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

снизу вверх. Изотермические поверхности, как и в предыдущем случае, имеют вид горизонтальных плоскостей.

3. Тепло распространяется в грунте радиально в горизонталь­ ном направлении. Изотермические поверхности прогреваемого грунта представляют ряд конических поверхностей, ось которых

совпадает с осью источника тепла.

Рис. 25. Схема распространения тепла в толще мерз­ лого слоя грунта (стрелками показано направление по­ токов тепла)

а—сверху вниз; б—снизу вверх; в—в горизонтальном направ­ лении; 1—мерзлый грунт: 2—талый грунт; 3—нагревательный элемент; 4—граница проникновения тепла

Из рассмотренных схем видно, что наименьший расход тепло­ вой энергии 'будет при оттаивании снизу вверх, так как в этом случае уменьшаются потери тепла в воздух вследствие наличия вышележащей защитной мерзлой корки; расход электрической энергии на оттаивание 1 ж3 мерзлого грунта колеблется в значи­ тельных пределах. При оттаивании по второму способу распро­ странения тепла расход электрической энергии можно уменьшить

;09

Применение электропаровой иглы Неелова .позволяет за сутки

При этом необходимо, чтобы темпе­

ратура масла не превышала +100°.

Применение в качестве наполнителя масла позволило получить перемен­

и температуру иглы позволяют под­ бирать наиболее выгодные режимы оттаивания. Режим оттаивания

мерзлого грунта при помощи жидкостно-статических игл анало­ гичен режиму при применении водяных игл. Особое внимание сле­ дует уделять вопросам 'безопасности, так как иглы рассчитаны на

напряжение 6—10 в при последовательном включении. Уменьше­

но

ние числа игл в группе может вызвать перегрев и даже взрыв масла. Данные о рабочем напряжении и общей мощности установок

новке обычных электрических игл — 30 кет на 30 шт.

Расход электрической энергии на оттаивание 1 ж3 мерзлой

глины обычными электрическими иглами зависит не только от со­ стояния и структуры грунтовой массы, но и также от совершен­ ства конструкции применяемых электроигл (табл. 28).

Таблица 28

Расход электрической энерии на оттаивание глины

По данным В. А. Черкашина, при оттаивании мерзлой глины

глубинными электродами расход электрической энергии в зави­

симости от влажности оттаиваемого грунта и других факторов со­ ставляет 16—22 квт-ч на 1 м3 и выше.

В целях бесперебойной работы экскаватора оттаивание грунта иглами должно быть организовано гак, чтобы скорость прогрева

опережала скорость продвижения забоя на один цикл, т. е. на одну смену. В этом случае участок, предназначенный для разра­ ботки в зимнее время, по длине разбивается на отдельные прямо­ угольники, по ширине равной рабочим параметрам одноковшового

экскаватора, принятого для добычи глины; каждый прямоуголь­ ник в свою очередь делится на четыре основные части, из которых

111

первая, ближайшая к экскаватору, /т, должна быть подготовлена и

находиться в стадии разработки (рис. 27). Вторая часть /к нахо­ дится в стадии дооттаивания за счет тепла, накопленного нижеле­ жащими слоями глины; здесь электрообогреватели уже отключены от источника тока. Третья часть /0 находится в первой стадии от­ таивания. Четвертая часть /пОД находится в стадии подготовки к

Рис. 27. Схема организации зимней добычи глины по способу 12

/—участок талой глины в стадии разработки; 2—участок в стадии дооттаивания мерз­

в зимних условиях; 7—разрезная траншея; 8—щиты снегозадержания; 9 опоры линии электросети

электропрогреву и состоит в свою очередь из уже подготовленной части Г и части, которая находится в первой стадии под­

готовки /ц'од.

Разбивка основных участков на части диктуется также требо­

ваниями техники безопасности, так как забивка электродов или

опускание электроигл, сверление отверстий в мерзлом грунте в не­

посредственной близости от участка /о, который находится под током, запрещается. Длина талой части /т принимается такой,

чтобы скорость подвигания экскаваторов равнялась по времени скорости прогрева новой части.

