深凍結(jié)井凍融規(guī)律與井壁注漿優(yōu)化

1、匯報(bào)人匯報(bào)人 ：張瑞張瑞 博士生博士生安徽理工大學(xué)凍土研究所安徽理工大學(xué)凍土研究所2011 年年 10 月月 24 日日深凍結(jié)井凍融規(guī)律與深凍結(jié)井凍融規(guī)律與井壁注漿優(yōu)化設(shè)計(jì)井壁注漿優(yōu)化設(shè)計(jì)Anhui University of Science and Technology1緒論緒論 目前，我國凍結(jié)法鑿井的理論與技術(shù)，較為成熟的凍結(jié)深度在目前，我國凍結(jié)法鑿井的理論與技術(shù)，較為成熟的凍結(jié)深度在450m以內(nèi)。當(dāng)凍結(jié)深度超過以內(nèi)。當(dāng)凍結(jié)深度超過450m時(shí)，凍結(jié)法至少存在了三個(gè)時(shí)，凍結(jié)法至少存在了三個(gè)問題：問題：（1）凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)無規(guī)范可依。）凍結(jié)壁的設(shè)計(jì)無規(guī)范可依。（2）對(duì)深表土地層多圈管凍結(jié)下凍結(jié)壁

2、的形成特性及其力學(xué)）對(duì)深表土地層多圈管凍結(jié)下凍結(jié)壁的形成特性及其力學(xué) 特性的認(rèn)識(shí)尚不充分。確保凍結(jié)壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，首先特性的認(rèn)識(shí)尚不充分。確保凍結(jié)壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，首先 需要掌握凍結(jié)壁的形成及其發(fā)展性狀、掌握凍結(jié)壁材料的需要掌握凍結(jié)壁的形成及其發(fā)展性狀、掌握凍結(jié)壁材料的 力學(xué)特性及其本構(gòu)模型等。力學(xué)特性及其本構(gòu)模型等。（3）凍結(jié)融化后、壁后注漿時(shí)機(jī)的確定和參數(shù)選取。）凍結(jié)融化后、壁后注漿時(shí)機(jī)的確定和參數(shù)選取。Anhui University of Science and Technology凍結(jié)壁設(shè)計(jì)是凍結(jié)法鑿井的核心，關(guān)系到工程的成敗與經(jīng)凍結(jié)壁設(shè)計(jì)是凍結(jié)法鑿井的核心，關(guān)系到工程的成敗與經(jīng)濟(jì)

3、成本，全面掌握多圈管凍結(jié)壁凍融規(guī)律，對(duì)凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)濟(jì)成本，全面掌握多圈管凍結(jié)壁凍融規(guī)律，對(duì)凍結(jié)法鑿井設(shè)計(jì)和井壁注漿提供科學(xué)指導(dǎo)。和井壁注漿提供科學(xué)指導(dǎo)。目標(biāo)：通過相似模型試驗(yàn)、實(shí)測(cè)和理論分析，掌握多圈管目標(biāo)：通過相似模型試驗(yàn)、實(shí)測(cè)和理論分析，掌握多圈管凍融和凍結(jié)壁在三場耦合作用下的形成特性，并在此條件下分凍融和凍結(jié)壁在三場耦合作用下的形成特性，并在此條件下分析、計(jì)算深井凍結(jié)壁的力學(xué)特性和確定壁后注漿參數(shù)。析、計(jì)算深井凍結(jié)壁的力學(xué)特性和確定壁后注漿參數(shù)。 1緒論緒論Anhui University of Science and Technology一、研究方案及內(nèi)容一、研究方案及內(nèi)容1.1試驗(yàn)

4、研究試驗(yàn)研究 深部凍土物理、力學(xué)性能試驗(yàn)；多圈管凍結(jié)壁形成模型模型試驗(yàn)。深部凍土物理、力學(xué)性能試驗(yàn)；多圈管凍結(jié)壁形成模型模型試驗(yàn)。1.2現(xiàn)場實(shí)測(cè)研究現(xiàn)場實(shí)測(cè)研究 凍融溫度場的發(fā)展規(guī)律、凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹應(yīng)力和位移的變化。凍融溫度場的發(fā)展規(guī)律、凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹應(yīng)力和位移的變化。1.3理論研究理論研究 推導(dǎo)人工凍土本構(gòu)模型、凍土導(dǎo)熱系數(shù)反演、根據(jù)模型試驗(yàn)提出水推導(dǎo)人工凍土本構(gòu)模型、凍土導(dǎo)熱系數(shù)反演、根據(jù)模型試驗(yàn)提出水熱力耦合計(jì)算模型；綜合模型試驗(yàn)、實(shí)測(cè)結(jié)果和數(shù)值模擬，提出井熱力耦合計(jì)算模型；綜合模型試驗(yàn)、實(shí)測(cè)結(jié)果和數(shù)值模擬，提出井壁合理注漿時(shí)機(jī)。壁合理注漿時(shí)機(jī)。1緒論緒論Anhui University

