Способ искyсственного оттаивания замороженных горных пород

 

СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ОТТАИВАНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий подачу нагретого воздуха в шахтный ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки, отличающийся тим, что, с целью снижения энергозатрат на оттаивание замороженных пород, подачу нагретого хладоносителя в колонки осуществляют только в течение процесса образования ореолов оттаивания пород температурой в пределах ореола от до+5°С вокруг одиночных колонок при сохранении сплошности ледовогрунтового ограждения, после чего в колонки подают подземную воду температурой выше и после отбора холода воду из колонок удаляют.

COOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11}

4(51) Е 21 D 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЮ

М АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3402331/,22-03 (22) 18.02.82 (46) 23.04,85. Бюл, В 15 (72) С.А. Съедин и А.B. Топорков (53) 624. 139(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 369266, кл. Е 21 D 1/12, 1971, 2. Литвин А.3. и др. Проходка стволов шахт специальными способами, M.. "Недра" ° 1974. с. 181-184. (54)(57) СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ОТТАИВАНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОЛ, включающий подачу нагретого воздуха в шахтный ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки, отличающийся тим, что, с целью снижения энергозатрат на оттаивание замороженных пород, подачу нагретого хладоносителя в колонки осуществляют только в течение процесса образования ореолов оттаивания пород температурой в пределах ореола от +4 С до +5 С вокруг одиночных колонок при сохранении сплошности ледовогрунтового ограждения, после чего в колонки подают подземную воду температурой выше +25 С и после отбора холода воду из колонок удаляют.

1 11516

Изобретение относится к строительству шахт с применением искусственного замораживания горных пород.

Известен способ искусственного оттаивания замороженных горных пород, который осуществляют путем циркуляции нагретого хладоносителя в группах по 3-4 шт вертикальных скважин, расположенных в диаметрально противоположных направлениях в местах 1п с наименьшими расстояниями колонок от крепи ствола. Этот способ позволяет оттаивать породы в непосредственной близости от крепи ствола P1).

Однако требуются дополнительные затраты тепла на нагревание хладоносителя, циркулирующего в колонках.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту явля- 2р ется способ искусственного оттаиваI ния замороженных пород. Способ основан на подаче нагретого воздуха в ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки )2 j.

Недостатком известного способа является то, что при искусственном оттаивании замороженных пород на большие глубины (свыше 600 м), когда толщина ледопороднсго ограждения вокруг ствола составляет более 6-8 м, требуется затратить большое количество тепла, которое соответствует затратам тепла при замораживании пород.

При этом требуется строительство

35 специальной котельной, которая должна работать непрерывно в течение длительного времени.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на искусственное оттаивание замороженных пород.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу искусственного оттаивания замороженных пород, включающему подачу нагретого воздуха в шахтный ствол и нагретого хладоносителя в колонки, подачу нагретого хладоносителя в замораживающие колонки осуществляют только в течение процесса образования оре6лов, оттаивания пород температурой в пределах ореола от +4 С до +5 С вокруг одиночных колонок при сохранении сплошности ледогрунтового ограждения, после чего в колонки подают 55 подземную воду температурой выше

+25 С и после отбора холода воду из колонок удаляют.

77 2

На фиг. 1 .изображена принципиальная технологическая схема способа искусственного оттаивания замороженных пород; на фиг. 2 — фаза одновременной подачи нагретого воздуха в ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки; на фиг.3 —фазы образования ореолов оттаивания вокруг колонок с сохранением сплошности ледопородного огражения и подачи термальной воды в колонки, разрез; на фиг. 4 — разрез А-А на фиг.1

Способ осуществляют следующим образом.

Воздух из атмосферы через воздухозаборник 1 с помощью вентилятора

2 подают в нагреватель 3, где нагревают до температуры 20 — 30 С, Далее через вентиль 4 воздух подают для увлажнения паром в смеситель 5.

Одновременно из котла 6 через вентили 7 и 8 подают водяной пар в смеситель 5. Увлажненный паром воздух из смесителя 5 через вентиль

9 подают в трубопровод 10 и далее в ствол 11 (фиг. 1 и 2), После отбора холода воздухом от замороженных пород в зоне 12 воздух из ствола 11 выбрасывается в атмосферу. Одновременно с циркуляцией воздуха в стволе 11 нагретый до 20 — 30 С хладоноситель 13 подают в замораживающие колонки.14 (фиг. 1 и 2). Нагрев хладоносителя осуществляют путем подачи последнего из бака 15 насосом l6 в нагреватель 17. Нагревание производят паром, который подают из котла б по замкнутой сети через вентили 7 и 18с, нагреватель 17, вентили 18 b, и 19, котел 6, H замораживающие колонки .14 нагретый хладоноситель попадает через вентили 20 и 21 на вход 22 замораживающей колонки, где его охлаждают за счет холода замороженных пород 12 и из колонки

