Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке


 


Владельцы патента RU 2449089:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области производства земляных работ при вскрышных работах, рытье котлованов и траншей в условиях вечномерзлого состояния грунта. Техническим результатом является повышение эффективности размораживания вечномерзлых грунтов. Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке осуществляют путем распределения воды по поверхности размораживаемого участка. При этом после естественного оттаивания грунта на глубину 0,15-0,20 м оттаявший грунт удаляют, с образованием «корыта», а в него по поверхности размораживаемого участка пускают проточную воду из расчета протекания 5-10 л/м2 поверхности в час. Причем подготовку вечномерзлого грунта осуществляют в летний период при температуре воздуха выше 0°С и температуре воды не ниже +1°С. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области производства земляных работ при вскрышных работах, рытье котлованов и траншей в условиях вечномерзлого состояния грунта.

Известен способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, на котором затем сооружают питающую и дренажную канавы, пробуривают между ними скважины, заливают в них водный раствор NaCl, закладывают в них заряды взрывчатого вещества, производят взрывание и получают наклонные фильтрационные каналы, по которым от питающей к дренажной канаве пропускают подогретую за счет солнечной энергии воду, и таким путем размораживают мерзлую породу (RU №2380488, E02F 5/30, F42D 99/00, 2010 г.).

Недостатком известного способа является сложность технологии подготовки грунта к оттаиванию, высокая трудоемкость и стоимость работ (устройство глубокой дренажной канавы в мерзлом грунте, бурение скважин, приготовление соляного раствора, закладка зарядов, затраты на ВВ, NaCl, эксплуатацию бурового оборудования и др.).

Прототипом заявляемого изобретения является способ подготовки мерзлого грунта к разработке путем распределения воды на поверхности грунта под снеговой покров, предварительно разделив подлежащий размораживанию участок на параллельные горизонтальные полосы шириной 10-15 м, а с низовой стороны каждую полосу ограничивают валиком уплотненного снега высотой 0,2-0,4 м. Каждую полосу разделяют в поперечном направлении на захватки, соответствующие суточной производительности землеройной машины. С верховой стороны заливают холодную воду (с температурой +10-0°С). Через 1-4 суток снег с поверхности подготовленного участка счищают бульдозером и производят разработку грунта землеройной машиной. Размораживание мерзлого грунта и его переход из твердомерзлого в мерзлопластичное состояние происходит за счет явления скрытой теплоты льдообразования, происходящей при 0°С при фазовом переходе воды в лед с выделением 1 кг воды при замерзании примерно 335 кДж тепла, которое тем в большем количестве передается грунту, чем толще снеговой покров на размораживаемом участке (SU №503004, МПК Е02D 3/10, 1976 г.).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность из-за недостаточности теплоты льдообразования находящегося в статическом состоянии небольшого по толщине слоя воды (до 0,1 м на горизонтальной поверхности), залитой и выдерживаемой до замерзания, а повышение слоя воды технически осложнено из-за трудностей ее удержания от растекания. К тому же вечномерзлые грунты содержат много льда и имеют в несколько раз более низкую температуру, чем грунты сезонного промерзания, поэтому технически возможное последовательное размораживание вечномерзлого грунта тонкими слоями с удалением размороженного грунта длительно и нетехнологично.

Задачей изобретения является упрощение технологии и организации работ по размораживанию вечномерзлого грунта и снижение их стоимости.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности размораживания вечномерзлых грунтов.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке путем распределения воды по поверхности размораживаемого участка, согласно изобретению, после естественного оттаивания грунта на глубину 0,15-0,20 м оттаявший грунт удаляют, с образованием «корыта», а в него по поверхности размораживаемого участка пускают проточную воду из расчета протекания 5÷10 л/м2 поверхности в час. При этом подготовку вечномерзлого грунта осуществляют при температуре воздуха выше 0°С и температуре воды не ниже +1°С. Размораживание вечномерзлого грунта может реализовываться только в летний период при устойчивой температуре воздуха выше 0°С и при температуре воды не ниже +1°С.

