Способ гидравлического оттаивания мерзлых пород

Способ гидравлического оттаивания мерзлых пород

Реферат

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

Известен способ гидравлического оттаивания горных пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя, бурение питающих, дренажных и взрывных скважин, создание на глубине трещины гидроразрыва и камуфлетных полостей (см. авт.св. №1226887, МПК Е02F 5/30, 1983 г.).

Недостатком этого способа является сложность технологии, высокая трудоемкость работ (бурение системы дренажных, взрывных и питающих скважин, принудительная подача подогретой воды в питающие скважины под давлением с помощью насосов, откачка охлажденной воды из дренажных скважин, дополнительные затраты на электроэнергию и оборудование питающих и дренажных скважин обсадными трубами и оголовками).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя, бурение взрывных скважин, строительство системы оросительных, питающих и дренажных канав, создание камуфлетных полостей и горизонтально расположенных фильтрационных каналов в мерзлом массиве путем одновременного камуфлетного взрывания равнозначных по массе зарядов взрывчатых веществ (ВВ) линейного ряда вертикально пробуренных скважин одинаковой глубины (см. Рашкин А.В., Субботин Ю.В., Абалаков B.C. Исследование взрывогидравлического способа оттаивания мерзлых дражных полигонов // В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых Сибири и Северо-Востока. - Иркутск, 1980. - с.91-99).

Недостатком этого способа является недостаточная эффективность, т.к. при некачественном камуфлетном взрывании зарядов взрывчатого вещества теплоноситель - подогретая за счет солнечной энергии вода в горизонтально расположенных фильтрационных каналах имеет незначительную скорость дренирования (в исключительных случаях скорость дренирования воды может приблизиться к нулю из-за возможного перемерзания горизонтально расположенных фильтрационных каналов) и соответственно низкую степень теплоотдачи накопленного за счет солнечной энергии тепла мерзлым породам, а также дополнительные затраты на сооружение системы оросительных канав.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оттаивания мерзлых пород.

Результат достигается тем, что способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, отличается тем, что на участке сооружают параллельные питающую и дренажную канавы, между ними пробуривают линейные ряды скважин, размещают в нижних и верхних частях скважин рассредоточенные заряды ВВ, при этом глубину скважин и соответственно массу зарядов ВВ увеличивают в направлении от питающей к дренажной канавам, производят взрывание зарядов ВВ с замедлением от верхнего заряда к нижнему и с замедлением в направлении от питающей канавы к дренажной, создавая тем самым наклонные фильтрационные каналы в массиве мерзлых горных пород и обеспечивая оттаивание пород путем движения подогретой за счет солнечной энергии воды через питающую канаву и фильтрационные каналы к мерзлым породам.

Способ также отличается тем, что скважины перед размещением ВВ заливают на 2/3 глубины соляным раствором.

В качестве соляного раствора возможно использование раствора поваренной соли ((NaCl).

Предлагаемый способ оттаивания позволяет повысить эффективность оттаивания мерзлых горных пород за счет многократно возросшего кондуктивно-конвективного теплообмена и обеспечения непрерывного естественного (создаваемого силами гравитации) движения теплоносителя (подогретой за счет солнечной энергии воды) по наклонным фильтрационным каналам, а также за счет существенного снижения себестоимости оттаивания мерзлых пород путем уменьшения расхода взрывчатых веществ, а также затрат на бурение взрывных скважин и проходку оросительных канав.

На чертеже изображен способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, где: 1 - дренажная канава; 2 - забойка; 3 - запирающий заряд взрывчатого вещества (верхний заряд); 4 - вода, содержащая поваренную соль; 5 - питающая канава; 6 - подогретая за счет солнечной энергии вода (теплоноситель); 7 - мерзлый массив горных пород; 8 - камуфлетный заряд взрывчатого вещества (нижний заряд); 9 - наклонный фильтрационный канал; 10 - камуфлетная полость; 11 - трещины камуфлетного взрыва; 12 - охлажденная дренажная вода; 13 - зона оттаивания горных пород; 14 - взрывные скважины.

