漳州汤洋地下水循环对围岩温度场的影响及水热系统成因分析

不同的地下水循环方式对围岩温度场的影响不同。在分析地下水深循环过程对周边岩石温度场影响的同时,采用同位素和地球化学温标方法对漳州汤洋地下水循环深度及补给来源进行分析,从而得出该区水热系统的成因。

地下水循环对围岩温度场的影响及地热资源形成分析——以平顶山矿区为例

地下水循环方式的不同对围岩温度场产生的影响有很大差异。当低温地下水向下运动时 ,将引起围岩温度降低 ,出现低温异常 ,从而阻碍地热资源的形成 ;当深循环的地下水在循环过程中被岩温加热 ,并在一定地质条件下向上循环时 ,将引起流经围岩的局部温度升高 ,在浅部形成局部地热异常 ,进而促进地热资源的形成。因此 ,地下水循环对围岩温度场的影响在一定程度上决定着地热资源的形成。本文在研究地下水循环对围岩温度场的影响基础上 ,利用地球化学地热温标和同位素方法对平顶山矿区地热资源的形成进行了分析 ,预测了该区地温场温度分布。

高温矿井主动隔热巷道围岩温度场分布规律研究

为研究矿井巷道隔热层对围岩温度场的影响,根据能量守恒定律和围岩散热的特点,建立了复合介质中的一维非稳态导热控制方程,编制了模拟主动隔热巷道围岩温度场的计算机程序,解算得出隔热层对围岩温度场分布规律的影响。研究结果表明:隔热层通过改变围岩内部的温度梯度来减缓围岩向风流的散热;有隔热层时壁面温度明显降低,围岩温度分布整体呈现出壁面温度低、内部温度高的特征;围岩调热圈半径和散热量与通风时间呈正幂指数关系;随着隔热层厚度的增加,巷道壁面温度和围岩散热量分别呈指数和幂指数关系减小;构建隔热层减少的围岩散热量与隔热层的导热系数呈负幂指数关系;研究加深了对巷道隔热机理的认识,对现场应用有一定的指导作用。

煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.

围岩温度场及调热圈半径的半显式差分法解算

为了提高围岩温度场解算及调热圈半径确定的精确度,建立了解算巷道围岩温度场分布、调热圈半径的数学模型及优于一般差分格式的解算围岩温度场的异步长半显式差分格式,编制了解算围岩温度场分布及调热圈半径的计算机程序,解算出了围岩温度分布规律,并将实测数据与解算结果进行了对比;结果表明,解算结果与实测值有较高的吻合度,利用半显式差分法格式可以得到高精度的解算结果。

掘进工作面围岩温度场的无因次分析

为科学预测高温掘进工作面气候条件,制定合理降温措施,需对工作面围岩温度场进行研究.根据掘进工作面不断移动的特点,建立动坐标下的围岩温度场数学模型,并实现无因次化;利用有限体积法对模型进行离散,并编制解算程序.以无因次长度为25的掘进工作面为例,解算得到毕渥数Bi和贝克莱数Pe均为1时其围岩无因次温度分布,以及不同条件下迎头周边巷道的不稳定换热准数分布;通过大量计算,得到不同毕渥数时不稳定换热准数随贝克莱数增大的变化曲线.研究结果表明:不稳定换热准数随毕渥数、贝克莱数的增大而增大.通过查图即可确定围岩与风流间的不稳定换热准数,从而为工作面的风温预测和需冷量计算提供基础参数.

多年冻土区隧道施工过程中围岩温度场研究

随着青藏铁路建设工作的开展,寒区冻土工程日益受到重视。本文结合青藏铁路沿线多年冻土的主要特点,利用Ansys5.7大型有限元计算程序,对多年冻土区昆仑山隧道施工过程中地温场进行了模拟计算,分析了高原冻土隧道施工过程中围岩温度场的变化规律,并据此对多年冻土区隧道施工过程中的有关问题进行讨论,所得成果可供相应工程借鉴。

基于毛细管传热模型对地铁隧道围岩温度场的预测分析

利用毛细管地源热泵系统可以改善地铁运行过程中产热量对隧道围岩温度场和地铁热环境的影响,同时实现在冬季和夏季分别为地上建筑供热和供冷.通过数学传热模型,分别针对毛细管地源热泵系统不运行和运行的情况,对地铁隧道围岩温度场变化进行了预测分析,从而得到:地铁列车运行10 a后,隧道壁面处、5、15、25 m深处温度依次升高6.92、5.20、2.90、1.70℃,隧道围岩热堆积现象明显;系统运行10 a,夏季每天运行12 h,冬季每天运行时间从10 h增加到14 h,则地铁隧道壁面处温降值从0.68℃增加到0.97℃,距壁面深25 m处温降值从0.97℃增加到1.45℃.

