RU2122119C1 - Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks - Google Patents
Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2122119C1 RU2122119C1 RU96112853A RU96112853A RU2122119C1 RU 2122119 C1 RU2122119 C1 RU 2122119C1 RU 96112853 A RU96112853 A RU 96112853A RU 96112853 A RU96112853 A RU 96112853A RU 2122119 C1 RU2122119 C1 RU 2122119C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- mine
- pile
- rock
- support
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 14
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 235000013162 Cocos nucifera Nutrition 0.000 description 26
- 244000060011 Cocos nucifera Species 0.000 description 26
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 13
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 8
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 8
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 6
- 229940127236 atypical antipsychotics Drugs 0.000 description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 5
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 4
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000011381 foam concrete Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000010451 perlite Substances 0.000 description 2
- 235000019362 perlite Nutrition 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011888 autopsy Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000012267 brine Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012407 engineering method Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- -1 freon Chemical compound 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000011477 surgical intervention Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу, а именно к креплению ствола шахты при подземной разработке месторождений, и может быть использовано при креплении и поддержании ствола шахты, пройденного в многолетнемерзлых горных породах, например, при подземной разработке Якутских алмазов. The invention relates to mining, namely, to fastening a shaft of a mine during underground mining, and can be used to fasten and maintain a shaft of a mine traversed in permafrost rocks, for example, during underground mining of Yakut diamonds.
Верхняя часть кимберлитовых трубок якутских алмазных месторождений проходит через толщу осадочных пород, представленных мергелями, алевролитами, известняками, глинистыми доломитами, пропластками соли и другими породами осадочного происхождения. Породы сильно трещиноватые. До глубины 300 м и более прослеживается многолетняя мерзлота. Льдистость оценивается в 10-20%. В естественном состоянии многолетней мерзлоты прочность пород достигает 6 МПа. The upper part of the kimberlite pipes of the Yakut diamond deposits passes through the stratum of sedimentary rocks represented by marls, siltstones, limestones, clay dolomites, salt streaks and other sedimentary rocks. The rocks are very fissured. Permafrost can be traced to a depth of 300 m and more. The ice content is estimated at 10-20%. In the natural state of permafrost, rock strength reaches 6 MPa.
При размораживании большинство пород распадается до дресвы, что значительно снижает прочность массива, кроме того в ней содержится много воды в виде рассолов с минерализацией 25-35 г/л, предопределяя ее неустойчивость. When thawing, most rocks break up to wood, which significantly reduces the strength of the massif; in addition, it contains a lot of water in the form of brines with a salinity of 25-35 g / l, predetermining its instability.
Современное развитие техники требует, при подземной разработке месторождения, вскрытие осуществлять стволами диаметром 5-9 м, которые оборудуются высокоскоростными скипами, большегрузными клетями, трубопроводами большого диаметра для водоотлива, подачи сжатого воздуха, закладочного материала и т. п. Все указанное выше монтируется на армировке ствола, закрепленной на крепи, что безусловно предъявляет особые требования к конструкции крепи с точки зрения прочности закрепления оснастки и устойчивости направляющих элементов подъемных установок. The modern development of technology requires, during underground mining, an autopsy to be performed with trunks with a diameter of 5-9 m, which are equipped with high-speed skips, heavy-duty stands, large-diameter pipelines for drainage, compressed air, filling material, etc. All of the above is mounted on reinforcement the trunk mounted on the lining, which certainly makes special demands on the lining design from the point of view of the strength of the snap fastening and the stability of the guide elements of the lifting devices new.
По правилам эксплуатации стволы шахты, оборудованные подъемными установками, во избежание обмерзания направляющих и подъемных сосудов, должны эксплуатироваться при температуре не ниже +2oC. Обычно через эти стволы ведется подача воздуха для вентиляции шахты. А через вспомогательные и вентиляционные стволы ведется выдача отработанного воздуха, который за счет тепла земли и производственных процессов при добыче полезного ископаемого подогревается до +5oC и более.According to the rules of operation, mine shafts equipped with hoisting installations, in order to avoid freezing of the guides and lifting vessels, should be operated at a temperature not lower than +2 o C. Typically, air is supplied through these shafts for ventilation of the mine. And through the auxiliary and ventilation shafts, exhaust air is produced, which is heated to +5 o C and more due to the heat of the earth and production processes during mining.
За счет движения теплого воздуха по стволам шахты происходит растепление пород вокруг крепи ствола шахты. Due to the movement of warm air along the shafts of the mine, the rocks are thawing around the support of the shaft of the mine.
Кроме того, необходимо учитывать, что над устьем ствола шахты монтируется копер с подъемными механизмами и надшахтное здание со вспомогательными устройствами. От устойчивости закрепления копра и надшахтного здания над устьем ствола шахты зависит безопасная и безаварийная работа горного предприятия в целом. In addition, it must be borne in mind that a pile driver with lifting mechanisms and a mine building with auxiliary devices are mounted above the mouth of the mine shaft. Safe and trouble-free operation of the mining enterprise as a whole depends on the stability of fixing the pile driver and the mine building above the mouth of the mine shaft.
При разработке крепления устья ствола шахты в многолетнемерзлых породах особенно необходимо учитывать все выше указанное. When developing fastenings for the mouth of a mine shaft in permafrost, it is especially necessary to take into account all of the above.
Известен способ проходки стволов, включающий бурение замораживающих скважин (см. а.с. N 1011864, кл. E 21 D 1/12), монтаж в скважинах замораживающих клонок, подачу хладоносителя в колонны, формирование ледопородного ограждения, выемку породы и крепление ствола, причем при выемке породы и креплении ствола на контуре ствола поддерживают температуру от 0oC до -4oC.A known method of sinking shafts, including drilling freezing wells (see AS No. 1011864, class E 21
Недостатком известного технического решения является отсутствие описания приемов и процессов поддержания температуры на контуре ствола шахты. A disadvantage of the known technical solution is the lack of a description of techniques and processes for maintaining temperature on the contour of the shaft of the mine.
Так же известен способ теплоизоляции горных выработок, включающий нанесение теплоизоляции на крепь или стенки выработки (см. а.с. N 1412407, кл. E 21 D 11/38), начиная от ее устья, причем в состав теплоизоляционного слоя в качестве заполнителя вводят вспученный перлитовый песок, содержание которого по мере удаления от устья выработки уменьшают с соответствующим увеличением содержания обычного песка, кроме того содержание заполнителя в теплоизоляционном слое изменяется по периметру выработки пропорционально температуре горных пород по контуру выработки. A method of thermal insulation of mine workings is also known, including applying thermal insulation to the lining or walls of the mine (see as.with. N 1412407, class E 21
Недостатком данного технического решения является ограниченная возможность крепления горных выработок. The disadvantage of this technical solution is the limited ability to mount the mine workings.
Вспученный перлитовый песок и бетон, полученный на его основе, имеют значительную теплопроводность, что вызывает необходимость при больших перепадах температур иметь большую толщину теплоизоляционного слоя. Кроме того, способ не обеспечивает управления горным давлением во время эксплуатации. Expanded perlite sand and concrete obtained on its basis have significant thermal conductivity, which makes it necessary to have a large thickness of the insulating layer at large temperature differences. In addition, the method does not provide control of rock pressure during operation.