5、 of Science and Technology課題研究內(nèi)容及技術(shù)路線課題研究內(nèi)容及技術(shù)路線二、技術(shù)路線二、技術(shù)路線1緒論緒論Anhui University of Science and Technology 通過相似準(zhǔn)則的推導(dǎo)，可以得出凍結(jié)壁模型試驗(yàn)和原型的相通過相似準(zhǔn)則的推導(dǎo)，可以得出凍結(jié)壁模型試驗(yàn)和原型的相似關(guān)系。似關(guān)系。序號(hào)序號(hào)物理量物理量相似比（相似比（n n）1 1內(nèi)摩擦角、空隙比、泊松比、凍結(jié)溫度、含水內(nèi)摩擦角、空隙比、泊松比、凍結(jié)溫度、含水量量1 12 2應(yīng)力、位移、彈性模量應(yīng)力、位移、彈性模量1:n1:n3 3凍結(jié)時(shí)間縮比凍結(jié)時(shí)間縮比1:n1:n2 24 4凍土擴(kuò)展速度

6、凍土擴(kuò)展速度1:n1:n2 22.1相似準(zhǔn)則相似準(zhǔn)則2 凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology 2.2.1模型設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)采用三種凍結(jié)方案采用三種凍結(jié)方案, 模擬凍結(jié)壁形成和融化過程的水熱力耦合過程。模擬凍結(jié)壁形成和融化過程的水熱力耦合過程。項(xiàng)項(xiàng) 目目模型模型1模型模型2模型模型3外圈孔外圈孔/m2.672.572.50中圈孔中圈孔/m2.001.861.76內(nèi)圈孔內(nèi)圈孔/m1.501.301.30外圈孔間距外圈孔間距/m0.2660.2420.226中圈孔間距中圈孔間距/m0.1840.1720.162內(nèi)圈孔間距

7、內(nèi)圈孔間距/m0.3660.3420.326凍結(jié)管規(guī)格凍結(jié)管規(guī)格/mm107鹽水溫度鹽水溫度/-322.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)2 凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology 2.2.22.2.2元件布置元件布置12345691#2#3#4#5#6#溫度監(jiān)測(cè)線小壓力盒272#204#271#293#大壓力盒6002603301#6#1#2#6#4#5#3#模 型 1模 型 2模 型 31234569溫度監(jiān)測(cè)線6002603301#6#模 型 1模 型 2模 型 35#4#3#2#水份儀北北464748495051525354

8、373839404142434445282930313233343536101112131415161718192021222324252627600240260600150250第一水平元件布置示意圖(50cm)第二水平元件布置示意圖(85cm)2#3#4#5#10111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535460024026060015025087782.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science

9、 and Technology 2.2.3 模型試驗(yàn)系統(tǒng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)模型試驗(yàn)臺(tái)模型試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology 壓力盒埋設(shè)壓力盒埋設(shè)水分傳感器埋設(shè)水分傳感器埋設(shè)溫溫度度感感器器埋埋設(shè)設(shè)2.2.3 模型試驗(yàn)系統(tǒng)模型試驗(yàn)系統(tǒng)2多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型試驗(yàn)研究多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型試驗(yàn)研究 2.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)Anhui University of Science and Technology 2.2.4 模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)2多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型

10、試驗(yàn)研究多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型試驗(yàn)研究 2.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)凍結(jié)過程凍結(jié)過程融化過程融化過程Anhui University of Science and Technology 2.2.4 模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)2多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型試驗(yàn)研究多圈管凍結(jié)壁形成及融化模型試驗(yàn)研究 2.2模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)水化熱模擬水化熱模擬 Anhui University of Science and Technology 2.3.1模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-測(cè)點(diǎn)凍融溫度測(cè)點(diǎn)凍融溫度 0255075100125150175200225250275300-25-20-15-10-5051015溫度/時(shí)間/h

