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湖南工程学院Chen, Wei带着今年第1篇SCI来了!

论论资讯 | 2024-02-23 3热度

Rock Mechanics and Rock Engineering

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Temperature Field Distribution and Numerical Simulation of Improved Freezing Scheme for Shafts in Loose and Soft Stratum

Chen W.; Wan W.; He H.; Liao D.; Liu J.

Published:2024-01-01
DOI:10.1007/s00603-023-03710-8

研究背景

在现代社会中,矿山开采已成为一个非常重要的行业。然而,在进行矿井开采时,安全问题一直是困扰矿工和工程师的重要问题。尤其是在松软岩层中的垂直井筒开挖,由于周围岩石的渗透性,导致岩石的稳定性和井筒的安全性受到威胁。因此,如何在这种复杂的水文地质条件下安全地进行矿井开采是当前研究领域的一个重要问题。

研究内容

本文以山东省莱州市瑞海矿业集团公司主井筒为例,针对位于井筒冻结段的松散渗透性地层进行了研究。通过温度和水文钻孔进行现场测量和数据收集,包括卤水温度和地表下沉值。然后,使用有限元分析对冻结壁温度场的分布进行了数值模拟,并将结果与现场数据进行了比较和分析。使用扫描电子显微镜(SEM)在不同冻结方案下定性描述了冻结段内松软岩石的微观结构。基于冻结壁的形成,提出了一种新的松散渗透性地层内外圆竖井的冻结开挖施工方案。这涉及到实施“内外双圆冻结孔”的方案,并比较了改进前后温度场的冻结效果。结果表明,新的冻结方案可以加快井筒周围岩石的冻结速度,并将闭合所需的时间缩短了超过10天。在应用改进方案60天后,温度比原方案降低了4-5℃,冻结壁厚度约为4.8m,比之前显著增加。这些发现证明了在实现最低温度的同时增加内圆冻结孔的有效性,有助于随后的井筒开挖。该新方案对于在复杂水文地质区域中安全进行井筒开挖具有重要意义。

研究意义

本研究提出了一种新的冻结施工方案,可以加速井筒周围岩石的冻结速度,提高冻结壁的厚度,从而提高井筒的稳定性和安全性。这一方案的应用,对于在复杂水文地质区域中进行井筒开挖具有重要意义,可以为矿山开采提供更加安全、高效的技术支持。

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