因此可以降低了能耗，节约了用电和机组运行成本。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型一实施例提供的冻结器剖面示意图；
[0015]图2为本实用新型又一实施例提供的冻结器剖面示意图；
[0016]图3为本实用新型再一实施例提供的冻结器剖面示意图；
[0017]图4为本实用新型实施例提供的冻结器在冻结施工中布置示意图；
[0018]图5为图4的剖面示意图。
[0019]附图标记说明:
[0020]10,20,30:冻结器；
[0021]11、21、31:冻结管；
[0022]11a,21a:上部冻结管；
[0023]llb、21b:下部冻结管；
[0024]12、22、32:第一供液管；
[0025]13、23:变径台阶；
[0026]14、24、34:底锥；
[0027]15、25、35:回液管；
[0028]26、36:第二供液管；
[0029]A:井筒；
[0030]B:内圈孔；
[0031]C:辅助孔；
[0032]D:主洞孔；
[0033]Ra:井筒变径位置；
[0034]Rb:内圈孔变径位置；
[0035]Rc:辅助孔变径位置；
[0036]Rd:主冻孔变径位置。
【具体实施方式】
[0037]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0038]图1为本实用新型一实施例提供的冻结器剖面示意图。如图1所示，本实施例提供的冻结器10包括冻结管11，第一供液管12和底锥14。
[0039]具体的，冻结管11由上部冻结管Ila和下部冻结管Ilb组成，上部冻结管Ila和下部冻结管Ilb之间通过变径台阶13连通，且上部冻结管Ila的管径大于下部冻结管Ilb的管径。底锥14与下部冻结管Ilb的底部连接。第一供液管12由上部冻结管Ila的顶部管口伸入，并延伸至下部冻结管Ilb的底部。
[0040]其中，上部冻结管Ila的管径和下部冻结管Ilb的管径差值，以及所采用的材质可以根据实际的工况需求来设置。作为一种可选的实施方式，上部冻结管Ila可以选用管径为170_的无缝钢管，下部冻结管Ilb可以选用管径为159_的无缝钢管，上下部冻结管之间通过变径台阶13可以采用焊接等方式连通，由于上下部冻结管的连接部位属于应力集中部位，在进行上下部冻结管连接的过程中，可以采取一些加强处理措施，例如可以在焊接过程中在变径台阶处焊接一箍筋。第一供液管作为冷却液输送管道，可以选用管径为75_的橡胶管。
[0041]作为另一种可选的实施方式，上部冻结管Ila还可以选用管径为159mm的无缝钢管，下部冻结管Ilb选用管径为140mm的无缝钢管。第一供液管选用管径为60mm的橡胶管。
[0042]在实际应用中，第一供液管的管径选择应与冻结管的管径设计相协调一致，一般保证冷媒介质能顺利循环即可。
[0043]作为一种较佳的实施方式，上部冻结管11a、下部冻结管Ilb和底锥14同轴心设置，优选的，底锥14为实心圆锥体，供液管可以沿轴心伸入上部冻结管Ila中，并延伸至下部冻结管Ilb的底部。
[0044]在实际应用中，在上部冻结管Ila的侧壁上还设有回液管15，可以理解，供液管12从冻结管11底部持续向冻结管内注入低温冻结液，冻结管内的低温冻结液，与冻结壁进行热交换后，温度会升高，当低温冻结液持续注入至回液管15所在的位置时，上部的高温媒质可以通过上部冻结管Ila侧壁上的回液管15输送至冻结站机组，冻结站机组对其进行降温处理后再次得到低温冻结液以供冻结施工使用，可以实现冻结管内冻结液的循环利用。
[0045]本实施例提供的冻结器通过对上下部冻结管的变径设置，使得盐水在不同部位的回流速度不同，上部盐水回流速度小，下部回流速度大，从而使得上下部去路盐水的冷冻温度产生差异，同时上下部冻结管对外热交换面积不同，下面冻结管细，热交换能力小，上部冻结管粗，热交换能力强。因此可以实现对冻结壁的分段控制，在整个冻结段施工过程中，冻结壁强度和厚度、井帮温度与开挖速度协调，不弱冻也不过冻，提高了井筒掘砌施工的安全性，节约用电损耗及管材的消耗，做到安全可靠、经济节约。
[0046]图2为本实用新型又一实施例提供的冻结器剖面示意图。如图2所示，本实施例提供的冻结器20在图1所示实施例的基础上，增加了第二供液管26。具体的，第二供液管26从上部冻结管21a的顶部管口伸入，并延伸至变径台阶23处。
[0047]可以理解，本实施例提供的冻结器20的冻结管21由上部冻结管21a和下部冻结管21b组成，上部冻结管21a和下部冻结管21b之间通过变径台阶23连通，且上部冻结管21a的管径大于下部冻结管21b的管径。底锥24与下部冻结管21b的底部连接。第一供液管22由上部冻结管21a的顶部管口伸入，并延伸至下部冻结管21b的底部。
[0048]优选的，上部冻结管21a、下部冻结管21b和底锥24同轴心设置，优选的，底锥24为实心圆锥体，供液管可以沿轴心伸入冻结管21中。
[0049]为了保证冷媒介质能顺利循环，一种较佳的实施方式是，第二供液管26的管径大于第一供液管22的管径。
[0050]作为一种可选的实施方式，上部冻结管21a可以选用管径为170mm的无缝钢管