张集矿井基岩冻结法：温度场模拟与工程应用

人工冻结法在张集矿井基岩段的应用是现代地下工程中一种有效的防渗堵水技术。该研究由中国矿业大学力学与建筑工程学院的梅凤清和唐华共同完成，他们针对单县张集矿井特殊地质条件，特别是基岩段存在的三灰层大量涌水问题进行深入探讨。基岩段的复杂性意味着常规的涌水控制措施可能不足以确保安全和施工效率。 文章首先介绍了立井冻结技术，这是一种通过注入低温介质使地层冻结，形成冰晶，从而封堵裂隙，防止水分渗透的方法。在这个过程中，设计了长短管差异冻结法，其中长管深入到基岩的三灰层，发挥关键作用，确保冻结区域的完整性。这种方法旨在解决涌水量大且不稳定的问题，减少淹井风险。 梅凤清等人提出并研究了立井冻结温度场的概念，即冷冻介质在井筒中扩散和凝固形成的温度分布状态。他们详细探讨了如何通过精确计算和设计冻结温度场的参数，如冷冻剂类型、注入速率、温度梯度等，来优化冻结效果。这部分工作依赖于ANSYS等数值模拟软件，这是一种强大的工程计算工具，用于模拟和预测温度场的变化规律。 借助ANSYS软件，研究人员进行了实际工程案例的数值模拟，通过对冻结过程的细致模拟，他们能够预测和理解温度场随时间演化的行为，以及冻结深度和范围对涌水控制的影响。通过这些分析，他们得出了关于冻结法在张集矿井基岩段应用的有效性和适用性的关键结论。 这篇首发论文不仅提供了关于人工冻结法在复杂地质条件下应用的理论基础，还展示了如何通过数值模拟技术优化施工策略，以保障矿井建设的安全和效率。这对于理解和改进类似地质环境下的地下工程项目具有重要的参考价值。