蒙西弱富水性软岩井筒冻结温度场发展规律研究

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随着煤炭资源的持续开采和原有浅部煤炭资源的持续消耗,西部大开发把煤炭资源的开采推向蒙西深厚软岩地层,而冻结凿井法作为穿越含水层的主要特殊凿井工艺之一,针对软岩冻结温度场的理论研究还非常有限。本文针对这一问题,对蒙西软岩冻结温度场进行研究分析,通过工程实测和数值模拟得出蒙西弱富水软岩冻结温度场的规律。  本文以内蒙古西部鄂尔多斯市泊江海子煤矿副井冻结工程为背景,对白垩系下统志丹群和侏罗系中统直罗组的砾岩、含砾粗砂岩、粗粒砂岩、砂质泥岩进行研究。得出原始地温随深度的变化规律:y=1.85x+9.7,其中(γ)为温度,单位℃。x为深度,单位为100m。冷冻站因故停机时,岩层温度砾岩6~12天,含砾粗砂岩2~6天,粗砾砂岩4~6天,砂质泥岩2~6天后回升。含水率及地下水流动情况、冻结孔偏斜情况对岩体达到结冰温度历时及冻结壁交圈时间有较大影响,甚至可使其推迟20~29天。冻结壁向内侧的发展速度、岩体从原始地温降至零度温降速率、岩体导热系数由大到小依次为:砾岩>含砾粗砂岩>粗砾砂岩>砂质泥岩。稳态下岩体最低温度、岩体比热由小到大依次为:砾岩<含砾粗砂岩<粗粒砂岩<砂质泥岩。对含砾粗砂岩、在其他因素相近的情况下,冻结孔随机偏斜,每升高1℃冻结壁交圈时间约推迟10天。在相同的冻结孔间距时,采用正盐水循环,不考虑地下水流动影响,对矿物组成、产状、胶结情况、含水率相近的同种岩性,在正温范围内,埋深大的岩层温度下降较快。但整体温度高于埋深小的岩层。且同种岩性,冻土向内侧的发展速度随深度的增加明显减小。蒙西弱富水软岩结冰潜热小于东部黏土层。  本文通过对蒙西弱富水软岩冻结温度场的研究,得出蒙西弱富水软岩冻结温度场的规律,为蒙西地区弱富水软岩冻结工程的安全顺利实施提供了理论保证。
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