内衬管长度与冻结管的极限承载力关系研究

对含内衬管的坡口对焊接头冻结管抗弯承载能力与变形进行了实验和有限元计算,实验结果验证了有限元数值计算是可靠的。把"回归正交试验分析法"引入到数值计算中,用较少的计算次数,计算出不同长度内衬管对坡口对焊接头冻结管承载力的影响。计算结果表明:冻结管直径越大,增加内衬管长度对提高冻结管承载力的影响越显著;对直径小于130mm的冻结管,增加内衬管长度对提高冻结管承载力的影响很小。同时,回归出内衬管长度与坡口对焊接头冻结管承载力之间的经验公式,计算结果与试验结果误差很小,可为冻结管接头设计提供理论依据。     

多圈管冻结壁温度场发展及冻结管偏斜影响

人工多圈管冻结是深厚地层井筒掘砌的最有效方法,为进一步了解冻结壁温度场发展特性,以某冻结井筒为原型,开展了室内多圈管冻结模型试验,同时借助有限元软件对冻结管无偏斜以及随机偏斜两种条件下冻结壁温度场发展特性进行了分析比较。得出冻结管布置圈径对冻结壁环向扩展速率影响较小;冻结管偏斜对井帮温度、冻结壁有效厚度影响较小,但对不同位置冻结壁交圈时间及对径向方向冻结壁平均温度影响较大;同时冻结管偏斜会使冻结壁内部产生更多的密闭未冻承压水仓,引起冻结壁内部冻胀力增大,对冻结壁整体稳定性产生不良影响。在冻结造孔时,要严格控制冻结管偏斜。     

冻结管断裂位置的确定

立井冻结法施工中,冻结管因受到冻结压力、弯曲应力及摩擦力等力的作用,经常会发生冻结管破裂、透水淹井等事故。为了解决这类问题,依据经典力学的基本理论,通过对冻结管的受力分析,建立了冻结管的强度准则,找出了冻结管最可能发生断裂的理论位置,并举例说明了该理论的正确性和适用性,对工程设计及施工现场具有较大的指导意义。     

冻结管断裂位置的确定

立井冻结法施工中 ,冻结管因受到冻结压力、弯曲应力及摩擦力等力的作用 ,经常会发生冻结管破裂、透水淹井等事故。为了解决这类问题 ,依据经典力学的基本理论 ,通过对冻结管的受力分析 ,建立了冻结管的强度准则 ,找出了冻结管最可能发生断裂的理论位置 ,并举例说明了该理论的正确性和适用性 ,对工程设计及施工现场具有较大的指导意义     

冻结壁稳定性的冻结管曲率检验法

本文综合应用冻结壁蠕变规律模型试验及数值模拟结果,分析了冻结管变形规律和冻结壁位移规律的关系,研究了冻结管变形曲率的数学表达式.在此基础上,提出了冻结管安全性曲率检验法,并以曲率检验法的观点探讨了冻结壁设计和工程施工中的若干问题.     

冻土爆破施工冻结管的破坏准则

冻土爆破施工，既要提高施工速度，又要保证冻结管的安全。本文给出了冻结管的破坏准则即爆破震动破坏准则、强度准则和变形破坏准则，对冻结管安全性检验具有一定的参考作用     

深井冻结拔管机的研制

随着现代煤田立井井筒深度的加大,冻结回水管的高效回收越来越难,为提高回水管的再用率,降低成本,结合现场实践经验,开发研制了灵活、高效立井冻结拔管机,解决了多年来人工拔管时断管、低效的难题,促进了深井冻结技术的发展。     

X型与圆形冻结管单管冻结温度场数值对比分析

运用有限元软件分别建立X型冻结管和圆形冻结管单管数值模型,分析了 2种冻结管单管冻结40 d后冻土帷幕的基本状况,并设置3条观察路径,对比分析采用不同冻结管冻结各路径上观察点温度的变化规律,以此来比较2种冻结管冻结效果的优劣.实验结果表明:冻结40 d时,X型、圆形冻结管分别形成一个近似矩形、圆形的冻土帷幕;采用X型冻...     

