Способ термического укрепления грунта
СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, включающий образование скважины, ее герметизацию, подачу в скважину под давлением горючей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, выдерживание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, подачу воспламеняющих горючую смесь импульсов ведут периодически в двух уровнях на расстоянии от дна скважины , определяемом из зависимости ,4(«f Уг епт./т где Н - глубина скважины, м; Т - температура грунта вокруг скважины после выдерживания факела, °С; Tg- температура воспламенения горючих смесей,°С; IV- температура в центре факела, °С|, в процессе перемещения факела осуществляют его периодическое дополнительное выдержибание в верхней и нижней частях скважины в течение СО нагрева грунта стенок скважины до температуры, равной температуре в центре факела, причем первоначальное выдерживание факела осуществляют в пределах уровней подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов, а перемещение факела ведут челночно. со 00 со со м
СОКИ СОВЕТСИИХ
Ц 6Ю
РЕСПУБЛИК (19) (11) i
3(51) E 02 D 3/11
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3548046/29-33 (22) 28.01.83 (46) 23.06.84. Бюл. Ь 23 (72) A.Ï.Юрданов (71) Хоскоьский ордена Трудового
Красного Знамени текстильный институт им. А.Н.Косыгина (53) 624.138.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 617520, кл. Е 02 D 3/10, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 538094, кл. Е 02 D 3/11, 1974. (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, вклкчающий образование скважины, ее герметизацик, подачу ь скважину под давлением горкчей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, выдерживание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт, отличающийся тем, что, с целью повьш;ения эффективности, подачу воспламеняющих горючую смесь импульсов ведут периодически в двух уровнях на расстоянии от дна скважины, определяемом из зависимости где Н вЂ” гл) бина скважины, м;
Т вЂ” температура грунта вокруг скважины после выдерживания факела, С
Т вЂ” температура воспламенения
8 горючих смесей, C.
Тф- температура в центре факела, ОС, в процессе перемещения факела осуществляют его периодическое дополни- р тельное выдерживание в верхней и Е нижней частях скважины в течение нагрева грунта стенок скважины до температуры, равной температуре в центре факела, причем первоначальное выдерживание факела осуществлякт . в пределах уровней подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов, а . перемещение факела ведут челночно.
1098997
Изобретение относится к строительству, в частносТи,, к укреплению преимущественно лессавых грунтовых массивов путем термического воздействия.
Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение 5 скважин, установку затвора, розжиг факела, обжиг грунта и перемещение факела $13.
Наиболее близким к предлагаемому является способ термического укрепления грунта, включающий образование скважины, ее герметизацию, подачу в скважину под давлением горючей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, выдерживание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт (23.
Существенным недостатком известных способов является большая длительность обжига грунтовых массивов, который ведется поэтапно с выдержкой факела на каждом этапе, а высота обрабатываемого эа один этап участка скважины не превышает длины факела, что снижает эффективность их практи- 25 ческого применения.
Цель изобретения — повышение эфФективности.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термичес- 30 кого укрепления грунта, включающему образование скважины, ее герметизацию, подачу в скважину под давлением горючей смеси, зажигание смеси воспламенякщими ее импульсами, вЫдержинание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт, подачу воспламеняющих горючую смесь импульсов ведут периодически в дьух уровнях на расстоянии от дна скважины, определяемом иэ. зависимости
