Способ уплотнения снежно-ледового покрова

Изобретение относится к области строительства и предназначено для уплотнения снега, преимущественно в высокогорных или высокоширотных регионах с повышенной солнечной радиацией, высокой отражающей способностью окружающего снежного покрова и стабильно низкими температурами воздуха, при которых снег не достигает температуры таяния или близкой к ней. Изобретение может быть использовано при строительстве зимних автодорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос аэродромов, зданий на снежном и ледяном покрове. Способ уплотнения снежно-ледового покрова включает фрезерование, нагрев и уплотнение снежной массы. При этом нагрев снежной массы осуществляют до температуры -3 … -5°С посредством аккумулирования солнечного излучения. Технический результат изобретения заключается в создании эффективного и экологически безопасного способа уплотнения снежно-ледового покрова, в снижении энергоемкости процесса и повышении его экологической безопасности, а также в увеличении несущей способности снежно-ледового покрова. 8 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для уплотнения снега, преимущественно в высокогорных или высокоширотных регионах с повышенной солнечной радиацией, высокой отражающей способностью окружающего снежного покрова и стабильно низким температурами воздуха, при которых снег не достигает температуры таяния или близкой к ней - в условиях Заполярья и Крайнего Севера, Сибири и Северо-Востока России, в районах вечной мерзлоты. Изобретение может быть использовано строительстве зимних автодорог, вертолетных площадок, взлетно-посадочных полос аэродромов, зданий на снежном и ледяном покрове.

Определение терминов.

Фрезерование почвы -рыхление, крошение и перемешивание почвы на глубине 20 — 25 см. В результате получается ровная, хорошо разрыхлённая поверхность. Ф. п. осуществляется прицепными или навесными фрезами типа ФБН-0,9, ФБН-1,5, КФГ-3,6 и др. Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь. - М.:Большая Российская энциклопедия. В.К. Месяц (главный редактор) и др. 1998.

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением.(https://ru.wikipedia.org/)

Снеголед - переходная фаза при переходе снега в лед. Снеголед характеризуется промежуточной плотностью условно от 0,5 г/см3 до 0,8г/см3. (п. 4.21. ВСН 137-77, п.3.12. ВСН 013-88). Снежный покров, скопившийся на тех или иных участках земной поверхности, в области положительного снежного баланса со временем превращается в фирн или зернистый лед. Превращение снега в фирн, или фирнизация, происходит под давлением вышележащих слоев снега, под влиянием поверхностного таяния и вторичного замерзания, а также сублимации. Перекристализация может происходить в твердой фазе – рекристаллизация, с переходом через парообразную фазу – сублимационная перекристаллизация и с переходом через жидкую фазу - режеляционная перекристаллизация (Справочник «Экология», https://ru-ecology.info ).

Снеголед для устройства оснований и покрытий получают искусственным путем, уплотняя снег механическим или механико-термическим способом. При этом размеры зерен снега не увеличиваются до размеров фирна а увеличивается плотность снега. Зерна снега благодаря более плотной упаковке и увеличении площади контакта локальных зерен снега смерзаются в более прочный каркас. Известен способ уплотнения снега, включающий рыхление снежной массы термоножами с одновременным нагревом разрыхленной массы горячими газами от тепловой установки (авторское свидетельство СССР №1622497 на изобретение «ПРИЦЕПНОЙ АГРЕГАТ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ СНЕГА», кл. Е 04 Н 4/00 от 22.02.89).

Известен способ уплотнения снежно-ледового покрова путем фрезерования снежного покрова фрезой и последующего направления потока снежной массы во взвешенном ее состоянии к термическому устройству с форсунками, обеспечивающими ее нагрев до увлажнения, и последующее уплотнение виброустройством (авторское свидетельство СССР № 734334 на изобретение «Термовибрационная уплотняющая машина», МПК Е 01 C 19/38, опубл. 15.05.1980).

Известен способ уплотнения снежно-ледового покрова, включающий рыхление массы снежного покрова, фрезерование разрыхленной снежной массы, последующие нагрев, укладку, виброуплотнение и прикатку с возможностью регулирования удельного статического давления на уплотняемое снежно-ледовое полотно. Рыхление массы снежного покрова осуществляется дисковыми рыхлителями. Фрезерование разрыхленной снежной массы осуществляется с направлением ее потоком во взвешенном состоянии к термическому устройству, снабженному горелками, работающими на дизельном топливе с обеспечением температуры в зоне контакта пламени со снегом 800°С-1200°С, и обеспечивающими распределение пламени с формированием сплошной по поперечному сечению зоны прогрева снежной массы до состояния перенасыщения ее водой. (Патент РФ № 2252290 на изобретение «СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ВРЕМЕННОГО СНЕГОЛЕДОВОГО ПОКРЫТИЯ», МПК E01C 9/08, E01C 19/38, опубл. 20.05.2005).

