淮南副井双圈管冻结壁温度场特征及其影响因素

本文主要探讨了双圈管冻结壁温度场的形成特性和影响因素，针对淮南某矿副井这一具体工程实例进行研究。该研究采用了FLAC3D软件进行数值模拟，通过分析冻结壁内的温度分布规律，揭示了双圈管结构对冻结过程中的关键影响。 首先，研究发现双圈管内部的土体温度相对较低，随着距离管道外侧的增加，温度逐渐升高。这反映了热量传递的从中心向边缘扩散的过程，因为管内盐水的冷却会导致周围土体温度下降。冻结孔的间距大小显著影响了冻结壁的温度变化：孔距越小，双圈管之间的交圈时间越早，这可能导致内外圈管之间形成封闭的未冻承压水仓，这对冻结壁的稳定性构成了挑战。在这种情况下，冻结锋面更倾向于向内侧快速推进，而非向外，从而影响冻结壁的均衡发展。 其次，冻结壁的平均温度与冻结时间呈现出对数关系的下降趋势。这意味着随着冻结时间的延长，尽管初期温度降低较快，但后期的降温速度会减缓。同时，冻结壁的有效厚度在内外圈管交圈后表现出显著的增长，且增长速度也与冻结时间成对数关系上升，说明随着冻结的深入，冻结壁的扩展效应更为明显。 在温度场的形态上，双圈管主面和界面的温度场曲线随冻结时间的变化有所不同。主面温度场变化接近马鞍形分布，而界面温度场则显示出更快的扩展速度，这可能反映出热量传递的不均匀性，尤其是在边界处。 最后，土体的初始温度、盐水温度以及土体的导热系数被证实对冻结壁平均温度有重大影响。较低的土体初始温度和盐水温度，以及较高的导热系数，都会导致冻结壁的平均温度降低，这在设计和施工时需要特别考虑。 这项研究提供了对于双圈管冻结壁温度场形成过程的深入理解，并为煤炭地下冻结工程的设计优化提供了重要的科学依据。通过理解和控制这些影响因素，可以提高冻结工程的效率和质量，降低潜在的风险。