基于組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法的凍結(jié)法鑿井三圈管布置方案優(yōu)化

王曉云，姚直書，紀(jì)文杰，黃獻(xiàn)文，孟祥前

（安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001）

人工凍結(jié)法是1種特殊的地層支護(hù)技術(shù)。通過循環(huán)低溫制冷液的方式將地層中的熱量帶出，使土體中的水分凍結(jié)，形成凍土。凍土具有一定強(qiáng)度，可以作為礦井建設(shè)工程中的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。大量試驗(yàn)結(jié)果表明[1-3]，凍土的力學(xué)特性受溫度影響巨大，因此，有必要對(duì)凍結(jié)區(qū)域內(nèi)的溫度分布特性進(jìn)行深入研究。蔡海兵等[4-5]的研究表明：凍結(jié)法施工過程中，凍結(jié)孔布置圈徑、凍結(jié)孔間距、凍結(jié)孔數(shù)量及鹽水溫度等都將對(duì)凍結(jié)溫度場(chǎng)產(chǎn)生巨大影響。因此，有必要針對(duì)不同凍結(jié)管布置特征下凍結(jié)區(qū)域內(nèi)的溫度分布特性進(jìn)行深入研究，以保證凍結(jié)壁的穩(wěn)定性。

為對(duì)凍結(jié)法施工地層中的溫度分布特性研究，常用的研究方法主要包括：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、模型試驗(yàn)和數(shù)值分析。焦華喆等[6]通過數(shù)值分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的方式研究了多圈孔布孔方式對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)發(fā)展的影響，同時(shí)證明了采用數(shù)值分析進(jìn)行凍結(jié)溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)的合理性；胡坤等[7]以趙樓風(fēng)井井筒為原型進(jìn)行了多圈管凍結(jié)溫度場(chǎng)相似模型試驗(yàn)，研究分析了井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和平均溫度的變化情況。大量研究結(jié)果表明，在模型參數(shù)合理的情況下，通過數(shù)值分析的方式研究?jī)鼋Y(jié)管溫度場(chǎng)分布特征是合理可行的，相較于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和模型試驗(yàn)方法，具有研究參數(shù)多樣化、初始投資少等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用ANSYS數(shù)值分析軟件，通過調(diào)整凍結(jié)管的布置特征對(duì)凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行研究。

近年來(lái)，隨著井筒深度的增加，形成了以三圈凍結(jié)管為主的深部?jī)鼋Y(jié)壁施工方法。陳軍浩等[8]以顧北礦風(fēng)井為工程背景，通過模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的方式研究了人工三圈管凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律；林斌等[9]利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬的對(duì)比，分析研究了三圈管凍結(jié)壁溫度場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律。上述學(xué)者的研究有力地指導(dǎo)了三圈管凍結(jié)工程的應(yīng)用，但研究對(duì)象和溫度場(chǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，無(wú)法可靠的評(píng)價(jià)凍結(jié)施工方案的優(yōu)越性。為此，學(xué)者們提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)多樣化的組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法，吳波等[10]為對(duì)隧道施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法在隧道施工中的應(yīng)用，優(yōu)化了原始方案，發(fā)現(xiàn)該方法有較高的實(shí)用性；邱自學(xué)等[11]和龔炳江等[12]的研究表明，組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法在評(píng)價(jià)指標(biāo)類型和數(shù)據(jù)較多時(shí)具有很好的適用性，這與凍結(jié)溫度場(chǎng)在設(shè)計(jì)過程中的工況相似。因此，可以采用組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)三圈管凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高凍結(jié)效果。

為此，以丁集煤礦二副井三圈凍結(jié)壁施工項(xiàng)目為背景，基于組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法，采用數(shù)值模擬方法對(duì)特厚沖積層三圈管凍結(jié)方案進(jìn)行分析研究，討論了中排凍結(jié)管圈徑及間距、外排凍結(jié)管圈徑及間距對(duì)凍結(jié)溫度場(chǎng)的影響，并提出最優(yōu)方案，以期指導(dǎo)工程施工。

1 工程概況

丁集煤礦二副井設(shè)計(jì)凈直徑8.6 m，井筒穿過地層為新生界沖積層和二疊系石盒子組含煤地層。新生界地層厚度為533.05 m，風(fēng)化帶厚度為12.35 m，屬于特厚沖積層，采用凍結(jié)法施工。

