煤炭工程

作者：荣隽锋,王　彬,梁沈伟

单位：1. 新南威尔士大学 土木工程学院, 澳大利亚 悉尼 20522. 安徽理工大学 矿山地下工程教育部工程研究中心, 安徽 淮南 232001

关键词：人工地层冻结法,斜井,明挖段,冻结温度场,三维数值模型,

为解决冻结斜井明挖段施工过程中, 斜井冻结温度场难以准确预测导致开挖时间及速度无法确定的工程难题, 以升富煤矿冻结斜井明挖段为研究对象, 基于实测地层特性及冻结孔布置参数, 采用COMSOL Multiphysics 有限元软件, 构建三维冻结温度场数值计算模型, 对冻结斜井明挖段施工期间温度场的时空演化规律进行数值计算预测分析。计算结果表明: 在相同冻结时间条件下, 细砂层冻结壁平均温度比中砂层低0.28~2.39 ℃, 细砂层冻结壁有效厚度比中砂层厚0.36~0.59 m。在持续冻结88d后, 明挖段冻结壁平均温度低于-12℃, 且不同层位的侧帮冻结壁厚度均能达到4m 以上, 底板处的冻结壁厚度均达到5m以上, 满足设计开挖需求。在开挖期间, 井帮位置暴露的土体存在“热流侵蚀” 现象, 但在快速开挖施工的条件下, 冻结壁的有效厚度并未减小且冻结壁平均温度仍处于-10℃以下, 因此开挖过程中不会发生大范围的冻结壁“软化” 现象。基于预测结果, 制定了现场开挖方案, 由现场实测数据可知, 在开挖过程中测点及井帮温度出现轻微波动, 但整体温度发展趋势较为稳定, 表明施工期间冻结壁是安全稳定的。研究成果可为斜井冻结法凿井的安全施工及优化设计提供参考。

来源：2024年第8期

《煤炭工程》期刊编辑部

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