Наиболее близким по технической сущности является способ сооружения ствола шахты в водонасыщенных неустойчивых породах (а.с. N 804838, кл. E 21 D 1/12, бюл. 6, 1981), включающий зональное замораживание пород, проходку и крепление ствола, оттаивание замороженных пород, проходку и возведение башенного копра, оснащение его для проходки и регулирование по вертикальности, причем сначала возводят башенный копер, затем одновременно с замораживанием водонасыщенных пород копер оснащают для проходки ствола, а после окончания проходки ствола, в процессе оттаивания замороженных пород, регулируют вертикальность ствола и, кроме того, регулировку вертикальности копра могут осуществлять подачей рассола в места неравномерных осадок фундамента копра. The closest in technical essence is the method of constructing a mine shaft in water-saturated unstable rocks (a.s. N 804838, class E 21
Недостатком известного способа является неразрешенность вопроса поддержания ствола в рабочем состоянии во время эксплуатации в тяжелых климатических условиях с учетом условий расположения якутских алмазных месторождений в криолитозоне. The disadvantage of this method is the unresolved issue of maintaining the trunk in working condition during operation in severe climatic conditions, taking into account the conditions for the location of Yakut diamond deposits in the permafrost zone.
Задачей предлагаемого технического решения является создание способа возведения крепления устья ствола шахты в моголетнемерзлых породах и обеспечение надежной работы на полный срок эксплуатации. The objective of the proposed technical solution is to create a method of erection of the fastening of the mouth of the mine shaft in permafrost and ensuring reliable operation for the full term of operation.
Поставленная задача решается следующим образом. The problem is solved as follows.
Крепление ствола ведут композиционным теплоизолирущим слоем, удовлетворяющим требованию прочного его закрепления и монтажа армировки ствола, причем общий коэффициент термического сопротивления для композиционного теплоизолирующего слоя должен быть не меньше 2 м2К/Вт.The barrel is fastened with a composite heat-insulating layer, satisfying the requirement of its strong fastening and installation of the barrel reinforcement, and the total coefficient of thermal resistance for the composite heat-insulating layer must be at least 2 m 2 K / W.
где
h - толщина слоя, м;
λ - коэффициент теплопроводности слоя, Вт/м К.
Where
h is the thickness of the layer, m;
λ is the thermal conductivity of the layer, W / m K.
Бурение скважин для монтажа охлаждающих устройств (ОУ) ведут на расстоянии 2-3 м друг от друга и оно не должно превышать удвоенного расстояния от ОУ до контакта крепь-порода. Промораживанием с использованием ОУ образуют сплошной льдопородный цилиндр вокруг ствола шахты. За контуром расположения ОУ бурят скважины для размещения фундаментных свай и устанавливают сваи, на которые монтируют опоры и здание копра с образованием проветриваемого подполья между земной поверхностью и нижней частью здания копра. Кроме того на контакте крепь-порода могут устанавливаться температурные датчики управления работой ОУ. И еще тем, что дополнительным контуром ОУ могут огораживать опору копра шатрового типа. Кроме того тем, что дополнительным контуром ОУ огораживают общее свайное поле под зданием копра башенного типа. Drilling of wells for the installation of cooling devices (DU) is carried out at a distance of 2-3 m from each other and it should not exceed twice the distance from the DU to the lining-rock contact. Freezing with the use of op-amps form a continuous ice-rocky cylinder around the shaft of the mine. Beyond the OS contour, wells are drilled to place the foundation piles and piles are mounted on which the supports and the copra building are mounted with the formation of a ventilated underground between the earth's surface and the lower part of the copra building. In addition, temperature sensors for controlling the operation of the OS can be installed on the lining-rock contact. And also by the fact that the op-amp can be enclosed by a tent-type copra support with an additional contour. In addition to the fact that an additional contour of the OS is enclosed by a common pile field under the tower-type pile building.
Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются:
- Крепление ствола ведут композитно теплоизоляционным слоем, удовлетворяющим требованию прочного его закрепления, монтажа армировки ствола и теплоизоляции.Significant differences of the proposed technical solutions are:
- The barrel is mounted with a composite heat-insulating layer that meets the requirement of its strong fastening, installation of barrel reinforcement and thermal insulation.
Данное техническое решение позволяет, во-первых, прочно закрепить устье ствола крепью, специальными железобетонными тюбингами, монолитным железобетоном и т.п. с хорошей прочной забутовкой и соединением с горными породами и тем самым обеспечить надежную основу для монтажа на этой крепи армировки ствола с направляющими клетей и скипов, а также крепления различных трубопроводов. Все это в последующем обеспечит надежную эксплуатацию ствола с точки зрения работы механизмов. Во-вторых, композиционный теплоизоляционный слой имеет элементы теплоизоляции. Причем элементы теплоизоляции не ухудшают, с точки зрения прочности, работоспособность крепи, а несут только нагрузку теплоизоляции ствола шахты и могут быть выполнены из специального теплоизоляционного материала, не пропуская тепло для размораживания многолетнемерзлых пород вокруг крепи. This technical solution allows, firstly, to firmly fix the mouth of the trunk with supports, special reinforced concrete tubing, monolithic reinforced concrete, etc. with a good solid backing and connection with rocks, and thereby provide a reliable basis for mounting trunk reinforcement with guide stands and skips on this roof support, as well as fastening various pipelines. All this in the future will ensure reliable operation of the barrel in terms of the mechanisms. Secondly, the composite thermal insulation layer has thermal insulation elements. Moreover, the insulation elements do not impair, from the point of view of strength, the performance of the lining, but bear only the load of the insulation of the shaft of the mine and can be made of special thermal insulation material without passing heat to defrost permafrost rocks around the lining.
- Причем общий коэффициент термического сопротивления композиционного теплоизоляционного слоя должен быть не менее 2 м2К/Вт.- Moreover, the total coefficient of thermal resistance of the composite heat-insulating layer should be at least 2 m 2 K / W.
Данное техническое решение позволяет посредством инженерных расчетов для конкретных условий эксплуатации определить размеры элементов теплоизоляционных материалов и общие конструктивные размеры композиционного теплоизоляционного слоя для обеспечения надежной работы по теплоизоляции многолетнемерзлых пород вокруг крепи. This technical solution allows, through engineering calculations for specific operating conditions, to determine the sizes of the elements of heat-insulating materials and the general structural dimensions of the composite heat-insulating layer to ensure reliable work on thermal insulation of permafrost rocks around the lining.
- Бурение скважин для монтажа сезонных охлаждающих устройств (ОУ) ведут на расстоянии 2-3 м друг от друга и оно не должно превышать удвоенного расстояния от ОУ до контакта крепь-порода. - Drilling wells for the installation of seasonal cooling devices (DU) is carried out at a distance of 2-3 m from each other and it should not exceed twice the distance from the DU to the lining-rock contact.
Данное техническое решение получено на основе анализа опыта использования замораживающих устройств и теплофизических расчетов. Минимальное количество скважин определяется из максимального расстояния между ОУ в пределах 2-3 м, при которых образуется сплошной льдопородный цилиндр вокруг ствола, полностью поглощающий свайное поле фундамента копра. Рекомендуемые расстояния 2 и 3 м между ОУ в ряду получены на основании специальных теплофизических расчетов, из которых следует, что однородное температурное поле между ОУ получается при температуре замораживающей жидкости -10-15oC при этом расстоянии в 2 м, а при температуре -20-25oC - 3 м.This technical solution is obtained on the basis of an analysis of the experience of using freezing devices and thermophysical calculations. The minimum number of wells is determined from the maximum distance between the OS within 2-3 m, at which a continuous ice-rocky cylinder is formed around the trunk, completely absorbing the pile field of the copra foundation. Recommended distances of 2 and 3 m between the op-amp in the series were obtained on the basis of special thermophysical calculations, from which it follows that a uniform temperature field between the op-amps is obtained at a temperature of freezing liquid of -10-15 o C at this distance of 2 m, and at a temperature of -20 -25 o C - 3 m.
