浸鹽地層液氮凍結(jié)溫度場研究.pdf

1、凍結(jié)法廣泛地運用在礦井建設(shè)、基礎(chǔ)建設(shè)、地下隧道、水利工程中，但是凍結(jié)管斷裂導(dǎo)致的鹽水泄露問題一直是國內(nèi)外煤礦建設(shè)中的一大難題，被形象地譽為凍結(jié)法的“癌癥”，嚴(yán)重地影響凍結(jié)帷幕的穩(wěn)定和安全。在鹽水泄露的情況下，凍土的冰點降低，采用液氮超低溫快速凍結(jié)的方法，可以順利通過浸鹽地層，保證施工安全。本文主要研究了浸鹽地層液氮凍結(jié)溫度場的規(guī)律，對浸鹽地層的安全施工有具有重要意義。
　　首先，進行了浸鹽地層凍土熱工參數(shù)和力學(xué)參數(shù)的測量，主要測定

2、了不同含鹽量下凍土的結(jié)冰溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、單軸抗壓強度和彈性模量，總結(jié)了各參數(shù)在不同含鹽量下的變化規(guī)律，并為后續(xù)的理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬提供了必要的參數(shù)。
　　其次，開展了溫度場理論的研究。目前常用的溫度場理論公式都不考慮結(jié)冰溫度低于℃的情況。本文考慮了結(jié)冰溫度對溫度場的影響，利用“溫差疊加”原理，在日本雙孔凍結(jié)溫度場公式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了單排管凍結(jié)公式和雙排管凍結(jié)公式，并將推導(dǎo)出的公式與巴霍爾金公式、特魯巴克公式等常見溫度場公式進行了

3、對比，認為公式適用于結(jié)冰溫度低于℃的單排和雙排管溫度場，能夠在液氮凍結(jié)溫度場中使用，且滿足工程使用精度要求。
　　然后，進行了物理模型試驗。通過模擬雙排管液氮凍結(jié)的情況，獲得了浸鹽地層液氮凍結(jié)方式下的溫度分布情況，分析了液氮凍結(jié)管管壁溫度變化規(guī)律，測量出了液氮凍結(jié)方式下凍土發(fā)展速度，對比了與鹽水凍結(jié)溫度場的異同，并總結(jié)了液氮凍結(jié)帷幕發(fā)展和解凍規(guī)律，為浸鹽地層的凍結(jié)帷幕施工提供了建議。
　　最后，通過數(shù)值模擬驗證了理論公式和物