冻结孔偏斜对白垩系地层冻结凿井影响研究

通过对泊江海子矿风井冻结过程冻结壁温度场现场实测,同时结合冻结造孔有、无偏斜条件下数值模拟结果,获得了冻结孔偏斜情况对凿井的影响.冻结孔偏斜情况下冻结壁交圈时间远大于冻结孔无偏斜情况.在冻结壁形成过程中,受冻结孔偏斜影响,同一测试层位不同方位处冻结壁有效厚度、平均温度差别较大;当井筒掘砌至测试层位时,井帮环向温度差别也较大,表明井筒掘砌时冻结壁存在明显的相对薄弱环节.     

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。     

联络通道钻孔偏斜对冻结壁影响分析

为了分析在符合规范要求下的冻结孔偏斜对冻结效果的影响,以北京地铁27号线某联络通道冻结法施工为背景,根据施工方案进行工程数据实测,并利用COMSOL软件对该联络通道的冻结过程进行了数值模拟,对实际成孔位置和设计成孔位置条件下的温度场进行对比分析,进而得出冻结孔偏斜对冻结效果产生的影响。研究表明：即使在冻结孔偏斜满足设计要求,其偏斜对冻结壁有效厚度和平均温度的影响仍无法忽略,计算在考虑冻结孔偏斜情况下,联络通道两侧冻结壁有效厚度下降11%,平均温度上升1.9℃,从而对冻结施工产生不利影响;冻结孔偏斜会导致孔间距增大,从而形成冻结壁的薄弱区。因此想要精准评价冻结效果,必须在数据分析中考虑冻结孔的偏斜问题。     

白垩系地层深立井冻结壁形成规律数值模拟

为对比白垩系地层冻结孔有无偏斜情况下深立井冻结壁温度场的差异,以内蒙古泊江海子矿副井为工程背景,采用数值模拟方法,建立了冻结孔有无偏斜情况下的数值计算模型,同时结合实际测温孔量测数据,重点分析了冻结造孔偏斜对白垩系地层冻结壁形成规律的影响。     

单冻结管隔热理论分析

在深井冻结施工中,为减少冷量损失或保护井口周围结构基础,理应控制浅部的部分冻结孔或全部冻结孔的冷量.根据单冻结管温度场数值计算,对几种隔热状态效果进行比较,得出了隔热与不隔热之间冻结管外表面热流密度的数量关系,可用于指导施工及冻结设计.     

温控条件下已成型井壁冻结温度场分析

新疆塔什店矿区一号矿井主副风井采用普通法凿井涌水后转用冻结法施工,考虑到冻结法施工对已成型井壁存在一定影响,设计施工1圈辅助温控孔。通过对塔什店矿区一号矿井风井温控条件下冻结温度场理论图解和数值模拟,得到温控条件下冻结温度场演化规律。利用图解、模拟和实测相结合的方法,综合评定温控孔开启时机和井壁温度,为井壁保护提供参考依据。     

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。     

基于组合赋权-灰色关联度法的冻结法凿井三圈管布置方案优化

针对特厚冲积层冻结法凿井多圈管布置设计难题,以两淮矿区丁集煤矿二副井冻结工程为背景,基于组合赋权理论和灰色关联度法对三圈管冻结方案进行优化设计。依据工程地质条件和冻结法凿井设计原理,采用ANSYS数值分析软件,构建了对应的冻结温度场分析模型;基于组合赋权-灰色关联度法,采用正交分析方法研究外排孔、中排孔圈径及孔间距对冻结壁温度场的影响。结果表明,外排孔圈径和孔间距对井帮温度、冻结壁厚度及冻结壁平均温度影响较大。结合冻结管施工特点,确定三圈冻结管优化布置方案为:中排孔圈径为23.5 m、孔间距为1.34 m;外排孔圈径为31.2 m、孔间距为1.75 m;数值分析预测值与现场监测结果较为一致,从而证明了数值分析模型的合理性。     

查干淖尔矿风井冻结温度场分析

采用ANSYS软件对查干淖尔矿风井冻结法施工的冻结温度场进行数值模拟,根据测温孔测得的温度数据,对冻土热物理参数进行了参数反演,获得了符合工程实际情况的冻土热物理参数,基于反演得到的最优参数,预测分析了井筒开挖层位的冻结壁平均温度、冻结壁平均厚度、井帮温度、冻结交圈时间等设计参数,为井筒的施工提供了科学的指导作用。     

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。     

深厚冲积层冻结法凿井工程设计及其应用

针对丁集矿井深厚冲积层的特点,提出了采用三圈孔差异冻结的冻结方式,给出了深厚冲积层中采用冻结法凿井的冻结壁厚度、盐水温度、井帮温度、冻结孔圈径和开孔间距等关键因素的设计参数;通过信息化施工监测,得到了冻结壁的形成速度、温度场分布和冻结壁的变形实测数据;这些数据可为深厚冲积层冻结法凿井工程的设计提供参考依据.     

