Способ моделирования ледопородныхограждений

Способ моделирования ледопородныхограждений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцнапмстических

Ресттублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (n529959

X АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) завалено 2912.78 (21) 2704726/22-0 3 с присоединением заявки Но(23} Приоритет

Опубликовамо 150581 Бюллетень ЙЯ 18

Дата опубликования описания 15.0581 (з )м. кл.

Е 21 0 1/14

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УАК 624. 1З9:

:622(088,8) (72) Авторы изобретения!

1 !

A. В. Топорков и С. А. Сьедин

%

I

1 (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРА>КДЕНИЙ Изобретение относится к способам лабораторных исследований, применяемым при физическом моделировании напряженно-деформированного состояния ледопородного ограждения горных выработок, например, подземных хранилищ, шахтных стволов.

Известен способ моделирования ледопородного ограждения, включающий создание модели в виде толстостенного стакана иэ гг>унта, замораживание

его и приложение внешней нагрузки(1).

Однако данный способ не позволяет регулировать температуру на поверхности ледопородного ограждения и получать достоверные результаты.

Известен другой способ моделирования ледопородного ограждения, включактдий создание модели в виде толстостенного цилиндрического стакана из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением радиальной нагрузки, фиксацию фронта промерэания путем подведения извне теплового потока регулируемой интенсивности. Тепловой поток создается электрическим нагревателем. 3 амораживание грунта производят прокачкой через систему э аморажи вающих колонок

-хладагента. Поло>кение фронта промерэания контролируют с помощью температурных датчиков. Радиальное давление на. ледопородное ограждение создается подведением к модели гидрост ати ческ о го давлении (2) .

Недостатки данного способа — обеспечение только цилиндрической .формы модели ограждения и невозможность моделирования деформаций в области талых пород, примыкающих к ледопородному ограждению.

Цель изобретения - моделирование ледопородных ограждений различной формы в плане.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу моделирования ледопородного ограждения, включающему создание модели из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальной нагрузки и подведение внешнего теплового потока регулируемой интенсивности, дополнительно подводят тепловой поток регулируемой интенсивности в увлажненный грунт в зону между подводом внешнего теплового потока н подачей хладатента.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

829959

Способ моделирования включает два этапа — подготовительный и рабочий.

Подготовительный этап состоит в следующем.

Внутри цилиндрической емкости 1 размещают систему замораживающих колонок 2 требуемой конфигурации в пла5 не, например в виде прямоугольника, затем устанавливают тепловые колонки 3, внешним образом эксвидистантно по отношению к "àìîðàæèâàþùèì колонкам 2, в донной части укладывают гравий 4, который по периферии поддерживается сеткой 5, послойно у кл адывают увлажненный исследу емый грунт 6 с введением в него датчиков 7 для сбора информации о температуре и деформациях грунта. Когда уровень увлажненного грунта б достигнет отметки, соответствующей нижней по— верхности 8, имитирующей начало крепи выработки, устанавливают на 20 грунт трубу 9, центрируют ее, после чего заполняют увлажненным грунтом б цилинцрическую емкость 1 до верхнего края. На внешней боковой поверхности емкости 1 располагают внешний нагреватель 10, выполненный в виде электрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционнои основе. После герметизации емкости 1 с помощью крышки 11 производят водонасыщение грунта 6 путем подачи воды 12 в прос ранство с гравийной засыпкой 4, затем устанавливают заданное гидростатическое давление.

Второй (рабочий ) этап способа моделирования состоит в следующем.

Подачей хлада гент а 13 в систему замораживающих колонок 2 осуществляют замораживание. Одновременно с подачей хладагента 13 в систему тепловых колонок 3 подводят имеющий 40 положительную температуру теплоноситель 14, а также подключают внешний электронагреватель 10 к электросети через регулировочный трансфор матор. В качестве теплоносителя 14 и хладагента 13 используют одну и ту же жидкость, например хлористый кальций, циркулиру ощий автономно в соответствующих системах.

Использование в качестве теплоносителя незамерзающей жидкости обеспечивает безаварийность работы тепловых колонок 3 (исключает разрыв .трубок при аварийном прекращении подачи теплоносителя).

С помощью предлагаемого способа создают требуемый градиант поло>кительных и отрицательных температур в исследуемых грунтах путем регулирования температур к аждого из подводимых к модели тепловых потоков и та- бО ким образом, регулируют температуру ко нтура ледопородного ограждения .

Температура теплоносителя 14, а также расстояние между тепловыми колонками 3 должны быть выбраны с таким расчетом, чтооы обеспечить з амкнутость талопородного ограждения вокруг ледопородного.

Предлагаемый способ моделирования находит широкое применение при определении несущей способности ледопородного ограждения, имеющего форму в плане, отличную от цилиндра. Такие случаи в практике строительства шахтных стволов имеют место при разнородных грунтах по периметру ствола вследствие различия в температурах з амор ажи в ающих кол о нок, а т а кже при наличии фильтрации грунтовых вод.

С помощью предлагаемого способа можно моделировать создание ледопородных ограждений при проходке горизонтальных тоннелей различных форм. Вероятность формирования произвольной формы ограждения увеличивается с созданием с помощью способа замораживания все более глубоких шахтных стволов (до 1000 м ), так как эамораживающи е колонки отклоняют ся от вертикали.

Поэтому возможнос ь оперативного получения более полной информации с помощью моделирования ледопородных ограждений различной конфигурации дает возмо>кность уточнить расчеты, что предотвратит многие аварийные ситуации в шахтном строительстве и сократит э атраты на сооружение стволов.

Формула из обрет ения

Способ моделирования ледопородных огражде ний, включающий создание модели иэ увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальной нагрузки и подведением внешнего теплового потока регулируемой интенсивности, о тли ч ающи и с я тем, что, сцелью моделирования ледопородных ограждений различной формы в плане, дополнительно подводят тепловой поток регулируемой и нт енси в ности в зону увлажненного грунта, расположенную между подводом внешнего теплового потока и подводом младагента.

И ст очни ки и нформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Покровский Н. M. Сооружение и реконструкция горных выработок. М., Госгортехиздат, 1963, 4,111, с.90-9l.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 564423 кл. Е 21 D 1/14, .25 ° 06.75.

829959

Составитель С.Лукашова

Техред С. Мигунова Корректор Ю.Макаренко

Редактор И.Мырдина филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проект ная, Заказ 2682/12 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

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