Известные способы характеризуются высокими энергозатратами в силу использования термических устройств с горелками и недостаточно высокой эффективностью, поскольку основная часть тепловой энергии затрачивается не на увлажнение снега, а на парообразование и нагрев пара. Кроме того, известные способы не обеспечивают экологическую чистоту и безопасность, и не обеспечивают равномерную несущую способность получаемого снежно-ледового покрова.

Известен наиболее близкий по совокупности существенных признаков и выбранный в качестве прототипа способ уплотнения снежно-ледового покрова, включающий фрезерование, нагрев с помощью сопел, соединенных с камерой сгорания, последующее виброуплотнение снежной массы (авторское свидетельство СССР № 446581 на изобретение «ВИБРОУПЛОТНИТЕЛЬ МАШИНЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА СНЕГОЛЕДЯНЫХ ПОКРЫТИЙ», кл. Е 01 Н 4/00, от 03.10.72). Известный способ также характеризуется высокими энергозатратами. Использование известного метода на площадях в десятки тысяч метров квадратных в труднодоступных регионах связано с колоссальными энергетическими и финансовыми затратами. Кроме того, также не обеспечивается экологическая безопасность и равномерная несущая способность получаемого снежно-ледового покрова.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание эффективного и экологически безопасного способа уплотнения снежно-ледового покрова.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи во всех случаях исполнения, заключаются в снижении энергоемкости процесса и повышении его экологической безопасности.

Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи в отдельных случаях исполнения, заключается в увеличении несущей способности снежно-ледового покрова.

Указанные технические результаты достигаются тем, что способ уплотнения снежно-ледового покрова включает: фрезерование, нагрев и уплотнение снежной массы, при этом нагрев снежной массы осуществляют до температуры (-3)÷ (- 5 ) С° посредством аккумулирования солнечного излучения.

Предпочтительно, чтобы аккумулирование солнечного излучения осуществляли с помощью солнечного коллектора, размещенного поверх разрыхлённой снежной массы.

В отдельных случаях исполнения в качестве солнечного коллектора может быть использовано полотно из светонепроницаемого материала черного цвета.

В других случаях исполнения в качестве солнечного коллектора может быть использован пластиковый надувной термомат, верхняя поверхность которого выполнена прозрачной, а нижняя - матово-черной.

Предпочтительно, чтобы фрезерование снежной массы осуществляли зубовой или роторной фрезой на глубину 20 см.

Предпочтительно, чтобы перед нагревом разрыхленной снежной массы осуществляли ее разравнивание.

Предпочтительно, чтобы уплотнение нагретой снежной массы осуществляли катком или гладилкой, снабженными виброрейкой или виброплитой.

Предпочтительно также, чтобы способ уплотнения снежно-ледового покрова включал нанесение дополнительного слоя снежной массы после остывания и смерзания первого уплотненного снежно-ледового слоя (слоя снегольда) для достижения необходимой толщины снежно-ледового покрова; последующие фрезерование дополнительного слоя снежной массы; его нагрев посредством воздействия аккумулированным солнечным излучением и уплотнение, при этом первоначальная толщина дополнительного снежного слоя в неуплотненном состоянии превышает толщину первого слоя снегольда после уплотнения в 2 раза.

Предпочтительно также, чтобы способ уплотнения снежно-ледового покрова включал многослойное нанесение снежных масс, до достижения необходимой толщины и прочности снежно-ледового покрова, при этом каждый из следующих снежных слоев наносят после остывания и смерзания предыдущего уплотненного снежно-ледового слоя (слоя снегольда) с последующим фрезерованием, нагревом посредством аккумулирования солнечной энергии, и уплотнением разрыхленной снежной массы, при этом первоначальная толщина каждого последующего неуплотненного снежного слоя превышает толщину предшествующего снежно-ледового слоя (слоя снегольда) после уплотнения в 2 раза.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения, нагревом снежной массы до температуры (-3)÷ (- 5 ) градусов Цельсия посредством аккумулирования солнечного излучения.

В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

аккумулированием солнечного излучения с помощью солнечного коллектора, размещенного поверх разрыхлённой снежной массы;

использованием в качестве солнечного коллектора полотна из светонепроницаемого материала черного цвета;

использованием в качестве солнечного коллектора пластикового надувного термомата, верхняя поверхность которого выполнена прозрачной, а нижняя - матово-черной;

осуществлением фрезерования снежной массы зубовой или роторной фрезой на глубину 20 см;

разравниванием разрыхленной снежной массы перед ее нагревом;

уплотнением нагретой снежной массы катком или гладилкой, снабженными виброрейкой или виброплитой;

нанесением дополнительного слоя снежной массы после остывания и смерзания первого уплотненного снежно-ледового слоя; последующим фрезерованием дополнительного слоя; его нагревом посредством воздействия аккумулированным солнечным излучением и уплотнением;

выполнением первоначальной толщины дополнительного снежного слоя в неуплотненногом состоянии, превышающей толщину первого слоя снегольда после уплотнения в 2 раза;

многослойным нанесением снежных масс, до достижения необходимой толщины и прочности снежно-ледового покрова;

нанесением каждого из следующих снежных слоев после остывания и смерзания предыдущего уплотненного снежно-ледового слоя с последующим фрезерованием, нагревом посредством аккумулирования солнечной энергии, и уплотнением разрыхленной снежной массы;

выполнением первоначальной толщины каждого последующего неуплотненного снежного слоя, превышающим толщину предшествующего слоя снегольда после уплотнения в 2 раза.

