Способ термического укрепления грунта

СООЗ СОВЕТСИИХспамающйа иРЕСПУБЛИН 9) (11) 1) Я 02 П 3/11 РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГОСУД ПО Д ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,ЛЬСТВ АВТОРСКОМУ СВ ровнях на расстоян ы, определяемом из от д виси скважисти Т Т г суоли(71) Хоскоьский ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт им. А.Н.Косыгина(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 617520, кл. Е 02 Р 3/10, 1976.2. Авторское свидетельство СССР Р 538094, кл. Е 02 П 3/11, 1974. (54)(57) СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, вклкчающий образование скважины, ее герметизацик, подачу ь скважину под давлением горкчей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, выдерживание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьш;ения эффективности, подачу воспламеняющих горючую смесь импульсов ведут периодически в двух"З=Т-Елт,РтН - гл) бина скважины, м;Т - температура грунта вокру скважины после выдерживанияфакела, СТ - температура воспламенения8горючих смесей, С;Тф- температура в центре факелаО(в процессе перемещения факела о щестьлякт его периодическое доп ни тельное вь;держивание в верхней нижней частях скважины в течение нагрева грунта стенок скважины до температуры, равной температуре в центре факела, причем первоначально выдерживание факела осуществлякт . в пределах уровней подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов, а перемещение Факела ведут челночно.Изобретение относится к строительству, в частностик укреплению преимущественно лессавых грунтовых массивов путем термического воздействия,Известен способ термического укрепления грунта, включающий бурение 5 скважин, установку затвора, розжиг факела, обжиг грунта и перемещение факела 11.Наиболее близким к предлагаемому является способ термического укрепления грунта, включающий образование скважины, ее герметизацию, подачу в скважину под давлением горючей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, выдерживание и перемещение Факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт 23 .Существенным недостатком известных способов является большая длительность обжига грунтовых массивов, который ведется поэтапно с выдержкой факела на каждом этапе, а высота обрабатываемого эа один этап участка скважины не превышает длины факела, что снижает эффективность их практи ческого применения.Цель изобретения - повышение эфФективности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термичес кого укрепления грунта, включающему образование скважины, ее герметизацию, подачу в скважину под давлением горючей смеси, зажигание смеси воспламеняющими ее импульсами, вйдержинание и перемещение факела по высоте скважины и нагнетание горячих газов в грунт, подачу воспламеняющих горючую смесь импульсов ведут периодически в дьух уровнях на расстоянии от дна скважины, определяемом иэ. 4 О зависимости 3 2 ЬТТВ 45где Н - глубина скважины, м;Т - температура грунта вокругскважины после выдерживанияфакела,ос;ТВ - температура воспламенения 50горючих смесей, С;Тф- температура в центре Факела,С,в процессе перемещения факела осуществляют его периодическое дополнительное выдерживание в верхней и55 нижней частях скважины в течение нагрева грунта стенок скважины до температуры, равной температуре в центре факела, причем первоначальное выдерживание факелаосуществляют 60 в пределах уровней подачи воспламеняющих горуючую смесь импульсов, а перемещение факела ведут челночноНа Фиг. 1 представлена технологическая схема размещения оборудова ния и продольный разрез скважины; на фиг, 2 - эпюра распределения температуры по глубине скважины при выдерживании Факела в пределах уровней подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов.Технология способа заключается в следующем.Вначале бурят скважину 1 и устанавливают в нее затвор 2 с горелкой 3, соединенной с источником тепловой энергии 4 и компрессорной установкой 5. Затем подают ь скважину 1 горючую смесь и зажигают ее электрическими или иными воспламеняющими смесь эапальниками 6, размещенными в двух уровнях 7 и 8 на расстояниях от забоя 9 скважины 1, определяемых из зависимости (1). Образованный в результате зажигания топливных смесей Факел 10 размещают центрально по высоте скважины с таким расчетом, чтобы температура в центре факела 10 не превышала температуры начала спекания грунта, которая составляет для большинства связных грунтов 1000 - 1100 С, а температура Факела в устье .11 и у дна 9 скважины 1 обеспечивала полное испарение содержащейся в грунтовой стенке 12 воды, что достигается при 130 - 140 ОС.После того, как температура грунта в стенках скважины 1 достигает указанных значений, факел 10 перемещают в крайнее нижнее положение и путем регулирования подачи топливных смесей и давления, а также содер жаиия в смесях кислорода, повышают температуру Факела до 2000 - 2400 С, пока грунт у дна 9 не нагреется до 1000 - 1100Затем факел 10 перемещают в крайнее верхнее положение, и, повышая температуру в нем до 2000. - 2400 С, нагревают грунт в устье 11 скважины 1 также до 1000 - 1100 С. После этого ведут челночное перемещение факела 10 до тех пор пока эона термического укрепления грунта не достигнет внешней границы 13 укрепляемого массива 14.