一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置及方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，特别是涉及一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置及方法。

背景技术

随着我国采煤机械化程度的不断提高，工作面回采效率逐渐提升，安全生产常态化问题是管理技术人员需考虑的关键因素。当矿井水文地质条件较差时，矿井容易受到地下水自然灾害的影响，尤其对于采煤工作面而言，随着工作面的不断推进，工作面上层岩层会发生变形运动，当工作面上层存在含水层时，由于岩体的破坏，工作面上层岩体会形成“三带”，即：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，当裂隙带逐渐向上延伸至含水层时，上层含水层导通，具有向下渗透的趋势，若不对其进行处理，其涌水量将非常巨大，会对矿井带来巨大危害。

目前，对于工作面上层含水层的处理方式往往采用抽水的方法，即利用泵对上层含水层进行抽水处理，减少其上层水量，从而降低其对工作面的影响，这种方法效率较低，同时成本较高，对于大型矿井，尤其工作面上层含水量巨大的矿井，其缺点越明显，基于上述问题，结合目前已有技术，本发明提出一种利用冻结法处理工作面上层含水层的技术方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，将冻结法应用于处理工作面上层含水层，可以有效解决目前工作面存在的透水问题，保障工作面的安全生产环境。目前冻结法的技术较为成熟，具有较大的可行性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置，包括：

盐水循环系统，所述盐水循环系统包括冻结管、盐水泵、低温盐水管回路和高温盐水管回路，盐水在热交换器中被氨吸收盐水本身热量从而温度降低，冷却后的盐水在所述盐水泵压力下通过所述低温盐水管回路被压入所述冻结管中，所述冻结管横插于上层含水岩层内，低温盐水通过所述冻结管与岩层完成热交换；所述冻结管的两端位于含水层两侧岩巷内，所述冻结管的出水口连通有所述高温盐水管回路；

热交换系统，所述热交换器中的高温盐水在蒸发器内被吸收热量，从而使温度降低至低温盐水范围，低温盐水通过所述低温盐水管回路注入位于含水岩层内冻结管，完成热交换后的高温盐水沿管路流入热交换器重新完成热交换，如此循环完成人工冻结；

氨循环系统，将位于蒸发器中饱和蒸汽氨蒸发成为高压高温的过热蒸汽，使高压高温的过热蒸汽与冷却水产生温差，在冷凝器中将热量传递给冷却水，在压缩机的气体压缩下，将过热蒸汽氨冷凝成液态氨实现氨气态到液态的转变；液态氨通过节流阀降压流入蒸发器中蒸发，再吸收周围盐水中的热量变成饱和蒸汽氨，周而复始，构成氨循环系统；

冷却水循环系统，蒸发器排出的过热蒸汽氨冷却成液态氨，以便进入蒸发器中重新蒸发，冷却水将吸收的地热传递给大气；冷却水温度越低，制冷系数越高，冷却水由水泵驱动，通过冷凝器进行热交换，放热后流入冷却塔水池，冷却后的循环水应随时由地下水补充。

优选地，所述热交换器包括内部的蒸发器和盐水泵，蒸发器内部由换热管和氨水缸组成，氨水缸套装在换热管外部，换热管为S型；当氨水缸内充满氨水时，氨水可通过换热管与盐水实现热交换，吸收高温盐水的热量，降低盐水温度，同时将氨水蒸发成为饱和蒸汽氨后通过蒸发孔进入制冷器；在制冷器中，饱和蒸汽氨冷凝转化为液态氨，通过节流阀再流入热交换器，在蒸发器中完成下一次的热交换，如此循环，实现持续冷却。

优选地，所述制冷器包括内部的冷凝器、冷却管、冷却塔水池和压缩机，位于冷却塔水池内的冷却水流入冷却管内，与过热氨蒸汽完成热交换，氨蒸汽温度降低；冷却管管内的高温的冷却水流入冷凝器内，在冷凝器作用下将热量传输至大气，实现温度降低，低温的冷却水流入冷却塔水池以供下次热交换；所述冷却塔水池用于收集冷却水。