新生界依據(jù)地層特征自上而下可劃分為上、中、下3個(gè)含水層組及上、中2個(gè)隔水層組，含水層組的巖性主要為細(xì)砂、粉細(xì)砂、中細(xì)砂、薄層砂質(zhì)黏土及礫石。隔水層組主要為黏土、砂質(zhì)黏土等。

根據(jù)凍結(jié)法鑿井技術(shù)規(guī)程和兩淮礦區(qū)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，丁集礦二副井?dāng)M采用三圈管凍結(jié)方案，其布置方式為內(nèi)排孔+中排孔+外排孔，其中中排孔為主排凍結(jié)孔，采用深孔全深凍結(jié)，淺孔深度穿過松散層，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化帶的差異凍結(jié)方式。主凍結(jié)管直徑為φ159 mm，經(jīng)計(jì)算井筒凍結(jié)需冷量為829×104kcal/h（1 kcal=4.1868×103J），冷凍機(jī)為L(zhǎng)G25L20SY型雙機(jī)雙級(jí)撬塊式螺桿制冷壓縮機(jī)組，該機(jī)組工況制冷量為55×104kcal/h，該副井凍結(jié)站配備該型機(jī)組18組，工況制冷量990×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)制冷量3 060×104kcal/h，以保證凍結(jié)壁有效厚度及平均溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。外排孔和內(nèi)排孔均為輔助凍結(jié)孔，其中外排孔作用是增加凍結(jié)壁厚度、降低凍結(jié)壁平均溫度、增大凍結(jié)壁穩(wěn)定性；內(nèi)排孔的主要作用是降低凍結(jié)壁平均溫度和防片幫。

2 數(shù)值模擬

2.1 分析模型

通過工程資料分析，累深320～436 m為深厚黏土層，其中鈣質(zhì)含量高，是本凍結(jié)工程的關(guān)鍵控制層位，為此，數(shù)值模擬計(jì)算選取436 m深處鈣質(zhì)黏土層為控制層位進(jìn)行分析。模型計(jì)算半徑選取為30 m，根據(jù)溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，可將凍結(jié)壁溫度場(chǎng)簡(jiǎn)化為平面導(dǎo)熱問題，運(yùn)用ANSYS有限元計(jì)算軟件進(jìn)行分析計(jì)算。本模型采用四節(jié)點(diǎn)四邊形的二維實(shí)體熱單元PLANE55來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，共計(jì)182 762個(gè)單元，每個(gè)單元有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有1個(gè)溫度自由度，模型中每1根凍結(jié)管都看作由2個(gè)線單元組成，并在其上施加溫度線荷載[13-14]。計(jì)算模型中距外邊界較近的區(qū)域單元?jiǎng)澐州^疏，距凍結(jié)管較近的區(qū)域單元?jiǎng)澐州^密，模型外邊界假定為絕熱，并施加初始地溫26.925℃，該副井與楊村煤礦副井地質(zhì)構(gòu)造相似，參考楊村煤礦副井的去路鹽水溫度，施加在凍結(jié)管上的去路鹽水溫度數(shù)據(jù)如圖1，網(wǎng)格劃分如圖2。

圖1 去路鹽水溫度Fig.1 Outgoing brine temperature

圖2 網(wǎng)格劃分圖Fig.2 Meshing diagram

ANSYS中熱物理參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果有很大影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)的凍土物理力學(xué)性能選取的相關(guān)參數(shù)見表1，導(dǎo)熱系數(shù)見表2。