11、CDW1 CDW2 CDW30停機(jī)時(shí)間：108h0255075100125150175200225250275300-25-20-15-10-5051015溫度/時(shí)間/h CDW4 CDW5 CDW60停機(jī)時(shí)間：108h凍融過程溫度隨時(shí)間變化凍融過程溫度隨時(shí)間變化2.3模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology 2.3.2模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-凍脹力分布凍脹力分布 凍融過程凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力隨時(shí)間分布凍融過程凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力隨時(shí)間分布02550751001251501752002252502

12、75300-25-20-15-10-5051015202530時(shí)間/h 溫度曲線 1#凍結(jié)壓力曲線時(shí)間/h溫度/0.000.020.040.060.080.100.120.14凍結(jié)壓力/MPa002550751001251501752002252502753000.00.10.20.30.40.50.6 溫度/時(shí)間/h 1# 2# 3# 4# 5# 6#2.3模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology 2.3.2模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-凍結(jié)壓力分布凍結(jié)壓力分布 凍結(jié)壓力沿徑向隨時(shí)間分布凍結(jié)壓

13、力沿徑向隨時(shí)間分布02550751001251501752002252502753000.000.050.100.150.200.250.300.35凍結(jié)壓力MPa時(shí)間/h 204#壓力盒 271#壓力盒 272#壓力盒 293#壓力盒020406080100120140-30-25-20-15-10-505101520距離/cm 溫度曲線 50h凍結(jié)壓力曲線距離/cm溫度/0.00.10.20.30.40.5凍結(jié)壓力/MPa0作用在井壁上的凍結(jié)壓力隨時(shí)間分布作用在井壁上的凍結(jié)壓力隨時(shí)間分布2.3模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of

14、 Science and Technology 2.3.3模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-水分遷移分布水分遷移分布 測(cè)點(diǎn)含水量隨時(shí)間分布測(cè)點(diǎn)含水量隨時(shí)間分布02040608010012014032343638 1#含水量曲線 溫度曲線時(shí)間/h含水量/%-25-20-15-10-505101520253035溫度/020406080100120140323436384042 2#含水量曲線 溫度曲線時(shí)間/h含水量/%-25-20-15-10-505101520253035溫度/2.3模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science an

15、d Technology 2.4.1模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-凍結(jié)壁參數(shù)凍結(jié)壁參數(shù) 參參 數(shù)數(shù)模型一模型一模型二模型二模型三模型三相似比相似比678交圈時(shí)間（交圈時(shí)間（h）252322凍結(jié)壁厚度（凍結(jié)壁厚度（m）0.750.790.83凍結(jié)壁平均溫度（凍結(jié)壁平均溫度（）-13.0-13.8-15.2凍結(jié)時(shí)間（凍結(jié)時(shí)間（h）108108108融化時(shí)間（融化時(shí)間（h）180192210地層初始溫度（地層初始溫度（）8.58.58.5融凍時(shí)間比融凍時(shí)間比1.671.771.942.4模型試驗(yàn)結(jié)果分析模型試驗(yàn)結(jié)果分析2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Scien

16、ce and Technology 2.4.2模型試驗(yàn)結(jié)果模型試驗(yàn)結(jié)果-融凍時(shí)間與凍結(jié)壁平均溫度的關(guān)系融凍時(shí)間與凍結(jié)壁平均溫度的關(guān)系 203040501.651.701.751.801.851.901.95 模型試驗(yàn) 擬合曲線K=1.44393-0.01115(T+T0)dn)融化與凍結(jié)時(shí)間比值凍結(jié)壁平均溫度和厚度的乘積2.4模型試驗(yàn)結(jié)果分析模型試驗(yàn)結(jié)果分析2凍融模型試驗(yàn)研究凍融模型試驗(yàn)研究 Anhui University of Science and Technology3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)l 實(shí)測(cè)內(nèi)容：凍結(jié)溫度場、凍結(jié)應(yīng)力場、孔隙水壓力、實(shí)測(cè)內(nèi)容：凍結(jié)溫度場、凍結(jié)應(yīng)力場