НЗ 2 1 g 6 45 где Н вЂ” глубина скважины, м; Т вЂ” температура грунта вокруг скважины после выдерживания Факела, ОС; T> — температура воспламенения 5р горючих смесей, С; Т - температура в центре факела, С, в процессе перемещения факела осуществляют его периодическое дополнительное выдерживание в верхней и 55 нижней частях скважины в течение нагрева грунта стенок скважины до температуры, равной температуре в центре факела, причем первоначальное выдерживание факела осуществляют 6О в пределах уровней подачи воспламеняющих горуючую смесь импульсов, а перемещение факела ведут челночно. На Фиг. 1 представлена технологическая схема размещения оборудова- 65 ния и продольный разрез скважины; на фиг. 2 - эпюра распределения температуры по глубине скважины при выдерживании Факела в пределах уровней подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов. Технология способа заключается в следующем. Вначале бурят скважину 1 и устанавливают в нее затвор 2 с горелкой 3, соединенной с источником тепловой энергии 4 и компрессорной установкой 5. Затем подают ь скважину 1 горючую смесь и зажигают ее электрическими или иными воспламеняющими смесь эапальниками 6, размещенными в двух уровнях 7 и 8 на расстояниях от забоя 9 скважины 1, определяемых из зависимости (1). Образованный в результате зажигания топливных смесей факел 10 размещают центрально по высоте скважины с таким расчетом. чтобы температура в центре факела 10 не превышала температуры начала спекания грунта. которая составляет для большинства связных грунтов 1000 — 1100 С. а температура Факела ! в устье .11 и у дна 9 скважины 1 обеспечивала полное испарение содержащейся в грунтовой стенке 12 воды, что достигается при 130 — 140ОС. После того. как температура грунта в стенках скважины 1 достигает указанных значений, факел 10 перемещают в крайнее нижнее положение и путем регулирования подачи топливных смесей и давления, а также содер жаиия в смесях кислорода, повышают температуру факела до 2000 — 2400 С, пока грунт у дна 9 не нагреется до 1000 — 1100 С. Затем факел 10 перемещают в крайнее верхнее положение, и, повышая температуру в нем до 2000 — 2400 С, нагревают грунт в устье 11 скважины 1 также до 1000 — 1100 С. После этого ведут челночное перемещение факела 10 до тех пор пока эона термического укрепления грунта не достигнет внешней границы 13 укрепляемого массива 14. В процессе обжига грунта и перемещения факела-10 по высоте скважины 1 с помощью запальников б периодически подают воспламеняющую смесь импульсы. Контроль за температурным, полем в скважине 1 осуществляют погружными термопарами 15 с самопишущими приборами 16, которые совмещены с запальными устройствами 6, а температуру грунтового массива l4 измеряют термопарами 17, размещенными по внешнему контуру 13. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Температура внутри скважины 1 при факельном сжигании горючей смеси и 1098997 изменяется по высоте скважины 1 по закону 1 периода в грунтовую стенку 12 забоя газы поступают с температурой ниже чем температура грунта, который нагрет до 1000 — 1100 С. В результате этого происходит перераспределение 5 тепла в нагретом массиве в радиальном от скважины 1 направлении с охлаждением стенки 12, что вновь обеспечивает возможность повышения температуры в факеле 10 при его где К вЂ” показатель экспоненты, который можно определить, исходя из следующих соображений. При х=Н/2 имеем Т=ТФе ", откуда Т последующем перемещении. К= .Е Ф (3) При этом имеет место отношение где Т вЂ” температура грунта вокруг между размером Н„ в известном спососкважины 1 при центральном бе и Н в предлагаемом в виде размещении факела 10, когда Н,, температура в его центре 15 "2- (+t равна Т . РпТ /7 В известных способах высота участ- епт )т Ф ка скважины 1 H„ принимается равной длине факела 10, равной расстоянию котоРое получается следующим образом. между точками воспламенения топлив- Из .Зависимости (2) при Х = Н /2 ных смесей. -кн Н2 Однако глубина скважины 1 может определяется.7 =Т е " а и и быть принята больше длины факела 10 за счет исключения возможности и оХ = Н/2 соответственно Т = T е"". Учию ния вОзможности про- тывая соотношение (3 ) после r.peo5paФ скакивания частиц горючей смеси под эования полученных зависимостей, действием собственной массы и избынаходим соотношение точного давления путем размещения Соотношение (1. вытекает из.