Аккумулирование солнечного излучения обеспечивает нагрев снежной массы до температуры (-3) ÷ (- 5 )°С, не достигая температуры таяния. Размещение поверх разрыхлённой снежной массы солнечного коллектора, например, светонепроницаемого покрытия из прочного рулонного материала черного цвета, или пластикового надувного термомата, верхняя поверхность которого выполнена прозрачной, а нижняя - матово-черной, снижает отражательную способность снежного покрова (альбедо), обеспечивая повышение его температуры, что позволяет провести уплотнение снежного покрова динамическими способами до требуемых значений прочности и перехода в состояние снегольда. Нанесение дополнительных слоев снежной массы после остывания и смерзания первого уплотненного слоя снегольда; последующие фрезерование дополнительного снежного слоя; его нагрев посредством воздействия аккумулированным солнечным излучением и уплотнение обеспечивает создание снежно-ледового покрова требуемой прочности и толщины. Нанесение дополнительных слоев с толщиной, в неуплотненном состоянии в два раза превышающих толщину уплотненного предыдущего снежно-ледового слоя, обеспечивает равномерность снежно-ледового покрова и высокую несущую способность.

Изобретение работает следующим образом.

Тягач с фрезой и заглаживающим брусом начинает движение перемалывая, перемешивая и разравнивая снег. Движение на малой скорости продолжается до тех пор, пока солнечный коллектор, в качестве которого могут быть использованы светонепроницаемая ткань черного цвета или надувной термомат, не закроет всю обработанную площадку. После этого движение прекращается и установка останавливается для солнечного нагрева снежно-ледовой массы. После нагрева снега до -3 -5 °С движение продолжается, установка перемещается на новый участок обработки, при этом агрегатированный за надувным термоматом блок уплотнения перемешивает нагретый снег и уплотняет его. Установка перемещается по площадке последовательно создавая слой уплотненного снега. После завершения обработки всей площадки делается технологический перерыв для остывания и смерзания уплотненного снега. Затем на первый слой уплотненной снежно-ледовой массы шнекоротором набрасывается новый слой снега, ориентировочной толщиной, в 2 раза превышающей толщину уплотненного снегольда.

Процедура уплотнения, аналогичная уплотнению первого слоя, повторяется для второго и так далее, до достижения требуемой толщины уплотненной снежно-ледовой массы.

Изобретение позволяет минимизировать энергетические затраты и затраты на доставку оборудования, материалов, а также повысить экологическую безопасность и увеличить несущую способность снежно-ледового покрова.

1. Способ уплотнения снежно-ледового покрова, включающий фрезерование, нагрев и уплотнение снежной массы, отличающийся тем, что нагрев снежной массы осуществляют до температуры -3…- 5°С посредством аккумулирования солнечного излучения.

2. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что аккумулирование солнечного излучения осуществляют с помощью солнечного коллектора, размещенного поверх разрыхлённой снежной массы.

3. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 2, отличающийся тем, что в качестве солнечного коллектора используют полотно из светонепроницаемого материала черного цвета.

4. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 2, отличающийся тем, что в качестве солнечного коллектора используют пластиковый надувной термомат, верхняя поверхность которого выполнена прозрачной, а нижняя - матово-черной.

5. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что фрезерование снежной массы осуществляют зубовой или роторной фрезой на глубину 20 см.

6. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что перед нагревом разрыхленной снежной массы осуществляют ее разравнивание.

7. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение нагретой снежной массы осуществляют катком или гладилкой, снабженными виброрейкой или виброплитой.

8. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что включает нанесение дополнительного слоя снежной массы после остывания и смерзания первого уплотненного снежно-ледового слоя - слоя снегольда, последующие фрезерование дополнительного слоя снежной массы, его нагрев посредством воздействия аккумулированным солнечным излучением и уплотнение, при этом первоначальная толщина дополнительного снежного слоя в неуплотненном состоянии превышает толщину первого снежно-ледового слоя - слоя снегольда - после уплотнения в 2 раза.

9. Способ уплотнения снежно-ледового покрова по п. 1, отличающийся тем, что включает многослойное нанесение снежных масс, до достижения необходимой прочности и толщины снежно-ледового покрова, при этом каждый из следующих снежных слоев наносят после остывания и смерзания предыдущего уплотненного снежно-ледового слоя - слоя снегольда - с последующим фрезерованием, нагревом посредством аккумулирования солнечной энергии и уплотнением разрыхленной снежной массы, при этом первоначальная толщина каждого последующего неуплотненного снежного слоя превышает толщину предшествующего снежно-ледового слоя - слоя снегольда - после уплотнения в 2 раза.