17、、孔隙水壓力、井幫溫度、外層井壁凍結(jié)壓力、凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫井幫溫度、外層井壁凍結(jié)壓力、凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫度等。度等。Anhui University of Science and Technology測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)布置凍融溫度與井壁內(nèi)外荷載實(shí)測(cè)方案凍融溫度與井壁內(nèi)外荷載實(shí)測(cè)方案3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science and Technology測(cè)試元件測(cè)試元件 凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力、孔隙水壓力、凍結(jié)壓力實(shí)測(cè)凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力、孔隙水壓力、凍結(jié)壓力實(shí)測(cè)3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science an

18、d Technology 鋼筋計(jì)及現(xiàn)場安裝圖鋼筋計(jì)及現(xiàn)場安裝圖 3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science and Technology凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力與孔隙水壓力測(cè)試結(jié)果凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力與孔隙水壓力測(cè)試結(jié)果 0501001502002503003504004505005500.00.81.62.43.24.04.85.6開挖至測(cè)試層位/160天壓力（MPa）時(shí)間（天數(shù)） T3孔 SP0702 SP0704 SP0724 SP0720停機(jī)時(shí)間/223天 凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力隨時(shí)間凍結(jié)壁內(nèi)部凍脹力隨時(shí)間變化曲線變化曲線3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)

19、場實(shí)測(cè)凍結(jié)壁內(nèi)部孔隙水壓力隨時(shí)凍結(jié)壁內(nèi)部孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線間變化曲線040801201602002402803203604004404805200.81.62.43.24.04.85.66.4開挖至測(cè)試層位/160天孔隙壓力（MPa）時(shí)間（天數(shù)） 孔隙水壓力 VPI8004（T2孔） VPI8000（T3孔）停機(jī)時(shí)間223天Anhui University of Science and Technology凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫度結(jié)果凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫度結(jié)果 凍結(jié)壁內(nèi)部溫度變化曲線凍結(jié)壁內(nèi)部溫度變化曲線 井壁內(nèi)部溫度變化曲線井壁內(nèi)部溫度變化曲線 0306090120150180210-12-

20、8-404812162009-7-213#:8.92#:7.91#:4.42#3#1#溫度/時(shí)間/d 1#距離井幫500mm 2#距離井幫250mm 3#距離井幫0mm停機(jī)時(shí)間（2009-3-13）井幫凍結(jié)壁-255m水平（細(xì)砂）東側(cè)凍結(jié)壁內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)01020304050607001530456075測(cè)試線破壞無后期數(shù)據(jù)溫度/時(shí)間/d 9#測(cè)點(diǎn) 10#測(cè)點(diǎn)（溫度測(cè)點(diǎn)均布置在井壁外邊緣）-255m水平（細(xì)砂）南側(cè)井壁內(nèi)部溫度3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science and Technology凍結(jié)壓力、鋼筋應(yīng)力分布凍結(jié)壓力、鋼筋應(yīng)力分布

21、凍結(jié)壓力隨時(shí)間變化曲線凍結(jié)壓力隨時(shí)間變化曲線 凍結(jié)井壁鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線凍結(jié)井壁鋼筋應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線 0306090120150180210-3036912應(yīng)力/MPa時(shí)間/d-296m水平（粘土）凍結(jié)壓力圖東北側(cè)東南側(cè)西北側(cè)西北偏西側(cè)西南偏西側(cè)0306090120150180210-40-20020406080100120停機(jī)時(shí)間2009-3-13 東南-295米水平（粘土）鋼筋計(jì)（豎筋）應(yīng)力實(shí)測(cè)曲線西北西南東北應(yīng)力/MPa測(cè)試時(shí)間/d截止至2009-7-21 201天3 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science and Technolo

22、gy凍融溫度分布凍融溫度分布 凍融溫度隨時(shí)間的變化曲線凍融溫度隨時(shí)間的變化曲線050100150200250300350400-25-20-15-10-50510152025T4T3T2T1測(cè)溫孔溫度/時(shí)間/d停機(jī)時(shí)間/d箕斗井-80m粘土層凍結(jié)溫度曲線截止時(shí)間/d（2009-8-4）050100150200250300350400-25-20-15-10-50510152025T3T2測(cè)溫孔溫度/時(shí)間/d停機(jī)時(shí)間/d箕斗井-283m細(xì)砂層凍結(jié)溫度曲線截止時(shí)間/d（2009-8-4）T13 3凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)凍融過程現(xiàn)場實(shí)測(cè)Anhui University of Science and Tec

