桩管成井法施工安全试验研究.pdf
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1、! ! ! ! “ “ “ “ 安全工程 桩管成井法施工安全试验研究 龚友成张萍 (中钢集团武汉安全环保研究院武汉 430081) 摘要在利用垃圾场填埋气体发电成井施工过程中, 桩管成井抽气法被普遍应用。但成井过程中的气体爆炸安全问 题是一大隐患。通过施工现场模拟试验和实际成井试验研究, 解决了如何防止成井过程中产生气体爆炸危险的方法。 关键词桩管成井填埋气体爆炸危险垃圾填埋场 Safety Research on the Construction of Pile Wellforming GONG YouchengZHANG Ping (Sinosteel Wuhan Safety & Enw
2、ironmental Protection Research InstituteWuhan 430081) AbstractPiIe weIIforming air extraction method is commonIy appIied in the weIIforming construction of using waste burying gas to generate eIectricity,but gas expIosion in the weIIforming process is a probIem. Some methods how to prevent gas expIo
3、sion in this process are raised through studies on construction site simuIation test and weII forming test. KeywordspiIe weIIformingburying gasexpIosion dangerIandfiII 目前, 垃圾填埋场抽气井施工常采用桩管法和钻孔法。 钻孔法的弊端是施工时空气容易进入钻孔内与垃圾填埋体 中的填埋气体 (主要是甲烷) 混合而在钻孔内达到爆炸浓度 极限范围以内, 当钻头遇到石块等坚硬物质时, 一旦产生火 花会引起爆炸, 且不易事先采取防护措施。与钻
4、孔法相比, 桩管法具有施工速度快、 成本低等优点, 因而具有一定优势。 但是传统的桩管法施工工艺也存在桩管内因填埋气体而引 发爆炸的可能性。施工过程中, 填埋气体有可能从桩尖与桩 管之间的缝隙进入桩管内, 并与桩管内的空气混合而达到爆 炸浓度极限范围, 在桩锤击打桩头时, 由于桩锤对桩头连续 撞击, 使木桩头温度不断升高, 有可能造成木桩头阴燃、 炭 化, 甚至产生明火。另外, 在桩头与桩管撞击下, 也可能产生 火花, 引起桩管中的混合气体发生爆炸。如因桩管强度偏 低, 不足以抵抗管内填埋气体爆炸时所产生的压力, 就会发 生桩管爆裂事故, 从而造成设备损坏和人员伤亡。本研究的 目的是对桩管法成
5、井施工过程中如何防止填埋气体进入桩 管内部, 从而引发填埋气体爆炸事故的可能性进行探讨, 并 对成井施工工艺的安全问题进行试验研究, 以制定安全可行 的成井施工方法。 1研究内容 桩管成井施工方法是, 打桩前, 在桩管底部先装填 1 m 高的粘土, 并加水湿润、 饱和, 以起到密封桩管与桩尖之间的 缝隙, 阻止成井过程中填埋气体进入桩管内的目的。 这种方法要解决的问题是:!采用既可起到良好的密封 作用, 又要来源广泛且便于采集的材料作封堵料;“最低安 全封堵高度;#加水的比例;$如用粘土作封堵料, 则土内允 许的含石量。 2试验方法 试验分现场模拟试验和现场实际成井抽气检测试验。 2.1模拟试
6、验方法 模拟试验采用的模拟管为 HDPE 管, 管内径为 95 mm, 模 拟管长度为 1.5 m, 在距管壁底部以上 50 mm 处环绕管壁均 匀地钻了 8 个#4.5 mm 的小孔作为渗气孔。管底部用盖子 将其封死, 另一端开口, 用来往模拟管中装封堵料。 试验在已打好的抽气井中选择了填埋气体流量最大的 W7 # 、 W10 # 、 W35 # 3 口抽气井作为试验井, 井管内的气体流 速分别为 1.06 m/ s、 0.64 m/ s 和 0.76 m/ s。 封堵料选择了砂土、 膨润土, 建筑用细沙和粘土 4 种材 料, 其中膨润土粒度为 0.07 mm 以下的占 98%, 粘土和砂土
