4.5. Естественное оттаивание мерзлых пород
Это наиболее простой и дешевый способ оттаивания. В сочетании с послойной разработкой (с систематическим удалением оттаявшего слоя) он широко применяется при открытой разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений. В общем объеме вскрышных и добычных работ он составляет более 60%, а при разработке - промывке песков практически все 100%.
Скорость оттайки в зависимости от конкретных условий может изменяться от 5-6 до 12-16 см/сут. Обязательное условие -предварительное удаление растительного слоя, после чего при помощи бульдозеров снимают оттаявший слой рыхлых пород.
Этот способ оттайки наиболее прост и дешев,
4.6. ИСКУССТВЕННАЯ ОТТАЙКАСамым распространенным ее способом является игловая гидрооттайка (ИГО). Суть ее (рис. 4.9) заключается в том что через погруженные в мерзлую породу трубы-иглы нагнетается естественно нагретая вода (ее средняя температура составляет от 7 до 12 С). Сначала вода после выхода из наконечника иглы двигается вверх по затрубному пространству отдавая по дороге свое тепло окружающим скважину мерзлым породам. Эти породы постепенно оттаивают и вокруг иглы образуется талик грушевидной формы. Талики отдельных игл сливаются в единый талый массив, на чем и заканчивается оттайка.
Иглы устанавливают по сетке в вершинах углов равносторонних треугольников.
Расстояние l называют шагом установки.(зависит от глубины оттайки и температуры воды.
Расстояние между рядами- 0,87 l
Фактически с применением ИГО ежегодно оттаивают в нашей стране более 10 млн м3.
Преимуществами этого способа оттайки, обеспечивающими ему широкое применение в практике горных работ (прежде всего для дражных разработок), являются возможность оттаивания мерзлых пород на больших глубинах (практически до 30 м) и проведение оттайки в заданные сроки
Недостатки этого способа - сложность организации, необходимость бурения специальных скважин под иглы, значительные энерго- и материалоемкость.
Фильтрационно-дренажная оттайка (ФДО), несмотря на то, что этот способ - самый простой и надежный после естественного оттаивания. Но вместе с тем он не в состоянии обеспечить высокую интенсивность и значительную глубину оттайки. Практически максимальная глубина, достигнутая при использовании ФДО, не превышает 4-5 м.
Суть ФДО (рис. 4.11) заключается в том, что вода, подаваемая в специальные питающие (фильтрационные) выработки-канавы, по верхнему слою талых пород просачивается вниз по уклону в сборную (дренирующую) канаву, отдавая по пути свое тепло нижележащему мерзлому массиву. Этот массив постепенно оттаивает, причем распространение талика идет сверху вниз по вертикали. Для такого способа пригодны породы
с хорошими фильтрационными свойствами (в талом состоянии). Расстояния между питающей и дренирующей канавами составляет 30-60 м. Ширина фронта фильтрации определяется приемной длиной дренирующей канавы.
Одной из разновидностей ФДО является дождевальная оттайка (рис. 4.12), при которой вода подается не по канавам, а разбрызгивается по всей оттаиваемой площади с помощью дождевальных установок. Распространение талика и сбор отработавшей воды происходят так же, как и при ФДО, примерно такие же интенсивность и глубина оттаивания. Этот способ рекомендуется для оттаивания песков, выложенных в отвалы.
Все способы оттайки, о которых шла речь выше, - это способы, которые возможно применять только в теплое время года.,
Однако в ряде случаев возникает необходимость применения оттайки в холодный период, например, для оттаивания промерзшего слоя, образовавшегося за зиму поверх оттаянных в прошлом летнем сезоне пород. Это необходимо, чтобы драга могла начать работу еще до того, как можно будет приступить к любому из способов гидравлического летнего оттаивания.
В холодное время года. применяется:
паровая иглооттайка, игловая гидрооггайка с использованием искусственно подогретой воды, элекрооттайка, оттайка открытым огнем.
Способы предохранения горных пород от сезонного промерзания.
. Существует' несколько способов такого предохранения (рис. 4.13).
Наиболее простым является затопление водой оттаянного участка, которое обеспечивается системой несложных гидротехнических сооружений. Необходимое условие - вода на затопленном участке не должна полностью замерзать. Между' льдом и поверхностью предохраняемого участка необходим слой воды не менее 30 см.
Покрытие поверхности полигона специальными пенами. Технология' этого способа заключается в том, что при помощи специальных пеногенераторных установок на поверхности предохраняемого участка наносится тонкий слой пены, и эта операция повторяется, пока толщина пенного покрытия не достигнет заданной величины. Создан также комбинированный способ предохранения, т.е. сочетание затопления поверхности водой с пенным покрытием. которое наносится на лед после того, как начнется промерзание воды.
Следует исходить из величины промерзания, которая не будет создавать серьезного препятствия для последующей разработки. Например, для нормальной работы средних драг допустимо промерзание на глубину до 0,8-1 м, для экскаваторов с вместимостью ковша до 5 м* - до 0,3-0,4 м и т.д. Полная же глубина промерзания (без предохранения) в условиях сурового климата может достигать 4-4,5 м.
В последние годы. создана технология искусственного превращения некоторых мерзлых пород в породы морозные. Такая технологий весьма перспективна, поскольку позволяет успешно использовать землеройную технику в холодное время года без каких-либо дополнительных мероприятий по разупрочнению мерзлых пород, и в то же время достаточно проста для исполнения. Искусственно созданные морозные породы называют искусственными сушенцами. Для этой цели подбирают галечники с гравийным или крупнопесчаным заполнителем, имеющие в талом состоянии коэффициент фильтрации не менее 60 м/сут. Эти породы в осушенном состоянии способны удерживать всего 3-5% воды. Их оттаивание производят чаще всего с применением (фильтрационно дренажной оттайки)ФДО, а затем осушают при помощи сетки достаточно глубоких дренирующих канав. После осушения породы могут разрабатываться в любое время года - они всегда остаются в рыхлом состоянии.