Для предотвращения жесткого температурного воздействия на крепь ствола расстояние до контура крепь-порода не должно превышать удвоенного расстояния между ОУ. To prevent hard temperature effects on the lining of the trunk, the distance to the lining-rock contour should not exceed twice the distance between the OS.
- Промораживанием образуют сплошной льдопородный цилиндр вокруг ствола шахты. - Freezing form a solid ice-forming cylinder around the shaft of the mine.
Данное техническое решение позволяет с минимальными затратами энергии вести замораживание грунта при помощи сезонных замораживающих устройств (СОУ). Работа ведется только в период, когда температура атмосферного воздуха ниже температуры охлаждаемого грунта. Рабочим веществом в воздушных установках служит непосредственно атмосферный воздух, в жидкостных - керосин, растворы минеральных и органических солей. Воздушные СОУ наиболее предпочтительны по следующим причинам: из-за возможности оперативного влияния на качество проморозки (за счет увеличения мощности вентилятора) и экологической чистоты, что особенно важно для устьев воздухоподающих стволов. This technical solution allows freezing of soil with minimal energy costs using seasonal freezing devices (SDAs). Work is carried out only at a time when the temperature of the air is lower than the temperature of the cooled soil. The working substance in air installations is directly atmospheric air, in liquid - kerosene, solutions of mineral and organic salts. Air SDAs are most preferable for the following reasons: because of the possibility of an operative influence on the quality of freezing (due to an increase in fan power) and environmental cleanliness, which is especially important for the mouths of air-supplying trunks.
- За контуром расположения ОУ бурят скважины для размещения фундаментных свай, устанавливают сваи, на которых монтируются опоры и здание копра. - Beyond the OS contour, wells are drilled to place foundation piles, piles are installed on which supports and the copra building are mounted.
Данное техническое решение позволяет размещать свайное поле, огражденное от проходящего по стволу шахты теплового потока воздуха с помощью теплоизоляционного слоя на контакте крепь-порода и сплошного льдопородного цилиндра, созданного ОУ, что обеспечивает сохранность многолетнемерзлых пород и надежную работу свайного фундамента под опорами копра и под зданием копра. This technical solution allows you to place a pile field, shielded from the heat flow of air passing through the shaft of the mine with the help of a heat-insulating layer on the contact of the support-rock and the solid ice-rock cylinder created by the OS, which ensures the safety of permafrost and reliable operation of the pile foundation under the supports of the copra and under the building copra.
Кроме того, для уменьшения воздействия сезонного размораживания под зданием копра выполняются проветриваемые подполья. Наблюдениями установлено, что глубина летнего протаивания под зданиями с проветриваемыми подпольями как правило на 20-40% меньше по сравнению с глубиной протаивания на открытых площадках, наличие ОУ увеличивает эту цифру до 60-80%. In addition, ventilated undergrounds are carried out under the copra building to reduce the effects of seasonal defrosting. Observations found that the depth of thawing in summers under buildings with ventilated undergrounds is usually 20–40% less than the thawing depth in open areas; the presence of opamps increases this figure to 60–80%.
- На контакте крепь-порода устанавливаются датчики контроля и управления работой ОУ. - On the lining-rock contact, sensors for monitoring and controlling the operation of the OS are installed.
Данное техническое решение позволяет оперативно следить за зоной температурно-фазового перехода, Tф = 0oC до -2oC, талого грунта в мерзлых породах. Температура -2oC обуславливается водой, представленной насыщенными растворами минеральных солей. При отклонении температур от заданного параметра, согласно показаниям датчиков, производят соответственно включение или выключение ОУ, которое может быть обеспечено как автоматической системой или может выполняться вручную, непосредственно с пульта управления. Температуру, в некоторой степени, так же можно регулировать изменением теплоты проходящего по шахте воздуха.This technical solution allows you to quickly monitor the area of the temperature-phase transition, T f = 0 o C to -2 o C, thawed soil in frozen rocks. The temperature -2 o C is determined by water, represented by saturated solutions of mineral salts. If the temperature deviates from the set parameter, according to the readings of the sensors, the OS is turned on or off, which can be provided as an automatic system or can be performed manually, directly from the control panel. The temperature, to some extent, can also be controlled by changing the heat of the air passing through the mine.
Оперативное вмешательство в состояние температуры породы около крепи обеспечивает надежную работу во время эксплуатации шахты. Surgical intervention in the state of temperature of the rock near the lining ensures reliable operation during the operation of the mine.
- Дополнительным контуром из ОУ могут ограждать сваи каждой опоры копра шатрового типа. - An additional contour from the OS can be fenced with piles of each support of the copra tent type.
Известно, что для СОУ воздушного типа предельная глубина составляет 15 м. Температура фазового перехода для засоленных пород равняется -2oC, зоны с более высокой температурой соответственно являются талыми.It is known that for air-type SDAs, the maximum depth is 15 m. The phase transition temperature for saline rocks is -2 o C, zones with a higher temperature are respectively thawed.
Проведенными исследованиями установлено, что при помощи одного кольца ОУ, окружающего ствол, сохранить в рабочем состоянии минерализованные породы под опорами копра не удается, мерзлое ядро образуется слишком высоко, увеличивая длину сваи, мы протыкаем это ядро; несущая способность сваи перестает увеличиваться за счет уменьшения опоры со стороны основания сваи. Для минерализованных пород необходима дополнительная проморозка грунтов под свайным основанием опор копра, то есть требуется установить дополнительное кольцо ОУ вокруг кустов свай опор копра шатрового типа. It was established by studies that, with the help of one OU ring surrounding the trunk, it is not possible to maintain mineralized rocks under the supports of the copra in working condition, the frozen core is formed too high, increasing the length of the pile, we pierce this core; the bearing capacity of the pile ceases to increase due to the reduction of support from the side of the base of the pile. For mineralized rocks, additional freezing of the soil under the pile base of the copra support is required, that is, it is necessary to install an additional OU ring around the pile bushes of the tent-type copra supports.
Данное техническое решение и обеспечивает надежную работу свайных оснований опор копра шатрового типа в минерализованных породах. This technical solution ensures the reliable operation of the pile foundations of supports of the tent-type hinge in mineralized rocks.
- Дополнительным контуром ОУ могут ограждать общее свайное поле под зданием копра башенного типа. - An additional op-amp circuit may enclose a common pile field under the tower-type copra building.
Проведенными исследованиями установлено, что данное техническое решение необходимо только в случае, когда многолетнемерзлые породы пропитаны раствором насыщенных минеральных солей (см. объяснение предыдущего пункта). The studies found that this technical solution is only necessary if permafrost is saturated with a solution of saturated mineral salts (see explanation of the previous paragraph).
