地下水滲流條件下深立井多圈管凍結(jié)方案優(yōu)化研究.pdf

1、人工地層凍結(jié)法是我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的煤礦深立井特殊施工方法。在深厚表土層凍結(jié)法鑿井過程中，因地下水滲流速度大，而導(dǎo)致凍結(jié)壁遲滯形成和難以交圈的立井凍結(jié)工程事故時(shí)有發(fā)生，進(jìn)而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，地下水流速對(duì)深立井凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的分布與形成具有重要影響。
　　淮南潘三礦新西風(fēng)井表土層采用凍結(jié)法施工，設(shè)計(jì)選用三圈管的凍結(jié)管布置方案，地下水最大流速達(dá)到7.96m/d，原凍結(jié)方案未考慮地下水滲流的影響，這無疑給該井筒的凍結(jié)法施工帶來一

2、定風(fēng)險(xiǎn)。為此，本文基于凍結(jié)溫度場(chǎng)和滲流場(chǎng)的耦合數(shù)學(xué)模型，采用COMSOL Mutiphysics有限元程序，對(duì)地下水滲流條件下深立井凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的分布與形成規(guī)律開展研究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)潘三礦新西風(fēng)井多圈管凍結(jié)方案進(jìn)行優(yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　(1)針對(duì)潘三礦新西風(fēng)井原凍結(jié)方案，對(duì)0m/d、2m/d、4m/d、6m/d和8m/d五種地下水不同滲流速度下的多圈管凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。無滲流(0m/d)和有滲流條件下的

3、凍結(jié)溫度場(chǎng)差異明顯，無滲流時(shí)，凍結(jié)溫度場(chǎng)、凍結(jié)壁整體呈對(duì)稱、均勻和規(guī)則狀，而有滲流時(shí)，凍結(jié)溫度場(chǎng)及井幫溫度呈現(xiàn)下游溫度低、上游溫度高、下游凍結(jié)壁厚度大、上游凍結(jié)壁厚度薄的現(xiàn)象。
　　(2)地下水不同滲流速度下的多圈管凍結(jié)溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明，滲流速度越大，凍結(jié)溫度場(chǎng)越不規(guī)則。滲流速度越大，下游區(qū)域溫度越低，上游外圈、中圈凍結(jié)管之間區(qū)域溫度越高，凍結(jié)壁交圈時(shí)間越長(zhǎng)。且在相同凍結(jié)時(shí)間內(nèi)，下游區(qū)域凍結(jié)壁厚度越小、凍結(jié)壁平均溫度越高，凍結(jié)壁

4、交圈時(shí)間隨地下水滲流速度的增大呈指數(shù)型增長(zhǎng)。
　　(3)對(duì)潘三礦新西風(fēng)井原凍結(jié)方案中最外圈主凍結(jié)管進(jìn)行了優(yōu)化，將左半圈均布的24個(gè)凍結(jié)孔加密6個(gè)增至30個(gè)均布凍結(jié)孔，凍結(jié)孔間距由1.674m減為1.34m。優(yōu)化方案的數(shù)值模擬結(jié)果表明，在現(xiàn)場(chǎng)地下水最大流速下，凍結(jié)壁交圈時(shí)間由原凍結(jié)方案的69d提前至44d;凍結(jié)140d后，凍結(jié)壁最小有效厚度增大了2.861m。優(yōu)化后的凍結(jié)方案滿足預(yù)期效果。
　　通過對(duì)原凍結(jié)方案的數(shù)值模擬分析、