Способ бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах и теплоизолирующая опалубка для его осуществления

 

Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству. Оно позволяет снизить энергозатраты на поддержание положительного температурного режима бетонирования, а также обеспечить равномерное распределение теплоизоляционного слоя и исключить его механическое повреждение. Это достигается за счет выполнения наружной поверхности ограничения опалубки с ячейками, в которых размещены герметичные емкости переменного объема, заполненные легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки кипения. Емкости состоят из внутренней жесткой и наружной эластичной частей, гидравлически связанных между собой. Начальная высота емкостей не превышает глубины ячеек. На бетонируемый несущий слой крепи производят искусственное тепловое воздействие, которое прекращают при достижении бетоном 60 - 70% критической прочности. Вскипающий и увеличивающийся в объеме наполнитель создает тепловую изоляцию между породой и бетонируемым несущим слоем на период его схватывания. Затем наполнитель конденсируется, опалубку демонтируют, а в закрытое пространство нагнетают твердеющий раствор. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 E 21 D 11/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.(21) 4384 111/23-03 (22) 29.02.88 (46) 07.03.90. Бюл. № 9 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) Л.Б. Зимин (53) 622.281.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 829962, кл. E 21 D 11/10, 198.1.

Авторское свидетельство СССР № 1446322, кл. E 21 D 11/10, 1987.

Авторское свидетельство СССР № 655834, кл. Е 21 D 15/10, 1979. (54) СПОСОБ БЕТОНИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ И

ТЕПЛОИЗОЛИРУ10ЩАЯ ОПАЛУБКА ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству. Оно позволяет снизить энергоэатраты на поддержание положительного температурного режима бетониро.вания, а также обеспечить равномерное распределение теплоизоляционного

Изобретение относится к горной промьппленности и подземному строительству в вечномерэлых породах.

Цель изобретения — снижение энергозатрат на поддержание положительного температурного режима, а также обеспечение равномерного распределения теплоизоляционного слоя и исключение его механического повреждения.

На чертеже приведено схематическое изображение части выработки в пределах бетонируемой заходки в двух сос. 80.„1548448 А 1

2 слоя и исключить его механическое повреждение. Это достигается за счет выполнения наружной поверхности ограничеиия опалубки с ячейками, в ко; торых размещены герметичные емкости переменного объема, заполненные легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки кипения. Емкости состоят из внутренней жесткой и наружной эластичной частей гидравлически связанных между собой. Начальная высота емкостей не превышает глу бины ячеек. На бетонируемый несущий .слой крепи производят искусственное тепловое воздействие, которое прекращают при достижении бетоном 60-70% критической прочности. Вскипающий и увеличивающийся в объеме наполнитель создает тепловую изоляцию между породой.и бетонируемым несущим слоем на период его схватывания. Затем наполнитель конденсируется, опалубку демонтируют, а в закрытое пространство нагнетают твердеющий раствор.

: 2 j II ф JIbI 1 тояниях: a — до начала и после окончания нагрева, б — во время нагрева, поперечное сечение.

Между вечномерзлым вмещающим горным массивом 1 и бетонируемым объемом основного несущего слоя обделки 2 размещена внешняя поверхность 3 опалубки, в ячейки которой помещены герметичные емкости переменного объема, состоящие из гидравлически связанных между собой (например, при помощи штуцера 4) фиксируемой в ячейке жест1548448 кой внутренней части 5 и эластичной наружной части 6, заполненные легкокипящим наполнитслем, в зависимости от температуры среды находящимся в жидком 7 или парообразном 8 состоянии.

При t 4 t „(состояние а) на любой час-, ти периметра поперечного сечения на ружные эластичные оболочки под дей ствием упругих сил сокращены и не выступают за пределы ячеек, а в состоянии б (t ) t <) упомянутые оболочки растянуты давлением паров и занимают весь объем заопалубочного пространства 9.

Внешнюю поверхность 3 опалубки со стороны, обращенной к горному массиву выполняют с ячейкаьпх,, B которые до сборки опалубки устанавливают соответствующие им по форме своей жесткой частью 5 герметичные емкости с, частично эластичными оболочками, заполненные легкокипящим наполнителем

7 при температуре, меньшей точки его кипения, В подготовленном таким образом блоке бетонирования создают положительный температурный режим, который поддерживают искусственно до момента достижечия бетоном (60-75%) критической прочности, затем тепловое воздействие прекращают и после наступающего в процессе естественного охлаждения системы бетон — теплоизолирующая опалубка — горный массив момента конденсации паров наполнителя опалубку демонтируют, а в ос35 вободившееся пространство. 9 между несущим слоем обделки 2 и массивом 1 нагнетают твердеющий раствор.

Теплоизолирующая опалубка для бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах дополнительно содержит ячеистую поверхность 3 наружного ограничения бетонируемого объема с выполненньвж на ее стороне, обращенной к горному массиву

1, ячейками, в которые до монтажа опалубки установлены герметичные термочувствительные емкости, наполненные легкокипящей жидкостью. Емкости, состоящие из жесткой, соответствующей по форме ячейке, внутренней части 5 и эластичной наружной части 6, гидравлически соединенные между собой (например, при помощи штуцера 4), при нормальной температуре окружающей среды, меньшей точки кипения наполнителя, имеют начальную высоту, не превышающую глубины ячейки.

