книги из ГПНТБ / Зимние способы добычи и хранения глины П. В. Силкин. 1960- 11 Мб

кромке забоя, и пробуриваются вертикально. Первый ряд шпуров располагается вдоль кромки забоя на расстоянии от нее, равном ориентировочно 1 л.н.с.; расстояние между последующими рядами

принимается ориентировочно равным 1,5 л.нс., расстояние между

шпурами в рядах — 1, 2 л.н.с. Крайние шпуры в рядах распола­ гаются на расстоянии 1 л. н. с. от бровок разрабатываемого забоя.

При двустороннем обнажении забоя шпуры располагаются в таком же порядке, как и при одностороннем, но на боковой стенке

забоя пробуриваются не вертикально, а горизонтально или наклон­ но, причем нижние шпуры располагаются на 25—30 см выше по­ дошвы забоя.

Заполнение шпура зарядом производится не более чем на по­ ловину его глубины. В верхнюю часть шпура закладывается слой песка или легкого сухого грунта толщиной 12—15 см, без утрам­ бовки, остальная часть шпура забивается любым грунтом при по­ степенно усиливающемся трамбовании. Наилучшим материалом для забивки шпуров является смесь из 1 ч. глины и 3 ч. крупного песка с добавлением воды. .

Взрывание заложенных в шпуры зарядов рекомендуется про­

изводить электрическим способом, являющимся наиболее безопас­ ным и эффективным. Количество одновременно взрываемых за­ рядов следует принимать из того расчета, чтобы при морозах до

—10° весь разрыхленный мерзлый грунт мог бы быть убран в тече­ ние не более двух смен, а при морозах до —25°-— в течение одной

а объем воронки

Удельный расход заряда для рыхления на 1 м3 разрушаемой породы, затрачиваемый на преодоление сил сцепления на поверх­

ности отрыва и преодоления силы тяжести объема породы:

1100

Полный вес заряда рыхления при разрушении массива любой

формы с учетом любой степени дробления породы будет

где F(d)—коэффициент, учитывающий степень дробления по­ роды.

Стоимость рыхления мерзлого грунта взрывным способом,

как показывает практика, .меньше, чем рыхление дизель-.молотом с клином или клин-бабой, и составляет 6—7 руб. за 1 м3. Однако, несмотря на относительно небольшую стоимость рыхления мерзлой поверхности описанным способом, он требует соблюдения особых мер предосторожности, безусловного соблюдения всех требований техники безопасности, организации доставки и безопасного хране­ ния взрывчатых материалов, что усложняет организацию работ.

Ориентировочная .потребность в ресурсах для буровзрывных работ по рыхлению мерзлых грунтов в объеме, необходимом для обеспечения работы одного экскаватора, при бурении шпуров электрическими или пневматическими сверлами и электрическим

101

Глава IV

СПОСОБЫ РАЗРАБОТКИ ГЛИНЯНЫХ КАРЬЕРОВ, СВЯЗАННЫЕ С ВНЕСЕНИЕМ ИСКУССТВЕННОГО ТЕПЛА ИЗВНЕ В ЗАМОРОЖЕННУЮ ГРУНТОВУЮ МАССУ

СЦЕЛЬЮ ОТТАИВАНИЯ ЕЕ

Внастоящее -время известно несколько способов оттаивания

мерзлых грунтов, а именно:

Е. К. Бурцевой (способ 14);

4) оттаивание при помощи сжигания топлива на поверхности

карьера (способ 15).

Различие перечисленных способов заключается в природе

теплоносителя, способах получения тепловой энергии и приемах

использования ее для целей оттаивания мерзлых грунтов. Мерзлая глина является сложным материалом; в состав ее вхо­

дит глина как таковая, лед, воздух и разные примеси, поэтому рас­

щую среду при передаче ее от приборов в массив.