Дополнительный контур ОУ обеспечивает надежную работу свай под зданием копра башенного типа в многолетнемерзлых породах, пропитанных раствором минеральных солей. An additional OS circuit ensures reliable operation of piles under the tower-type copra building in permafrost soaked in a solution of mineral salts.
Сущность предлагаемого технического решения
Способ крепления устья ствола шахты в многолетнемерзлых грунтах учитывает распространение тепла от движения теплого воздуха по стволу шахты, с учетом влияния дневной поверхности, при наличии охлаждающих устройств, смонтированных в массиве горных пород вокруг ствола. Крепь ствола и теплоизоляция крепи учитываются через термическое сопротивление. Скважины с вмонтированными в них ОУ, поскольку их диаметр много меньше диаметра ствола шахты, являются точечными стоками "тепла", располагаются на одинаковом расстоянии от оси ствола и "размазаны" по некоторой цилиндрической поверхности. Выше указаны условия и допущения, принятые в инженерных расчетах обоснования параметров элементов технических решений конструкций и процессов.The essence of the proposed technical solution
The method of attaching the mouth of a mine shaft in permafrost soils takes into account the distribution of heat from the movement of warm air along the mine shaft, taking into account the influence of the day surface, in the presence of cooling devices mounted in the rock mass around the shaft. The lining of the trunk and the thermal insulation of the lining are taken into account through thermal resistance. Wells with op-amps mounted in them, since their diameter is much smaller than the diameter of the shaft of the mine, are point sinks of "heat", are located at the same distance from the axis of the shaft and are "smeared" over some cylindrical surface. The conditions and assumptions adopted in the engineering calculations of the justification of the parameters of the elements of the technical solutions of structures and processes are indicated above.
Поверхность ствола шахты закрепляют композиционным теплоизоляционным слоем. Композиционный теплоизоляционный слой обеспечивает механическую прочность закрепления стенок ствола крепью, на которую монтируют армировку ствола с необходимой прочностью и устойчивостью, снабженной элементами теплоизоляции. Благодаря элементам теплоизоляции крепь обладает необходимым термическим сопротивлением. The surface of the shaft of the mine is fixed with a composite heat-insulating layer. Composite heat-insulating layer provides mechanical strength for fixing the barrel walls with a support, on which the barrel reinforcement is mounted with the necessary strength and stability, equipped with thermal insulation elements. Thanks to the thermal insulation elements, the lining has the necessary thermal resistance.
Инженерный метод расчета композиционного теплоизоляционного слоя при заданных параметрах эксплуатации позволяет получать на контуре крепь-порода температуру фазового перехода поровой влаги от 0oC до -2oC.The engineering method for calculating the composite heat-insulating layer at specified operating parameters makes it possible to obtain the phase transition temperature of pore moisture from 0 o C to -2 o C. on the lining-rock circuit.
Вокруг ствола на определенном расстоянии друг от друга в скважинах монтируют ОУ с образованием льдопородного цилиндра. Определенный радиус размещения и режим включения ОУ обеспечивает минимальное отклонение температуры на контакте крепь-порода от температуры фазового перехода поровой влаги. За контуром ОУ бурят скважины, в которых устанавливаются сваи под опоры шатрового копра и здание копра. Кроме того сваи под опоры копра и здание копра в многолетнемерзлых породах, пропитанных рассолами минеральных солей, ограждены дополнительным контуром ОУ. И еще тем, что дополнительным контуром ОУ ограждают общее свайное поле под зданием копра башенного типа, когда многолетнемерзлые породы пропитаны рассолами минеральных соей. Around the trunk at a certain distance from each other in the wells, the OS is mounted with the formation of an ice-rock cylinder. A certain radius of placement and the inclusion mode of the OS provides the minimum deviation of the temperature at the lining-rock contact from the temperature of the phase transition of pore moisture. Beyond the OS contour, wells are drilled in which piles are installed under the supports of the tented pile driver and the building of the pile driver. In addition, piles under the supports of the copra and the building of the copra in permafrost, saturated with brines of mineral salts, are fenced with an additional contour of the OS. And the fact that an additional contour of the OS is enclosed by a common pile field under the tower-type copra building, when permafrost is saturated with brines of mineral soybeans.
Все указанное выше позволяет надежно закреплять устье ствола шахты и поддерживать его в рабочем состоянии полный срок эксплуатации. All of the above allows you to securely fix the mouth of the shaft of the mine and maintain it in working condition for the full term of operation.
Таким образом, предлагаемый способ крепления устья ствола шахты в многолетнемерзлых породах обладает элементами промышленной новизны и полезности. Thus, the proposed method of fastening the mouth of the shaft in permafrost rocks has elements of industrial novelty and utility.
Пример использования способа крепления устья ствола шахты показан на принципиальных схемах: фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, где
фиг. 1 - принципиальная схема осуществления способа крепления устья ствола шахты в многолетнемерзлых породах - вертикальный разрез (вариант использования копра шатрового типа);
фиг. 2 - то же, план поверхности устья ствола шахты;
фиг. 3 - то же, план поверхности устья ствола шахты, вариант с использованием копра башенного типа;
фиг. 4 - узел А (фиг. 1), композиционный теплоизоляционный слой крепления ствола шахты, вариант выполнения специальным теплоизоляционным бетонным тюбингом и забутовкой бетоном (керамзитбетоном);
фиг. 5 - узел А (фиг. 1), вариант выполнения монолитным железобетоном, забутовкой керамзитбетоном (бетоном), при этом внутренняя поверхность железобетона покрыта пеногазобетоном, защищенным металлической сеткой с торкретбетоном;
фиг. 6 - узел А (фиг. 1), вариант выполнения железобетонными тюбингами с забутовкой керамзитбетоном (бетоном), при этом внутренняя поверхность железобетона покрыта пеногазобетоном (пенопластом), защищенным металлической сеткой с торкретбетоном;
фиг. 7 - узел А (фиг. 1), вариант выполнения крепления чугунными тюбингами и забутовкой керамзитбетоном (бетоном);
фиг. 8 - узел А (фиг. 1), вариант выполнения монолитным бетоном и забутовкой керамзитбетоном;
фиг. 9 - узел А (фиг. 1), вариант выполнения монолитным керамзитбетоном с армировкой металлом внутренней оболочки крепи;
фиг. 10 - принципиальная схема устья ствола с картой изотерм.An example of the use of the method of fastening the mouth of the shaft of the mine is shown in the schematic diagrams: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10, where
FIG. 1 is a schematic diagram of an implementation of a method for attaching a wellhead of a shaft of a mine in permafrost — a vertical section (use case of a tent-type headstock);
FIG. 2 - the same plan of the surface of the mouth of the shaft of the mine;
FIG. 3 - the same, the plan of the surface of the mouth of the shaft of the mine, a variant using tower copra;
FIG. 4 - node A (Fig. 1), a composite heat-insulating layer for attaching a mine shaft, an embodiment with special heat-insulating concrete tubing and clogging with concrete (expanded clay concrete);
FIG. 5 - node A (Fig. 1), an embodiment of monolithic reinforced concrete, cladding with expanded clay concrete (concrete), while the inner surface of the reinforced concrete is covered with foam-gas concrete, protected by a metal mesh with shotcrete;
FIG. 6 - node A (Fig. 1), an embodiment of reinforced concrete tubing with a cladding of expanded clay concrete (concrete), while the inner surface of the reinforced concrete is covered with foam-gas concrete (foam), protected by a metal mesh with shotcrete;
FIG. 7 - node A (Fig. 1), an embodiment of fastening with cast-iron tubing and cladding with expanded clay concrete (concrete);
FIG. 8 - node A (Fig. 1), an embodiment of monolithic concrete and cladding with expanded clay concrete;
FIG. 9 - node A (Fig. 1), an embodiment of a monolithic expanded clay concrete with metal reinforced inner shell lining;
FIG. 10 is a schematic diagram of a wellhead with a map of isotherms.
