富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律研究

为了研究富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律，以袁大滩煤矿主斜井为研究背景，从理论分析、现场实测和数值模拟三方面研究了富水砂层斜井冻结壁温度场分布规律。给出了单根冻结管条件下斜井冻结壁温度场分布数学模型，并根据场的叠加原理给出了多根冻结管下斜井冻结壁温度场分布数学模型|斜井冻结壁现场实测结果表明：距离冻结管越近，冻结壁降温速度越快，冻结锋面发展速度也越快，且埋深对冻结壁温度场的发展有一定影响，但影响较弱|对比斜井冻结壁温度场数值模拟结果和现场实测结果可知，冻结过程中斜井冻结壁温度变化趋势基本一致，各测点温度差值小于2℃，说明文章提出的斜井冻结壁温度场数值模拟分析是可靠有效的，能较好地反映冻结冻结壁随冻结时间发展的一般规律。     

某矿井冻结温度场的数值模拟

冻结法凿井中，冻结壁厚度设计、冻结方案优化是关键问题，然而，随着冻结深度的加大，单圈孔冻结方案往往不能同时满足工期和冻结壁安全的要求。文章通过对单圈孔和主、辅双圈孔冻结方案冻结壁瞬态温度场的数值模拟，研究了冻结温度场的扩展与分布规律，并进行冻结方案的优化。     

冷媒循环条件下单管水平冻结温度场数值模拟

在考虑冷媒循环影响的条件下，对单管冻结温度场进行了数值模拟。对考虑冷媒循环与冻结管外壁恒温两种条件下的温度场进行了比较，得出“在水平冻结距离不是很长的情况下，直接将冷媒入口温度作为冻结管外壁恒温条件计算不会导致很大的误差，是可行的”的结论。     

基于有限元法的冻结温度场反演分析及预测

介绍了基于平面有限元模型的冻结温度场数值反演及模拟方法,考虑冻结孔实际偏斜和测温孔实测温度数据,进行冻结温度场反演和预测研究。得到模拟计算结果与冻结工程中测温孔温度实测值有较好的一致性,说明冻结计算温度场分布规律有较高的精度。     

冻结井外壁温度场的数值模拟方法

为了深入研究冻结井外壁水化热温度场的变化规律及其对冻结壁的影响，开展了外壁温度场数值模拟方法的研究，详细介绍了混凝土水化生热过程、冻土的融化及再冻结相变过程、聚苯乙烯泡沫板压缩过程的数值模拟技术要点，在此基础上，利用ANSYS程序，建立了参数化的有限元模型，开展了龙固副井深部外壁温度场的数值模拟研究．龙固副井外壁及壁后冻土温度的现场实测数据证实了本数值模拟方法的可行性．最后，全面分析了影响外壁温度场数值模拟结果可靠性的各种因素，并提出了提高数值模拟结果可靠性的主要技术措施．     

冻结孔排间距对冻结效果的影响研究

为了解冻结孔布置形式对冻结效果的影响,提高冷量利用效率,并保证工程安全,通过构建二维温度场数值计算模型,对冻结设计参数进行了数值模拟研究。结果表明:(1)冻结孔排距是影响温度场的主要因素;冻结孔间距较小时,对温度场的影响可以忽略不计。(2)冻结孔排间位置温度与冻结孔排距成近似线性关系。同时给出了冻结设计的建议顺序。     

白垩系地层冻结温度场实测与数值模拟分析

为了深入研究白垩系地层的冻结规律,现场实测并数值模拟了扎赉诺尔矿区灵东煤矿风井的冻结温度场,分析了其-260 m层位细砂岩的冻结壁温度场发展特性,给出了冻结壁发展速度等关键技术参数,并用数值模拟验证了现场实测规律。对该地区后续矿井的冻结设计、方案优化以及冻结施工具有指导意义。     

外层钢纤维混凝土井壁水化热温度场数值模拟研究

利用ANSYS有限元程序进行了冻结法凿井条件下的冻结温度场和以此为条件的外层钢纤维混凝土井壁水化热温度场的数值模拟研究,得出了外层井壁浇筑之后的温度场变化规律,为井壁温度应力及裂缝的分析和控制奠定了基础.     

冷媒循环条件下单管水平冻结温度场数值模拟

在考虑冷媒循环影响的条件下,对单管冻结温度场进行了数值模拟。对考虑冷媒循环与冻结管外壁恒温两种条件下的温度场进行了比较,得出"在水平冻结距离不是很长的情况下,直接将冷媒入口温度作为冻结管外壁恒温条件计算不会导致很大的误差,是可行的"的结论。     

丁集矿第二回风井冻结壁融化温度场数值计算分析

为解决井筒冻结壁在融化过程中温度场难以预测的问题，利用ANSYS有限元软件，对丁集煤矿第二回风井冻结工程各个层位融化期间冻结壁平均温度、冻结壁融化阶段测温孔温度进行了数值模拟预测分析，结果表明：该风井不同层位冻结壁在融化阶段模拟的测温孔温度与实测值相符；在融化期间冻结壁的平均温度随融化时间的增加而缓慢升高，符合实际情况；得到了各个层位冻结壁完全解冻所需的时间，为井筒壁间注浆提供了依据，保证了井筒的安全。     