表1 基本物理參數(shù)Table 1 Basic physical parameters

表2 導(dǎo)熱系數(shù)Table 2 Thermal conductivity kcal(m·h·℃）

2.2 數(shù)值分析模型

在凍結(jié)壁穩(wěn)定性的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)中，井幫溫度、凍結(jié)壁厚度以及凍結(jié)壁平均溫度是主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中凍結(jié)壁厚度和平均溫度決定了凍結(jié)壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過分析表明，在三圈管凍結(jié)壁溫度場(chǎng)中，內(nèi)排孔主要作為輔助凍結(jié)孔和起防止片幫的作用，相對(duì)來(lái)說對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的影響較小；中排孔圈徑、中排孔間距、外排孔圈徑、外排孔間距是影響井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的最主要因素[15-18]。因此，根據(jù)工程地質(zhì)條件，首先將內(nèi)排凍結(jié)孔圈徑設(shè)計(jì)為17.5 m，內(nèi)排凍結(jié)孔間距設(shè)計(jì)為2.49 m；然后，以中排孔圈徑、中排孔間距、外排孔圈徑、外排孔間距為正交試驗(yàn)因素，以井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度為正交試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過L16（4×4）正交表進(jìn)行計(jì)算模型設(shè)計(jì)，正交試驗(yàn)因素與水平見表3，表中的數(shù)據(jù)根據(jù)鑿井法相關(guān)技術(shù)規(guī)程和專家經(jīng)驗(yàn)確定。并采用ANSYS軟件對(duì)各模擬方案進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，獲得各個(gè)設(shè)計(jì)方案的井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度，正交試驗(yàn)方案和結(jié)果見表4。

表3 正交試驗(yàn)因素與水平Table 3 Orthogonal test factors and levels

表4 正交試驗(yàn)方案和結(jié)果Table 4 Orthogonal test plan and results

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度法

灰色關(guān)聯(lián)度分析法是灰色系統(tǒng)中的1種基本分析方法，其中心思想是將原始數(shù)據(jù)矩陣經(jīng)過一系列線性比例變化變成標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，然后再根據(jù)權(quán)重系數(shù)計(jì)算出判斷矩陣，并獲得各個(gè)方案的關(guān)聯(lián)度數(shù)值，比較各關(guān)聯(lián)度的大小確定各個(gè)方案的可行性程度，以此作為多個(gè)方案優(yōu)化的評(píng)價(jià)指標(biāo)[10-11]。

3.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣

按照灰色關(guān)聯(lián)度分析法，假設(shè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)試驗(yàn)方案，則評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣A為：

式中：anm為第n組試驗(yàn)方案的第m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值。

3.1.2 指標(biāo)矩陣歸一化

對(duì)系統(tǒng)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)分別做相應(yīng)處理，對(duì)越小越優(yōu)的指標(biāo)（井幫溫度、凍結(jié)壁厚度）處理如式（2），對(duì)越大越優(yōu)的指標(biāo)（凍結(jié)壁厚度）處理如式（3）。

式中：aij為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的第i個(gè)試驗(yàn)方案數(shù)值，i＝1，2，…，n；經(jīng)式（2）、式（3）處理后，將評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣A變?yōu)樘卣骶仃嘡。

式中：rij為特征矩陣R的特征向量；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m。

3.1.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣的計(jì)算

各指標(biāo)中的最大值作為參考方案，參考方案矩陣為K＝［k1，k2，…，km］，其中，kj=（r1j，r2j，…，rnj），j=1，2，…，m。

式中：kj為特征矩陣第j列的最大值；ρ為分辨系數(shù)，取值［0，1］，取ρ=0.5。

特征矩陣R經(jīng)過式（5）處理后得到關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣ζ：

式中：ζij為關(guān)聯(lián)系數(shù)；i＝1，2，…，n；j＝1，2，…，m。

3.2 組合賦權(quán)方法

權(quán)重賦值的方法一般有2種：主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。為使最終的評(píng)估結(jié)果更加真實(shí)可靠，從而實(shí)現(xiàn)人工三圈管凍結(jié)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用客觀賦權(quán)法的熵值法確定評(píng)估指標(biāo)的客觀權(quán)重。

3.2.1 熵值法

對(duì)指標(biāo)矩陣A進(jìn)行歸一化處理：

式中：a′ij為指標(biāo)矩陣A中第i行第j列元素的歸一化值。

各指標(biāo)信息熵：

式中：ej為第j個(gè)指標(biāo)的信息熵；j＝1，2，…，m。

熵值法權(quán)重αj為：

式中：αj為第j個(gè)指標(biāo)的熵值法權(quán)重；j＝1，2，…，m。

3.2.2 主觀賦值法

采用文獻(xiàn)[19]中的層次分析法將井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度兩兩比較得成對(duì)比較矩陣并計(jì)算主觀權(quán)重βj；依據(jù)文獻(xiàn)[20-22]中的組合權(quán)重計(jì)算方法計(jì)算組合權(quán)重，具體計(jì)算公式為。

式中：βj為主觀權(quán)重；ωj為組合權(quán)重。

3.2.3 理想方案的關(guān)聯(lián)度計(jì)算

式中：ω為ωj（j＝1，2，3，...，m）組成的組合權(quán)重系數(shù)矩陣；γ為目標(biāo)函數(shù)灰色關(guān)聯(lián)度矩陣。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