Устье ствола шахты 1, его стенки, крепятся композиционным теплоизоляционным слоем 2, на контакте крепь-порода 3 устанавливают температурный датчик 4 (фиг. 1). Вокруг ствола шахты 1, по кольцу, на расстоянии 2-3 м друг от друга бурят скважины диаметром 0,3 м для размещения охлаждающих устройств (ОУ) 5. За контуром 6 охлаждающих устройств бурят скважины в виде четырех кустов (групп скважин) для установки свай 7 под опоры 8 копра шатрового типа 9 и его копрового здания. Когда шахтный ствол оборудуется копром башенного типа, за контуром 6 обуривается серия скважин, образующая свайное поле 10 (фиг. 3). The mouth of the
На свайное основание монтируют здание копра 9 с образованием проветриваемого подполья 11 (фиг. 1) между земной поверхностью и нижней частью копрового здания. A
Когда вода в многолетнемерзлых породах представлена рассолами с большим содержанием минеральных солей, для увеличения надежности работы сваи 2 каждой опоры ограждаются дополнительным контуром 12 из ОУ (фиг. 2). When water in permafrost rocks is represented by brines with a high content of mineral salts, to increase the reliability of operation, piles 2 of each support are protected by an
При оборудовании шахтного ствола башенным копром в породах, имеющих минерализованные рассолы, дополнительным контуром 13 ограждается все свайное поле (фиг. 3). When equipping a mine shaft with a tower headstock in rocks having mineralized brines, an
Композиционный теплоизоляционный слой 2 (фиг. 1) обеспечивает механическую прочность закрепления стенок ствола крепью, на которой монтируют армировку ствола с необходимой прочностью и устойчивостью, снабженную элементами теплоизоляции, благодаря которым она обладает необходимым термическим сопротивлением. Composite heat-insulating layer 2 (Fig. 1) provides mechanical strength for fixing the barrel walls with a support, on which the barrel reinforcement is mounted with the necessary strength and stability, equipped with thermal insulation elements, due to which it has the necessary thermal resistance.
На фиг. 4, 5, 6, 7, 8 и 9 показаны варианты выполнения композиционного теплоизоляционного слоя. In FIG. 4, 5, 6, 7, 8, and 9 show embodiments of a composite heat-insulating layer.
На фиг. 4 вариант выполнения специальным теплоизоляционным железобетонным тюбингом 14 с забутовкой бетоном 15 или керамзитбетоном. In FIG. 4 embodiment by special heat-insulating reinforced
Теплоизоляционный железобетонный тюбинг 14 состоит из несущего корпуса 16, сделанного из железобетона толщиной 100-200 мм, который воспринимает (при движении подъемных сосудов, горных ударах) все статические и динамические нагрузки. Корпуса шестнадцати смежных тюбингов жестко соединены между собой и образуют прочный монолитный "стакан", основу крепи шахты. Heat-insulating reinforced
На корпусе 16 посредством железобетонных ребер 17 и наружной оболочки 18 образована полость 19, которую заполняют теплоизоляционным материалом, например, пеногазобетоном. A
Толщина железобетонных ребер 17 и наружной оболочки 18 небольшая (около 15-25 мм). Размером полости 19 и заполненного теплоизоляционного материала являются основным термическим сопротивлением и определяются расчетом. The thickness of the reinforced
На фиг. 5 показан вариант выполнения монолитным стаканом 20, который воспринимает статическую и динамическую нагрузку на крепь. In FIG. 5 shows an embodiment of a
Внутренняя поверхность монолитного железобетонного стакана 20 покрыта пеногазобетоном 21, защищенным металлической сеткой с торкретбетоном 22. The inner surface of the monolithic reinforced
Пеногазобетон 21 может быть выполнен в виде специальных тюбингов, которые при монтаже закрепляются сеткой и анкерными болтами. Основным термическим сопротивлением в этом варианте является покрытие из пеногазобетона 21, размер которого определяется расчетом. Foam-
На фиг. 6 показан вариант выполнения железобетонными тюбингами 23 с забутовкой керамзитбетоном 15 (бетоном), при этом внутренняя поверхность покрыта пенопластом 24 (пеногазобетоном), защищенным металлической сеткой и торкретбетоном 22. Основным термическим сопротивлением в данном варианте является слой пенопласта 24, толщина которого определяется расчетом. In FIG. 6 shows an embodiment of reinforced
На фиг. 7 показан вариант выполнения чугунными тюбингами 25 с забутовкой керамзитом 15. In FIG. 7 shows an embodiment of cast-
Основным термическим сопротивлением в данном варианте является ограниченный слой забутовочного керамзита 15. Для надежной работы стакана крепи, выполненного из чугунных тюбингов 25, необходимо их жесткое соединение между собой и надежная забутовка между породой. Керамзит ввиду его пористости не обеспечивает надежную забутовку, особенно при больших толщинах. The main thermal resistance in this embodiment is a limited layer of back-expanded
На фиг. 8 показан вариант выполнения монолитным бетоном 20 с забутовкой керамзитбетоном 15. При этом варианте так же ограниченные возможности создания термического сопротивления. In FIG. Figure 8 shows an embodiment of
На фиг. 9 показан вариант выполнения монолитным керамзитбетоном с армировкой металлом внутренней оболочки 26 крепи. In FIG. 9 shows an embodiment of a monolithic expanded clay concrete with metal reinforced
При этом варианте наблюдаются ограниченные возможности несущей способности крепи, поэтому его можно использовать на вентиляционных стволах, где нет динамически нагруженной армировки ствола. With this option, there are limited capabilities of the bearing capacity of the lining, so it can be used on ventilation trunks where there is no dynamically loaded trunk reinforcement.
В зависимости от условий эксплуатации выбирают вариант выполнения композиционного теплоизоляционного слоя. Depending on the operating conditions, a composite thermal insulation layer is chosen.
Общий коэффициент термического сопротивления для композиционного теплоизоляционного слоя не должен быть менее 2 м2К/Вт.The total coefficient of thermal resistance for the composite thermal insulation layer should not be less than 2 m 2 K / W.
Нижний предел 2 м2К/Вт обусловлен минимальным значением теплоизоляции, при котором возможно использование данной крепи для снижения уровня растепления окружающих ствол пород.The lower limit of 2 m 2 K / W is due to the minimum value of thermal insulation at which it is possible to use this lining to reduce the level of thawing of the rocks surrounding the trunk.
Верхний предел определяется только экономическими соображениями по расходу теплоизоляционного материала, уменьшения диаметра ствола при проходке и т.п. The upper limit is determined only by economic considerations on the consumption of heat-insulating material, reducing the diameter of the barrel during sinking, etc.
Фиг. 10 и 11 демонстрируют глубокую проморозку основания в зимнее время (фиг. 10) и сохранение мерзлого его состояния в течение лета. FIG. 10 and 11 demonstrate deep freezing of the base in winter time (Fig. 10) and the preservation of its frozen state during the summer.