优选地，所述冻结器包括冻结管接头、冻结管、流量检测仪、温度检测仪以及连接阀，所述冻结管采用热传导率高的材料制成，且冻结管具有防腐性；每段冻结管长3米，相邻两节冻结管采用螺纹无缝连接；所述流量检测仪安装在冻结管两侧的冻结管接头处，通过观察检测仪读数，控制冻结管内盐水流速，流量检测仪还用于检测装置的密封性；所述温度检测仪安装在冻结管两端接头的进出口；每根冻结管的两侧分别通过冻结管接头与低温盐水管回路和高温盐水管回路交替连接；

相邻冻结管内的盐水流动方向相反，相邻冻结管与两侧高温盐水管回路和低温盐水管回路交替连接，每根冻结管不单独设置回流管路。

优选地，还包括用于对冻结管进行装配与拆卸的管路拆装设备，所述管路拆装设备包括工作台、液压卡盘一、液压卡盘二、液压卡盘三，液压卡盘一、液压卡盘二和液压卡盘三顺次安放在工作台上部两条凹槽导轨内，并在电动机的带动下液压卡盘一、液压卡盘二和液压卡盘可沿着导轨移动，液压卡盘的三爪用于卡住冻结管。

本发明还提供一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的方法，应用于上述的利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置，包括以下步骤：

步骤一，根据技术施工方案确定需冻结含水层宽度，并在含水层两侧设置合理标高和宽度的岩层大巷，大巷需进行注浆处理隔绝含水层；然后根据前期施工计划确定设备参数；在两侧大巷岩壁相应位置按照冻结管间距打出相应的钻孔，并在相邻冻结管钻孔之间打出溢流孔；

步骤二，钻孔完成后，施工人员将管路拆装设备安装至靠近岩壁处，并调整其位置，同时移动液压卡盘一对齐靠近孔口，将冻结管通过液压卡盘二和液压卡盘三，并锁紧卡盘的三爪固定冻结管将冻结管推进到预定位置后保持不动，再进行冻结管的拼接；在安装冻结管的同时，施工人员应逐步安装位于两侧大巷的热交换器、制冷器、冷却塔水池，按照设计线路图要求连接设备，调试设备运行情况，将各阀门关闭；

步骤三，施工人员对冻结管两侧端头安装冻结管接头，调节各冻结管接头上的温度检测仪和流量检测仪，调试完毕后，施工人员将低温盐水管回路和高温盐水管回路与热交换器相应接口连接，并将低温盐水管回路和高温盐水管回路通过管路支架固定在岩壁上；

步骤四，系统连接完毕后，检查各部分无误后，便可启动系统，进行人工冻结；打开两侧盐水管回路阀门开关，打开各冻结管支路阀门开关，启动热交换器和制冷器，打开冷却塔水池进出口开关；开启盐水循环系统、热交换系统、氨循环系统和冷却水循环系统，对含水层进行冻结。

优选地，当含水层下工作面开采完毕后，需要延长冻结系统至下一工作面；首先，施工人员需要关闭冻结系统，关闭盐水管回路端头阀门，关闭冻结管各支路阀门，岩层自然解冻，拆除冻结管两侧冻结管接头，将管路装卸设备移动至拆卸地点，实现冻结管的拆卸；

钻孔拆卸完成后，将拆卸后的冻结管运输至下一工作面上层含水层两侧大巷内，然后重复步骤一至步骤四重新进行人工冻结。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明的利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置及方法，旨在解决采煤工作面上层含水层透水问题，采用的主导思想是通过人工制冷技术将上层含水岩层进行冻结，将液态水冻结成固态，以达到阻碍渗透的作用。所采用的冻结技术为压缩制冷技术，压缩制冷技术主要包括三大循环系统：盐水循环(CaCl2)、氨循环、冷却水循环。所需设备包括：热交换器、制冷器、冻结器、冻结管、流量检测仪、温度检测仪、低温盐水管回路、高温盐水管回路、管路拆装设备以及各连接管路和各类控制阀。通过冷却盐水与地层热量进行热交换，实现冻结含水层的效果。上述设备工作地点位于含水层岩层两侧，施工前需在含水层两侧开掘两条岩层巷道，并对两侧巷道进行灌浆支护处理，防渗水。主要设备均安放在岩层巷道内。两侧巷道均安置热交换器和制冷器，冷却盐水采用单向流动的形式，不设置单独回流管路，即左侧冷却盐水通过冷冻器与岩层完成热量交换后直接流入右侧高温盐水管路，进入热交换器重新冷却，再通过右侧冷却盐水管路流入冻结器，实现左右冷却系统循环回路，减少回流过程，提高冷冻效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为利用冻结法处理回采工作面上层含水层的原理示意图；

