Промерзание связанных пород приоткрытой разработке месторождений.

В России 25-30% ежегодных объемов добычи рыхлых и связанных пород на карьерах приходится на периоды с отрицательными температурами.

Разработка таких промерзших до 1,5 м пород требует их предварительной подготовки (оттаивания, механического и взрывного рыхления).

Критерии допустимой глубины промерзания пород: мощность экскаваторов, линейные размеры их ковшей, транспортабельность образующихся мерзлых кусков породы.

Одним из основных мероприятий, которые позволяют обеспечить круглогодичную разработку рыхлых и связанных пород на карьерах является покрытие уступов и бортов карьеров теплоизоляционными материалами препятствующими промерзанию пород на глубину более 0,5 м при температуре -10⁰.

Технология получения теплоизоляционных покрытий.

В качестве теплоизоляционных материалов применяют синтетические быстротвердеющие пены (БТП) на основе мочевино-формальдегидных смол.

В районах с суровым климатом(Якутия, Шпицберген, Аляска) для усиления теплоизоляции БТП сверху покрывают еще воздушно-замерзающими пенами (пенолед).

В состав БТП входят любые типы мочевино-формальдегидных смол (35%), поверхностно – активные вещества (ПАВ жидкие пожарные пенообразователи) 2-4%, отвердитель 16% слабо концентрированный раствор соляной, щавелевой, ортофосфорной кислоты, вода 45%.

Покрытия БТП рабочих площадок производится слоями5-6 см, гидроизоляцию БТП осуществляют разлитием на ее поверхности битумной эмульсии или карбомидной смолы.

Пенолед изготавливают из ПАВ и воды. Пенолед наносят на утепленную поверхность, также слоями 5-6 см.

Замораживание пород при строительстве подземных сооружений и шахт (щебень, гравель, песок, глина).

При строительстве шахтных стволов около 20% проходки приходится на долю слабоустойчивых водоносных пород.

Одним из способов повышения устойчивости и понижения водопроницаемости пород является их предварительное замораживание, т.е. образование вокруг будущего контура подземных выработок ледопородного ограждения, препятствующего притоку воды в выработку при ее проходке.

С хема расположения замораживающих скважин

1 -й проектный контур выработки в свету

2 -й проектный контур выработки в работе

3 -й

Для образования ледопородного ограждения на расстоянии равном половине расположения ледопородного ограждения от контура будущей выработки бурят в один или несколько рядов замораживающих скважин.

В них вставляют замораживающие колонки, через которые прокачивают хладоноситель (раствор CaCl₂) с температурой замерзания – 55,5⁰С.

Охлаждение хладоносителем осуществляется с помощью хладагента, в качестве которого применяют аммиак (NH₃) и фреон (хлор фтор замещение, углероды на основе метана CH₄ и этана C₂H₆).

Охлаждение хладонное, хладагентом осуществляется на холодильной станции.

• Кроме раствора CaCl₂ для замораживания пород применяют жидкие хладагенты при их непосредственном испарении.

• В качестве жидких хладагентов применяют жидкий азот (температура испарения -198,5 С), пропан (-42,2С) фреон -22 (-40С) и аммиак (-34С).

Схемы циркуляции хладоносителя в замораживающей колонке.

1. в нешняя труба

2. Внутренняя труба

3. Башмак

4. Диафрагма

Существует три схемы циркуляции хладоносителя в замораживающей колонке:

а) прямая, когда входящий поток хладоносителя подается по центральной трубе, а исходящий – по зазору между внутренней и внешней трубой.

б) Обратная, когда входной поток хладоносителя подается по зазору, а исходящий поток выдается по центральной трубе.

в) комбинированное, когда во внешней трубе располагают две нитки внутренних труб, одна из которых является подающей, а другая – откатывающей.

Проходка выработок с применением замораживающих колонок включает в себя:

1. Бурение скважин и установку в них замораживающих колонок.

2. Образование хладопородных ограждений.

3. Проведение и крепление выработки под защитой ледопородного ограждения.

4. Оттаивание замороженных пород.

Контроль за формированием ледопородного ограждения осуществляется через термические скважины, в которых установлены термические датчики и одну гидрогеологическую скважину для контроля за притоком воды.

Лекция № 12