渗流作用下地层冻结壁形成的模型试验研究

根据相似准则，建立了水渗流作用下两孔地层冻结模型试验台.根据两孔冻结正交模型设计和试验，研究了常规盐水冻结工艺中，地下水渗流、孔间距等对饱和砂冻结交圈时间和上下游温度场发展的影响.研究表明，渗流速度从水平2（模型渗流速度0.7 m/h）增至3水平（模型渗流速度1.0 m/d）时，冻结壁交圈时间急速增加，且水流速度是影响冻结壁上游厚度的主要因素，而缩小冻结孔间距是抑制水流对交圈时间影响的最有效手段.     

地铁隧道半覆盖式冻结温度场特性研究

半覆盖式冻结加固方法主要用于软-硬交界地层的承载加固和地层封水。为提高工程效率和节约冷量,需对冻结法冻结过程中的温度场分布特性和发展规律进行深入研究。通过数值计算方法,构建了广州地铁8号线隧道三维数值计算模型,并对其冻结过程中的各位置平均温度、冻结壁厚度发展规律以及冻结孔布置优化方案进行了研究。结果表明:半覆盖式冻结与传统冻结存在明显差异,不同位置的冻结孔间相互作用强弱差别明显;受工作井散热影响,浅部区域冻结壁平均温度达标时间相较深部区域推迟16～27 d;冻结末期,冻结壁内外侧厚度比约为0.82～0.92。基于上述结论,提出了加密侧向冻结孔、增设浅部辅助冻结孔和调整冻结管轴面的优化设计方案。     

厚黄土冲击层冻结井壁温度场变化规律分析

依据大同煤矿集团麻家梁矿的副井工程实践,通过对冻结壁温度场动态监剥,分析了深部粘土层主冻结孔外侧、辅冻结孔内侧冻土的扩展状况,得出了冻结井壁温度场随时间的变化规律.研究结果对黄土高原冻结法施工温度场的监测和研究具有重要意义.     

冻结器内纵向测温判定冻结壁出水位置技术

为了准确判断伊犁一矿副井冻结工程冻结壁出水位置,对主冻结孔的冻结器内纵向进行测温,根据冻结孔停冻后单根冻土柱导热规律,建立了瞬时停冻后冻土圆柱内冻结温度场分布的数学计算模型;通过冻结器内纵向测温数据,获得了新疆伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度分布规律,借助Maple数学计算软件对伊犁一矿副井主冻结孔各冻结器内纵向温度数据进行了分析,从而准确判定了冻结壁出水位置,为冻结壁出水事故处理提供了科学依据。     

冻结壁融化过程中温度场数值模拟分析

通过使用ANSYS有限元分析软件,对深厚冲积层冻结壁融化过程温度场进行了数值模拟分析,对比分析发现,测温孔温度数值模拟结果与实测结果较为吻合。据此,对测温孔模拟曲线进行了拟合,得到在深厚冲积层冻结壁融化阶段测温孔的温度时间曲线可以用幂函数来表示。     

两种斜井冻结方式的温度场模型实验研究

受高精度小倾角斜井冻结孔钻机缺乏的限制,斜井冻结施工多采用竖直孔冻结方案,造成能源的极大浪费。通过建立大型三维冻结模型试验台,研究了采用竖直孔和倾斜孔两种冻结方式下斜井冻结壁的温度场分布规律,对比分析了不同施工阶段的冻结壁扩展和解冻差异。研究结果表明,在积极冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁较快达到设计要求,整个冻结范围内温度分布均匀、冻结范围更大;在维护冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁顶板和底板的解冻厚度在100mm左右,而倾斜孔冻结壁解冻范围比较稳定,受开挖影响小。轴向冻结冻结壁顶板平均温度均能维持在-6～-5℃,而且在连续开挖后,依然能够保持长期稳定。而竖直孔冻结时,顶、底板平均温度为-4～-2℃,侧帮平均温度为-5～-4℃。     

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。     

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．     

发泡材料隔热条件下单管局部冻结温度场研究

局部保温冻结技术可解决冻结法在深井开拓工程中遇到的诸多技术问题,并可节约大量冷量。为获得保温材料特性对冻结温度场的影响规律,以外加套管的单管局部保温冻结温度场为研究对象,首先,将相似理论与理论分析相结合,导出了单管局部保温冻结温度场的无量纲数学模型及相应的准则表达式;其次,以无量纲准则作为影响因素,结合数值计算和模拟试验,研究了冻结管采用发泡材料保温条件下的单管局部冻结问题。分析获得了冻结管热流密度与保温材料的比热容、导热系数、保温层外半径等无量纲因素间的关系,提出局部保温冻结工程中保温材料导热系数最佳选用范围应不大于0.035(无量纲),保温层外半径宜为1.4~1.6(无量纲)之间。研究结果具有广泛的适用性,为局部保温技术的设计和应用提供了理论基础和便利条件。