预钻孔热探头测试设备的研制与测试

近年来,浅层地热资源开发利用取得较大发展,浅层岩土体热物性参数的快速准确获取是高效利用浅层地热能的重要前提。为完善浅层地热能勘察原位测试设备,基于旁压仪和地埋管换热器工作原理,研制开发预钻孔热探头测试设备,该设备包括热传导探头、压力控制系统、温度控制系统、一体化转换控制装置和同轴导压管连接管路。建立热传导探头三维传热数值仿真分析模型,基于温度消散原理,提出预钻孔热探头的岩土体导热系数测试方法。分别开展干燥和饱和状态下标准砂的预钻孔热探头室内模型试验和导热测试仪对比试验,预钻孔热探头的测试结果为0.495 W/(m·℃)和0.833 W/(m·℃),导热测试仪测试结果为0.458 W/(m·℃)和0.807 W/(m·℃),两种方法测试相对误差分别为8.1%和3.2%,验证预钻孔热探头测试设备和温度消散原理测试岩土体导热系数的可靠性。该原位测试设备不但可以用于地热勘察中地层的导热系数测试,也可用于岩体地下工程中围岩的导热系数测试,具有广阔应用前景。