[00387569]超深厚表土冻结设计及井筒安全施工监测监控技术研究

1.项目内容：该项目有四大内容，18个研究方向：①超深厚表土冻结壁设计技术研究；②大型冻结站设计和运行技术研究；③超深厚表土冻结壁形成与维护技术研究；④超深厚表土冻结信息化施工监测技术研究。特点：①提出了超深厚表土井筒冻结设计的新方法，使用临界压力确定冻结壁状态，充分考虑冻土流变特性的冻结壁计算方法，建立了群孔温度场的有限元计算模型，并应用多元回归的方法得到了冻结壁平均温度的计算公式，同时通过对工程实例的统计分析得到冻结孔布置圈径和冻结深度等的关系，形成了理论计算有限元分析和多元统计相结合的冻结壁设计方法；②提出并采用三圈孔冻结方式，采用大深度局部冻结技术；研究了盐水流量合理分配方式技术，提出冻结孔靶域施工方法；采用集成式的制冷技术和高效率的箱式变电站；形成了适合于超深厚表土井筒冻结施工的新方法；③通过信息化施工监测技术，及时提供冻结过程中的各种数据和资料，掌握了井筒冻结和制冷设备运转情况，检验了设计，指导了施工，提高了冻结效率，保障了施工安全。对于超深厚表土冻结壁的设计计算，国外采用施工监测、有限元计算和模拟试验相结合的方法进行研究，而有限元计算更得到相当的重视。中国没有超深厚表土冻结井的施工实例，因此课题组通过深入的理论研究，并结合有限元分析，得出冻结温度场和冻结壁厚度的计算方法，结合信息化施工监测技术，逐步得到超深厚表土冻结壁设计方法并在工程中得到了很好的应用。以上成果已经在山东巨野矿区超深厚表土的龙固副井、赵楼主副风井、郭屯副井及淮南矿区顾北副井和焦作矿区赵固副井的设计得到应用，对超深厚表土冻结技术具有开创性的意义。2.创新点：独立完成国内第一个冻结深度超过600m的超深厚表土冻结井，冻结深度为702m的郭屯副井在开挖中。(1)提出理论计算、有限元分析和多元统计相结合的冻结壁设计方法。(2)提出三圈孔冻结方案。(3)采用大深度局部冻结技术。(4)提出冻结孔靶域施工方法。(5)采用信息化施工技术指导施工形成了一整套具有自主知识产权的超深厚表土设计、施工和运行的方法。该课题研究形成了一整套具有自主知识产权的超深厚表土设计、施工、运行及信息化施工检测的方法，成功应用于新矿集团龙固副井等超深厚表土冻结的设计、施工。对超深厚表土冻结技术具有开创性的意义。