【摘 要】
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在煤矿深立井冻结法凿井工程中,当采用多排孔冻结方式时,外排孔上部可采取保冷隔热措施以节省冷量;而在煤矿斜井冻结工程中,斜井顶板冻结壁厚度以上也不需要冻结,可为非冻结段。因此,不论是深立井还是斜井,在一些冻结工程中可采用局部冻结,对非冻结段部分的冻结管采用保温隔热材料包裹以减小冻结管冷量损失、降低工程造价。通常用于局部冻结的保温材料主要是以聚氨酯为主要材质,其为发泡材料,在地层压力作用下压缩变形后其
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在煤矿深立井冻结法凿井工程中,当采用多排孔冻结方式时,外排孔上部可采取保冷隔热措施以节省冷量;而在煤矿斜井冻结工程中,斜井顶板冻结壁厚度以上也不需要冻结,可为非冻结段。因此,不论是深立井还是斜井,在一些冻结工程中可采用局部冻结,对非冻结段部分的冻结管采用保温隔热材料包裹以减小冻结管冷量损失、降低工程造价。通常用于局部冻结的保温材料主要是以聚氨酯为主要材质,其为发泡材料,在地层压力作用下压缩变形后其实际保温效果并不理想。针对这一工程技术难题,本论文采用室内试验、模型试验、数值模拟和工程设计相结合的方法,对选用的局部冻结保温材料性能进行了系统研究。首先,通过查阅文献和调研,并结合冻结法凿井局部冻结工作环境,对现有隔热保温材料主要性能参数进行对比,选择了日固力防水隔热保温涂料、阻燃橡塑海绵保温板、压花方格铝板隔热保温棉、硅酸铝管壳为主的4种不同材质的新型隔热保温材料作为研究对象,进行在1.5MPa、2.5MPa围压以及恒定冷媒作用下,分别对其进行保温性能试验研究,结果表明:在1.5MPa和2.5MPa压力下,阻燃橡塑海绵保温板保温效果最佳,硅酸铝管壳保温效果次之,压花方格铝板隔热保温棉保温效果一般,而保温效果较差的是日固力防水隔热保温涂料。其次,选取阻燃橡塑海绵保温板为研究对象,进行了局部冻结保温材料保温性能大型模型试验。通过在0.5MPa围压和恒定冷媒作用150h条件下,试验结果表明:阻燃橡塑海绵保温板保持温差达29.88℃,保温效果良好。且在一定范围内,温差平均值与距离冻结管的垂直距离近似呈现线性关系。然后,利用大型有限元软件建立了数值计算模型,对局部冻结保温材料的保温性能进行数值模拟研究,计算结果表明:冻结管在有、无保温材料情况下其热流率损失分别为-36.23W/m和-97.07W/m,从而说明有保温材料的冻结管冷量能避免浪费。且计算结果与模型试验较为一致,说明采用数据模拟方法进行局部冻结保温材料的保温性能计算是可行的。最后,将研究结果用于升富煤矿主斜井冻结工程的局部冻结设计计算,结果表明:有、无保温材料的单位长度冻结管热流率损失分别为29.39W/m和73.04W/m,二者相差2.5倍多。其中采用局部冻结保温材料情况下,升富煤矿主斜井第二冻结段可节约冷量约为6.39万kcal/h,社会经济效益明显,论文研究结果可为类似工程提供设计和施工参考。图70表13参68
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