大断面斜井底部冻结段温度场三维模拟分析

"大断面斜井底部冻结段温度场模拟研究" 在煤炭开采过程中，斜井的建设是至关重要的环节，尤其是对于大断面斜井，其安全性和稳定性更是关系到整个矿山的生产效率和人员安全。本文针对这一问题，以霍州煤电庞庞塔矿主斜井的冻结施工为具体实例，进行了深入的理论研究和数值模拟。冻结施工是一种在井筒开挖前通过注入冷媒来冻结周围地层，形成稳定冻土壁的技术，以防止地下水涌入井筒，确保施工安全。 研究采用了ANSYS有限元分析软件，这是一种广泛应用于工程领域，特别是热力学和结构分析的强大工具。通过建立斜井底部温度场的三维模型，可以精确预测和控制冻结过程中的温度变化，从而优化冻结设计和施工方案。模型考虑了各种参数的影响，如冷媒类型、注入速率、地层热流特性等，以期得到更符合实际工况的结果。 研究结果显示，底部冻结温度场呈现出明显的时空不均匀性。在时间维度上，随着冻结过程的进行，不同位置的冻结壁厚度和平均温度会随时间发生变化，这主要是由于冷冻剂的持续注入和地层热流的相互作用。在空间维度上，由于地层地质条件的差异，冻结壁的厚度和温度在垂直方向上也表现出不一致性。特别地，由于下部地层的热流影响，冻结壁向下发展的速度相对较慢，这需要在设计时充分考虑，以保证冻结壁的完整性和稳定性。 此外，论文还指出，冻结段的温度场分布对冻结壁的形成速度、强度以及冻结时间有直接影响，这些因素进一步影响到斜井的安全开挖和施工进度。因此，准确模拟和理解温度场的发展规律对于优化冻结工艺、减少施工成本、缩短工期和保障矿山安全具有重要意义。 关键词：斜井；冻结；温度场分布；数值模拟 这项研究不仅提供了对大断面斜井冻结施工的理论支持，也为同类工程提供了可借鉴的方法和技术。通过深入探讨冻结温度场的动态特性，可以为未来类似工程提供更科学的决策依据，促进我国煤炭工业的可持续发展。同时，该研究也展示了数值模拟技术在解决复杂工程问题中的应用价值，为其他领域的类似问题研究提供了参考。