Замораживающая колонка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А2 (19) (И) (5р 4 Е 21 Э 1/!4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCXOMY СБИД ТЕЛЬСТИУ (61) 1105652 (21) 3827085/22-03 (22) 19.12.84 (46) 30.05.86. Бюл. Ф 20

- (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт и Трест "Шахтспецстрой" (72) А.Д. Савинов, В.М. Варенышевв, .О..А. Долгов и В.П. Лукин (53) .622.253.3 .(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1105652, кл. Е 21 Р 1/14, 1983. (54) (57) 1 . ЗАМОРАЖИВАЮЩАЯ КОЛОНКА по авт.св. В 1105652, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения:эффективности замораживания за счет более точного определения толщины ледопородного ограждения, она снабжена размещенным в питающей трубе эталонным источником тепла, соединенным с ключевым выключателем, и измерительньщ приспособлением, к которому они подключены, причем ключевой выключатель и измерительное приспособление размещены вне колонки.

2. Колонка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что измерительное приспособление выполнено в виде последовательно соединенных переключателя датчиков, вторичного измерительного преобразователя, запоминающего прибора, арифметического прибора, функционального преобразователя, программно-временного прибора, при этом управляющие выходы последнего соединены с переключателем датчиков, вторичным измерительным преобразователем, запоминающим прибором, арифметическим прибором, функциональ- В ным преобразователем и с ключевым выключателем.

3. Колонка по п.2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде се- Я точного электроинтегратора с моделированием фазовых превращений подземных вод в массиве горных пород и заданием граничных условий второго рода °

С, =q /(Т„-Т,) 25

Изобретение относится к искусственному замораживанию горных пород при строительстве стволов шахт в сложных горно- и гидрогеологических условиях и может быть использовано при создании ледопородных ограждений на большую глубину.

Цель изобретения — повышение эффективности замораживания за счет более точного определения толщины ледопородного ограждения.

На чертеже изображена замораживающая колонка, продольный разрез, и условно показаны три слоя замораживаемых горных пород.

На внешней поверхности питающей трубы 1, расположенной в замораживающей трубе 2, размещен слой 3 тепловой изоляции. Прибор 4 ультразвукового контроля расположен в питающей трубе 1 с возможностью перемещения его по глубине колонки.

Датчики 5-11 установлены на внешней поверхности питающей трубы 1. Датчики 12-15 установлены на внешней поверхности слоя 3 тепловой изоляции. При этом датчики 7,12 размещены на горизонте кровли слоя 16 замораживаемой горной породы, датчики

8,13 размещены на горизонте кровли следуиицего снизу слоя 17 горной породы, датчики 9,14 размещены на горизонте кровли слоя 18 горной породы, датчики 10,15 размещены на горизонте почвы слоя 18 горной породы.

На дневной поверхности в измерительной лаборатории установлены последовательно соединенные переключатель 19 датчиков, вторичный измерительный.преобразователь 20, запоминающий .прибор 21, арифметический прибор 22, функциональный преобразо- ° ватель 23. К переключателю 19 датчиков подсоединены датчики температуры 5-15.

Там же установлен программно-временной прибор 24, который своими управляющими выходами 25-30 соединен с переключателем 19 датчиков, вторичным измерительным преобразователем 20, запоминающим прибором

21, арифметическим прибором 22,функциональным преобразователем 23 и ключевым выключателем 31 для включения эталонного источника тепла 32.

Переключатель 19 датчиков, вторичный измерительный преобразователь

34640 2

20, запоминающий прибор 21, арифметический прибор 22, функциональный преобразователь 23, программно-временной прибор 24 в совокупности составляют измерительное приспособление 33.

Эталонный источник 32 тепла установлен внутри питающей трубы 1 между датчиками 5 и 6 температуры.

Наличие эталонного источника 32 тепла позволяет регулярно измерять комплексный параметр G, теплового режима работы колонки, характЕризующий величину мощностк теплового

1S потока, подводимого к циркулирующему хладоносителю, необходимую о для нагрева хладоносителя на 1 С.

Этот параметр определяется по формуле (1), полученной из уравнения

2О теплового баланса участка питающей трубы I, заключенного между датчиками 5 и 6 температуры при включенном источнике 32 тепла: где G — объемный расход хладоносителя, м3/с, С вЂ” удельная объемная теплоемкость хладоносителя, Дж/M3 «С °

Т вЂ” температура хладоносителя в в питающей трубе 1 выше источника 32 тепла, измеряемая датчиком 5 температуры, С;

Т, — температура хладоносителя в питающей трубе 1 ниже источника 32 тепла, измеряемая датчиком 6 температуры, С; — мощность теплового поЭТ тока от эталонного источ" ника 32 тепла к хладоно45 сителю в питающей трубе

1, Вт, Параметр С с использованием нос казаний датчиков 7-15 температуры, установленных на горизонтах почв и кровель слоев 16-18 замораживаемых горных пород, позволяет определить по уравнению (2) теплового баланса для участка замораживающей колонки мощность теплового потока q, из

Т« < < какого-либо i-ro слоя горных пород

55 к соответствующему i-му участку длины замораживающей колонки

q =G, {Т„-Т -Т, +Т ) (2) г<«

1234640

40 управления этим процессом.

Замораживающая колонка работает следующим образом.

