[发明专利]冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置及制作冷冻墙的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种地下蓄冷设备和蓄冷方法，尤其是冬季寒冷地区将冬天的冷送入地下冷冻局部地质体的装置及方法。

背景技术：

近年来，越来越多的工程需要地下冷冻墙的制作，冷冻支护通常使用在土木工程、采矿工程中。在隧道、竖井或斜井的开挖施工中，它可以起到临时支护和防水两种作用。冷冻支护适用于开挖较深、施工复杂的地下工程。冷冻支护基本原理就是冷冻洞壁周围的地层，并使空隙水结成冰。通过冷冻使洞壁强度增加，成为不透水层。洞壁强度增加依赖于冷冻温度。山西水利第一期的论文《地下工程的冷冻支护技术》，英国凯威岛1960年开挖了一个深40m、直径40m的圆形深基坑，开挖区域内全是泰唔士河的砂砾石、淤泥和粘土，只采用了冷冻支护而没有采用别的支护便完成了施工。英国卡罗的一个大洞径隧洞掘进机修复时，采用冷冻支护技术将周围的砂子和砾石冻结，尽管承受25m的高水头，修复工作仍不受影响。山西建筑第36卷第27期论文《冻结法在神木县城供水工程中的应用》，针对神木县城供水工程基本情况，提出了采用冻结法堵水方案，解决了竖井穿越深层流砂段施工难题。电网与清洁能源第24卷第4期论文《输水隧洞施工竖井冻结后施工法研究》，冻结法竖井施工是水工隧洞施工竖井施工的一种尝试，冻结法在神木县供水工程输水隧洞项目中的运用成功，对以后利用冻结法解决复杂地质施工问题和冻结状态下竖井施工有所借鉴和帮助。而要实现油页岩的地下原位开采，更是需要制作冷冻墙。天然气技术杂志2010年第4卷第1期的论文《油页岩电加热原位开采技术研究进展》，目前制作冷冻墙用的方法是：常规钻完井后，使每口井与地面导管相连形成闭路，并在每口井的套管内安装一个直径较小的高密度聚乙烯管，将-43℃的氨水溶液通过聚乙烯管注入井中，由聚乙烯管外部返回地面，返回地面的冷冻液进入另一口井，又进行循环。随着冷冻液的不断循环，冷冻的区域不断扩大。最后，每两个相连冷冻井的冷冻范围实现对接，形成冷冻墙。英荷联营壳牌公司用的就是这种方法，此方法所需的-43℃的氨水溶液需要人工制冷获得，故需要消耗大量能源，造成冷冻墙制作成本很高。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置；

本发明的另一目的是提供一种冬季寒冷地区制作地下冷冻墙的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

冬季寒冷地区制作地下冷冻墙装置，是由U形管1的出口经出口传感器2、流量计3连接回水散热器4，回水散热器4通过管线和水箱进口开关阀5与水箱8连接，水箱8的上部侧面设有注水口9，回水散热器4经开关阀6、水箱出水管线和过滤阀11与水泵13连接，水箱8经水箱出口开关阀7与水箱出水管线连接，水泵13通过管线经注水散热器10、气阀12和入口传感器14与U形管1的入口连接构成。

出口传感器2和入口传感器14分别连接无纸记录仪，出口传感器2和入口传感器14的量程均为-50℃+50℃，流量计3的最大量程为30L/min。

冬季寒冷地区制作地下冷冻墙的制作方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤：

a、根据地质资料圈定油页岩的开采范围，在油页岩开采范围的内边缘打一口以上注冷井，井与井的间距2.5-3.5m，井的直径130-300mm，井深依据地质资料打至被开采油页岩的底板；

b、将U形管1下入注冷井中，并简单填埋；

c、将U形管1的出口经出口传感器2、流量计3连接回水散热器4，回水散热器4通过管线和水箱进口开关阀5与水箱8连接，回水散热器4经开关阀6、水箱出水管线和过滤阀11与水泵13连接，水箱8经水箱出口开关阀7与水箱出水管线连接，水泵13通过管线经注水散热器10、气阀12和入口传感器14与U形管1的入口连接，出口传感器2和入口传感器14分别与无纸记录仪连接；

d、将乙二醇配制成浓度为55％的水溶液；

e、打开水箱进口开关阀5、开关阀6、水箱出口开关阀7和气阀12，将配置好的乙二醇水溶液通过注水口9注入到水箱8中，乙二醇水溶液注满管线和水箱8后关闭气阀12和水箱进口开关阀5；

f、打开水泵13，乙二醇水溶液经注水散热10和入口传感器14进入U形管1，将井底的热量带出；

g、再经出口传感器2、流量计3进入到回水散热器4散热后进入水泵13，如此循环往复。