По формулам и номограммам, разработанным в отчете по НИР "Произвести оптимизацию параметров сезонных охлаждающих устройств, обеспечивающих повышение несущей способности оснований фундаментов копров рудника "Мир". - ИГДС СО РАН. 1995", производят расчет коэффициента и обоснование размеров элементов, входящих в композиционный теплоизоляционный слой. According to the formulas and nomograms developed in the research report "To optimize the parameters of seasonal cooling devices that increase the bearing capacity of the foundations of the foundation foundations of the Mir mine. - IGDS SB RAS. 1995", the coefficient is calculated and the size of the elements included in the composite thermal insulation is calculated layer.
В качестве сезонно охлаждающих устройств 5 (СОУ) могут быть использованы устройства с принудительной и естественной конвенцией хладагента, а по фазовому состоянию последнего воздушные, жидкостные и парожидкостные. Принудительная конвенция хладагента в установках осуществляется вентиляторами или жидкостными насосами, а естественная - за счет разности температур атмосферного воздуха и охлаждающего массива. Рабочим веществом в воздушных установках служит непосредственно атмосферный воздух, в жидкостных - керосин, растворы минеральных солей, а парожидкостных - легкокипящие жидкости (аммиак, фреон, пропан). As seasonally cooling devices 5 (SDA), devices with forced and natural refrigerant conventions can be used, and by the phase state of the latter, air, liquid and vapor-liquid. The forced refrigerant convention in installations is carried out by fans or liquid pumps, and the natural one - due to the temperature difference between the atmospheric air and the cooling array. The working substance in air installations is directly atmospheric air, in liquid - kerosene, solutions of mineral salts, and vapor-liquid - low-boiling liquids (ammonia, freon, propane).
Наибольшее распространение для укрепления мерзлых оснований находит применение автоматически действующих керосиновых охлаждающих установок. The most common for strengthening frozen foundations is the use of automatically operating kerosene cooling units.
По сравнению с другими способами охлаждения укрепление мерзлых оснований автоматически действующими зимой охлаждающими установками более экономично, поскольку позволяет в ходе эксплуатации сооружений в зимнее время накапливать холод в земной коре, что не требует дополнительных затрат. Следует однако отметить, что в связи с возможными утечками керосина из охлаждающих устройств этот способ экологически не безопасен. Применение воздушных СОУ, в которых теплоносителем служит холодный атмосферный воздух, является экологически безупречным, что особенно важно в устье стволов шахт. Грунт замораживается через коаксиальные колонки, погружаемые в пробуренные скважины. Отдельные колонки соединяются с воздуховодом, через который вентилятором нагнетается холодный воздух. Для предотвращения зарастания замораживающих колонок льдом и повышения надежности воздушных замораживающих систем применяется конструкция (схема) двухколлекторной системы. Двухколлекторная система обеспечивает равномерное распределение воздуха по равнозагрубленным колонкам без специальной регулировки, что отличает ее от одноколлекторной установки, в которой у каждой колонки устанавливают специальные регулирующие шиберы. Кроме того, двухколлекторная система проще и надежнее герметизируется на летний период, так как для этого необходимо заглушить только входное отверстие коллекторов и не требуется герметизация каждой колонки. Compared to other cooling methods, strengthening frozen foundations by automatically operating cooling units in winter is more economical, since it allows the accumulation of cold in the earth's crust during the operation of structures in winter, which does not require additional costs. However, it should be noted that due to possible leaks of kerosene from cooling devices, this method is environmentally unsafe. The use of air SDAs, in which cool atmospheric air serves as a coolant, is ecologically perfect, which is especially important at the mouth of mine shafts. Soil is frozen through coaxial columns immersed in drilled wells. Separate columns are connected to the duct through which cold air is pumped by the fan. In order to prevent freezing columns from overgrowing with ice and to increase the reliability of air freezing systems, the design (circuit) of a two-collector system is used. A two-collector system ensures even distribution of air over equally-charged columns without special adjustment, which distinguishes it from a single-collector installation in which special control gates are installed on each column. In addition, the two-collector system is easier and more reliable to be sealed for the summer period, since for this it is necessary to plug only the inlet of the collectors and no sealing of each column is required.
Для оценки теплового состояния массива горных пород вокруг устья ствола шахты, пройденного в многолетнемерзлом грунте, разработана математическая модель процесса распространения тепла вокруг ствола шахты (по которой движется поток подогретого воздуха +2oC и от 7oC до 15oC с учетом влияния дневной поверхности с континентальным холодным климатом, при работе охлаждающих устройств, помещенных в породу, окружающую устье ствола, которая позволяет установить распределение температур вокруг ствола при соответствующих значениях входящих параметров в любой момент времени и по координатам. Как показала практическая проверка - с любой степенью точности.To assess the thermal state of the rock mass around the mouth of the mine shaft, passed in permafrost, a mathematical model of the process of heat propagation around the mine shaft (along which the heated air stream moves +2 o C and from 7 o C to 15 o C, taking into account the influence of daytime surfaces with a continental cold climate, when working with cooling devices placed in the rock surrounding the wellhead, which allows you to set the temperature distribution around the trunk for the corresponding values of incoming pairs meters at any point in time and coordinates. As shown by practical verification - with any degree of accuracy.
Ввиду сложности происходящих теплофизических процессов вокруг устья ствола шахты для реализации построенной математической модели разработана программа "MIRSIF" на алгоритмическом языке "FORTRAN-77" для ЭВМ типа IBM PC AT/XT. Due to the complexity of the thermophysical processes occurring around the mouth of the mine shaft for the implementation of the constructed mathematical model, the MIRSIF program was developed in the algorithmic language FORTRAN-77 for computers such as IBM PC AT / XT.
Осуществление способа крепления устья ствола шахты в многолетнемерзлых породах ведется следующим образом. The implementation of the method of fastening the mouth of the shaft in permafrost rocks is as follows.
