Способ моделирования ледопородныхограждений

Союз Советских Соцнапмстических РесттубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное к авт. саид 2) Заявлено 2912,78 Р 1) 2 5 04726/22-0 1 0 1/1 оединением заявк осударстеенный комнте СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Топорков и С.А. Сьедин(71) Заявите СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРАКДЕНИЙ темпедавле е созимым 1 О бражеодол ь 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 гоунта, замораживание его и приложение внешней нагрузки Г 1.Однако данный способ не позволяет регулировать температуру на поверхности ледопородного ограждения и получать достоверные результаты.Известен другой способ моделирования ледопородного ограждения, включающий 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 замораживающих колонок хладагента.Полокение фронта промерэания контролируют с помощьюратурных датчиков. Радиальноение на. ледопородное огражденидается подведением к модели гидростатического давления 21 .Недостатки данного способа - обесечение только цилиндрической .формодели ограждения и невозможностьоделирования деформаций в областиталых пород, примыкающих к ледопородному ограждению.Цель из обрет ения - моделированиеледопородных ограждений различнойформы в плане.Указанная цель достигается тем,что согласно способу моделированияледопородного ограждения, включающемусоздание модели из увлажненногогрунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальнойнагрузки и подведение внешнего теплового потока регулируемой интенсивности, дополнительно подводят тепловойпоток регулируемой интенсивности вувлажненный грунт в зону между подводом внешнего теплового потока нподачей хладатента,На чертеже схематически изоно предлагаемое устройство, прный разрез.Способ моделирования включает дваэтапа - подготовительный и рабочий.Подготовительный этап состоит в следующем.Внутри цилиндрической емкости 1размещают систему замораживающих колонок 2 требуемой конфигурации в пла 5не, например в виде прямоугольника,затем устанавливают тепловые колонки 3, внешним образом эксвидистантнопо отношению к замораживающим колонкам 2, в донной части укладываютгравий 4, который по периферии поддерживается сеткой 5, послойноукладывают увлажненный исследуемыйгрунт б с введением в него датчиков 7для сбора информации о температуреи деформациях грунта. Когда уровеньувлажненного грунта б достигнет отметки, соответствующей нижней по -верхности 8, имитирующей начало крепи выработки, устанавливают на 20грунт трубу 9, центрируют ее, послечего заполняют увлажненным грунтом бцилинцрическую емкость 1 до верхнего края. На внешней боковой поверхности емкости 1 располагают внешнийнагреватель 10, выполненный в видеэлектрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционнои основе. После герметизации емкости 1 с помощью крышки 11 производятводонасыщение грунта б путем подачиводы 12 в прос. ранство с гравийнойзасыпкой 4, затем устанавливают заданное гидростатическое давление.Второй (рабочий) этап способамоделирования состоит в следующем,Подачей хладагента 13 в системузамораживающих колонок 2 осуществляют замораживание. Одновременно сподачей хладагента 13 в систему тепловых колонок 3 подводят имеющий 40положительную температуру теплоноситель 14, а также подключают внешний электронагреватель 10 к электросети через регулировочный трансформатор. В качестве теплоносителя 14и хладагента 13 используют одну иту же жидкость, например хлористыйкальций, циркулирующий автономнов соответствующих системах.Использование в качестве теплоносителя незамерзающей жидкостиобеспечивает безаварийность работытепловых колонок 3 (исключает разрыв.трубок при аварийном прекращенииподачи теплоносителя),С помощью предлагаемого способасоздают требуемый градиант полокительных и отрицательных температур висследуемых грунтах путем регулирования температур каждого иэ подводимых к модели тепловых потоков и та- бО ким образом, регулируют температуру контура ледопородного ограждения. Температура теплоносителя 14, а также расстояние между тепловыми колонками 3 должны быть выбраны с таким расчетом, чтооы обеспечить замкнутость 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 замораживающих колонок, а также 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 возмокность уточнить расчеты, что предотвратит многие аварийные ситуации в шахтном строительстве и сократит затраты на сооружение стволов.Формула из обрет енияСпособ 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 чающийся тем,что,сцелью моделирования ледопородных ограждений различной формы в плане, дополнительно подводят тепловой поток регулируемой интенсивности в зону увлажненного грунта, расположенную между подводом внешнего теплового потока и подводом младагента.И ст очни ки и нформации,принятые во внимание при экспертизе1. Покровский Н, М. Сооружение иреконструкция горных выработок. М.,Госгортехиздат, 1963, 4,111, с,90-91.2, Авторское свидетельство СССРР 564423, кл. Е 21 О 1/14, .25,06.75.. Мырди едак 627ного комитета Сний и открытий5, Раушская наб 2682/12 Тираж ВНИИПИ Государстве по делам иэобрет 113035, Москва, Ж исное ак д, 4/5 патентф, г. Ужгор оек иал Составитель С.ЛукашоваТехред С, Мигунова Корректор Ю.Макаренко