Способ теплоизолирующего крепления горных выработок в условиях вечной мерзлоты

 

СПОСОБ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО КРЕШШШИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ, включающий возведение крепи и заполнение закрёпного пространства эластичными емкостями с заполнителем, о т л. и- . чающийся тем, что, с целью повышения теплоаккумулирующей способности массива при одновременном повьшенин его устойчивости путем уменьшения протаивания вмещающих пород, в качестве заполнителя эластичных емкостей используют легкокипя-- щую жидкость, температура кипения которой не превьшает температуру фа-, зового перехода влаги массива, при этом заполнение закрепного пространства производят при минусовой температуре воздуха в горной выработке, а начальную удельную плотность эластичной емкости задают пропорциональ (/) но соотношению пределов прочности окружающих ее пород на сжатие в мерзлом и талом состояниях.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ., (!9) (11) (51)4 Е 21 P 3/00

ВСЕ(:ОЮ "

Ц ...,,,рцИ

И(ЬЛИ) ТИА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

l10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3719206/22-03 (22) 06.01. 84 (46) 07.12.85. Бюл. Н 45 (71) Институт технической теплофиэики АН УССР (72) Л.Б.Зимин, В.Ф.Мороз и В.П.Черняк (53) 622.281.9(088.8) (56) Технология и механизация строительства.подземных сооружений.

Под ред. Б.В.Бокия. N.: Недра, 1971, с. 276-278.

Глюкауф, 1968, У 24, с. 20-21. (54)(57) СПОСОБ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО

КРЕППЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ, включающий возведение крепи и заполнение закрепнога пространства эластичными емкостями с заполнителем, о т л.и-. ч а ю шийся тем, что, с целью повышения теплоаккумулирующей способности массива при одновременном повышении его устойчивости путем уменьшения протаивания вмещающих пород, в качестве заполнителя эластичных емкостей используют легкокипя щую жидкость, температура кипения которой не превышает температуру фазового перехода влаги массива, при этом заполнение закрепного пространства производят при минусовой температуре воздуха в горной выработке, а начальную удельную плотность эластичной емкости задают пропорционально соотношению пределов прочности окружающих ее пород на сжатие в мерз- лом и талом состояниях.

1 1

Изобретение относится к горной про мышленности и может быть использовано для теплоизоляции и крепления горных выработок в условиях вечной мерзлоты.

Цель изобретения — повышение теплоаккумулирующей способности массива при одновременном повышении его устойчивости путем уменьшения протаивання вмещающих пород.

На фиг. 1 показана форма эластичной емкости, заполненной легкокипящей жидкостью в условиях отрицатель- . ной температуры;,на фиг. 2 — то же, при повышении температуры поступающего в выработку воздуха.

Способ осуществляется следующим образом. .Герметические емкости 1 (термочувствительные элементы), выполненные из эластичного материала и заполненные легкокипящей жидкостью 2, .температура кипения которой не пре-.

ышает температуру фазового перехода влаги массива, размещают между эле,ментами крепи горной выработки и затяжкой пространства между ними.

При этом процесс установки термочувствительных элементов при отрицательной температуре воздуха в выработке возможен без специальных мероприятий.

Если температура воздуха в выработ ке положительна, массу термочувствительных элементов следует предварительно охладить с тем, чтобы при заполнении ею закрепного пространства. наполнитель термочувствительных элементов (легкокипящая жидкость) находился в капельном состоянии. При этом объем закладочной массы на единице длины выработки минимален, а его отношение к соответствующему полному объему закрепного пространства представляет собой начальную плотность закладки.

При повышении температуры рудничного воздуха выше значения температуры кипения наполнителя термочувствительнык элементов за счет вскипания наполнителя внутреннее давление в элементах возрастает, объем каждого из них и всей массы за счет растяжения эластичных оболочек увеличивается; масса плотно заполняет все пустоты закрепного пространства и создает надежный равномерно распределен.ный механический контакт между крепыш

Предлагаемый способ был осуществ-. лен на лабораторной установке по изучению горного давления и тепловых процессов. Модель выработки сводчатой, формы поперечного сечения, выполненная в масштабе 1-:5, закреплялась арочной

I крепыш с деревянной затяжкой. Соотношение механических свойств массива в мерзлом и талом состояниях моделировалось изменением жесткости пружин, оказывающих сопротивление перемещению нагрузочкой панели установки. В зависимости от этого соотношения изменялся геометрический размер (а следовательно, и начальная плотность заполнения) зазора между затяжкой и панелью, который

Э о при температуре — 2,6 С заполнялся специальными термочувствительными элементами, представляющими собой сФерические полости, диаметром 21 мм, заполненные фреоном — 14. При повышении температуры панель установки перемещалась, зазор увеличивался с одновременным измерением сопротивления перемещению панели, соответствующего давлению в закрепном пространстве. Как.показали измерения при изменении соотношения пределов прочности пород на сжатие в мерзлом

196514 и породой. Тепловое воздействие воздуха на горный массив. в этот начальный период по сравнению с традиционными способами крепления значительно

5 снижается, так как греющий потенциал воздуха расходуется в первую очередь на испарение наполнителя. При дальнейшем повышении температуры воздуха давление в элементах растет, обес10 печивая крепление, а тепловое воздействие воздуха на мерзлый горный массив также снижается, поскольку слой массы термочувствительных элементов со вскипевшим наполнителем пред15 ставляет собой эффективную теплоизоляцию.

При последующем достаточно глубоком сезонном снижении температуры воз" духа наполнитель в элементах конденси20 руется, объем массы уменьшается, между элементами сначала возникают пустоты, а затем вся масса оседает в закрепном пространстве до начальной плотности, обеспечивая доступ холодного

25 воздуха к грунту и отвод теплоты, воспринятой в летний период. При этом промерзание вмещающих пброд также способствует устойчивости выработок. файв,2

Составитель В. Баранов

Редактор P.Öèöèêà Техред А.Ач .. Корректор С.Шекмар

Заказ 7541/30 Тираж 445 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

3 1 и талом состояниях от 1 до 2,4 ° 10, давление в закрепном пространстве оставалось избыточным при соответственном максимальном увеличении зазора между панелью и затяжкой в 2,9-5,6 раза, что соответствует сохранению несущей способности крепи при увеличении такого зазора в натурных условиях в 1,2-2,3 раза. Об улучшении теплоаккумулирующих свойств массива при использовании предлагаемого способа можно судить

196514 4 по изменению времени температурной стабилизации установки после выключения холодильного оборудования.

Если при отладке (без заполнения за5 крепного пространства) температура модели повышалась от — 2,6 до 15 С о за 143 мин, то при проведении экспериментов аналогичное повышение температуры происходило за 216 мин, что

10 объясняется затратами теплоты на вскипание фреона, заполняющего термочувствительные элементы.