渗流作用下陷落柱体围岩温度场分布模型的研究与应用

陷落柱突水时,导致围岩温度升高,根据围岩温度场分布对矿井突水预测具有一定可行性。采用有限元软件COMSOL求解温度—渗流场耦合模型,得到7222工作面陷落柱突水后围岩温度场的分布情况,模拟结果与监测结果基本一致,说明通过监测含水构造的温度场分布情况来预测矿井突水的可能性。模拟结果表明,距离高温水流位置越近,则受到热交换平衡区的影响时间就越长,温度场的变化越显著。

基于对流-导热耦合模型的寒区水工隧洞围岩温度场分布规律研究

在高海拔寒冷地区,温度场是影响水工隧洞围岩稳定的重要因素。为了研究不同环境条件下水工隧洞温度场的特性及其变化规律,以新疆某寒区水工隧洞为依托,基于现场监测数据,采用有限元仿真计算,对不同自然通风温度和不同风速下的水工隧洞围岩温度场及其演化规律进行系统分析。结果表明:自然通风温度对隧洞轴向和径向围岩温度都有明显的影响,但随着时间的增加,通风温度对轴向和径向围岩温度的影响逐渐减小,自然通风150 d影响径向围岩深度在10 m左右,在围岩径向0~2 m温度变化最大。通风风速从1 m/s增加到4 m/s,隧洞轴向和径向围岩温度逐渐下降,并且随着轴向和径向距离的增加围岩的温度变化幅度在减小。

空气隔热夹层围岩温度场数值计算及试验分析

随着矿产资源的开采深度日益增加,矿井高温热害问题日益突出,研究新的隔热技术、隔热工艺已经成为控制围岩传热的重要研究方向。鉴于空气夹层结构在建筑围护结构和寒区隧道中的保温隔热作用,提出应用封闭空气夹层控制巷道围岩散热量的方法。采用ANSYS Fluent软件求解了含空气夹层的围岩温度场分布。通过相似理论设计了含空气夹层的巷道围岩温度场测试试验台,并应用试验结果对数值计算结果进行了验证,两者具有很好的吻合性,证明了ANSYS Fluent模拟结果的正确性。应用计算模拟结果和试验结果分析了围岩内温度场非稳态传热过程中的变化规律,发现因空气夹层内自然对流现象的存在,顶部、中部和底部围岩温度场发展并不一致,但其调温圈无因次半径均小于无隔热巷道。并通过实例计算研究,发现空气层厚度对围岩散热量影响较小,空气夹层厚度从2 cm增加到20 cm时,围岩单位长度散热量仅下降5%;围岩导热系数对空气夹层隔热率有着显著的影响,导热系数为0.59 W/(m·K)比围岩导热系数6.18 W/(m·K)时夹层隔热率衰减速率快。封闭空气夹层隔热结构适用于新掘进巷道或高温隧道的临时性隔热或围岩导热系数高的固定或半固定作业地点的永久性隔热。

高温-热学参数耦合效应下地下气化围岩温度场扩展模拟研究

煤炭地下气化过程中产生的高温改变了燃空区围岩的热学参数,从而影响燃空区围岩温度场的传播。目前缺乏针对高温-热学参数耦合效应下的煤炭地下气化围岩温度场扩展规律的研究,造成气化过程中温度场扩展的反演计算相对失真,限制了多场耦合条件下地下气化采场围岩控制技术的发展,亟待开展相关研究。利用Fish语言对FLAC^(3D)自带的热传导模型进行改进,建立了高温-热学参数耦合效应下温度场研究的数值模拟方法,并将其应用于煤炭地下气化围岩温度场扩展的研究中,取得以下成果:高温极大改变了煤炭热学参数的分布,同时热学参数的分布的变化也改变了温度场的扩展规律,高温与热学参数具有双向耦合特征;煤炭地下气化围岩温度场扩展经历了3个阶段,煤层燃烧过程中的高温扩展阶段,对流散热过程中的冷却扩展阶段,气化完成后不与外界产生热交换的稳定扩展阶段,热学参数的耦合作用改变了煤炭地下围岩温度场的分布,高温扩展阶段结束后温度场在顶板传播范围为3.2 m,两侧煤壁6.5 m,底板1.3 m。冷却扩展阶段温度场在顶板传播范围为12.2 m,两侧煤壁7 m,底板5.5 m;气化完成后温度场在燃空区围岩内部持续传播,继续影响燃空区围岩的长期稳定性。

寒区隧道洞内围岩温度场的时空演化规律研究

围岩温度场的变化规律对寒区隧道防寒保温设计工作至关重要。在建立流体和固体耦合瞬态热传导数值模型的基础上,采用控制变量法,分析了不同自然风速、洞外气温、围岩地温、列车运行速度和频率下二衬后围岩温度的变化规律。研究结果表明:在不考虑列车风的影响下,自然风速每增加1 m/s,二衬后负温距进口的距离平均增加260 m,负温距出口距离平均增加210 m;洞外气温每降低5℃,二衬后负温距进口的距离平均增加215 m,负温距出口距离平均增加190 m;围岩地温每升高5℃,二衬后负温距进口的距离平均减少187.5 m,负温距出口距离平均减少195 m。列车运行速度越快,列车风作用时间越短,围岩温度的变化越不明显;列车运行频率越大,洞内围岩温度越低,保温工作越趋于不利。