图2为利用冻结法处理回采工作面上层含水层的设备分布图；

图3为盐水循环系统管路布置示意图；

图4为管路拆装设备示意图；

图5为利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置安装位置示意图；

图6为利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置分布侧视图；

图7为利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置分布俯视图；

其中，1－热交换器；2－制冷器；3－冻结管；4－低温盐水管回路；5－高温盐水管回路；6－蒸发器；7－盐水泵；8－节流阀；9－冷媒剂(盐水)；10－换热管；11－冷却管；12－冷凝器；13－冷却塔水池；14－压缩机；15－制冷剂(氨水)；16－冷却水；17－冻结管接头；18－温度检测仪；19－流量监测仪；20－冻结管接口；21－开关阀；22－工作台；23－液压卡盘一；24－液压卡盘二；25－液压卡盘三；26－三抓锁扣；27－螺纹接口；28－凹槽导轨；29－采煤工作面；30－区段运输平巷；31－区段回风平巷；32－上层含水岩层；33－含水层两侧大巷；34－冻结站；35－蒸发孔；36－管路支架；37－溢流孔。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，将冻结法应用于处理工作面上层含水层，可以有效解决目前工作面存在的透水问题，保障工作面的安全生产环境。目前冻结法的技术较为成熟，具有较大的可行性和可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图7所示，本发明提供一种利用冻结法处理回采工作面上层含水层的装置，包括三大循环系统：盐水循环系统(CaCl

循环系统原理介绍：

盐水循环，盐水循环在制冷过程中起着冷量传递作用。冷却盐水是直接与地层接触的介质，起着吸收地热的作用。冻结管3是冷却盐水与地层进行热交换的换热设备。冷却盐水通过冻结管3实现热量交换。盐水在热交换器1中，被氨吸收盐水本身热量从而温度降低，冷却后的盐水在盐水泵7压力下通过低温盐水管回路4被压入冻结管中，冻结管3横插于上层含水岩层32内，冻结管3两端位于含水层两侧大巷33内，通过低温盐水管回路4和高温盐水管回路5分别与热交换器1进出口相连。

热交换原理：热交换器中高温盐水在蒸发器6内被充分吸收热量，从而使温度降低至低温盐水范围，低温盐水通过低温盐水管回路4注入位于含水岩层内冻结管3，低温盐水通过冻结管3与岩层完成热交换，实现冻结含水层的效果。完成热交换后的高温盐水回流至对侧高温盐水管回路5，沿管路流入热交换器1重新完成热交换，如此循环完成人工冻结。

氨循环，氨循环在制冷过程中起主导作用，为了使盐水吸收的地热传递给冷却水再释放给大气，需将位于蒸发器6中饱和蒸汽氨蒸发成为高压高温的过热蒸汽，使其与冷却水16产生温差，在冷凝器12中将热量传递给冷却水16，同时在压缩机14的气体压缩下，将过热蒸汽氨冷凝成液态氨，实现氨气态到液态的转变。液态氨通过节流阀8降压流入蒸发器6中蒸发，再吸收周围盐水中的热量变成饱和蒸汽氨，周而复始，构成氨循环。

冷却水循环，其作用主要是将蒸发器6排出的过热蒸汽氨冷却成液态氨，以便进入蒸发器中重新蒸发，冷却水16将吸收的地热传递给大气。冷却水温度越低，制冷系数越高，冷却水由水泵驱动，通过冷凝器12进行热交换，放热后流入冷却塔水池13，冷却后的循环水应随时由地下水补充。

