一种用于斜井的环形封水冻结管及其施工方法

1.本发明涉及矿山建设技术领域，具体是一种用于斜井的环形封水冻结管及其施工方法。


背景技术：

2.综掘机及配套设备设施综合机械化作业线施工速度较以往传统方法掘砌速度大大提高，冻结段与停冻段交接处地层与井筒外壁之间须考虑隔水，防止停冻段含水地层的水融化后通过外壁与地层之间流入工作面，而影响井筒掘砌施工。
3.传统的隔水技术是在井壁内壁外壁的施工过程中，继续保持冻结机组开启，该方法一方面会增加冻结的成本，另一方面，由于掘进过程中，冻结管被打断，因此形成的冻结帷幕的封水性较差。因此，现提出一种用于斜井的环形封水冻结管及其施工方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供种用于斜井的环形封水冻结管及其施工方法，冻结管为斜井冻结段与停冻段交界处的封水冻结管，以保证形成密闭性较好的冻结帷幕也可以降低能耗。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种用于斜井的环形封水冻结管，冻结管包括冻结段，所述冻结段与斜井断面的形状一致，冻结段的内侧设有保温材料，冻结段的外侧设有冻结帷幕，冻结段之间设有连接件，连接件用于将冻结段进行连接，冻结段上连接有进液管和回液管。
7.进一步的，所述连接件包括法兰盘和转接头，法兰盘阵列分布，法兰盘上均设置密封橡胶圈，转接头对称分布，法兰盘位于冻结段的两端，转接头与法兰盘均用于将相邻的冻结段进行连接。
8.进一步的，所述冻结段包括第一冻结段、第二冻结段、第三冻结段、第四冻结段和第五冻结段，第一冻结段包括与衬砌顶部的弧度一致的第一冻结管，第一冻结管的长度可包围衬砌的圆弧部分。
9.所述第一冻结管上设有与有进液管内管连接的第一接口，第二冻结段包括第二冻结管，第二冻结管为直管，第三冻结段包括第三冻结管，第三冻结管为直管，第四冻结段包括与第二冻结管对称分布的第四冻结管。
10.所述第五冻结段包括第五冻结管，第五冻结管与第一冻结管对称分布，第五冻结管上设有与已有回液管连接的第二接口。
11.进一步的，所述第三冻结管的一端通过转接头与第二冻结管连接，第三冻结管的另一端通过转接头与第四冻结管连接，第四冻结管远离第三冻结管的一端与第五冻结管连接。
12.进一步的，所述进液管与回液管之间设有注浆管，出液管、回液管和注浆管均为前期冻结时的冻结管，进液管与第一冻结管的连接处通过保温材料进行处理，回液管与第五
冻结管连接处通过保温材料进行处理。
13.进一步的，所述冻结管的施工方法包括以下步骤：
14.步骤一：安装冻结管，进行地层冻结，形成冻结帷幕。
15.步骤二：掘进机掘进，将阻碍施工的冻结管打断，保留掘进断面上部的根冻结管，将位于注浆管位置的冻结管内管拔除，位于进液管和回液管的冻结管内管保留。
16.步骤三：依次安装冻结段，第一冻结段与进液管内管相连，连接处采用保温材料进行保温处理，随后将第二冻结段与第一冻结段相连，第三冻结段通过一侧转接头与第二冻结段相连，第四冻结段通过另一侧转接头与第五冻结段相连，第五冻结段与回液管相连，同时第五冻结段通过法兰盘与第一冻结段相连，从而形成与斜井衬砌断面形状相同的闭合冻结环。
17.步骤四：维护冻结阶段低温冷媒通过原冻结管的内管流入，外管与内管之间中空可以起到较好的保温作用，随后安装保温层，并开始冻结直至形成闭合封水帷幕，避免衬砌施工中水泥水化热对冻结壁的封水性造成不利影响，随后进行斜井衬砌浇筑，在衬砌井壁达到封水要求后，停止冻结。
18.步骤五：由于停止冻结后，会产生地层的融沉，通过注浆管的管孔进行地层注浆，对地层进行填充，随后封闭进液管、回液管以及注浆管端头，闭合冻结环的冻结管作为支护结构的一部分被埋置在地层中，不再拔出，随后，进行下一段的施工，直至整个斜井施工完成。
19.本发明的有益效果：
20.1、本发明冻结管，造价低廉，因其轮廓与衬砌的形状吻合度较高，因此其形成的冻结帷幕的封水性较好，且对冷量的利用率较高，从而达到降低能耗并形成封水性能较好的冻结帷幕的目的；