多圈管冻结模型试验及水热耦合数学模型研究

根据相似理论推导出人工冻结温度场和水分场模型试验相似准则。以淮南某煤矿风井井筒工程条件为背景,进行了人工多圈管冻结模型试验,获得冻结壁形成过程中,温度场和水分场的变化规律;证实了温度梯度是引起人工正冻土中水分迁移的主要原因,推导了水热耦合控制微分方程。研究结果表明:位于冻结锋面处水分迁移最激烈;在冻结区内水分不发生迁移;冻结壁内部含水量为非均匀,靠近冻结管位置含水量增加,两圈冻结管之间水分迁移量最大,达到7%~10%;内圈冻结管和外圈冻结管含水量增加8%~12%。     

人工冻结中HDPE同轴管换热器的传热研究

为了研究人工冻结过程中HDPE同轴管换热器的传热性能,在建立同轴管换热器物理模型的基础上,选择V.C.Mei传热模型对其进行数值分析,并利用ANSYS fluent模块进行人工冻土中温度场变化情况的数值模拟;同时利用自行设计的人工模拟土体冻结试验装置和HDPE同轴管换热器,对长春地区的原位取样黏土进行236 h的人工冻结试验,得到地下温度场的变化规律,与模拟数据进行分析比较,表明理论分析与实验结果吻合度较好。研究结果表明:人工冻结236 h后,土体以下5,30和55 cm深度处,冻结圈分别扩展到170,200和208 mm,HDPE同轴管换热器传热效率满足土体冻结要求,可以适用于人工冻结土体。     

冻结管腐蚀对井壁附加力影响的数值分析

以实际矿井为研究背景,采用大型商业软件FLAC3D模拟了冻结管腐蚀对井壁附加力的影响,模拟结果显示,冻结管腐蚀所引起的附加力在底部含水层下部达到最大,在一定时间段内,该值随时间呈近似线性增加的关系.通过该值与底部含水层疏排水引起的竖直附加力的对比分析,冻结管腐蚀给井壁所带来的附加力不能忽视,底部含水层长期疏排水和冻结管腐蚀对井壁破裂均产生影响.     

环形单圈管冻结稳态温度场一般解析解

隧道联络通道和矿山竖井冻结法施工经常采用环形布置冻结管。对于环形布管冻结温度场的解,目前仅有冻结圈内完全冻实的单圈管冻结温度场解析解,但现实冻结工程中,内部通常是未冻实的。首先应用保角变换将环形单圈管冻结模型变换为易于求解的特殊的直线型排布的模型,再结合调和方程的边界条件可分离的性质,将问题分解为单排问题和线性温度场问题,最后完成单圈管冻结圈内未冻实的温度场解析解。热力学数值模拟计算对解析解的验证结果表明:在冻土帷幕充分交圈后,数值模拟结果和解析解结果基本一致,得到的解析解具有较高的精度。同时本文解析解也适用于冻结圈内完全冻实的温度场。     

多圈管冻结凿井冻结壁形成特性

采用数值分析方法,研究了2圈和3圈冻结管方案下冻结壁厚度及温度变化规律,着重分析了辅圈对冻结壁形成特性的影响。结果表明,冻结早期,3圈中辅圈能显著提高冻结壁厚度增长速率和降低冻结壁平均温度;辅圈对冻结壁最终厚度和平均温度影响较小;辅圈可加快井帮冻结,对井心温度影响较小。     

巴彦高勒风井冻结管断裂应急预案及处理新技术

在全深冻结井筒施工中,基岩段施工打锚杆或放炮掘进期间,由于冻结管偏斜等原因,极容易将冻结管打穿或炸裂,严重影响冻结工程的安全施工。尤其是地质条件复杂、井筒涌水量大的井筒,在井筒不具备抗水灾能力的条件下,需要延期冻结,通过巴彦高勒风井冻结管处理新技术实施,提高解决类似问题的能力,为冻结管穿过硐室施工具有借鉴意义。     