Для ствола радиусом в свету Ro=4 м, пройденном в многолетнемерзлых породах, для нижеследующих условий эксплуатации:
коэффициент теплопроводности мерзлых пород 2,34 Вт/мoC;
коэффициент теплоемкости мерзлых пород 21,0 Вт•сут/м3 oC;
начальная температура пород - 0,6oC;
температура воздуха TB = A + B•sin(wt + φ), где A - коэффициент среднегодовой температуры воздуха; AB = -7,4oC; B - коэффициент амплитуды годовых колебаний. BB = 24,1oC; коэффициент WB = 2П/365,2 = 0,01720242, коэффициент теплообмена воздуха в стволе с крепью 6 Вт/м3 oC;
- диаметр скважин для размещения СОУ - dk = 0,3 м.For a trunk with a radius of light of R o = 4 m, passed in permafrost, for the following operating conditions:
thermal conductivity coefficient of frozen rocks 2.34 W / m o C;
coefficient of heat capacity of frozen rocks 21.0 W • day / m 3 o C;
the initial temperature of the rocks is 0.6 o C;
air temperature T B = A + B • sin (wt + φ), where A is the coefficient of average annual air temperature; A B = -7.4 ° C; B is the coefficient of the amplitude of annual fluctuations. B B = 24.1 ° C; coefficient W B = 2P / 365.2 = 0.01720242, the coefficient of heat transfer of air in the trunk with a support 6 W / m 3 o C;
- the diameter of the wells to accommodate the JMA - d k = 0.3 m
Предварительно выбирают вариант выполнения композиционного теплоизоляционного слоя - фиг. 4, 5, 6, 7, 8 и 9 (например, вариант фиг. 5), определяют геометрические размеры всех входящих элементов и толщину слоя при заранее (предварительно) заданном коэффициенте термического сопротивления 2 м2К/Вт. Зная толщину композиционного слоя, полученного из коэффициента термического сопротивления, находят размер радиуса проходки R1 ствола шахты. (Расстояние от центра ствола шахты до контакта крепь-порода). Используя конкретные теплофизические данные района расположения ствола, по известным формулам производят теплофизические расчеты и определяют расстояние между скважинами dk, в которых размещают ОУ, и принимают равным 2 или 3 м в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.Pre-select the embodiment of the composite thermal insulation layer - Fig. 4, 5, 6, 7, 8 and 9 (for example, the variant of Fig. 5), determine the geometric dimensions of all the input elements and the thickness of the layer at a predetermined (pre) specified coefficient of thermal resistance of 2 m 2 K / W. Knowing the thickness of the composite layer obtained from the coefficient of thermal resistance, find the size of the radius of penetration R 1 of the shaft of the mine. (The distance from the center of the shaft of the shaft to the contact lining-rock). Using the specific thermophysical data of the borehole location region, thermophysical calculations are made according to well-known formulas and the distance between the wells d k in which the OS is placed is determined and taken equal to 2 or 3 m depending on the temperature of the coolant.
С целью уменьшения градиента перепада температур в многолетнемерзлых породах между наружным диаметром ствола (контакта крепь-порода) и контуром 6 расположения скважин 5, под монтаж СОУ, это расстояние принимаем равным удвоенному расстоянию между скважинами 5. (Удвоенное расстояние было определено в результате анализа экспериментальных и теоретических данных). In order to reduce the temperature gradient in permafrost between the outer diameter of the borehole (lining-rock contact) and the
Вышеуказанное позволяет определить радиус контура 6. Rk, расположения скважин 5, в данном примере Rk = 8,2 м. Скважины 5 для размещения ОУ бурят диаметром 0,3 м. При использовании в качестве СОУ воздушных термосифонов глубина скважины достигает 15 м, поскольку при глубине более 15 м воздушные СОУ не эффективны.The above allows you to determine the radius of the
При использовании жидкостных и гидрожидкостных ОУ глубина скважин определяется необходимой глубиной замораживания массива. When using liquid and hydro-liquid OS, the depth of the wells is determined by the required depth of freezing the array.
За контуром 6 размещения ОУ 5 бурят скважины для размещения свай 7 под опоры и здание копра. Расстояние между свайными скважинами 7 и их количество определяется строительно-монтажным проектом с учетом строительства и эксплуатации зданий и сооружений на многолетней мерзлоте известными техническими решениями. Beyond the
Если многолетнемерзлые породы минерализованы, температура фазового перехода с учетом засоленности имеет значение -1,8oC, зоны с более высоким температурным градиентом являются талыми. Исследованиями установлено, что при помощи одних ОУ, окружающих ствол, сохранить в работоспособном состоянии основания под сваями опор копра 8 не удается: мерзлое ядро образуется слишком высоко, увеличенная длина сваи протыкает ядро; несущая способность сваи перестает увеличиваться за счет уменьшения отпора со стороны основания сваи. Расчеты показывают необходимость дополнительной проморозки грунтов под сваями опор копра, для чего устанавливают дополнительный контур 12 (фиг. 2), то есть бурятся скважины и устанавливаются дополнительные ОУ.If permafrost rocks are mineralized, the temperature of the phase transition, taking into account salinity, is -1.8 o C, zones with a higher temperature gradient are thawed. Studies have established that with the help of some op-amps surrounding the trunk, it is not possible to maintain the bases under the piles of the supports of the
Когда над устьем ствола шахты монтируется башенный копер, для выполнения данных работ бурится целое поле 10 скважин (фиг. 3). При бурении поля скважин 10 при засоленных мерзлых грунтах для обеспечения надежной работы фундамента бурятся скважины дополнительного контура 13 (фиг. 3) для размещения замораживающих ОУ. When a tower driver is mounted above the mouth of the shaft of the mine, a whole field of 10 wells is drilled to perform these operations (Fig. 3). When drilling a field of
При положительном тепловом режиме нагнетаемого в шахту воздуха во время эксплуатации ствола условием, полностью гарантирующим отсутствие критических ситуаций, является сохранение в агрегатном состоянии вмещающих пород в закрепном пространстве. Это обеспечивается сохранением мерзлого состояния пород вокруг ствола шахты и на контакте композиционного теплоизоляционного слоя и пород в районе температуры фазового перехода (ΔT).
Параметры композиционного теплоизоляционного слоя, его термическое сопротивление, радиус расположения, необходимое количество и режим включения-выключения ОУ обеспечивают минимальное отклонение температуры на контакте крепь-порода, то есть температуры фазового перехода поровой влаги.With a positive thermal regime of the air injected into the mine during the operation of the barrel, a condition that fully guarantees the absence of critical situations is the storage of the enclosing rocks in an aggregated state in an enclosed space. This is ensured by the preservation of the frozen state of the rocks around the mine shaft and at the contact of the composite heat-insulating layer and rocks in the region of the phase transition temperature (ΔT).
The parameters of the composite heat-insulating layer, its thermal resistance, the radius of the location, the required amount and the on-off mode of the OS provide the minimum temperature deviation at the lining-rock contact, that is, the temperature of the phase transition of pore moisture.
В зимний период около контура 6 ОУ намораживается льдопородный цилиндр с пониженной температурой (см. фиг. 10). ОУ 5 работает в заданном автоматическом режиме. Например, по стволу движется воздух с температурой +5oC, температура включения и выключения ОУ -1oC (режим задается параметрами расчета на основе математической модели, а также может быть получен экспериментально во время эксплуатации). При этом температура на термических датчиках 4 должна быть близкой к температуре фазового перехода ΔT = 0o.C.In winter, an ice-bearing cylinder with a reduced temperature is frozen around the
При практической работе СОУ воздушного типа должна измеряться температура нагнетаемого воздуха и воздуха на "выхлопе". СОУ работает в правильном режиме, если температура "выхлопа" выше температуры подаваемого воздуха. В летний период СОУ отключается и температура на контакте крепь-порода поддерживается за счет "холода", накопленного в зимний период (фиг. 10). Если термическое сопротивление крепи ниже 2 м2К/Вт, для нормальной эксплуатации в летний период необходимо включение в работу ОУ с искусственным получением хладагента (замораживающие установки), что значительно повышает и усложняет эксплуатационные расходы.In practical operation of an air-type self-propelled gun, the temperature of the discharge air and the air at the "exhaust" should be measured. СОУ works in the correct mode if the temperature of the “exhaust” is higher than the temperature of the supplied air. In the summer period, the SDA is turned off and the temperature at the lining-rock contact is maintained due to the "cold" accumulated in the winter period (Fig. 10). If the thermal resistance of the lining is lower than 2 m 2 K / W, for normal operation in the summer period, it is necessary to include in the operation of the OS with artificial receipt of refrigerant (freezing units), which significantly increases and complicates operating costs.