设备介绍：

热交换器，热交换器1是液态氨水与盐水进行热交换的主要场所，其主要回路是冷媒剂(盐水)循环回路，其主要结构包括内部的蒸发器6和盐水泵7组成，蒸发器内部由换热管10和氨水缸组成，氨水缸套装在换热管外部，换热管为“s”型，当氨水缸内充满氨水时，氨水可通过换热管与其内部的盐水实现热交换，吸收高温盐水的热量，降低盐水温度，同时将氨水蒸发成为饱和蒸汽氨通过蒸发孔35进入制冷器2。在制冷器2中，饱和蒸汽氨冷凝转化为液态氨，通过节流阀8再流入热交换器1，在蒸发器6中完成下一次的热交换，如此循环，实现持续冷却。

制冷器2，其主要作用是将过热蒸汽氨冷却成液态氨，其主要回路包括氨循环回路和冷却水循环回路。其主要结构包括内部的冷凝器12、冷却管11、冷却塔水池13和压缩机14组成。工作时，位于冷却塔水池13内的冷却水流入冷却管11内，与过热氨蒸汽完成热交换，氨蒸汽温度降低，在压缩机14的压缩下，饱和蒸汽氨转化为液态氨，实现氨由气态向液态的转化，液态氨通过节流阀8流入热交换器1内与盐水进行下一步热交换。冷却管11管内的高温的冷却水流入冷凝器12内，在冷凝器作用下将热量传输至大气，实现温度降低，低温的冷却水流入冷却塔水池13以供下次热交换，如此循环往复。冷却塔水池13主要用于收集冷却水。

冻结器，冻结器是盐水与含水层进行热交换的主要介质，其主要由冻结管接头17、冻结管3、流量检测仪19、温度检测仪18以及各类阀组成。冻结管采用热传导率较高的材料制成，同时冻结管应具有一定防腐性，每段冻结管长3米，相邻两节冻结管采用螺纹接口27无缝连接。流量检测仪19安装在冻结管两侧的冻结管接头处，通过观察检测仪读数，控制冻结管内盐水流速，控制冻结效率，同时可以检测装置的密封性。温度检测仪18安装在冻结管两端冻结管接头17进出口，通过观察温度检测可以检测冻结管进出口盐水温度变化值，从而计算出盐水吸收地热量值，同时可以控制盐水温度位于冻结范围内，保障冻结效果，若温度变化值太大，可以通过提高盐水流速从而减小冻结管内盐水温度变化幅度，相反，也可通过降低盐水流动速度从而增大盐水温度变化幅度，减少热量浪费。每根冻结管两侧分别通过冻结管接头17与两侧的低温盐水管回路4和高温盐水管回路5交替连接，即冻结管一侧与低温盐水管回路4相连，另一侧则与对侧大巷内的高温盐水管回路5相连，低温盐水通过低温盐水管回路4被压入冻结管3内，在冻结管3中流动与岩层进行热交换，吸收热量后的高温盐水通过冻结管3回收至高温盐水管回路5，高温盐水管回路5将高温盐水送至热交换器1，完成热交换后盐水降温，再通过低温盐水管回路4运输至冻结管3，进行下次吸热冻结；相邻冻结管3内的盐水流动方向相反，相邻冻结管3与两侧高温盐水管回路5和低温盐水管回路4交替连接，每根冻结管不单独设置回流管路，相邻两根冻结管可以近似形成小型盐水回路，两侧低温盐水管回路和高温盐水管回路通过与各冻结管交替连接可形成两套盐水循环回路，此连接方式可以有效解决盐水回流的能耗问题，即消除了冻结管内盐水回流的过程，保证冻结管内流动的盐水皆为低温盐水，提高冻结效率。

流量检测仪，流量检测仪19主要测量单位时间内流过断面液体的体积。流量检测仪安装在两侧冻结管接头17处，流量检测仪19可以检测装置的密封性，保障系统密封性良好。流量检测仪可以温度检测仪18配合使用控制冻结效率，通过检测冻结管两侧温度变化幅度，计算盐水与岩层的热交换效率。当盐水温度下降幅度过大时，可以适当提高流速，减少盐水温度变化的幅度；当盐水温度下降幅度过小时，可以适当降低流速，提高盐水与岩层热交换时间，减少盐水热量浪费。