При расстоянии между электроиглами 70 см и при условии, что каждый раз будет оставаться верхняя мерзлая корка глины

толщиной 20 см, время, потребное для оттаивания основного мас­ сива, составляет примерно 10 час. при напряжении 380 в. Из изло-

112

женного следует, что 'полная длина участка, на котором необхо­

димо проводить добычные работы, должны быть

где <7час — часовая производительность экскаватора в лг3; Zo—время оттаивания мерзлой поверхности карьера в час.; b — ширина тупикового забоя при работе одноковшовым

экскаватором в м\

h — высота разрабатываемого уступа в м.

Длина талой части /т к началу смены должна быть равна

длине отогреваемой части находящейся под напряжением элек­ трического тока в стадии оттаивания. В виду того что время, по­ требное для дооттаивания оставшейся мерзлой корки, в два раза больше времени, потребного для основного прогрева, длина этой части должна быть в два раза больше, чем длина оттаиваемой

части, находящейся под током /0, т. е.

Таким образом, минимальная длина всего участка должна быть равна шестикратной длине той части, которая должна нахо­

При оттаивании мерзлого грунта с применением электриче­ ской энергии необходимо строго соблюдать правила, изложенные в «Инструкции по применению электропрогрева в строительстве». Все работы должны производиться под руководством начальника

фактор) является критерием оценки эффективности ведения гор­

ных работ открытым способом, то коэффициент прогрева является критерием оценки эффективности разработки глиняных карьеров открытым способом с помощью оттаивания мерзлого слоя.

Из приведенного на рис. 7 графика видно, что рентабельность-

способа 12 будет убывать по мере увеличения /<пр, а глубина раз­

рабатываемого карьера будет увеличиваться но мере уменьше­ ния К„р.

Далее, из формулы (52) следует, что полезная глубина за­

боя Я3аб, при которой может быть допущено применение способа

12, должна быть равна или более глубины промерзания (глубины оттаивания) /гпр, деленной на /Спр, т. е.

Таким образом, по коэффициенту прогрева можно заранее судить в первом приближении об ожидаемых затратах, приходя­ щихся на 1 л«3 глины, добываемой в зимних условиях по спосо­ бам III группы (12, 13, 14, 15).

Сказанное можно показать на следующих примерах. Так, при глубине промерзания /гпр=1,6 м и общей глубине разрабатывае­

мого карьера Язаб = 6,5 м, K’np=gC- =0,246, т. е. ;в данном случае

требуется прогреть примерно 25% общего объема добываемой глины.

При глубине разрабатываемого карьера в 3,5 м и той же глу-

бине промерзания /Спр -= 16 =0,457, т. е. вv этом случае требуется

прогреть примерно 50% общего объема добываемой глины.

Удельный расход электроэнергии по способу 12 при различном

Пределом экономичности способа 12 следует считать такие разработки, когда Клр =0,4—0,5, т. е. когда дополнительные за­ траты зимой будут превышать стоимость добычи глины в летнее время не более, чем на 50%.

Оттаивание мерзлых грунтов при добыче талой глины зимой на кирпичных заводах не получило пока широкого применения, од­

114

нако этот способ может считаться перспективным в связи с вводом в ближайшие годы ,в строй мощных энергетических установок.

ляется получение источника тепла (теплоносителя), используемого для целей оттаивания мерзлого грунта. Если по способу 12 элект­ рическая энергия как источник тепла получается от общих элект­ рических сетей, то по способу 13 пар или горячая вода получается

от передвижных котельных установок и в редких случаях от об­ щих теплосетей пли стационарных котельных, имеющихся на

месте.

Порядок и объем горноподготовительных работ с осени и зимой по способу 13 являются такими же, как и по способу 12. Основным оборудованием, применяемым для добычи талой глины зимой по способу 13, являются:

экскаватор одноковшовый или многоковшовый соответствую­ щей мощности;

бульдозер для очистки поверхности карьера от снега и воз­ можных мерзлых (неоттаявших) кусков глины;

буровой станок для бурения шпуров (отверстий) в мерзлом грунте для закладки обогревателей;

передвижная котельная установка;

комплект нагревательных приборов, состоящий из паровых

или водяных циркуляционных игл, с необходимым количеством труб и резиновых шлангов.

