多圈管冻结温度场形成分析及工程应用

【摘要】：深厚表土层冻结法凿井的关键问题之一是保证冻结壁的稳定性和安全性,随着表土层以及建井深度的不断增加,冻结壁的安全性和稳定性面临越来越大的考验,准确的预测冻结温度场发展情况显得异常重要。 信湖煤矿副井是目前淮北矿业集团所有井筒中是穿越表土层及冻结最深的井筒,其表土层厚度达425.4m,冻结深度492m,而且粘土层占整个表土层的60%以上。本文按照冻结孔在实际偏斜情况下,针对控制层位420m钙质粘土层,利用ANSYS有限元软件模拟未开挖土层平面状态冻结壁温度场的发展情况。由于数值模拟计算时,存在土体热物理参数的选取的问题,通常使计算结果与实际情况有所差别。因此需要通过冻土的热物理参数进行数值模拟的正交试验与现场实测进行对比,利用最小二乘拟合反演出最接近实际情况的热物理参数,并用此参数来进行预测未开挖层位的温度场发展情况：得出不同圈径上冻结壁的交圈时间,不同冻结天数冻结壁的有效厚度,冻结壁的平均温度以及井帮温度来指导现场安全、快速的施工,以满足工程实际的需要；同时利用灰色关联理论分析法对这些影响冻结温度场的土性热物理参数进行排序,得出哪些因素对冻结温度场的影响大,对影响冻结温度场较大的因素在数值模拟过程中,在其范围内进行多次尝试并在进行人工冻土试验的过程中要引起特别的注意。 本文的分析结果与工程实际相吻合。本文对于深井多圈管冻结壁温度场的研究和工程实际有一定的参考价值。