【技术实现步骤摘要】
基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移场耦合物理模拟实验装置及方法
本专利技术涉及一种温度-位移场模拟实验装置及方法，尤其是一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移场耦合物理模拟实验装置及方法。
技术介绍
冻结法施工是利用人工制冷技术，通过埋设的冻结管，带走地层中的热量，使地层中的水结冰变成冻土，形成具有较高强度和稳定性的冻土帷幕，并隔绝地下水，而后在冻土帷幕的保护下进行地下工程作业的施工方法。目前，冻结法已广泛应用于煤矿井筒开凿和井筒修复等地下工程中。冻结法凿井施工过程中，地层中存在冻结壁的形成、发展和融解全过程，井筒周围温度-位移耦合场的分布对于冻结壁的交圈、强度以及变形有着重要的影响。因此，开展冻结法施工过程中井筒周围温度-位移耦合场变化规律研究对确定合理冻结时间、冻结液温度、冻结孔布置参数具有重要指导意义。目前的冻结法施工一般采用现场实测方法对冻结孔周围温度-位移耦合场进行监测，监测过程中需要单独施工监测孔并布设温度和位移传感器，费时费力，工程量大、监测成本高，最关键的缺陷是无法形成对冻结孔周围温度...
【技术保护点】
1.一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，包括三维模型箱、冻结液循环系统和温度-位移监测系统；其特征在于：/n所述的三维模型箱包括由模型框架(1)和有机玻璃密封板(2)围成的箱体，箱体内装有按模拟岩层分布的岩土样品(3)，箱体的中部设有模拟井筒(4)，模拟井筒(4)的四周对称布置有多根相连通的不锈钢冻结管(9)；/n所述的冻结液循环系统包括包括液态二氧化碳钢瓶(5)、设在液态二氧化碳钢瓶(5)上的卸压阀(6)，液态二氧化碳钢瓶(5)的出口经进液管(8)与不锈钢冻结管(9)相连，进液管(8)上设有进液管阀门(7)，不锈钢冻结管(9)的出口处连接有回液管...
【技术特征摘要】
1.一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，包括三维模型箱、冻结液循环系统和温度-位移监测系统；其特征在于：
所述的三维模型箱包括由模型框架(1)和有机玻璃密封板(2)围成的箱体，箱体内装有按模拟岩层分布的岩土样品(3)，箱体的中部设有模拟井筒(4)，模拟井筒(4)的四周对称布置有多根相连通的不锈钢冻结管(9)；
所述的冻结液循环系统包括包括液态二氧化碳钢瓶(5)、设在液态二氧化碳钢瓶(5)上的卸压阀(6)，液态二氧化碳钢瓶(5)的出口经进液管(8)与不锈钢冻结管(9)相连，进液管(8)上设有进液管阀门(7)，不锈钢冻结管(9)的出口处连接有回液管(10)；
所述的温度-位移监测系统包括管路温度传感器(11)、红外发射器(19)、AVR单片机(21)、多个光纤温度传感器(12)及应变片(18)，所述的管路温度传感器(11)分别设在进液管(8)和回液管(10)上，所述的红外发射器(19)设在模型框架(1)上部，红外发射器(19)经信号线(20)与AVR单片机(21)相连，所述的多个光纤温度传感器(12)布设在模拟井筒(4)四周的不锈钢冻结管(9)上，AVR单片机(21)通过信号线(20)和转接头(22)分别与管路温度传感器(11)、光纤温度传感器(12)及应变片(18)相连；红外发射器(19)与三维模型箱外部设置的红外接收器(24)红外传输通信，红外接收器(24)布置在上位机(23)内。
2.如权利要求1所述的基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，其特征在于：所述的模拟井筒(4)下部设有抗压强度为30MPa的混凝土结构井塔基础(13)。
3.如权利要求1所述的一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，其特征在于：所述的红外发射器(19)为两个，布设在模型框架(1)上部的对角处。
4.如权利要求1所述的一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，其特征在于：所述的多个光纤温度传感器(12)分层布置在围绕模拟井筒(4)呈圆环形分布的各不锈钢冻结管(9)上。
5.如权利要求1所述的一种基于冻结法施工的矿井井筒温度-位移耦合场物理模拟实验装置，其特征在于：所述的多个应变片(18)呈圆状且位于光...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，秦松，高杰，温庆杰，张宏贞，
申请(专利权)人：中国矿业大学，西安科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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