Эти условия связаны с тем, что при температуре воздуха 0°С и ниже вода может остыть до 0°С и растерять часть скрытой теплоты льдообразования, а минимально допустимая температура воды +1°С гарантирует, что вода обладает полным потенциалом скрытой теплоты льдообразования.

Требование естественного оттаивания грунта на 0,15-0,20 м обусловлено необходимостью получения «корыта» после удаления этого слоя грунта бульдозерами для получения достаточного углубления над размораживаемым участком для пропуска по нему проточной воды. Распределение по участку проточной воды обеспечивает сначала ее охлаждение до 0°С с последующей постоянной отдачей мерзлому грунту протекающей водой части скрытой теплоты льдообразования. При этом, если объем протекающей воды будет меньше 5 л/час на один м2 поверхности, то из-за неоднородности потока воды над отдельными частями участка и существенному замедлению протекания воды вплоть до ее застоя, глубина размораживания грунта получается незначительной, что свидетельствует об исчерпании потенциала скрытой теплоты льдообразования медленно протекающей водой, а потому и снижению темпа размораживания грунта. При протекании воды в большем объеме чем 10 л/час на каждом 1 м2 поверхности участка, существенно снижается доля отдаваемой водой мерзлому грунту скрытой теплоты льдообразования, поэтому повышение расхода воды сверх указанного объема на участках небольшой длины не приводит к ускорению темпа размораживания грунта и является нецелесообразным.

Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке осуществлялся следующим образом.

Экспериментальная подготовка вечномерзлого грунта к разработке путем его размораживания была начата в первой половине июня 2010 года, приблизительно в 1100 км северо-восточнее Якутска в районе населенного пункта Усть-Нера. Естественное оттаивание вечномерзлого грунта (водонасыщенная смесь песка, гравия и крупнообломочных пород) к этому времени составило около 0,2 м. Оттаявший грунт был удален бульдозерами с последовательно расположенных трех участков-захваток размерами каждая 300×300 м, а в полученные углубления «корыта» по прорытой канаве от реки Нера была пущена по имеющемуся небольшому уклону самотеком проточная вода с температурой около +1 - +3°С при переменной среднесуточной температуре воздуха в пределах +5 - +10°С. По длине участков и в конце последнего участка после переполнения корыта протекшая по ним вода выливалась и по естественному уклону стекала в основном в реку Нера. Темп протекания воды в разных частях участков был различный, но в основном находился в пределах 5-10 л/час на 1 м2 поверхности. В результате применения этой технологии через 14 суток вечномерзлый грунт был разморожен на глубину 1,5 м с темпом примерно, 0,1 м/сутки в объеме 410 тысяч кубометров. Размораживание вечномерзлого грунта на такую глубину за это время произошло главным образом за счет скрытой теплоты льдообразования воды после ее охлаждения до 0°С и дальнейшего протекания над размораживаемым участком с отдачей значительной части этой теплоты грунту.

При необходимости дальнейшего размораживания грунта для разработки более глубоких выемок подачу воды прекращают, размороженный слой грунта разрабатывают, в образовавшийся котлован пускают воду и обеспечивают ее проточность, а после размораживания очередного слоя грунта подачу воды прекращают, воду из котлована удаляют, размороженный грунт разрабатывают, а далее порядок работы повторяется. В настоящее время предложенный способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке находится на стадии опытных испытаний.

Актуальность снижения энергетических и других материальных затрат при разработке таких грунтов обусловлена растущей необходимостью выполнения больших объемов вскрышных земляных работ при устройстве карьеров приисков по добыче цветных металлов и других полезных ископаемых, при строительстве комплекса сооружений для добычи, транспортировки, переработки газа, нефти, при прокладке магистральных трубопроводов и др. в условиях крайнего Севера и на других территориях, где вечномерзлые грунты могут залегать на многометровую глубину.

1. Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке путем распределения воды по поверхности размораживаемого участка, отличающийся тем, что после естественного оттаивания грунта на глубину 0,15-0,20 м оттаявший грунт удаляют с образованием «корыта», а в него по поверхности размораживаемого участка пускают проточную воду из расчета протекания 5-10 л на 1 м2 поверхности в час.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку вечномерзлого грунта осуществляют при температуре воздуха выше 0°С, а температура воды должна быть не ниже +1°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машин и механизмов ударного действия, а именно к гидропневматическим ударным устройствам. .

Изобретение относится к области строительства, а именно для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия асфальтобетонных покрытий при ремонте автомобильных дорог и тротуаров.

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам искусственного оттаивания мерзлых горных пород, и может быть использовано в горной промышленности, преимущественно при разработке месторождений и в строительстве.

Изобретение относится к землеройным машинам, а именно к рабочему оборудованию одноковшовых гидравлических экскаваторов, предназначенных для разработки прочных грунтов и покрытий (асфальто- и цементобетонных).

Изобретение относится к горному делу и строительству в сложных рельефных условиях и прочных скальных породах при производстве земляных работ по устройству оснований земляных сооружений различного вида и назначения.
Изобретение относится к области строительства, а именно к технологии разработки мерзлых грунтов. .

Изобретение относится к горнорудной промышленности и строительно-дорожной технике. .

Изобретение относится к горной промышленности, строительству и металлургии, а именно к устройствам ударного действия для разрушения горных пород, бетона, рыхления мерзлого и уплотнения насыпного грунта.

Изобретение относится к землеройным машинам, в частности к машинам для прокладки траншей по дну рек и морей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для дробления и раскалывания крупногабаритных изделий из глины, камня, бетона, железобетонных плит, а также для разрушения асфальтового покрытия, ледового покрова и пр. Устройство содержит нижнюю плиту 1, которая путем пружин 2 растяжения-сжатия (или иного амортизатора) связана с верхней плитой 3. На нижней поверхности нижней плиты 1 посредством держателей 4 закреплены пневмоударные инструменты 5, в качестве которых могут быть использованы серийно выпускаемые перфораторы. Они закреплены на нижней плите 1 таким образом, что их заостренные наконечники могут быть расположены на разных уровнях относительно нижней поверхности этой плиты. Устройство подвешивается к тросу 6 подъемно-транспортного устройства 7. Трос 6 снабжен датчиками, позволяющими измерять натяжение троса, а само устройство снабжено системой управления, предназначенной для изменения натяжения троса, и тем самым для изменения усилия статического воздействия. Изобретение позволяет упростить конструкцию, производить разрушение различных объектов и различных материалов, повысить эффективность дробления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям винтовых рабочих органов, используемых для крепления в грунте, глубинном уплотнении, а также в качестве тяговых элементов в устройствах для разработки непрочных грунтов. Винтовой рабочий орган включает в себя цилиндрическую штангу с наконечником и винтовую лопасть с диаметром, увеличивающимся снизу вверх, размещенную на штанге и наконечнике, а винтовая лопасть и наконечник выполнены с тороидальным профилем. Радиус тороидальной поверхности наконечника и диаметр штанги выбраны из соотношения R/D=5, а соотношение длины тороидального наконечника и диаметра штанги составляет h/D=1,85. Технический результат состоит в повышении несущей способности, снижении энергоемкости процесса внедрения винтового рабочего органа, повышении прочности грунта благодаря равномерному распределению и уплотнению грунта в стенки скважины и вдоль винтового рабочего органа. 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к машинам для производства демонтажных работ, таких как разрушение бетонных, железобетонных, каменных конструкций, демонтаж фундаментов и железобетонных полов, проходка туннелей, выбивка футеровок металлургических агрегатов и вращающихся печей цементного производства, проведение работ в условиях радиоактивной, химической и биологической опасности. Техническим результатом является увеличение времени работы машины в зоне с повышенной температурой. Дистанционно управляемая демонтажная машина содержит шасси на гусеничном ходу, поворотную платформу, установленную на шасси с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, стрелу с расположенным на ней рабочим инструментом, гидроцилиндры с тепловой защитой, термостойкие гидрошланги для подачи масла к гидроцилиндрам и рабочему инструменту, систему принудительного воздушного охлаждения, включающую баллон для сжатого газа, установленный в термостойком корпусе, пневмокран, шланг для подачи газа, термостойкий кожух, закрывающий термостойкие гидрошланги, термодатчик, установленный на термостойком гидрошланге, устройство управления. Пневмокран снабжен электроприводом. Причем вход устройства управления подключен к термодатчику, а выход - к электроприводу. Шланг установлен с возможностью подачи сжатого газа в термостойкий кожух. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству и может найти применение для послойного рыхления прочных грунтов, а также снятия льда и снежного наката на автомобильных дорогах и тротуарах. Устройство содержит раму, на которой в опорах вращения установлен вал с закрепленными к нему зубьями, привод вращения вала, кронштейн, жестко закрепленный на валу с осями, на которых в опорах вращения смонтированы зубчатые колеса с дебалансами, входящие в зацепление с зубчатым колесом, установленным на приводном валу в опорах вращения, и привод зубчатого колеса. Привод вращения вала включает зубчатую пару, ведущее колесо которой соединяется с ведущим валом привода через предохранительную муфту, а ведомое зубчатое колесо соединено с валом с закрепленными к нему зубьями посредством обгонной фрикционной муфты. Сцепление обгонной фрикционной муфты осуществляется при передаче крутящего момента от привода вращения вала. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства, снижение энергоемкости процесса рыхления разрабатываемой среды и повышение надежности и долговечности элементов привода. 4 ил.