23、hnology 4凍土導(dǎo)熱系數(shù)反演凍土導(dǎo)熱系數(shù)反演-16-14-12-10-8-6-4-2021.651.701.751.801.851.901.952.00導(dǎo)熱系數(shù)/W/(mK)溫度/ D01 D02 D03 D04 D05 D06 D07 D08 D09 D10 D11 D12 D13 D14導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系圖圖6.5 凍土導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系凍土導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系baT 用線性函數(shù)擬合：用線性函數(shù)擬合：一般對(duì)于砂土：一般對(duì)于砂土：a=0.19-0.22b=1.68-1.75一般對(duì)于粘土：一般對(duì)于粘土：a=0.18-0.20b=1.65-1.72Anhui University of

24、 Science and Technology 水份場分布規(guī)律水份場分布規(guī)律5凍融多物理場耦合研究凍融多物理場耦合研究0255075100125150175200225250275300-25-20-15-10-5051015溫度/時(shí)間/h CDW48數(shù)值模擬 CDW48模型試驗(yàn) 0停機(jī)時(shí)間：108h05101520253035404550303234363840含水量/時(shí)間/h21曲線1：數(shù)值模擬曲線2：模型試驗(yàn)凍融溫度場分布規(guī)律凍融溫度場分布規(guī)律Anhui University of Science and Technology 凍結(jié)壓力分布規(guī)律凍結(jié)壓力分布規(guī)律5凍融多物理場耦合研究凍融多

25、物理場耦合研究010203040500.00.10.20.30.4凍結(jié)壓力/MPa時(shí)間h 模型實(shí)測(cè)值 數(shù)值模擬值050100150200250300350400450500550600-30-25-20-15-10-5051015202530C3孔C2孔溫度/時(shí)間/dC4孔凍融溫度場分布規(guī)律凍融溫度場分布規(guī)律Anhui University of Science and Technology 6凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)礦井礦井名稱名稱井筒井筒名稱名稱井筒井筒直徑直徑（m）凍結(jié)凍結(jié)壁厚度壁厚度（m）交圈交圈時(shí)間時(shí)間（d）凍結(jié)凍結(jié)總工期總工期（d）注漿距注漿距停機(jī)時(shí)間停

26、機(jī)時(shí)間（d）注漿距停注漿距停機(jī)機(jī)時(shí)間時(shí)間/凍結(jié)時(shí)間凍結(jié)時(shí)間注漿效果注漿效果顧顧橋橋礦礦南南區(qū)區(qū)進(jìn)進(jìn)風(fēng)風(fēng)井井8.66.4652232130.96注漿前注漿前46方方/h水，注漿后水，注漿后24方方/h水，效果水，效果不佳。不佳。回回風(fēng)風(fēng)井井7.24.3532142060.96注漿前注漿前2方方/h左左右水，注漿后右水，注漿后1方方/h水左右。水左右。謝謝橋橋礦礦改改擴(kuò)擴(kuò)建建工工程程中中央央風(fēng)風(fēng)井井7.55.1511973191.62井筒到底注漿井筒到底注漿，注漿前，注漿前3.7方方水水/h，注漿后，注漿后1.7方方/h。二二副副井井8.25.3801862831.52井筒到底注漿井筒到底注漿，注

27、漿前，注漿前1.8方方水水/h，注漿后，注漿后0.5方方/h。Anhui University of Science and Technology 6凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)礦井礦井名稱名稱井井筒筒名名稱稱井筒井筒直徑直徑（m）凍結(jié)凍結(jié)壁厚度壁厚度（m）交圈交圈時(shí)間時(shí)間（d）凍結(jié)凍結(jié)總工期總工期（d）注漿距注漿距停機(jī)時(shí)停機(jī)時(shí)間間（d）注漿距停注漿距停機(jī)機(jī)時(shí)間時(shí)間/凍結(jié)時(shí)間凍結(jié)時(shí)間注漿效果注漿效果箕箕斗斗井井7.66.1502361340.57井筒施工至井筒施工至680m水平注漿，注漿水平注漿，注漿前前1方水方水/h左右，注漿后左右，注漿后0.3方方/h。潘潘一一東東