Подсчеты показывают, что средние затраты тепла на оттаива­ ние 1 м3 мерзлой глины от начальной отрицательной температуры

—10° до конечной положительной +3° составляют от 10 до 16— 18 тыс. ккал, причем увеличение влажности глины дает резкое увеличение расхода тепла. Так, при влажности глины 30% на от­ таивание 1 м3 глины расходуется почти в два раза больше тепла,

чем при влажности 10%. При этом общий расход тепла при значи­ тельной глубине оттаивания будет уменьшаться за счет отдачи тепла нижележащими уже теплыми слоями верхним слоям, и, как показывают опыты, проведенные ВНИИОМСом, это уменьшение

является значительным.

Расход тепла и электрической энергии на оттаивание 1 м3 мерзлой глины зависит не только от состояния и структуры грунта, но и от совершенства конструкций применяемых приборов, пере­

103

дающих тепло грунтовой массе. Установлено, что чем выше тем­ пература теплоносителя, используемого для целей оттаивания мерзлого грунта, а следовательно, чем быстрее протекает процесс оттаивания, тем кривая оттаивания круче (рис. 24) и тем коэффи­ циент использования тепла ниже. Из сказанного следует, что при­

менение высоких температур для оттаивания мерзлых грунтов приводит к излишне неоправданной потере тепла.

Рабочая температура игл, применяемых для целей оттаи­ вания, зависит от вида теплоносителя, а также от конструктив­ ных особенностей каждой иглы. Так, например, при использова­ нии в качестве теплоносителя горячей воды можно работать с тем­

70—100°.

Перечисленное разнообразие источников тепла и способов пе­ редачи его замороженной грунтовой массе позволяет выбрать один из них, технически наиболее осуществимый и экономически наи­

более целесообразный в заданных условиях. Способы III группы

по методам борьбы с замерзшими грунтами идентичны способам II группы, так как оба способа характеризуются одними и теми же величинами (коэффициентом мерзлотности и коэффициентом про­

ными и другими машинами, а также взрыванием с последующим его удалением, тогда как во втором случае — оттаиванием раз­ ными источниками тепла с использованием разных способов пере­

дачи тепла замороженному слою.

Коэффициент мерзлотности и коэффициент прогрева, так же как и коэффициент вскрыши, характеризуют удельный объем пу­

стой породы (подлежащей удалению или оттаиванию) по отноше­ нию ко всей толще разрабатываемого пласта полезного ископа­

емого.

Значения этих коэффициентов, т. е. характеристика мерзлот­ ности или прогрева грунта при разных глубинах разрабатываемого карьера и разной толщины промерзания поверхности, приведены

втабл. 25.

Вцелях уменьшения расхода электрической энергии, пара или

горячей воды на оттаивание мерзлого слоя подготовляемый к зим­ ней добыче участок карьера следует обработать так, как описано з § 6. С той же целью добычу талой глины следует организовать тупиковыми забоями последовательно через участок. В этом слу­ чае исключается наличие второй оголенной стороны забоя, за­ трудняющей предохранение ее от дальнейшего промерзания, но появляется необходимость увеличения вдвое против расчетного числа участков; оставшиеся целики должны дорабатываться в лет­

нее время.

104

Расходуемая мощность ВнВт/м'

Глубина промерзания 6 м

Глубина промерзания 6 м

а—потребление мощности при электрооттаивании: б—продол­ жительность оттаивания грунта в зависимости от глубины промерзания; /—оттаивание производится до отметки 0,25 м', 2—тоже, до отметки 0,4 лс; в—расход электроэнергии на оттаи­ вание 1 м’ грунта в зависимости от глубины промерзания; /—оттаивание производится до отметки 0,25 м; 2—тоже, до

отметки 0,4 м

105

При применении многоковшовых экскаваторов сущность орга­

низации работ остается та же, но изменяется лишь форма и раз­

меры отдельных участков, а также направление фронта работ. В том и другом случае землеройное оборудование и транспортные средства размещаются на подошве уступа. Если работа в карьере производится не круглые сутки, т. е. прерывно, то для укрытия оголенного фронта добычи, а также оголенной поверхности карье­ ра во избежание промерзания необходимо иметь соответствующие средства утепления и материалы — соломенные маты, сухие опил­ ки, тюфяки и т. п.