季节性冻土区运营隧道围岩温度场数值模拟分析

季节性冻土的冻融变化是隧道产生冻害的主要原因,隧道温度场分布规律研究是季节性冻土区隧道冻害研究的技术基础。以运营的准池铁路杀虎口隧道为工程背景,通过建立数值模型对隧道温度场进行分析。研究结果表明：围岩温度场随外界气温的季节性变化而呈周期性变化,每年11月至来年3月份为冻结期,10月和4月为反复冻融期;每年相同时间的围岩冻结深度随年数的增加而逐渐增大,7~10年达到基本稳定期。

寒区隧道施工阶段围岩温度场分布规律分析

寒区隧道由于围岩或围岩及衬砌间的水分在严寒环境下发生冻结,水分冻结使体积增大,对衬砌产生冻胀作用,使衬砌和围岩发生相对位移。因此,分析隧道施工阶段围岩温度场分布规律对解决隧道冻害问题具有重要意义。为深入分析寒区隧道施工阶段温度场的分布规律,本文依托香格里拉至德钦公路某公路隧道,利用施工现场监测数据结合数理统计方法,重点探讨隧道监测断面在不同深度处围岩温度分布规律。

多层隔热下工作面进风巷围岩传热特性

深部矿井热害问题日益凸显,严重威胁作业人员生命健康,进一步影响矿井生产效益。本文通过围岩钻孔实验方法,研究了门克庆煤矿2102工作面、3100工作面、3106工作面及3107工作面进风巷围岩温度随径向深度变化规律;基于ANSYS软件,对膨胀玻化微珠水泥隔热材料与空气夹层协同隔热效果进行研究。研究结果表明:围岩温度与径向深度之间的关系符合ExpAssoc模型,相关系数R2为0.99106;膨胀玻化微珠水泥隔热材料与空气夹层厚度均为3 cm、6 cm、9 cm、12 cm、15 cm、18 cm时,材料-空气协同隔热顺序与空气-材料协同隔热顺序相比,原巷道壁面温度更高,调热圈半径更小,隔热效果更好;材料-空气协同隔热时,空气夹层厚度在12 cm内对隔热效果影响更大,材料层厚度在6~18 cm内对隔热效果影响更大;对流换热系数与隔热层厚度呈反比,空气夹层厚度在12 cm内其变化幅度大,而受材料层厚度影响较小。本文研究结果可为矿井多层隔热降温提供参考。

通风时间对巷道围岩温度场影响规律的研究

通风时间对围岩温度场的影响主要表现在2个方面:一是随着通风时间的增加巷道围岩温度逐渐降低,并且降低的速率随着通风时间的增加逐渐减小;二是随着通风时间的增加巷道围岩内部的温度影响范围逐渐往围岩深部扩展,巷道围岩冷却范围与通风时间的平方根成正比。

寒区隧道围岩初始温度场及保温材料对非稳态温度场的影响

本研究利用商用模拟软件FLUENT,分别使用非稳态初始条件和均温初始条件,对寒区隧道围岩内温度场随时间的变化特性进行了模拟仿真,表明隧道围岩的初始温度场分布对准确模拟寒流导致的围岩温度分布有重要影响。分析了不同保温层材料对隧道围岩结构温度分布的影响,由于三种保温材料的热导率均比较小,5 cm厚保温层后的围岩温度相差不大,但是5 cm厚保温层不足以保证所依托隧道结构不发生冻害;需要根据寒区隧道的气象条件铺设主动加热带,从而有效防止冻害现象的发生。

梯形巷道围岩散热有限体积法分析

为研究梯形巷道围岩散热的特点,依据能量守恒定律,建立二维非稳态导热积分方程,运用有限体积法分别建立内部节点和边界节点的热平衡方程,采用VB语言编写围岩温度场及散热量数值计算程序,并通过一个实例进行数值分析.研究结果表明:初始暴露的巷道围岩,围岩壁面温差大,温度梯度大,即围岩散热量也比较大;随着通风时间的延长,围岩浅部区域的温度逐渐接近于风流温度,散热量逐渐衰减,并且衰减幅度逐渐的减小.

喷射混凝土对多年冻土区公路隧道围岩冻融圈的影响规律研究

在多年冻土区隧道施工过程中,围岩温度场和冻融圈的控制是保证隧道围岩稳定性和结构安全性的关键因素。文章建立了考虑水泥水化放热的隧道围岩二维非稳态温度场的传热模型,在此基础上分析了喷射混凝土前后围岩温度场的变化规律,以及喷混凝土的施作时机与厚度对围岩冻融圈的影响规律,并与现场实测结果进行了对比分析。研究结果表明,计算结果的整体趋势与现场实测值吻合,距离洞壁0.5 m以外的围岩温度,二者误差不超过0.5℃。在喷射混凝土之前,各深度的围岩温度呈现缓慢增长趋势。喷混凝土施工完成后,由于水泥水化热影响,距洞壁深度1.0 m以内的围岩温度呈现陡升—下降—趋于稳定的规律,且当喷混凝土施工每延迟1 d,或其厚度每增加5cm时,围岩冻融圈深度增加约10 cm。