Изобретение относится к области разработки грунтов с помощью землеройных машин и может быть использовано в горном и строительном деле при прокладке каналов и линий связей в прочных и мерзлых грунтах и породах. Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность рыхления грунта за счет снижения тягового усилия и динамических нагрузок, воздействующих на базовую машину, и передачи их в зону разрушения грунта в широком интервале изменения частот вынужденных колебаний рабочего органа, а также проводить настройку работы механической системы в случае рассогласования частот. Рыхлитель отличается от известных тем, что неподвижный газовый цилиндр снабжен подвижным газовым цилиндром, поршень которого соединен с поршнем неподвижного газового цилиндра штоком. Через шток пропущена ось, соединенная с гильзой, охватывающей цилиндрический корпус и взаимодействующей через шарнир с рыхлительным зубом. Подвижный газовый цилиндр соединен со штоком гидравлического цилиндра, расположенного в цилиндрическом корпусе с противоположной стороны от рыхлительного зуба. Полости подвижного и неподвижного газовых цилиндров сообщаются через воздушные каналы и воздухопровод с реверсивным пневматическим компрессором и пневмозамками двухстороннего действия, а полости гидроцилиндра соединены через каналы, расположенные в корпусе гидроцилиндра, и гидропровод с реверсивным гидронасосом и гидрозамками двухстороннего действия.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при открытой разработке пластовых месторождений криолитозоны на базе бестранспортной системы разработки вскрышных пород. Техническим результатом является снижение влияния повторного смерзания на производительность драглайна и обеспечение его стабильной работы в процессе экскавации взорванных пород вскрышного блока. Для этого после производства буровзрывных работ на вскрышном уступе в процессе послойной экскавации взорванной породы в предотвал и конечный контур отвала на кровле пласта полезного ископаемого в пределах экскаваторной заходки по всей длине блока оставляют слой породы с отрицательной температурой. Это позволяет вскрыть зону устойчивого смерзания, растеплить и разупрочнить ее путем воздействия солнечной инсоляции за период отработки верхней части развала. Оставленный слой породы экскавируется в конечный контур отвала после уборки верхней части развала по всей длине экскаваторного блока. 3 табл., 2 ил.
Наверх