7、 均为自然状态下的常见土。 试验时, 将装填好封堵料的模拟管架在集气管上, 模拟 管与集气管之间用塑料袋连接, 塑料袋两头用橡皮筋扎紧 (如图 1) , 以保证从集气管冒出的气体在密封的塑料袋中保 持一定的气压, 可以从模拟管的 8 个小孔中进入管中, 以模 拟桩管成井过程中, 在不同封堵情况下的密封效果, 试验观 察时间为 6 h (因为打 1 口井的时间一般为 3 h 左右, 试验观 图 1 模拟试验 1模拟管; 2封堵料; 3管盖; 4集气管 出气口; 5进气孔; 6 密封袋; 7集气管 34 2006 年第 32 卷第 5 期 May 2006 工业安全与环保 IndustriaI S
8、afety and EnvironmentaI Protection 察证明, 正常情况下 6 h 不漏气, 则 24 h 都不会漏气。 ) , 如超 过 6 h 在模似管中无甲烷气体渗入, 为密封效果良好 (甲烷 气体的体积分数报警线为 l%, 爆炸浓度下限为 5%) 。 2.2成井施工抽气检测试验方法 成井抽气检测试验是对正在施工、 桩管已达到设计深度 的抽气井进行桩管内部甲烷气体浓度的抽气检测 (如图 2) 。 抽气时, 将抽气管从桩管进料口放入桩管内, 直至管深为 22 h 处 (桩管深度 26 m) , 抽气管的另一端接入抽气泵 (浙江 黄岩医疗器械厂生产的 ZXL4 型旋片式真空泵
9、) 的抽气端 口, 开始抽气后, 将可燃气体检测仪 (深圳特安电子有限公司 生产的 SSS3l8B 系列便携式气体检测仪) 对准抽气泵的出 口端, 在检测仪上就可显示桩管内渗入甲烷气体的浓度。 图 2 抽气试验 l桩管; 2抽气管; 3堵塞料; 4检测仪; 5抽气泵 3试验结果及分析 3.1桩管模拟试验结果及分析 试验 l。将 4 种封堵料在不加水湿润饱和的状态下装入 模拟管中, 封堵高度为 l m, 架在抽气井上以观察密封效果。 检测结果表明, 4 种封堵料均不能满足封堵要求。模拟管中 的甲烷浓度在 6 h 以内全部达到 5%的爆炸下限值。 试验 2。将 4 种封堵料分别加水 (料水比 2=
10、l) 人工混合 充分湿润后, 再填入模拟管中, 封堵高度分别为 l m、 0.5 m 和 0.25 m, 架到集气管上考察其密封效果。经 24 h 观测, 检 测结果为, 膨润土、 砂土、 粘土都能有效起到封堵甲烷气体渗 入的效果。建筑细沙由于保水性差, 颗粒大, 又无粘性, 水分 不能有效保持, 仅 l h 桩管中渗入的甲烷气体体积分数就已 达到 5%的爆炸下限。 试验 3。模拟实际成井封堵施工顺序, 即先将 4 种不同的 干封堵料分别填入桩管中, 然后往桩管中加水, 使桩管中的干 封堵料吸收水分自然充分湿润, 以达到封堵桩尖缝隙的目的。 该试验对 4 种封堵料也设计了 3 种不同的封堵高度
11、 (l m、 0.5 m、 0.25 m) , 且每种封堵高度又设计了 3 种不同的 料水比, 分别为 2=l, 3.5=l, 7=l。试验结果说明如下: (l) 在封堵高度为 l m, 料水比为 2=l 的条件下, 砂土和 粘土的封堵效果良好, 而膨润土和建筑细沙则出现渗漏甲烷 气体的现象, 尤其是膨润土粒度细, 被认为应该是很好的封 堵材料, 但试验结果不尽其然。为了证明膨润土的封堵优劣 性, 又在 W7 # 进行了增加饱和水试验。 膨润土加水后, 密封性反而变差, 且加水越多, 密封性越 差。从几次试验过后的模拟管中倒出的膨润土发现, 桩管底 部有相当部分的膨润土是干粉状, 并没有吸收到
12、水分, 这是 因为膨润土的粒度较细, 加水后, 上层较细的膨润土发生结 团现象, 这种现象遏制了下层膨润土的吸水性, 并使膨润土 料结块, 加大了膨润土料层中的缝隙, 以致未能有效阻止甲 烷气体渗入桩管内, 起不到安全封堵效果。 (2) 在封堵高度为 l m, 减少加入封堵料中的水分时 (料 水比为 3.5=l 和 7=l) , 砂土已不能起到有效的防渗作用。粘 土的抗渗性优于砂土的原因有:!因为粘土颗粒相互间具有 一定的粘结力, 其保水性较强, 因此, 达到饱和所需要的水分 远比干砂土少。“粘土颗粒比砂土细, 经湿润后抗渗性能要 优于砂土, 因此料水比为 3.5=l 时粘土还能起到良好的封堵
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- 桩管成井法 施工 安全 试验 研究
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