温度检测仪，温度检测仪18主要安装在冻结管两侧接头处，用于检测冻结管两侧温度的变化情况，从而计算出盐水的吸热量，通过调节盐水流速控制冻结效率。

低温盐水管回路，低温盐水管回路4主要用于将低温盐水由热交换器运输并分配至各级冻结管3。每节低温盐水管路长8米，管外壁附有隔热材料，减少管内低温盐水热量损失，每节低温盐水管路端头接口设有开关阀，两节低温盐水管路可以通过螺纹无缝连接，实现管路延长，每节低温盐水管路设有4个冻结管接口20，冻结管接头17可以插入接口实现无缝连接，每个接口设有单独的开关阀21，控制接口开关。含水层两侧大巷各布置一根低温盐水管路，与对侧大巷的高温盐水管回路5形成盐水回路。

高温盐水管回路，高温盐水管回路5主要用于接收已经与岩层完成热交换后的高温盐水，并将高温盐水回收运输至热交换器1，通过换热管10与氨水完成热交换后，再通过低温盐水管回路运输分配至各级冻结管3，用于下次吸热冻结，如此循环。每节高温盐水管路长8米，每节高温盐水管路端头接口设有开关阀，两节高温盐水管路可以通过螺纹无缝连接，实现管路延长，每节高温盐水管路设有4个冻结管接口，冻结管接头可以插入接口实现无缝连接，每个接口设有单独的开关阀，控制接口开关，每个接口与对侧巷道内低温盐水管回路冻结管接口20一一对应，并通过冻结管实现对应连接。含水层两侧大巷各布置一根高温盐水管路，与对侧大巷的低温盐水管路形成盐水回路。

管路拆装设备，管路拆装设备主要用于冻结管3的装配与拆卸。受运输问题以及含水层宽度的影响，冻结管需要进行螺纹接口27拼接后，再进行穿插安至于含水层内，进行人工冻结含水层操作。拆装设备主要由工作台22和液压卡盘一23、液压卡盘二24、液压卡盘三25组成，液压卡盘安放在工作台上部两条凹槽导轨28内，可沿着导轨在电动机的带动下移动，牵引方式采用无链牵引。液压卡盘的三爪可以卡住冻结管，在液压油缸的带动下转动，实现冻结管端头螺纹接口27的拧紧或拆卸。工作过程，当钻孔设备对岩壁完成钻孔后，施工人员将管路拆装设备(图4)安装至靠近岩壁处，并调整其位置，同时移动液压卡盘一23对齐靠近孔口，将冻结管通过液压卡盘二24和液压卡盘三25，并锁紧卡盘的三爪固定冻结管3，控制液压卡盘二24和液压卡盘三25缓慢移动推进，逐渐通过液压卡盘一23并插入岩壁的钻孔内，当液压卡盘二24靠近液压卡盘一23时，液压卡盘二三爪解开对冻结管的固定，液压卡盘三25继续推移，当液压卡盘三25靠近液压卡盘二24时，液压卡盘三解开对冻结管3的固定，液压卡盘一三爪锁紧固定冻结管，液压卡盘二24和液压卡盘三25后退移动至初始位置，等待下次装配，液压卡盘一23推动冻结管继续推进，待到预定位置后保持不动，此时施工人员将下节冻结管通过液压卡盘三25和液压卡盘二24，并锁紧三爪固定冻结管，固定完成后，液压卡盘二和液压卡盘三移动推动冻结管靠近液压卡盘一，并将冻结管螺纹对准上节冻结管接口，启动液压卡盘液压油缸，液压卡盘转动，带动冻结管转动拧紧螺纹，实现冻结管的拼接，拼接完成后，液压卡盘二24靠近液压卡盘一后三爪解开对冻结管的固定，液压卡盘三继续推动冻结管前移，冻结管通过液压卡盘一23逐渐被推入岩壁钻孔内，液压卡盘三25靠近液压卡盘二24后停止移动，并解开对冻结管的固定，液压卡盘一23后移一定距离，并锁紧三爪对冻结管进行固定，带动冻结管再次前移推进逐渐插入岩层钻孔，移动至待定位置，液压卡盘二和液压卡盘三后退至初始位置，循环上述操作实现管路的拼接装配。拆卸时，首先拆除冻结管两侧端头的冻结管接头17，将管路拆装设备(图4)移动至施工地点，液压卡盘一23前移并锁紧三爪对冻结进行固定，固定后液压卡盘一23逐渐后退，带动岩壁钻孔内的冻结管3逐渐抽出，抽出一定距离后，液压卡盘二24和液压卡盘三25前移，使抽出的冻结管逐渐深入至卡盘内，液压卡盘三锁紧三爪对冻结管进行固定，液压卡盘一23解开对冻结管的固定并逐渐前移至靠近岩壁，液压卡盘三25后退，带动冻结管逐渐拉出岩壁钻孔，液压卡盘二24缓慢前移，并靠近液压卡盘一，待下节冻结管逐渐被拉出岩壁，两节冻结管的连接处的密封线正好位于液压卡盘一23和液压卡盘二24之间时，液压卡盘一和液压卡盘二锁紧三爪对冻结管进行固定，液压卡盘三25停止后移，启动液压油缸，带动冻结管4转动，冻结管螺纹接口27逐渐分离解开，重复上述步骤，实现冻结管的拆卸。