深厚冲积层多圈孔冻结壁温度场发展研究

冻结壁温度场发展是人工冻结法施工在井筒建设过程中最重要的组成部分,对井筒开挖和安全施工有重要的影响。因在地下进行大面积、长时间冻结,土体会发生复杂变化,无法进行相似模拟实验,数值模拟软件成为最直接的辅助工具。本文通过合理的多圈孔布孔方式,考虑钻孔偏斜、冻结过程中水的相变潜热、不同温度下导热系数及热容等影响因素,结合实测数据,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 建立多物理场耦合对温度场发展进行研究。以某矿西风井深厚冲积层为研究对象,针对91 d冻结壁温度场发展进行模拟。模拟交圈时间为44 d,冻结壁平均发展速度为25.36 mm/d,与实测交圈时间50 d、冻结壁平均发展速度22.72 mm/d相比有微小的误差,模拟结果与实际情况符合程度良好,并推论出以最外圈为主冻结孔对冻结壁发展速度的影响及利弊。综合前人模拟结果,此模拟方法更具有理论意义及工程指导价值。     

双腔冻结管温度场的试验与数值分析

基于控制冻结管径向冷能传播,提出了一种新型冻结器结构——双腔冻结器.采用模型试验和数值模拟,得到了新型冻结器的温度场时空分布特征,分析了新型冻结器的适用性.结果表明:在新型冻结管1.5圈径区域内,其温度场云图呈马蹄形,液氮腔侧较空气腔侧的温度变化剧烈,新型冻结器有效地改变了冷量的传递,具有明显的控制冻结效果;在新型冻结器1.5圈径区域外,其温度场云图近似呈圆形,新型冻结器在较大空间范围内控制作用不明显.最后,研究指出了新型冻结器——双腔冻结器在短时间内的控制冻结作用,可应用于市政抢险工程中.     

管内盐水流动状态对单管冻结温度场影响规律分析

为获得冻结工程中冻结管内盐水流动状态对温度场的影响规律,分析了冻结管内盐水流动特点与流动状态;基于相似理论,导出了考虑管内盐水流动时单管冻结温度场无量纲数学模型及相应的准则表达式,将众多影响因素简化为5个无量纲准则,大大降低了研究的难度;利用综合数值计算与模拟试验,研究并获得了无量纲盐水温度Ty、雷诺准则Re、傅里叶准则Fo、普朗特准则Pr和格拉晓夫准则Gr对温度场的影响规律,分析获得了冻结壁形成厚度b和冻结管热流密度q与以上5个准则的对应关系;得出管内盐水的流动状态变化对冻结壁的厚度b及热流密度q的影响范围可达30%以上。根据不同冻结阶段温度场的发展特点,提出冻结工程中雷诺准则数Re的推荐值。     

考虑未冻水单管冻结温度场解析解

针对冻结法应用中的单管冻结问题,考虑土体在冻结状态下存在随负温连续变化的未冻水,通过将土中水随负温降低而连续冻结的过程离散化,建立了单管冻结温度场变化的离散相变模型,并给出了模型的解析计算方法。将解析解答与连续相变模型下的数值解进行了对比,验证了该解答的正确性。利用解析解,分析了土体冻结状态下存在的未冻水对冻结锋面推进过程的影响,结果表明：忽略未冻水将低估土中冻结锋面的推进速度,并且其低估程度随土体比表面积的增加而增大。     

深井地层冻结一线总线监测系统的研发

针对深井冻结监测中测点多、距离长的难题,分析了冻结温度场监测的内容与特点,提出采用一线总线技术构建统一的冻结监测系统的解决方案,即由DS18B20实现众多温度点的监测,而对于其他模拟信号与I/O信号,应用专门的一线器件将其转换为一线总线信号。针对一线总线监测系统的开发,介绍了以数据库为核心的一线总线集中开发环境软件的构建。一线总线监测模块为地层冻结监测系统的关键单元,通过应用高性能单片机、精准电平比较、增强驱动与阻抗匹配等措施,使一线总线网络的监测性能测点达到60个、分布距离超出800 m,满足了当前深井冻结监测的要求。     

冻结法施工技术在丰龙矿的应用

江西丰龙矿主井遇流砂层段,改用冻结法施工。采用井筒水位和冻结壁温度场综合分析方法,准确判定冻结壁交圈时间,合理确定井筒复工(开挖)时间,解决无水位观测孔情况下的冻结技术难题。成功地完成了江西省第一对冻结井筒的施工任务。     

冻结管差异温度强化冻结试验与数值分析

针对立井冻结工程中存在的局部难冻结地层,为对其强化冻结,提出了冻结管差异温度强化冻结方案。为验证差异温度的强化冻结效果,进行了单管冻结试验,同时基于有限体积法(FVM)原理,进行了强化冻结段-35℃、-40℃和-45℃三种条件下的单排管三维数值分析,并研究了冻结管上、下不同温度段的冻结温度场分布规律及冻结壁特征。结果表明:冻结管内可实现差异温度冻结,冻结管强化冻结段可显著增加冻结壁厚度、降低冻结壁平均温度并强化地层的冷能耗散,使局部地层受到强化冻结。     

冻结法凿井中局部冻结技术对已成井壁保护的温度场分析

 甘肃陇东地区某煤矿竖立井原设计壁座底部886m,采用普通凿井法掘砌至472m处因涌水无法继续施工,采用冻结法补充施工。考虑冻结法可能对已成井壁结构的影响,在冻结孔内侧布设一圈温控孔。本文针对472m范围内冻结温度场选取典型层位建立二维模型进行数值模拟,计算分析当前温控孔布设形式及相关参数选取的合理性,并依据该分析进行实际布设。为工程设计和实施提供理论参考。