井幫溫度和凍結(jié)壁平均溫度是越小越優(yōu)，凍結(jié)壁厚度是越大越優(yōu)，由式（1）～式（6）可得灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣ζ。

由式（7）～式（9）計(jì)算可得熵值法客觀權(quán)重αj：

αj=［0.333 1 0.333 3 0.333 5］

主觀權(quán)重βj：

βj=［0.139 9 0.573 6 0.286 4］

由式（10）可得組合權(quán)重ωj：

ωj=［0.139 8 0.573 5 0.286 5］

經(jīng)組合賦權(quán)后，各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重大小依次為：凍結(jié)壁厚度>凍結(jié)壁平均溫度>井幫溫度。由式（11）計(jì)算得到的目標(biāo)函數(shù)的灰色關(guān)聯(lián)度見表5。

清華大學(xué)熊澄宇教授認(rèn)為，“新媒體是一個(gè)不斷變化的概念”，對(duì)于新媒體的概念，至今未有明確定論，國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心局長(zhǎng)岳頌東提出：新媒體就是一種將信息傳播給受眾的載體，通過信息的傳遞從而對(duì)受眾產(chǎn)生預(yù)期效應(yīng)，它是一種媒介，當(dāng)然，它采用的是當(dāng)代最新的科技手段。上海文廣新聞傳媒集團(tuán)總裁黎瑞剛認(rèn)為，新媒體是繼報(bào)刊、廣播、電視等傳統(tǒng)媒體之后發(fā)展起來(lái)的新的媒體形態(tài)，它通過互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)、有線網(wǎng)絡(luò)等渠道以及電腦、手機(jī)、數(shù)字電視機(jī)等終端，向用戶提供信息和娛樂的傳播形態(tài)和媒體形態(tài)。

表5 目標(biāo)函數(shù)關(guān)聯(lián)度Table 5 Objective function correlation

灰色關(guān)聯(lián)度越大，說明井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的取值越優(yōu)，凍結(jié)壁的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也越高。由表5可知：方案10關(guān)聯(lián)度為最大值0.791 5，表明該正交試驗(yàn)中方案10為最優(yōu)方案，說明該方案凍結(jié)壁強(qiáng)度和穩(wěn)定性最高；其次是方案13，關(guān)聯(lián)度0.785 9，說明該方案凍結(jié)壁強(qiáng)度和穩(wěn)定性較高；方案16的關(guān)聯(lián)度為0.345 1，是本次正交試驗(yàn)組合中的關(guān)聯(lián)度最低值，故方案16是最差的方案，該方案的凍結(jié)壁強(qiáng)度和穩(wěn)定性也最低。

3.4 方案優(yōu)化和對(duì)比

各水平的平均關(guān)聯(lián)度見表6。

表6 各水平平均關(guān)聯(lián)度Table 6 Average relevance of each level

由表6可知，外排孔圈徑平均關(guān)聯(lián)度的極差最大為0.313 8，其對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的影響最大；外排孔間距平均關(guān)聯(lián)度的極差為0.273 2，其對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的影響較大；中排孔圈徑平均關(guān)聯(lián)度的極差最小為0.090，其對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度的影響相對(duì)最小。其原因是外排孔能同時(shí)加強(qiáng)外側(cè)凍結(jié)壁和中部?jī)鼋Y(jié)壁的凍結(jié)力度，對(duì)凍結(jié)壁的厚度形成起決定作用，中排孔對(duì)外側(cè)凍結(jié)壁影響較小，也就對(duì)凍結(jié)壁厚度影響較小，故外排孔的圈徑和間距對(duì)凍結(jié)壁厚度影響較大，而中排孔圈徑和間距則對(duì)凍結(jié)壁厚度影響較小；在凍結(jié)期間，中排孔相對(duì)于外排孔對(duì)冷量的調(diào)控能力差，故外排孔的圈徑和間距對(duì)井幫溫度和凍結(jié)壁平均溫度的影響大，而中排孔圈徑和間距對(duì)它們影響較小。