Предлагаемый способ оттаивания мерзлых пород осуществляется следующим образом (см. чертеж): с помощью бульдозера удаляют почвенно-растительный слой, проходят питающую канаву 5 глубиной 0,5…0,7 м и на определенном расстоянии от нее - дренажную канаву 1 глубиной до коренных пород.

С помощью буровых станков в мерзлом массиве горных пород 7 бурят параллельно друг другу линейные ряды взрывных скважин 14 с увеличением их глубины в ряду и соответственно массы камуфлетного заряда взрывчатого вещества 8 в направлении от питающей 5 к дренажной канаве 1. Расстояние между взрывными скважинами в ряду и между рядами скважин определяют по известным формулам, исходя из условия, что оно не должно превышать размеров зоны трещинообразования 11, состоящей из камуфлетных полостей 10 и камуфлетных трещин зоны трещинообразования 11.

При подаче взрывного импульса вначале взрывается верхний (запирающий) заряд 3. При этом в устьевой части взрывных скважин 14 давление резко возрастает и создается эффект самозаклинивания. Увеличение массы заряда 8 в скважинах 14 по направлению к дренажной канаве 1 позволяет создать в массиве мерзлых горных пород 7 расширяющийся наклонный фильтрационный канал 9, многократно увеличивающий фильтрационный поток дренирующей воды 12, охлажденной в результате теплообмена.

Взрывные скважины 14 с камуфлетным зарядом взрывчатого вещества 8 можно залить на 2/3 части их глубины водой 4, в которую добавляют поваренную соль, что предотвращает замерзание воды в месте расположения зарядов. Выше уровня воды 4 размещают запирающий заряд взрывчатого вещества 3, а свободное пространство взрывных скважин 14 заполняют забойкой из буровой мелочи 2. Взрывание камуфлетных зарядов в ряду 8 производят с замедлением в направлении от питающей канавы 5 к дренажной 1.

Подогретая за счет солнечной энергии вода 6 движется самотеком из вышерасположенного отстойника в питающую канаву 5 и далее дренирует за счет сил гравитации по расширяющемуся наклонному фильтрационному каналу 9 в дренажную канаву 1 и обеспечивает путем кондуктивно-конвективного теплообмена фазовый переход горных пород из мерзлого 7 состояния в талое 13.

Источником тепла предлагаемого способа оттаивания мерзлых пород 7 служит вода, поступающая из вышерасположенного отстойника 6, подогретая за счет солнечной радиации и тепла атмосферного воздуха в течение всего периода положительных среднесуточных температур воздуха. Процесс оттаивания мерзлых горных пород 7 вокруг расширяющегося наклонного фильтрационного канала 9 происходит путем кондуктивно-конвективного теплообмена между теплоносителем 6 (нагретая за счет солнечной энергии вода) и мерзлыми горными породами 7. При увеличении коэффициента фильтрации, повышении теплопроводности и уменьшении льдистости горных пород, а также при повышении температуры подаваемой в питающую канаву 5 воды 6, скорость оттаивания мерзлых пород возрастает многократно.

Предлагаемый способ оттаивания мерзлых пород позволяет существенно снизить себестоимость оттаивания мерзлых пород за счет исключения затрат на создание оросительных канав и повышения эффективности оттаивания мерзлых пород за счет создания наклонного фильтрационного канала в массиве.

1. Способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, отличающийся тем, что на участке сооружают параллельные питающую и дренажную канавы, между ними пробуривают линейные ряды скважин, размещают в нижних и верхних частях скважин рассредоточенные заряды ВВ, при этом глубину скважин и, соответственно, массу зарядов ВВ увеличивают в направлении от питающей к дренажной канаве, производят взрывание зарядов ВВ с замедлением от верхнего заряда к нижнему и с замедлением в направлении от питающей канавы к дренажной, создавая тем самым наклонные фильтрационные каналы в массиве мерзлых горных пород и обеспечивая оттаивание пород путем движения подогретой за счет солнечной энергии воды через питающую канаву и фильтрационные каналы к мерзлым породам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважины перед размещением ВВ заливают на 2/3 глубины соляным раствором.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве соляного раствора используют раствор поваренной соли NaCl.