氯化钙溶液在冻结工程中的应用

2013-12-31杨明红

山西建筑 2013年20期

杨明红

(北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013)

1 概述

冻结凿井法施工是借助于人工制冷暂时加固不稳定地层和隔绝地下水的一种特殊施工方法。首先在拟开凿井筒的周围打一定数量的钻孔，孔内装有带底锥的冻结器，以便输送低温盐水进行热交换，吸收管子周围地产的热量，使之降温以至冻结。随着冻结工程的延续，各钻孔周围的冻结圆柱不断扩大而连成不透水的且能抵抗地压和水压的冻结圆柱，而后在冻结壁的保护下进行井筒的掘砌工作。

2 传统冷媒剂的选取

冻结凿井法施工作为所有冷量的传媒剂起着流动传导低温并吸收地层温度的作用。现在工程施工中多是选取一定浓度的氯化钙(俗称盐)作为冷媒剂。煤矿冻结工程需盐量大，尤其是深厚粘土层冻结工程。冻结企业一般采购的是含有2个结晶水的氯化钙晶体(CaCl2·2H2O)。采用固体氯化钙的优缺点:

优点:1)运输方便，所需车次较少;2)贮存方便，可集中堆放;3)溶液浓度操作方便，现场配比简单;4)可随时补充。

缺点:1)造价高，相对于液体;2)化盐速度慢，持续工期长，所有固体盐均需人工配合机械溶解成一定浓度的液体;3)人工劳务量需求巨大;4)反复溶解氯化钙造成温度回升，降温梯度不易控制;5)容易造成冻结管堵塞等事故，处理起来繁琐。

目前所知的矿井冻结凿井法施工都是采取固体氯化钙的施工方法。张集煤矿副井则首先尝试了将设计浓度的氯化钙溶液直接填充的施工工艺，在国内冻结行业尚属首次。

3 张集副井冻结工程冷媒剂使用情况

单县丰源实业有限公司张集矿井井田位于单县煤田东部，行政区划属张集镇管辖，张集矿井井田的开拓方式为立井+暗斜井开拓。中央并列式通风。初期开凿主井、副井两个井筒，副井筒净直径6.5 m，矿井设计生产能力为1.20 Mt/年，服务年限为51.2年。详细副井冻结参数见表1。

表1 副井冻结设计技术参数汇总表

1)经济比较:张集副井设计使用二水氯化钙(CaCl2·2H2O)750 t，市场到货价1 200元/t，总购置金额90万元。由于工期紧张，为了保证工期，经过仔细讨论、科学分析决定采用一定比例的液体氯化钙溶液。张集副井实际采购氯化钙溶液1 294 t，1 007 m3比重为1.285，折合二水氯化钙553.8 t。氯化钙溶液单价为458元/t，折合成二水氯化钙为 1 070元/t，即每吨便宜130元，节约71 994元。

2)技术比较:对于固体氯化钙使用方法极为普遍，技术成熟。工作流程见图1。

直接使用设计浓度的氯化钙溶液的方法没有经验可以借鉴，在使用前需要反复的讨论验证、使用过程中密切观察、部分孔置换后总结经验。张集煤矿副井冻结工程盐水置换工作进行的非常顺利，制定了专项措施。具体操作步骤如下:

a.将冻结器、盐水干管、集配液圈内的清水放净;

b.配液圈与集液圈连接，关闭所有冻结器进出阀门;

c.开启集液圈放空阀，向盐水箱、盐水干管及集配液圈充填盐水;

d.充满后，关闭放空阀，断开集配液圈回路连接;

e.关闭配液圈进口阀门，开动盐水泵，慢慢开启配液圈进口阀门;

f.逐个冻结孔盐水置换，利用正循环置换出清水，先打开测流量阀门及进液阀门，清水开始被置换出，待有盐水时(判断依据为看颜色、看浓度)，开启回液阀，关闭测流量阀门;

g.氯化钙溶液供应不及时时，即盐水量构不成回路循环，应停止置换清水。但必须是盐水回路一直循环避免结晶。等待盐水补充。

3)施工结束后发现液体氯化钙有以下几个优点:

a.设计浓度的氯化钙溶液使用方便、加盐速度快、节省时间;

b.设计浓度的氯化钙溶液大量节约劳动力，只需2个～4个人即可;

c.由于氯化钙溶液厂家在工艺上节省了提纯变固的一道工序，所以造价比固体氯化钙要便宜;

d.符合国家节能环保要求，没有废弃包装，且溶液在生产过程中也节能减排，节省一道工序;

e.配制好的溶液不会出现大面积或大体积结晶现象，不会造成冻结管堵塞等质量事故。

综合以上固体与设计浓度的氯化钙溶液的使用对比，氯化钙溶液在工程使用中的优点更为突出。最科学的方法是氯化钙溶液+固体相结合的方式，即用大量的液体氯化钙填充置换一定的浓度后，开机运行，随着温度的降低再补充少部分固体氯化钙。这样的方式就结合了固体与液体氯化钙的优点，既节约成本、降低能耗，又达到了施工的目的。