由表6可知，平均關(guān)聯(lián)度越大，表明該指標(biāo)越好，中排圈徑為23.5 m時(shí)，關(guān)聯(lián)度最大為0.634 0，中排孔間距為1.2 m時(shí)，關(guān)聯(lián)度為0.669 2，外排孔圈徑為31.2 m時(shí)，關(guān)聯(lián)度最大為0.755 4，外排孔間距為1.9 m時(shí)，關(guān)聯(lián)度最大為0.755 4。故最優(yōu)方案為：中排孔圈徑為23.5 m，中排孔間距為1.2 m，外排孔圈徑為31.2 m，外排孔間距為1.9 m。以此優(yōu)化方案作為基礎(chǔ)，結(jié)合兩淮礦區(qū)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)規(guī)程，考慮凍結(jié)管偏斜、水力場(chǎng)與熱量交換的影響以及施工便利和經(jīng)濟(jì)效益因素，得到的工程凍結(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)表見表7。

表7 工程凍結(jié)參數(shù)表Table 7 Engineering freezing parameters table

4 工程實(shí)踐

為了實(shí)現(xiàn)信息化施工，通過本計(jì)算模型對(duì)施工過程各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的凍結(jié)效果進(jìn)行提前預(yù)測(cè)分析，以指導(dǎo)施工。同時(shí)，通過工程中布置的測(cè)溫孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)凍結(jié)模擬結(jié)果進(jìn)行不斷修正，以提高預(yù)測(cè)分析結(jié)果。實(shí)際凍結(jié)工程布置了2個(gè)測(cè)溫孔，其中T1測(cè)溫孔位于外排和中排之間，T2測(cè)溫孔位于中排和內(nèi)排之間，具體布孔方式如圖3。

圖3 孔位布置圖Fig.3 Hole layout

按照表7設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，從開機(jī)送冷到260 d時(shí)外壁掘砌至436 m，對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)進(jìn)行了260 d的模擬計(jì)算，得到的溫度場(chǎng)分布云圖如圖4。

圖4 溫度場(chǎng)云圖Fig.4 Temperature field cloud map

將T1和T2測(cè)溫孔的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，繪制溫度隨時(shí)間的變化曲線，T1測(cè)溫孔曲線如圖5，T2測(cè)溫孔曲線如圖6。

圖5 T1測(cè)溫孔曲線Fig.5 T1 temperature measuring hole curves

圖6 T2測(cè)溫孔曲線Fig.6 T2 temperature measuring hole curves

由圖5、圖6可知，T1測(cè)溫孔實(shí)測(cè)第39 d溫度開始加速下降，第83 d達(dá)到負(fù)溫；模擬中第43 d降溫速度明顯增加，第90 d達(dá)到負(fù)溫，凍結(jié)過程中最大溫差為4.2℃。T2測(cè)溫孔實(shí)測(cè)第16 d溫度開始加速下降，第53 d達(dá)到負(fù)溫；模擬中第23 d溫度開始加速下降，第57 d達(dá)到負(fù)溫，凍結(jié)過程中最大溫差達(dá)到3.2℃。由此可見，模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果的發(fā)展趨勢(shì)相同，即隨著凍結(jié)工程的持續(xù)供冷，實(shí)際監(jiān)測(cè)溫度與模擬溫度均呈負(fù)指數(shù)型下降，最終溫度隨時(shí)間變化漸趨穩(wěn)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）通過組合賦權(quán)和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)凍結(jié)壁溫度場(chǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重大小依次為：凍結(jié)壁厚度>凍結(jié)壁平均溫度>井幫溫度。

2）以丁集煤礦二副井的井筒凍結(jié)壁設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，采用ANSYS數(shù)值分析軟件，基于組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)三圈管凍結(jié)溫度場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果表明：外排孔圈徑和孔間距對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度影響較大，中排孔圈徑和孔間距對(duì)井幫溫度、凍結(jié)壁厚度和凍結(jié)壁平均溫度影響相對(duì)較小。

3）基于組合賦權(quán)-灰色關(guān)聯(lián)度法獲得的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，綜合考慮工程項(xiàng)目施工特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，得出三圈凍結(jié)管的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案為：中排孔圈徑為23.5 m、孔間距為1.34 m，外排孔圈徑為31.2 m、孔間距為1.75 m，并以該最優(yōu)方案進(jìn)行凍結(jié)鑿井法施工。

4）通過對(duì)比260 d凍結(jié)區(qū)域溫度分布預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者的匹配性較好，證明了數(shù)值分析模型的可靠性。