При наличии дополнительных замораживающих контуров 11, 13 они так же работают в зимний период и не отключаются во время отключения ОУ 5 контура 6. In the presence of additional freezing
Применение композиционного теплоизоляционного слоя и ОУ обеспечивает надежное крепление и поддержание в работоспособном состоянии во время эксплуатации устья шахты, проведенной в многолетнемерзлых породах. The use of composite heat-insulating layer and OS provides reliable fastening and maintenance during operation during the operation of the mouth of the mine, carried out in permafrost.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112853A RU2122119C1 (en) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112853A RU2122119C1 (en) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96112853A RU96112853A (en) | 1998-09-27 |
| RU2122119C1 true RU2122119C1 (en) | 1998-11-20 |
Family
ID=20182439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96112853A RU2122119C1 (en) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2122119C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111501421A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | A tunnel bottom structure that can effectively prevent the arch of the track slab |
| CN114033463A (en) * | 2021-07-21 | 2022-02-11 | 绍兴文理学院 | A combined ventilation control method of segmental positive accumulated temperature and negative accumulated temperature of thermal insulation structure gap |
| CN115075281A (en) * | 2022-07-26 | 2022-09-20 | 西南石油大学 | CFG pile-raft composite foundation structure capable of relieving thermal disturbance of frozen soil and construction method |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU804838A1 (en) * | 1979-04-03 | 1981-02-15 | Донецкий Государственный Институтпроектирования Организации Шахтногостроительства | Method of constructing mine shaft in water-saturated unstable rock |
| SU899974A1 (en) * | 1979-12-07 | 1982-01-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Осушению Месторождений Полезных Ископаемых, Специальным Горным Работам, Рудничной Геологии И Маркшейдерскому Делу /Виогем/ | Method of hydro-isulation of the timber of mine shafts |
| SU1011864A1 (en) * | 1981-09-03 | 1983-04-15 | Sedin Stanislav A | Method of sinking shafts |
| SU1288302A1 (en) * | 1984-12-30 | 1987-02-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Method of measuring the loading of shaft lining |
| SU1481411A1 (en) * | 1987-06-16 | 1989-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства | Method and plugging composition for securing mine shafts in artificially frozen rock |
| SU1490285A1 (en) * | 1987-07-07 | 1989-06-30 | Кузбасский Политехнический Институт | Method of producing counter-seepage curtain inwertical mine working |
| SU1624169A1 (en) * | 1988-10-24 | 1991-01-30 | Всесоюзный Заочный Политехнический Институт | Mine working support |
| SU1700253A1 (en) * | 1989-01-05 | 1991-12-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу | Method of water proofing of mine shaft lining |
-
1996
- 1996-06-28 RU RU96112853A patent/RU2122119C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU804838A1 (en) * | 1979-04-03 | 1981-02-15 | Донецкий Государственный Институтпроектирования Организации Шахтногостроительства | Method of constructing mine shaft in water-saturated unstable rock |
| SU899974A1 (en) * | 1979-12-07 | 1982-01-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт По Осушению Месторождений Полезных Ископаемых, Специальным Горным Работам, Рудничной Геологии И Маркшейдерскому Делу /Виогем/ | Method of hydro-isulation of the timber of mine shafts |
| SU1011864A1 (en) * | 1981-09-03 | 1983-04-15 | Sedin Stanislav A | Method of sinking shafts |
| SU1288302A1 (en) * | 1984-12-30 | 1987-02-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Method of measuring the loading of shaft lining |
| SU1481411A1 (en) * | 1987-06-16 | 1989-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт организации и механизации шахтного строительства | Method and plugging composition for securing mine shafts in artificially frozen rock |
| SU1490285A1 (en) * | 1987-07-07 | 1989-06-30 | Кузбасский Политехнический Институт | Method of producing counter-seepage curtain inwertical mine working |
| SU1624169A1 (en) * | 1988-10-24 | 1991-01-30 | Всесоюзный Заочный Политехнический Институт | Mine working support |
| SU1700253A1 (en) * | 1989-01-05 | 1991-12-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу | Method of water proofing of mine shaft lining |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111501421A (en) * | 2020-04-29 | 2020-08-07 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | A tunnel bottom structure that can effectively prevent the arch of the track slab |
| CN114033463A (en) * | 2021-07-21 | 2022-02-11 | 绍兴文理学院 | A combined ventilation control method of segmental positive accumulated temperature and negative accumulated temperature of thermal insulation structure gap |
| CN114033463B (en) * | 2021-07-21 | 2024-03-15 | 绍兴文理学院 | Heat preservation structure gap subsection positive accumulation temperature and negative accumulation temperature combined ventilation regulation and control method |
| CN115075281A (en) * | 2022-07-26 | 2022-09-20 | 西南石油大学 | CFG pile-raft composite foundation structure capable of relieving thermal disturbance of frozen soil and construction method |
| CN115075281B (en) * | 2022-07-26 | 2023-10-31 | 西南石油大学 | CFG pile-raft composite foundation structure capable of relieving thermal disturbance of frozen soil and construction method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2021534337A (en) | Freezing method and freezing system for connecting passages | |
| CN104074525B (en) | Full-face pouring, rectangular horizontal are freezed and pipe canopy joint reinforcement structure and method | |
| CN104790961B (en) | A kind of shield tunnel termination vertical cup type consolidation by freezing structure and method | |
| CN105909260B (en) | Subway station water stop structure for protecting groundwater environment and construction method thereof | |
| CN105908765B (en) | For protecting the open trench tunnel water sealing structure and construction method of groundwater environment | |
| RU2602538C1 (en) | Method for reduction of action of forces of frost boil and increasing stability of pile foundations in permafrost zone | |
| CN110080202B (en) | Horizontal freezing reinforcement structure for foundation pit bottom and construction method | |
| CN106121686B (en) | Underground excavation tunnel water stop structure for protecting groundwater environment and construction method thereof | |
| CN109209396A (en) | A kind of shield tunnel end joint reinforcement structure and construction method | |
| Sanger | Foundations of structures in cold regions | |
| RU2122119C1 (en) | Method of supporting mine shaft collar in permafrost rocks | |
| RU2157872C2 (en) | Mechanical design of cooled fill footing of structures and method for temperature control of permafrost soils | |
| US6976809B1 (en) | Method of preventing frost heave stress concentrations in chilled buried pipelines | |
| CN205669398U (en) | A undercut tunnel stagnant water structure for protecting groundwater environment | |
| CN115306399B (en) | Freeze construction method and equipment for constructing structures in the ground | |
| CN114934776B (en) | Construction method for inhibiting frost heaving and thawing sinking of water-rich geology | |
| CN205804382U (en) | For protecting the open trench tunnel water sealing structure of groundwater environment | |
| CN214657075U (en) | Large-scale foundation ditch freezing equipment | |
| RU2095574C1 (en) | Method for construction of mine shafts in watered unstable rocks | |
| CN117702790A (en) | Combined manual freezing waterproof construction method for deep foundation pit row piles | |
| RU2818341C1 (en) | Method of construction and installation of piles in permafrost zones using heat stabilization couplings | |
| CN108797603A (en) | A kind of protection network and liquid nitrogen frozen soil wall composite supporting construction and its construction method | |
| CN103343531A (en) | Freezing strengthening construction method for partial stratums difficult to freeze | |
| Schmall et al. | Ground freezing a proven technology in mine shaft sinking | |
| RU2781771C1 (en) | Method for freezing soil |