双排管冻结稳态温度场广义解析解

人工地层冻结法施工中,对于双排的布管形式,巴霍尔金给出了双排管冻结稳态温度场解析解.但巴霍尔金解析解只针对对齐和标准错位这两种情况,不能完全满足现实的要求.针对工程中的不规则布管问题,利用调和方程边界条件可分离性,通过叠加单排冻结巴霍尔金问题解和线性温度场问题解,获得了特殊单排冻结问题的解析解;借鉴特殊单排温度场问题,完成布管形式复杂的双排管冻结温度场问题的广义解析解,并利用ANSYS数值模拟和物理模型实验结果验证了解析解的正确性.     

冻结壁位移对冻结管断裂的影响

采用现场实测与数值模拟相结合的综合研究方法，对深部厚粘土层冻结凿井时冻结壁的位移和底鼓在时间上和空间上进行了全域性的研究，从而找出了冻结管断裂的主要原因。     

大流速渗透地层三管冻结稳态温度场解析解

本文采用“分段等效”的方法对水热耦合作用下三管冻结稳态温度场的冻结锋面进行简化,通过定义“调节系数”,利用势函数叠加原理推导了三管冻结温度场解析解。结合三管冻结大型物理模型试验,将解析解计算结果与试验结果进行比较。结果表明,解析解计算结果与试验结果较为吻合。当渗流速度由0 m/d增加至6 m/d时,渗流场的存在使得三管冻结温度场进入稳定阶段的时间延长了1000分钟,是无渗流速度时的1.57倍;同时,上游区域冻结锋面的扩展范围减小,下游区域的扩展范围增大,两侧区域的扩展范围基本相等。由解析解可以得出,渗流场使得上游/两侧/下游轴线上的平均温度由-9.15℃/-7.76℃/-9.10℃降低为-9.71℃/-10.02℃/-9.10℃,说明渗流场的存在对三管冻结稳态温度场分布规律影响较大,为大流速渗透地层人工冻结设计提供参考。     

中空圆环形冻结管单管冻结温度场数值分析

为了解不同几何尺寸的中空圆环形冻结管在使用相同盐水降温计划时(通入相同体积的盐水)经过40 d积极冻结后其温度场的发展规律,使用有限元软件进行数值分析,采用单因素法进行模拟,数值模型选取瞬态温度场模型,得到最终的温度场发展变化规律.主要结论:在使用相同体积盐水的情况下,中空冻结管的冻结面面积较大,因此冻结效果较实心冻结管好;对空心冻结管来说,不同进水及出水口厚度对中空管的冻结效果有一定的影响,-1℃和-10℃的等温线相比较,几何尺寸对-1℃等温线的影响更大,每减小5mm进水管厚度,-1℃等温线半径增大0.199 mm,-10℃等温线半径增大0.112 mm;以冻结管轴心为中心,半径1.32 m及更远处的冻结效果不明显.     

地下换热管冻胀变形实验研究

针对地下换热管0℃以下低温运行工况,开展土壤冻胀挤压换热管变形的实验研究.本实验以U型换热管为例,基于变温运行模式,应用冻结锋面追踪和应变测试手段,研究冻结区发展和管截面变形特性,以及换热管初始变形对其冻胀变形的影响.研究表明,土壤冻结区不均衡发展,发展速度逐渐降低;受其影响,管截面呈现椭圆化变形,变形程度随冻结区发展而不断增大,且增大速度逐渐降低;初始变形可使换热管在冻胀过程中变形程度增加.     

冻结管的(低温与室温下)物理力学性能测试

本文介绍了两淮地区常用的两种冻结管在低温与室温条件下的物理力学性能测试及其结果。根据测得的结果,分析了冻结管断裂的原因,提出了改进的意见。