第 45 卷第 12 期
煤 炭 科 学 技 术
Vol 45 No 12
2017 年 12 月
Coal Science and Technology
Dec. 2017
人工三圈管冻结模型试验及冻结方案研究
陈军浩
1ꎬ2
ꎬ刘桐宇
1ꎬ2
ꎬ李栋伟
1ꎬ2ꎬ3
(1 地下工程福建省高校重点实验室ꎬ福建 福州 350108ꎻ 2 福建工程学院 土木工程学院ꎬ福建 福州 350108ꎻ
3 中国科学院 寒区旱区与环境工程研究所 冻土工程国家重点实验室ꎬ甘肃 兰州 730000)
摘 要:为获得不同冻结条件下人工三圈管冻结壁温度场发展规律ꎬ以顾北矿冻结风井为工程背景ꎬ
进行了室内三圈管冻结模型试验ꎬ研究了不同冻结参数对冻结壁温度场发展影响ꎬ结合有限元计算、
现场测试手段ꎬ对模型试验结果加以对比分析ꎮ 研究结果表明:冻结管环向开孔间距平均每增大 0.1
mꎬ冻结壁交圈时间延迟 4 d 左右ꎻ内圈管圈径平均每增大 1 mꎬ井帮温度提高 1.5 ℃左右ꎻ外圈管圈径
平均每增加 1 mꎬ冻结壁有效厚度增加 0.4 m 左右ꎻ冻结壁平均温度主要受冻结孔环向、径向间距大小
影响ꎮ 在工程现场可以通过优化冻结管布置圈径与调整冻结孔间距大小等方式来减少一定量冻结孔
个数ꎬ达到保证冻结效果的同时减少工程造价ꎮ
关键词:人工三圈管ꎻ冻结方案ꎻ温度场ꎻ模型试验
中图分类号:TD262 文献标志码:A 文章编号:0253
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2336(2017)12
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0094
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07
Study on artificial three
-
tube freezing model test and freeze program
CHEN Junhao
1ꎬ2
ꎬLIU Tongyu
1ꎬ2
ꎬLI Dongwei
1ꎬ2ꎬ3
(1 Key Laboratory of Underground Engineeringꎬ Fujian Provinceꎬ Fuzhou 350108ꎬ Chinaꎻ2 College of Civil Engineeringꎬ Fujian University of
TechnologyꎬFuzhou 350108ꎬChinaꎻ 3.State key Labora Tory of Frozen Soil Engineeringꎬ
China Cold and Arid Regions Environment and Engineering Research InstituteꎬChinese Academy Sciencesꎬ Lanzhou 730000ꎬChina)
Abstract:In order to master the development law of artificial three tube temperature fieldꎬ based on Gubei frozen air shaftꎬ the paper car ̄
ried out the indoor three
-
tube freezing model testꎬ studied the effects of different freezing parameters on the temperature field of frozen
wallꎬ combined with finite element calculation and field test methodꎬ the results of the model test were compared and analyzed.The results
showed that the spacing of the freezing pipe ring opening holes increased 0.1 mꎬ the frozen wall circle time delayed about 4 d.The inner
ring tube diameter increased 1 mꎬ the well help temperature increased about 1.5 ℃ .The outer ring tube diameter increased 1 mꎬ the effec ̄
tive thickness of the frozen wall increased about 0.4 m.The average temperature of the freezing wall was mainly affected by the ring and ra ̄
dial distance of the frozen hole.At the project siteꎬ through optimizing the frozen tube layout circle diameter and adjusting the frozen hole
spacing size to reduce the number of frozen holesꎬ it could also ensure the freezing effect and reduce the project cost.
Key words:artificial three circle tubeꎻ freezing schemeꎻ temperature fieldꎻ model test
收稿日期:2017
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06
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18ꎻ责任编辑:杨正凯 DOI:10 13199/ j cnki cst 2017 12 017
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51504070)ꎻ福州市科技局资助项目(2017
-
G
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59)
作者简介:陈军浩(1986— ) ꎬ男ꎬ福建福州人ꎬ讲师ꎬ博士ꎮ E
-
mail:chjhtougao@ 163.com
引用格式:陈军浩ꎬ刘桐宇ꎬ李栋伟 人工三圈管冻结模型试验及冻结方案研究[ J] 煤炭科学技术ꎬ2017ꎬ45(12):94
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100
CHEN JunhaoꎬLIU TongyuꎬLI Dongwei.Study on Artificial three
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tube freezing model test and freeze program comparison[ J] Coal Science and
Technologyꎬ2017ꎬ45(12):94
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0 引 言
近年来ꎬ我国每年原煤产量均超过 30 亿 tꎬ占国
家能源消费总量的 60%以上ꎬ在未来数十年内煤炭
仍将是我国的主要能源来源
[1
-
2]
ꎮ 为维持煤炭的开
采需求ꎬ中东部地区新建或改扩建的矿井穿越表土
地层厚度已超过 500 m
[3
-
4]
ꎬ拟建的赵固二矿西翼通
风系统改造工程西风井井筒将穿过表土层厚度 704
mꎮ 目前国内普遍采用人工冻结工法对深厚表土地
层进行加固ꎬ但同时对冻结壁的承载能力和稳定性
提出了更高要求ꎮ 当表土层厚度大于 400 m 时ꎬ国
内专家学者已达成共识ꎬ需采用三圈管及以上冻结
方案进行表土层加固ꎬ但冻结设计与施工大多仍依
据经验来确定ꎬ导致工程上会出现冻结壁不交圈、冻
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