геоС (1) мест воспламенения смеси в двух метрических преобразований с учетом уровнях и периодической подачи вос- зависимости (4). пламеняющих горючую смесь импульсов 1 Пример . На участке работ при этом фильтрация в массив 14 грунта газов с температурой ниже производился обжиг лессового грунта. Сжигается жидкое топливо с теплотой температуры воспламенения топливных горен 42 Щ / П горения 4 МДЖ/кг. По опытам установсмесей 1 оказывает положительное, лен Т 600 С Р д яя п и влияние йа эффективность обжига г нrPyH родная влажность суглинка 0 12. та за счет того, что скорость движе- 3 коРость движе 35 Температура в центре факела Т ния газов в массиве 14 грунта увелиакела Скважины 1 в количестве 3-х штук чивается с понижением температуры вследствие снижения их вязкости. А пробивают установкой УГБ — 50 диадля начального периода обжига, когда осУществлЯетсЯ обезвоживание гРУнта 40 и 15 м. Затем скважины 1 ге метиэиметром О, 2 м на глубину 20, О, 17, 5 пающие в массив 4 газы с температуруют затворами 2 с горелками 3 заtl рой ниже Т = 500 — 600 С вода Эльмарине". Горелки 3 соединеэкономичны. 8 ны с топливными баками 4 компрессорами 5 типа ПКС-6М с проиэводительСущественное значение имеет членоч- з ное перемещение факела 10. При перемещении факела 10 в крайнее нижнее ники 6 смонтированы в комплекте с термопарами TIIP-0475 и установлены или верхнее положение достигается следующий Режим еплооб ена. За счет на ДвУх УРовнЯх 7 и 8, соответствущтого, что ь первом положении факела щих зависимости (1); По.внешнему 10 температура Т грунта в устье и 50 контуру 13 укрепляемого массива забое скважины 1 составляет 130 грунта 14 установлены термопары 140о С вниз его температуру удается поднять до 2000 — 2400 С на период времени, подачи в скважины 1 топливных смесей пока грунт не нагреется до допусти- . 55 и зажигания факела 10 на ания факела 10 на двух уровмой температуры (из условия начала нях 7 и 8 п сиз спекания грунта) 1000 — 1100 С. В результате этого расход воздуха на расположением в скважине 1 и темпеокисление горючих с есей сокр ается ратурой около устья 11 и дна скважин до минимального (0 267 м при нормальных физических условиях на 1 мДж 60 факелы 10 оп скаются на тепла). жин 1 и температура факела доводится до 2000 - 2100 С, пока грунт в стенПосле перемещения факела И вверх ке 12 не нагреется до 1000 С. Затем ,такое же тепловое папе создается в :факел 10 поднимается в крайнее устье скважины 1. B течение этого 65:âåðõíåå положение и осуществляется 1098997 ПРодолжение таблицы Способ Показатели Извест Предлагае- ный мый 1 (1 2 3 Ди аметр 1P YKPe e HHO го массива грунта по контуру температуры 15 6000 С Общий объем укрепленнного массива грунта,м Продолжительность термического укреп-. ления, ч 168 182 165 151 Показ ат ели Способ Затраты труда на 1 м укрепленного грунта, чел.дн. 4,6 3,06 2,92 2,71 Извест ный Предлагаемый ,1 2 3 аналогичная операция нагревания грунта. После„.этого челночное перемещение факела 10 производится по мере обжига грунта 14, пока расчетная температура рбжига 600 С не достигнет вН®QIHего контура 13 укрепляемого ГруНТа 14, принято на расстоянии 0 6 м от оси скважины 1. На термическое укрепление грунта растрачено времени соответственно й© опытным скважинам 9 1 — 3 182,165 Н 151 ч. Объем упрочненного грунта по контуру температуры 600 С составЛкет 23,0, 19,8 и 17,0 м Глубина ©бжига грунта под подошвой скважин составляет около 0,4 м. Средние трудозатраты на обжиг в расчете на 1 м укрепленного грунта составЛяют 3,06, 2,92 и 2,71 чел.. ДИ/M9. Себестоимость обжига равна 20,17, 19,50 и 18,36 руб/мз. Одновременно на площадке выполня: ется термическое укрепление суглинка через скважину известным способом. Глубина скважины 10 м, объем обожженного грунта 12 м, длительность Обжига 168 ч, затраты труда и стоиМость соответственно 4,6 чел.дн/мз и 24,54 руб/мэ. Сравнительный анализ приведен в таблице. Гдубина скважин,м фактическая . 10 20 17,5 15 расчетная по формуле (4) 10 21,3 17,8 15,2 1,2 1,2 1,2 1,2 12 23 19,8 17,0 25 Производительность термического укрепления грунта, м /ч. 0,074 0,1264 0,,12 0,1126 Средняя себестоимость обжига 1 м грунта по конту40 ру температуры 600 С, руб. 24,54 20,17 19,50 18,36 Таким образом, предлагаемый способ термического укрепления грун45 та позволит повысить производительность в 1,58-1,77 раэ, сократить затраты труда на 33,5 — 41,1Ъ и снизить стоимость термического укрепления грунта на 17,8 — 25,2%. 109S997 Составитель A. Прямков Редактор Н.,Лазаренко Техред H.I4åòåëåâà Корректор A.Òÿñêî Заказ 4330/24 Тираж 644 Подписное ВНИИПЙ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4