Для разработки карьера по этому способу ВНИИОМСом предложена установка, состоящая из передвижного водогрейного котла, станка для бурения и комплекта водяных циркуляционных игл, соединенных между собой резиновыми шлангами. Котлы для питания водяных циркуляционных игл могут быть [разнообразных конструкций. И. М. Пушкаренко предложил передвижной котел,

показанный на рис. 28.

Котел имеет поверхность нагрева 5,5 м2 с объемом воды 400 л. Размеры котла: длина 2 000 мм, ширина 1 400 мм, высота 1 000 мм.

Котел работает на твердом топливе и снабжен дутьевым вентиля­ тором с электромотором 0,25 кет. Дымовая труба имеет диаметр 200 мм и высоту 1 700 мм и при перевозке складывается. Средний

расход каменного угля при температуре наружного воздуха —20°

составляет 25—30 кг в час. Вместо каменного угля могут быть использованы дрова и торфяные брикеты; в этом случае дутье не требуется.

Один котел при рабочей температуре воды 40—70° может об­

12—15 тыс. кал; количество потерь примерно такое же.

Наиболее выгодными температурами теплоносителя является температура 60—50°, т. е. температура, при которой исключаются

потери тепла на парообразование, так как влага, содержащая в грунте при этих температурах, испаряется слабо. Грунт, оставаясь влажным, сохраняет при этом большой коэффициент теплопровод­ ности, поэтому тепло в нем распространяется лучше. В целях эко­ номии топлива конечную температуру оттаивания следует прини­ мать не более +5 —(+8) °.

Режим оттаивания водяными циркуляционными иглами реко­

мендуется следующий. Воду нагревают до 90°, после чего вклю­ чают центробежный насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе. Пройдя по батареям, горячая вода после отдачи части тепла грунту возвращается в котел для повторного подогрева. При этой системе потери тепла сведены к минимуму. Водяные цирку­ ляционные иглы работают секциями. Каждая секция занимает площадь, равную площади сменной разработки карьера. Количе­

ство секции определяется исходя из продолжительности оттаива­ ния грунта по формуле

116

где N—количество секций;

Т — продолжительность оттаивания грунта в час.; t—продолжительность рабочей смены в час.

Количество оборотов воды в системе п и диаметр трубопро­

вода определяются по формулам:

Водяные циркуляционные иглы располагаются в шахматном

порядке в заранее подготовленные скважины соответствующего диаметра. Расстояние между иглами принимаются в зависимости от требуемой скорости оттаивания от 0,75 до 1,5 м и уточняется в процессе работ.

Водяные циркуляционные иглы по своей эффективности счи­ таются равными электрическим иглам (электронагревателям).

Водяные иглы изготовляется из двух отрезков труб диаметром 63 и 25 мм, вставленных одна в другую. Для устранения возмож­ ных засорений в верхнюю часть иглы вварена муфта с пробкой диа­ метром 25 мм. Размещать водяные циркуляционные иглы при от­ таивании мерзлого грунта рекомендуется по схеме, указанной на рис. 29. При этом следует учитывать, что интенсивность оттаива­ ния через 16—20 час. после включения игл падает, поэтому оттаи­ вание следует производить циклами, т. е. после первого цикла, равного 16—20 час., подачу тепла следует прекращать, а затем через 20—24 часа снова включать. Радиус оттаивания достигает

Практикой установлено, что радиус действия одной паровой иглы при времени ее действия 3—10 час. составляет примерно

0,5—1,5 м. Расстояние между иглами, как правило, устанавли­ вается опытным путем в каждом отдельном случае в зависимости от глубины промерзания, величины отрицательной температуры наружного воздуха и отогреваемого грунта, а также от влажности

иструктуры грунта. Оттаивание мерзлой поверхности карьера с

использованием в качестве теплоносителя пара производится по­ верхностным оттаиванием с применением трубчатых батарей и гре­

бенок и глубинным оттаиванием с применением паровых открытых

изакрытых (циркуляционных) игл.

Поверхностное оттаивание рекомендуется при глубине про­ мерзания до 0,5 м и допускается в исключительных случаях при небольших объемах работ. При больших глубинах промерзания и значительных объемах работ поверхностный прием оттаивания

(как менее экономичный) следует заменять глубинными. При глу-

118