Перед началом процесса бетонирования заходки температура среды ниже гочки кипения наполнителя 7 герметичных емкостей, помещенных в ячейки наружной поверхности 3 опалубки. Наполнитель находится в жидком состоянии и эластичная часть 6 оболочек емкостей занимает положение а. При этом общая начальная высота жесткой 5 и эластичной 6 частей емкости не превышает глубины ячеек, что позволяет монтировать опалубку без механических повреждений емкостей, исключая возможность утечки наполнителя. При искусственном тепловом воздействии, производимом для создания и поддержания в блоке бетонирования положительного температурного режима, необходимого для нормальной гидратации цемента, наполнитель 7 вскипает, давление паров 8 в емкостях повышается и, проходя через штуцеры 4, пары растягивают эластичные оболочки емкостей до состояния б (фиг. 1). При этом весь объем заопалубочного пространства 9, включая углубления контура вмещающего горного массива, оказывается заполненным низкотеплопроводным слоем газообразной теплоизоляции, что препятствует теплопотерям, ведущим к растеплению и снижению прочности вечномерзлого горного массива, а наличие в емкостях выравнивающего по всему объему пространства 9 избыточного давления паров 8 обеспечивает максимальную равномерность по длине и поперечному сечению выработки механического контакта массива и опалубки, что позволяет снизить требования к прочности, а следовательно, и к металлоемкости конструкции опалубки.

После прекращения теплового воздействия и наступления в процессе естественного охлаждения системы бетон— теплоизолирующая опалубка — вечномерзлый массив момента конденсации паров давления в емкостях снижается и под действием упругих сил эластичные части 6 оболочек емкостей сокращаются, возвращаясь к исходному положению а, при котором они не выступают за пределы ячеек в любой части периметра поперечного сечения. Это позволяет демонтировать опалубку, не допуская механических повреждений емкостей,,-исключая утечку наполнителя и обеспечивая многократное использование всех деталей.

6 изобретения

1. Способ бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах, включающий установку опалубки заходками,. тепловую изоляцию горного массива с помощью размещения .в закреп-ном пространстве на наружной поверхности опалубки емкостей переменного объема, заполненных легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки его кипения, бетонирование несущего слоя при положительном температурном режиме, демонтаж опалубки и нагнетание твердеющего раствора в закрепное пространство, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на поддержание

20 положительного температурного режима, производят искусственное тепловое . воздействие на бетонируемый несущий слой, которое прекращают по достижении бетоном несущего слоя 60-75Х

25 критической прочности, а опалубку демонтируют после конденсации легкокипящего наполнителя и уменьшения объема емкостей.

2. Теплоизолирующая опалубка для бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах, содержащая поверхности внутреннего и наружного ограничения несущего слоя и термочувствительные герметичные емкости переменного объема с эластичной частью, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения теплоизоляционного слоя и исключения его механического. повреждения, поверхность наружного ограничения дополнительно снабжена ячейками со стороны породы, в которых установлены герметичные емкости, состоящие из гидравлически связанньм жесткой внутренней и эластичной внешней частей, при этом емкости заполнены легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки его кипе- . ния, и их высота не превышает глубины ячеек.

5 1548448

Ограничение продолжительности ис- Ф о р м у л а кусственного теплового воздействия на бетонируемую заходку моментом достижения бетоном (60-75 Ж) критической прочности способствует снижению энергозатрат на осуществление предлагаемого способа, чем также повышает его эффективность ° Оно обусловлено, с одной стороны, снижением теплопо- терь бетонируемого блока в окружаю.щий горный массив за счет низкой теплопроводности образуемого парами наполнителя теплоизоляционного слоя, а с другой — увеличение тепловой инерции изоляции за счет вьделения парами наполнителя теплоты конденса-. ции при охлаждении. Выбор пределов . предлагаемого ограничения обоснован .математическим моделированием тепломассообмена в рассматриваемой системе, выполненным с использованием ЭВМ и электротепловой аналогии фазовых переходов наполнителя для реального диапазона сочетаний теплофизических свойств, вмещающих горные выработки вечномерзлых пород и термодинамических характеристик легкоки.пящих жидкостей с температурой кипения при нормальном давлении -12-3 С, которые могут рассматриваться в качестве потенциальных наполнителей термочувствительных емкостей переменного объема (изобутан, сернистый ангидрит, дифтормонохлорэтан, метиламин, октафторциклобутан). С учетом теплоты, вьделяющейся при экзотермической реакции гидратации цемента, установлено, что при любом реальном сочетании исходных данных прекращение искусственного теплового воздействия (нагрева) на теплоизолированный бетднируемый блок до момента достижения бетоном 597. критической прочности не обеспечивает нормального завершения гидратации и достижения бетоном расчетных значений прочности, а продолжение нагрева после достижения - 747 критической прочности ведет к непроизводительным затратам энергии.

1548448

Тираж 382

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Л. Зайцева

Заказ 125

Составитель Л. Березкина

Техред А,Кравчук Корректор Н, Ревская