具体施工过程：

随着采煤工作面29的推进，上层裂隙带逐渐扩展至含水层，含水层内的液态水将有向下渗透的趋势，为避免出现透水事故，我们采取人工冻结含水层的方式处理上层含水层32。首先，地质勘探人员需要根据工作面地质情况和开采计划对上层含水层进行地质勘探，通过钻孔勘探的方式确定含水层的位置，含水层含水量以及分布情况，并撰写地质勘探报告。技术人员根据地质勘探报告制定技术施工方案，确定需冻结含水层宽度，并在含水层两侧设置合理标高和宽度的岩层大巷，以供后续施工需求，同时为防止大巷受含水层透水的影响，大巷需进行注浆处理隔绝含水层。

根据前期施工计划确定设备参数，如：冻结管长度、盐水流速、冻结温度等。施工人员根据施工计划，在两侧大巷岩壁相应位置按照冻结管间距打出相应的钻孔，并在相邻冻结管钻孔之间打出溢流孔37，在冻结含水层时，含水层的水冻结成固态，其体积会增加，会占据部分液态水的体积，所以必须在间隔一定距离的位置打出溢流孔，及时溢流出多余的液体。

钻孔完成后，施工人员将管路拆装设备(图4)安装至靠近岩壁处，并调整其位置，同时移动液压卡盘一23对齐靠近孔口，将冻结管通过液压卡盘二24和液压卡盘三25，并锁紧卡盘的三爪固定冻结管3，控制液压卡盘二24和液压卡盘三25缓慢移动推进，逐渐通过液压卡盘一23并插入岩壁的钻孔内，当液压卡盘二24靠近液压卡盘一23时，液压卡盘二三爪解开对冻结管的固定，液压卡盘三25继续推移，当液压卡盘三25靠近液压卡盘二24时，液压卡盘三解开对冻结管3的固定，液压卡盘一三爪锁紧固定冻结管，液压卡盘二24和液压卡盘三25后退移动至初始位置，等待下次装配，液压卡盘一23推动冻结管继续推进，待到预定位置后保持不动，此时施工人员将下节冻结管通过液压卡盘三25和液压卡盘二24，并锁紧三爪固定冻结管，固定完成后，液压卡盘二和液压卡盘三移动推动冻结管靠近液压卡盘一，并将冻结管螺纹对准上节冻结管接口，启动液压卡盘液压油缸，液压卡盘转动，带动冻结管转动拧紧螺纹，实现冻结管的拼接，拼接完成后，液压卡盘二24靠近液压卡盘一后三爪解开对冻结管的固定，液压卡盘三继续推动冻结管前移，冻结管通过液压卡盘一23逐渐被推入岩壁钻孔内，液压卡盘三25靠近液压卡盘二24后停止移动，并解开对冻结管的固定，液压卡盘一23后移一定距离，并锁紧三爪对冻结管进行固定，带动冻结管再次前移推进逐渐插入岩层钻孔，移动至待定位置，液压卡盘二24和液压卡盘三25后退至初始位置，循环上述操作实现管路的拼接装配。在安装冻结管的同时，施工人员应逐步安装位于两侧大巷的冻结站34，安装冻结站相关设备，包括：热交换器1、制冷器2、冷却塔水池13，按照设计线路图要求连接相关设备，调试设备运行情况，将各类阀门关闭。