28、區(qū)區(qū)主主井井7.63.8421733021.75井筒到底后注漿，注漿前井筒到底后注漿，注漿前46方方水水/h，注漿后，注漿后1方方/h左右。左右。副副井井8.64.1651852841.54井筒到底后注漿，注漿前井筒到底后注漿，注漿前3.6方水方水/h，注漿后，注漿后0.8方方/h左右。左右。風(fēng)風(fēng)井井8.04.3681391641.18井筒施工至井筒施工至791m處注漿，注漿前處注漿，注漿前9.1方水方水/h，注漿后，注漿后0.2方方/h。Anhui University of Science and Technology 6凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)凍結(jié)井壁注漿參數(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)可以看出可以看出

29、（1）凍結(jié)壁的融化周期直接關(guān)系到井筒壁間注漿效果。）凍結(jié)壁的融化周期直接關(guān)系到井筒壁間注漿效果。（2）合理的壁間注漿時(shí)機(jī)應(yīng)該是在凍結(jié)壁即將進(jìn)入融化階段。）合理的壁間注漿時(shí)機(jī)應(yīng)該是在凍結(jié)壁即將進(jìn)入融化階段。 （3）融凍時(shí)間比：與凍結(jié)深度、井筒直徑、凍結(jié)壁厚度成正）融凍時(shí)間比：與凍結(jié)深度、井筒直徑、凍結(jié)壁厚度成正比。比。 Anhui University of Science and Technology 7主要結(jié)論主要結(jié)論 通過模型實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬全面揭示了深凍結(jié)井多圈管水熱力耦通過模型實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬全面揭示了深凍結(jié)井多圈管水熱力耦合規(guī)律。合規(guī)律。凍融溫度場溫度場發(fā)展規(guī)律凍融溫

30、度場溫度場發(fā)展規(guī)律凍結(jié)溫度場變化規(guī)律：經(jīng)歷三個(gè)階段，分別為：積極凍結(jié)期的溫度快凍結(jié)溫度場變化規(guī)律：經(jīng)歷三個(gè)階段，分別為：積極凍結(jié)期的溫度快速下降階段；消極凍結(jié)期的溫度緩慢平穩(wěn)下降階段；停機(jī)后的溫度緩速下降階段；消極凍結(jié)期的溫度緩慢平穩(wěn)下降階段；停機(jī)后的溫度緩慢回升階段。慢回升階段。凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫度相互規(guī)律：混凝土水化熱發(fā)生時(shí)的凍結(jié)壁局部凍結(jié)壁與井壁內(nèi)部溫度相互規(guī)律：混凝土水化熱發(fā)生時(shí)的凍結(jié)壁局部升溫和井壁溫度急劇升高、水化熱后的凍結(jié)壁和井壁回凍、停機(jī)后的升溫和井壁溫度急劇升高、水化熱后的凍結(jié)壁和井壁回凍、停機(jī)后的凍結(jié)壁和井壁回溫。凍結(jié)壁和井壁回溫。融凍時(shí)間比：融凍時(shí)間比： 凍結(jié)壁的凍結(jié)和融

31、化時(shí)間比值可以用一次函數(shù)來擬合，該值介于凍結(jié)壁的凍結(jié)和融化時(shí)間比值可以用一次函數(shù)來擬合，該值介于1.6-2.0之間，且與環(huán)境溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)壁厚度和平均溫度有關(guān)。之間，且與環(huán)境溫度、土層性質(zhì)、凍結(jié)壁厚度和平均溫度有關(guān)。對(duì)于砂土，融化時(shí)間是凍結(jié)時(shí)間的對(duì)于砂土，融化時(shí)間是凍結(jié)時(shí)間的1.3-1.7倍之間，而對(duì)于粘土處于倍之間，而對(duì)于粘土處于1.6-2.0之間。融凍時(shí)間與凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)深度、井筒直徑成正比關(guān)系。之間。融凍時(shí)間與凍結(jié)壁厚度、凍結(jié)深度、井筒直徑成正比關(guān)系。導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)與負(fù)溫的關(guān)系可以采用一次函數(shù)來擬合，相關(guān)系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)與負(fù)溫的關(guān)系可以采用一次函數(shù)來擬合，相關(guān)系數(shù)0.98以上以上Anhui University of Science and Technology7主要結(jié)論主要結(jié)論水份場分布規(guī)律水份場分布規(guī)律 對(duì)于三圈管凍結(jié)，內(nèi)圈凍結(jié)管以內(nèi)和外圈凍結(jié)管以外區(qū)域，土體的含水量對(duì)于三圈管凍結(jié)，內(nèi)圈凍結(jié)管以內(nèi)和外