14 через вентиль 23 подают в емкость

13. После образования ореолов оттаивания 13 и 25 вокруг ствола 11 и колонок 14, соответственно подачу нагретого воздуха в ствол 11 и нагретого хладоносителя 13 в колонки 14 прекращают. Затем из водопонижающих скважин 2б с помощью погружных насосо 27 по трубе 28 через вентили 29-31 и 21 подают термальную воду на вход

22 колонки 14, состоящей из замораживающих 32 и питающих 33 труб (фиг.. 1, 3, 4). Здесь ее охлаждают

3 11516 до температуры 4 — 5 С и из колонки

14 через вентиль 34 подают на вход

35 скважины 36 и.в пласт 37. За неимением дополнительных скважин сброс воды можно производить без закачки в пласт.

Цикл повторяют до полного размораживания ледопородного ограждения 12.

В том случае, когда температура термальной воды в пласте 38 достигает

+30 С и более, то термальную воду из скважины 26 нагнетают вместо пара сначала в нагреватель 17 и через вентиль 39 в скважину 36. Затем после образования ореолов оттаивания 25 воду нагнетают из скважины 26 непосредственно в колонки 14 и после отбора холода от пород 12 — в скважину 36. В этом случае отпадает необходимость строительства специаль20 ной котельной 6. Из скважины 26 через вентили 29 и 40 вода может также подаваться в котел 6 для превращения ее в пар.

Применение способа позволяет в начальный период оттаивания ледопородного ограждения повысить температуру пород вокруг замораживающих колонок от -40 — 45 С до положительной температуры +4 ... +5 С и тем

30 самым обеспечить дальнейшее оттаивание пород путем подачи в колонки термальной воды при температуре 25

30 С

Необходимость применения х|-адоносителя для оттаивания пород з начале процесса оттаивания обусловлена следующими факторами.

Температура хладоносителя в замораживающих колонках к концу процесса

40 замораживания и перед оттаиванием пород составляет -45 С, В этом случае чтобы предотвратить выпадение кристаллов соли в рассольной- сети и коrroíêàõ применяют рассол с плотностью

1286 кг/м, -температура замерзания

45 которого составляет -55 С. Чтобы предотвратить разрывы замораживающих труб колонок от температурных напряжений, температуру рассола в колонках в начале процесса оттаивания повышают с -45 до +25 С постепенно (до образования ореолов оттаивания), и только после этого подают в колонки пресную воду.

Пример. С помощью вентилятора для проветривания глубоких стволов ВЩП-16, производительность

77 4

30-46 м /с, воздух их атмосферы подают в нагреватель, состоящий иэ двух калориферов КВБ-II-П, суммарной производительностью 275000 ккал/ч, затем для смешивания с паром и увлажнения, воздух подают в смеситель (кондиционер марки КД), обеспечивающий относительную влажность подаваемого в ствол воздуха на выходе кондиционера 90-100Х, Далее увлажненный паром нагретый воздух подают через трубопровод диаметром 800 мм в ствол и после отбора холода от замороженных пород выбрасывают в атмосферу. Одновременно через нагреватель, состоящий из параллельно соединенных четырех испарителей

300 ИКТ производительностью каждого 300 тыс,ккал/ч, рассол подают на вход замораживающих колонок диаметром 146 мм. После образования ореолов оттаивания вокруг ствола шириной 0 5-1,0 м (ширина зоны трещиноватости в породах, которая образуется после взрывной отбойки пород в стволе) и вокруг замораживающих колонок шириной 0,4-0,5 м (при указанной ширине зоны обеспечивается сплошность ледопородного ограждения при расстояниях между замораживающими колонками в натуре, равном 1,22,4 м) подачу рассола в колонки прекращают, Затем иэ четырех водопонижающих скважин диаметром 350 мм четырьмя погружными насосами

ЭЦВ14-120-540, суммарной производительностью 500 м /ч, подают в колонки термальную воду с естественной. ее температурой 25 — 26 С (температура воды на глубине 600-620 м).

Охлажденную до 4 — +5 С воду эа счет теплообмена с мерзлыми породами из колонок через скважины диаметром 350 мм закачивают в пласт фильтрующих пород, Сокращение затрат энергии достигается за счет уменьшения необходи— мого времени нагрева рассола, циркулирующего в замораживающих колонках, Наиболее выгодно предлагаемый способ применять тогда, когда после проходки глубоких стволов с замораживанием пород осуществляют осушение вмещающих пород для проходки горизонтальных выработок. В этом случае процесс оттаивания замороженных пород ограждения совмещают с процессом осушения, причем для

1151677 водозабора используют водопонижающие скважины с установленным на них оборудованием.

1151677 м. г

Фие. 3

1151677

Составитель Л. Черепенкина

Редактор А, Шандор ТехредЛ.Мартяшова

КорректорА. Обручар

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2279/23 Тираж 482

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5