冻结管3以及相关冻结设备安装完毕后，施工人员对冻结管两侧端头安装冻结管接头17，调节各冻结管接头上的温度检测仪18和流量检测仪19，保障其稳定运行。调试完毕后，施工人员将低温盐水管回路4和高温盐水管回路5与热交换器1相应接口连接，并将低温盐水管回路4和高温盐水管回路5通过管路支架36固定在岩壁上，将冻结管一侧接头与低温盐水管回路接口连接，另一侧与对侧大巷高温盐水管回路接口连接，按照交替连接的方式依次连接各级冻结管。

系统连接完毕后，检查各部分无误后，便可启动系统，进行人工冻结。打开两侧盐水管回路阀门开关，打开各冻结管支路阀门开关，启动热交换器1和制冷器2，打开冷却塔水池进出口开关。位于冷却塔水池13内的冷却水流入冷却管11内，与过热氨蒸汽完成热交换，氨蒸汽温度降低在压缩机14的压缩下，饱和蒸汽氨转化为液态氨，实现氨由气态向液态的转化，液态氨通过节流阀8流入热交换器内与盐水进行下一步热交换。冷却管内的高温的冷却水流入冷凝器12内，在冷凝器作用下将热量传输至大气，实现温度降低，低温的冷却水流入冷却塔水池13以供下次热交换，如此循环往复。氨水可通过换热管10与其内部的盐水实现热交换，吸收高温盐水的热量，降低盐水温度，同时将氨水蒸发成为饱和蒸汽氨通过蒸发孔35进入制冷器2，再次与冷却水热交换，冷凝液化转化为氨水，如此循环实现氨循环。低温盐水通过低温盐水管回路进入冻结器与岩层完成热交换，实现冻结含水层的效果。完成热交换后的高温盐水回流至对侧高温盐水管路，沿管路流入热交换器重新完成热交换，如此循环完成人工冻结。冻结过程中，可通过观察冻结管两侧温度检测仪18计算冻结效率，根据实际情况，利用流量检测仪19控制管内盐水流速，提高冻结效率。

当含水层下工作面开采完毕后，需要延长冻结系统至下一工作面。首先，施工人员需要关闭冻结系统，关闭盐水管回路端头阀门，关闭冻结管各支路阀门，岩层自然缓慢解冻，拆除冻结管两侧冻结管接头17，将管路装卸设备(图4)移动至拆卸地点。管路拆卸过程中，施工人员可对下一工作面上层含水岩层进行勘探钻孔工作。拆卸时，首先拆除冻结管两侧端头的冻结管接头17，将管路拆装设备(图4)移动至施工地点，液压卡盘一23前移并锁紧三爪对冻结进行固定，固定后液压卡盘一23逐渐后退，带动岩壁钻孔内的冻结管3逐渐抽出，抽出一定距离后，液压卡盘二24和液压卡盘三25前移，使抽出的冻结管逐渐深入至卡盘内，液压卡盘三锁紧三爪对冻结管进行固定，液压卡盘一23解开对冻结管的固定并逐渐前移至靠近岩壁，液压卡盘三25后退，带动冻结管逐渐拉出岩壁钻孔，液压卡盘二24缓慢前移，并靠近液压卡盘一，待下节冻结管逐渐被拉出岩壁，两节冻结管的连接处的密封线正好位于液压卡盘一23和液压卡盘二24之间时，液压卡盘一和液压卡盘二锁紧三爪对冻结管进行固定，液压卡盘三25停止后移，启动液压油缸，带动冻结管3转动，冻结管螺纹接口27逐渐分离解开，重复上述步骤，实现冻结管的拆卸。钻孔拆卸完成后，将拆卸后的冻结管3运输至下一工作面上层含水层两侧大巷33内，进行上述相同装配操作。同时延长低温盐水管回路4和高温盐水管回路5，利用盐水管回路端头螺纹进行拼接延长，同时打开上节盐水管回路端头阀门，实现盐水管回路的延长。系统连接完毕后，检查各部分无误后，打开各冻结管支路阀门，便可启动系统，重新进行人工冻结。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。