[發(fā)明專利]地應力作用下凍結管保溫材料性能實驗室測試模型裝置及其測試方法

在審

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• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114577849A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 薛維培;高聰;張瀚文;孟祥前;昌語
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G09B23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及地應力作用下凍結管保溫材料性能實驗室測試模型裝置及其測試方法，由凍結模型試驗箱、第一凍結管、第二凍結管、水平凍結管、溫度測試儀、凍結控制系統(tǒng)等組成；本發(fā)明裝置通過低溫酒精在凍結管內(nèi)不斷循環(huán)實現(xiàn)冷量向凍結管外擴散，同時在土層上方由液壓缸施加壓力，模擬凍結管所受垂向地應力作用，在凍結管身以及土體中分層布置測溫點以獲得測溫點處溫度隨時間的變化規(guī)律，明確保溫材料作用下相鄰凍結管間冷量在土體中的擴散情況、作用范圍以及沿地層橫向不同距離的溫度分布情況；并且基于本試驗裝置還可監(jiān)測沿單凍結管縱向不同高度溫度變化，獲得單凍結管冷量擴散作用范圍，為凍結法施工時保溫隔冷材料的性能測試提供重要試驗手段。

技術領域

本發(fā)明涉及材料保溫隔冷性能實驗室測試技術領域，特別涉及地應力作用下凍結管保溫材料性能實驗室測試模型裝置及其測試方法。

背景技術

由于深厚表土層水文地質條件復雜，地下工程尤其是煤礦井筒建井期間采用凍結法施工時，凍結管經(jīng)過初始表土段時易造成大量冷量向周圍土體擴散，使得周圍土體過分凍結進而影響到后續(xù)井筒開挖延誤工期，期間被迫采用爆破法施工則必然使得工程成本增加、危險系數(shù)提高。因此需要采用一種保溫隔冷性能優(yōu)良的材料進行凍結管保溫隔冷。然而在初始表土段采用材料進行保溫隔冷時，在土體地應力作用下材料處于受壓狀態(tài)。由于材料在受壓狀態(tài)下內(nèi)部結構會發(fā)生改變，進而使其保溫性能受到影響，因此研究材料在地應力作用下的保溫隔冷性能具有實際意義，尤其是掌握凍結管周圍土層冷量的擴散情況對后續(xù)地層富余冷量提取具有十分重要的指導價值。

然而，目前基于材料保溫隔冷性能測試時大多沒有考慮到受力狀態(tài)影響，縱使在凍結管外采用套管再在封閉空間施加油壓模擬凍結管保溫材料的受壓狀態(tài)，這種測試方法也只能在保溫材料、凍結管上布置測溫點，僅能得到凍結管極小范圍內(nèi)的溫度變化情況，不僅無法獲得凍結管冷量擴散作用范圍，而且沿凍結管縱向不同土層高度的溫度也無從得知，具有一定的局限性。同時，現(xiàn)階段也沒有考慮到實際工程中凍結管可能會穿過不同性質的土層，而不同土層之間傳熱系數(shù)存在差異，使得不同土層共同作用下的冷量損失指標無法獲得。此外，凍結法施工時通常布置多根凍結管，兩相鄰凍結管之間存在相互影響，這一點在實驗室測試時也未能被考慮到。

因此十分需要提供一種針對上述現(xiàn)有技術不足的改進技術方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供地應力作用下凍結管保溫材料性能實驗室測試模型裝置及其測試方法。不僅能夠開展地應力作用下單凍結管保溫隔冷相似模型試驗測試，得到單凍結管冷量作用范圍及其縱向不同土層溫度分布情況；還能夠開展地應力作用下雙凍結管保溫材料性能模型試驗測試，獲得沿凍結管高度三到四層不同性質的土層冷量損失情況。本發(fā)明能夠較為全面地進行地應力作用下凍結管保溫材料性能實驗室測試，獲得材料在相應條件下的保溫隔冷效果評價指標，為煤礦井筒凍結法施工時保溫隔冷材料的選擇提供試驗手段和重要參考。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案如下：