Для добычи талой глины способами III группы рекомендуются

следующие машины и механизмы:

экскаваторы малых моделей, одноковшовые и многоков­ шовые;

буровые станки для бурения отверстий в мерзлом грунте или электросверла;

бульдозеры для очистки поверхности карьера; комплект электрических паровых или водяных игл с набором

подключающей аппаратуры и приспособлений; передвижная котельная установка для получения пара или

горячей воды; передвижная электрическая станция соответствующей мощ­

ности (при отсутствии общерайонных электрических сетей).

Рыхление мерзлого грунта при промерзании его на глубину

0,4—1 м, как правило, обходится дороже, чем своевременное пре­ дохранение его от промерзания, но дешевле, чем оттаивание. От­ таивание только нижней части мерзлого слоя на глубину 0,4— 0,25 м при помощи глубинных электродов экономичнее других спо­ собов оттаивания. Оттаивание мерзлого грунта допустимо при не­ больших объемах работ только в случаях невозможности рыхле­ ния взрывами и при наличии относительно дешевых источников тепла, а также при низком уровне грунтовых вод (не менее, чем

на 1 м ниже уровня промерзания).

Трудоемкость работ при применении различных методов раз­ работки грунтов и их подготовки к экскавации характеризуется следующими данными на 1 .ч3 грунта:

■при утеплении местными тепляками—0,25—0,30 чел.-дня; при использовании ручных электрифицированных или пневма­

тических инструментов — 0,5—0,7 чел.-дня.

Мнение о неэкономичности, а потому и малопригодное™ раз­

работки глиняных карьеров в зимнее время открытым способом с оттаиванием верхнего мерзлого слоя при помощи электричества, пара и горячей воды базируется главным образом на сравнитель­ но малой доступности этих источников энергии и их высокой стои-

107

мости. Однако экономичность оттаивания мерзлой поверхности глиняных карьеров зимой при помощи электрической энергии оп­

ределяется не только абсолютными затратами ее и стоимостью,

которые приходится на 1 ж3 отогретой глины, а главным образом относительными расходами и затратами в зависимости от общей глубины разрабатываемого карьера.

§ 17. Разработка глиняных карьеров зимой с предварительным оттаиванием мерзлой поверхности при помощи электрической

энергии (способ 12)

Организация добычи талой глины зимой по способу 12 заклю­ чается в оттаивании мерзлой поверхности карьера при помощи электрической энергии путем превращения ее в тепловую и пере­ дачи этого тепла мерзлой грунтовой массе.

Использование электрической энергии в качестве теплоноси­ теля основано на свойстве электрического тока, проходящего по замкнутой цепи, выделять тепло, количество которого опреде­

где Q — количество тепла в ккал-, I — сила тока в а;

R — сопротивление цепи в ом; Е— напряжение тока в в;

t—продолжительность действия тока в час.

В настоящее время известны два основных приема оттаива­ ния— поверхностное и глубинное. Поверхностное оттаивание при помощи горизонтальных электродов как неэкономичное нами не рассматривается. По способу передачи тепла от теплоносителя грунтовой массе глубинный способ подразделяется на оттаивание вертикальными стержневыми электродами и оттаивание при по­ мощи электрических игл и электрических грелок, опускаемых в за­ ранее заготовленные отверстия — шпуры. Распространение тепла в мерзлом грунте при оттаивании вертикальными приборами про­ исходит неравномерно, что объясняется наличием более низких температур у поверхности, 'Вследствие чего на ее оттаивание за­ трачивается больше тепла.

Различные способы оттаивания мерзлых грунтов по распро­ странению в них тепла могут быть приведены к следующим трем основным видам, показанным на рис. 25.

1. Тепло распространяется в вертикальном направлении сверху от дневной поверхности вниз — в глубь грунта, при этом

изотермические поверхности составляют ряд горизонтальных пло­ скостей.

2. Тепло распространяется в вертикальном направлении от нижнеи границы мерзлого грунта к его дневной поверхности —

108