Охла)кденный хладоноситель нагнетается в питающую трубу 1 и, возвра55 где Т, — температура хладоносинв теля в межтрубном пространстве на горизонте кровли i-ro замораживаемого слоя горных пород, С;

Т„„ — температура хладоносителя в питающей трубе 1 на горизонте кровли

1-ro слоя горных. по- 10 род, С; — температура хладоносителя н межтрубном пространстве на горизонте пОчвы 1-гQ слоя popHblx 15 пород, С;

Т„„. — температура хладоносителя в питающей трубе 1 на горизонте почвы i-го слоя пород, С; 20

- мощность теплового по(и) тока из i-ro слоя горных пород к i-му участку длины замораживающей колонки, Вт. 2S

Например, для слоя 17 замораживаемык горных пород температура

Т . определяется датчиком 13 тем2 6 пературы, температура Т„„ — датчиком 14, температура Т . — датпр, 30 чиком 8, температура Т„„, — датчиком 9.

Использование полученных мощностей тепловых потоков q в качестCI4li ве граничных условий второго рода в функциональном преобразователе 23 позволяет более точно определить толщину фактически созданного ледопородного ограждения раздельно для каждого 1, го замораживаемого слоя горнык пород.

Точность определения толщины ледопородного ограждения повышается, поскольку исключена необходимость задания неопределенных граничных услдвий первого рода — темпе45 ратуры горной породы, непосредственно примыкающей к внешней поверхности замораживающей трубы 2.

Повышение точности определения толщины ледопородного ограждения 50 позволяет повысить эффективность технологического процесса заморажи-вания за счет более обоснованного щаясь но пространству между замораживающей трубой 2 н слоем 3 тепловой изоляции, охлаждает горные породы, окружающие колонку, до образования ледопородного ограждения заданных размеров.

При проведении ультразвукового контроля состояния ледопородного ограждения прибор 4 ультразнуконого контроля опускается в питающую трубу, причем на время проведения ультразнукового контроля из питающей трубы 1 демонтируется эталонный источник 32 тепла.

При определении толщины ледопородного ограждения по температурным факторам управление переключателем 19, вторичным измерительным преобразователем 20, запоминающим прибором 21, арифметическим прибором 22, функциональным преобразователем 23,ключевым выключателем 31 осуществляется с помощью программновременного прибора 24 через выводы

25-29. Датчики 7-15 температуры последовательно подключаются с помощью переключателя 19 датчиков температуры к вторичному измерительному преобразователю 20, показания которого запоминаются в запоминающем устройстве 21. Затем с помощью ключевого выключателя 31 включается эталонный источник 32 тепла. Датчики 5 и 6 с помощью переключателя 19 датчиков температуры последовательно подключаются к вторичному измерительному преобразователю 20,показания которого при этом также запоминаются н запоминающем приборе 21. После этого по формулам (1) и (2) в арифметическом приборе 22 производится определение мощности тепловых потоков из слоев замораживаемых горных пород к замораживающей колонке. При определении мощности теплового потока, например (из слоя 17 гт))2 замораживаемых горных пород), по команде программно-временного прибора 24 из запоминающего прибора

21 считываются показания датчикон

5,6,8,9,13,14 (обозначим эти. покаветстненно), которые подаются на вход арифметического прибора 22., Арифметический прибор 22 на своем выходе при этом реализует функцию (3):

Гtt !2 l234640

Таким образом, на выходе арифме.— тического прибора образуется сигнал, пропорциональный мощности теплового потока q из слоя 17 заморажи el ваемых горных пород к замораживающей колонке, причем коэффициент про порциональности известен и равен мощности эталонного источника 32 тепла. Полученный сигнал использует 111 ся в функциональном преобразователе 23 s виде граничного условия второго рода. При этом в граничные узловые точки сетки электроинтегратора, входящего в состав функционального 15 преобразователя 23, подается ток, пропорциональный тепловому потоку

По уровню напряжения на узгм т ловых точках сетки электроинтегратора определяются геометрические 20 параметры ледопородного ограждения, в том числе и его толщина.

Монтаж гирлянды. датчиков 5-15 температуры может осуществляться одновременно с.монтажом питающей тру- 25 бы 1 и нанесением слоя 3 изоляции, выполненной,из рулонного материала.

При этом датчики 5-11 температуры прибинтовываются к питающей грубе 1 рулонной теплоизоляцией по мере 3п опускания питающей трубы 1 в колонку.

При установке датчиков 12-15 температуры линия связи от нижележащих датчиков температуры и устанавливаемый датчик отводятся от питающей трубы 1, на трубу 1 накладывается слой изоляции, а поверх него укрепляются линия связи и устанавливаемый датчик.

Эталонный источник 32 тепла устанавливается внутри питающей трубы так, чтобы он не касался ее внутренних стенок. Глубина установки эталонного источника 32 тепла может составлять ориентировочно 1-5 м.

Выводы кабеля питания эталонного источника 32 тепла и линий связи датчиков 5-15 температуры из замораживающей колонки герметизируются сальниками, рассчитанными на рабочее давление хладоносителя в питающей трубе 1 и в межтрубном пространстве.

Измерительный прибор 33 монтируется в специальном отапливаемом помещении на поверхности земли.

Ключевой выключатель 31 располагается на оголовке замораживающей колонки в галерее ствола.

Составитель Л. Черепенкина

Редактор М. Циткина Техред Л.Сердюкова Корректор С. Шекмар

Заказ 2963/41

Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4