多年冻土区蕴藏着丰富的矿产资源,矿业开发已成为多年冻土区经济发展的主要产业之一,但是其开采过程将不可避免地受到冻土的影响,也造成多年冻土区生态环境恶化的影响.在西部大开发的进程中,能源需求量逐渐增加,而多年冻土区矿山露天开采量逐渐减少,开展多年冻土区矿山地下开采相关的研究工作显得尤为迫切.基于前人在非冻土区的相关研究成果,结合位于多年冻土区的江仓矿区气象资料,利用MATLAB软件编写入风井筒风温计算程序,并引入临界温度的概念研究入风井筒风温的变化规律,确定了影响因素,获得了矿井通风与多年冻土井筒围岩的对流换热边界条件中风流温度的拟合函数,其计算方法和结果为下一步采用数值模拟的方法研究矿井通风对多年冻土井筒围岩的热影响提供了参考依据.
对流换热是多年冻土地区路基对外热交换的重要形式。利用自行开发的热风环境试验机,考虑不同路面材料类型、风速变化、温度梯度3个因素,对影响冻土路基温度场的对流换热状况进行室内模拟试验研究。研究表明:风速、温度梯度、路面材料类型3个因素对于对流换热系数有着交互影响,随着风速与温度梯度的增加,对流换热系数呈上升趋势。沥青路面材料的对流换热系数较水泥路面材料稍大。研究中给出了不同状况下对流换热系数的回归公式,并分别给出青藏高原地区沥青混凝土路面及水泥混凝土路面对流换热系数的推荐值。
针对多年冻土地区桩基普遍存在的冻胀和热扩散问题,基于“主动冷却”地基的思想,结合碎石路基、碎石堆等大孔隙多孔介质在气温波动条件下具有的热二极管的效应,提出了一种用于冻土地区的新型桩;在冻融活动层深度范围的桩身表面刻制凹槽,利用槽内回填的碎石、块石等大孔隙多孔介质在外界大气温度自然波动下的对流换热机制,来达到主动冷却冻土和抬升冻土上限的目的;对其冷却机理及可行性进行了研究,运用数值仿真试验对比了桩身刻槽前后的温度场。结果表明,新型桩促进了冻土的发育,回冻时间大为缩短,冻土上限抬升。