21.2、本发明冻结管形成的闭合冻结环，具备一定的支护功能，安装简单，后期可作为整个支护系统的一部分，不需要在进行拔除，降低冻结成本。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
23.图1是本发明冻结管结构示意图；
24.图2是本发明冻结管部分结构示意图；
25.图3是本发明冻结管施工流程图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.一种用于斜井的环形封水冻结管，冻结管包括冻结段1，如图1所示，冻结段1与斜井断面的形状一致，冻结段1的内侧设有保温材料2，冻结段1的外侧设有冻结帷幕3，冻结段1之间设有连接件4，连接件4用于将冻结段1进行连接，冻结段1上连接有进液管5和回液管
6。
28.连接件4包括法兰盘41和转接头42，法兰盘41阵列分布，法兰盘41上均设置密封橡胶圈，保证连接部位的密封性，转接头42对称分布，法兰盘41分别位于冻结段1的两端，转接头42与法兰盘41均用于将相邻的冻结段1进行连接。
29.如图1、图2所示，冻结段1包括第一冻结段11、第二冻结段12、第三冻结段13、第四冻结段14和第五冻结段15，第一冻结段11包括与衬砌顶部的弧度一致的第一冻结管111，第一冻结管111的长度能够包围衬砌的圆弧部分，第一冻结管111上设有与有进液管5内管连接的第一接口112，第二冻结段12包括第二冻结管121，第二冻结管121为直管，第三冻结段13包括第三冻结管131，第三冻结管131为直管，第四冻结段14包括与第二冻结管121对称分布的第四冻结管141，第五冻结段15包括第五冻结管151，第五冻结管151与第一冻结管111对称分布，第五冻结管151上设有与已有回液管6连接的第二接口152。
30.第三冻结管131的一端通过转接头42与第二冻结管121连接，第三冻结管131的另一端通过转接头42与第四冻结管141连接，第四冻结管141远离第三冻结管131的一端与第五冻结管151连接。
31.进液管5与回液管6之间设有注浆管7，液管5、回液管6和注浆管7均为前期冻结时的冻结管，进液管5与第一冻结管111的连接处通过保温材料进行处理，回液管6与第五冻结管151连接处通过保温材料进行处理。
32.如图3所示，冻结管的施工方法包括以下步骤：
33.步骤一：安装冻结管，进行地层冻结，形成冻结帷幕。
34.步骤二：掘进机掘进，将阻碍施工的冻结管打断，保留掘进断面上部的3根冻结管，将位于注浆管7位置的冻结管内管拔除，位于进液管5和回液管6的冻结管内管保留。
35.步骤三：依次安装冻结段，第一冻结段11与进液管5内管相连，连接处采用保温材料进行保温处理，随后将第二冻结段12与第一冻结段11相连，第三冻结段13通过一侧转接头42与第二冻结段12相连，第四冻结段14通过另一侧转接头42与第五冻结段15相连，第五冻结段15与回液管6相连，同时第五冻结段15通过法兰盘41与第一冻结段11相连，从而形成与斜井衬砌断面形状相同的闭合冻结环，并且具备支护功能。
36.步骤四：维护冻结阶段低温冷媒通过原冻结管的内管流入，外管与内管之间中空可以起到较好的保温作用，随后安装保温层，并开始冻结直至形成闭合封水帷幕，避免衬砌施工中水泥水化热对冻结壁的封水性造成不利影响，随后进行斜井衬砌浇筑，在衬砌井壁达到封水要求后，停止冻结。
37.步骤五：由于停止冻结后，会产生地层的融沉，通过注浆管7的管孔进行地层注浆，对地层进行填充，随后封闭进液管5、回液管6以及注浆管7端头，闭合冻结环的冻结管作为支护结构的一部分被埋置在地层中，不再拔出，随后，进行下一段的施工，直至整个斜井施工完成。
38.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
39.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。