В процессе обжига грунта и перемещения факела 10 по высоте скважины 1 с помощью эапальников б периодически подают воспламеняющую смесь импульсы. Контроль за температурным, полем в скважине 1 осуществляют погружными термопарами 15 с самопишущими приборами 16, которые совмещены с запальными устройствами 6, а температуру грунтового массива 14 измеряют термопарами 17, размещенными по внешнему контуру 13,Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.Температура внутри скважины 1 при факельном сжигании горючей смеси и1098997 откуда 15 которое по Из зависим ает из. ге ий с учет После такое же устье ск изменяется по высоте скважины 1 позакону1 где К - показатель экспоненты, который можно определить, исходя из следующих соображений. При х=Н/2 имеем Т=Те-",тфк=,е (3)где Т - температура грунта вокругскважины 1 при центральномразмещении факела 10, когдатемпература в его центреравна Т ,В известных способах высота участка скважины 1 Н принимается равнойдлине Факела 10, равной расстояниюмежду точками воспламенения топливных смесей.Однако глубина скважины 1 можетбыть принята больше длины факела 10за счет исключения возможности проскакивания частиц горючей смеси поддействием собственной массы и избы-точного давления путем размещениямест воспламенения смеси в двухуровнях и периодической подачи воспламеняющих горючую смесь импульсов,при этом фильтрация в массив 14грунта газов с температурой нижетемпературы воспламенения топливныхсмесей Т оказывает положительноевлияние йа эффективность обжига грунта за счет того, что скорость движения газов в массиве 14 грунта увеличивается с понижением температурывследствие снижения их вязкости. Адля начального периода обжига, когдаосуществляется обезвоживание грунтапри температуре 130 - 140 С, поступающие в массив 4 газы с температурой ниже ТЭ = 500 - 600 С наиболееэкономичны.Существенное значение имеет членочное перемещение факела 10. При перемещении факела 10 в крайнее нижнееили верхнее положение достигаетсяследующий режим теплообмена. Эа счеттого, что в первом положении Факела10 температура Т грунта в устье изабое скважины 1 составляет 130140 С, при перемещении факела 10вниз его температуру удается поднятьдо 2000 - 2400 С на период времени,пока грунт не нагреется до допустимой температуры (из условия началаспекания грунта) 1000 - 1100 С. Врезультате этого расход воздуха наокисление горючих смесей сокращаетсядо минимального (0,267 мпри нормальных физических условиях на 1 мДжтепла).перемещения факела 10 вверхтепловое попе создается вьажины 1. В течение этого периода в грунтовую стенку 12 забоя газы поступают с температурой ниже .чем температура грунта, который нагрет до 1000 - 1100 С. В результате этого происходит перераспределение 5 тепла в нагретом массиве в радиальном от скважины 1 направлении с охлаждением стенки 12, что вновь обеспечивает возможность повышения температуры в факеле 10 при его 10 последующем перемещении.При этом имеет место отношение между размером Н в известном способе и Н в предлагаемом в видеНн,лучается следующим образомости (2) при Х = Н /2кн (нропределяется. 78=Тф е ф а приХ = Н/2 соответственно Т = Т е. Учиф етывая соотношение (3)после преобразования полученных зависимостей,находим соотношение (4).Соотношение (1) вытек ометрических преобразован омзависимости (4 ) .П р и м е р . На участке работпроизводился обжиг лессового грунта.Сжигается жидкое топливо с теплотойгорения 42 МДж/кг. По опытам установлены, что Тэ = 600 С, средняя природная влажность суглинка 0,12.Температура в центре факела Тф =1000 С.Скважины 1 в количестве 3-х штукпробивают установкой УГБ - 50 диаметром 0,2 м на глубину 20,0, 17,5 40 и 15 м, Затем скважины 1 герметиэируют затворами 2 с горелками 3 завода "Эльмарине". Горелки 3 соединены с топливными баками 4 компрессорами 5 типа ПКСМ с проиэводительзностью 6 м /ч. Электрические запальники 6 смонтированы в комплекте стермопарами ТПРи установленына двух уровнях 7 и 8, соответствующих зависимости (1); По.внешнему 50 контУРУ 13 Укрепляемого массивагрунта 14 установлены термопарытипа ТХА-УШ, соединенные с самопишущими приборами 16 марки КСП.Послеподачи в скважины 1 топливных смесейи зажигания факела 10 на двух уровнях 7 и 8 производится фвыравнивание" факела 19 с центральным егорасположением в скважине 1 и температурой около устья 11 и дна скважин1 до 100, 200 и 300 С. После этого 60 Факелы 10 опускаются на дно 9 скважин 1 и температура Факела доводитсядо 2000 - 2100 С, пока грунт в стенке 12 не нагреется до 1000 С. Затемфакел 10 поднимается в крайнее 65:верхнее положение и осуществляетсяСпособ Показатели 1 ( Извест Предлагае-ныймый 1 2 3 ди аметр 1 О укрепленно го массива грунта по контуру температуры 600" С112 1,2 1,2 1,2 Общий объемукрепленнного массивагрунта,м2 О Продолжительность термического укрепления, ч 168 12 23 19,8 17,0 182 165 151 ФПоказ ат ели Способ Затраты труда на 1 мукрепленного грунта, 35 4,6 3,06 2,92 2,71 Предлагаемый Известный1 2 3аналогичная операция нагреваниягрунта. После.этого челночное перемещение факела 10 производится помере обжига грунта 14, пока расчетнаятемпература обжига 600 С не достигнетвнфюнего контура 13 укрепляемогогрУНТа 14, принято на расстоянии0,6 м от оси скважины 1.Ка термическое укрепление грунтаЭаТрачено времени соответственнойо опытным скважинам В 1 - 3 182,165Н 151 ч. Объем упрочненного грунтапо контуру температуры 600 С составЛвет 23,0, 19,8 и 17,0 м ГлубинаОбжига грунта под подошвой скважинСоставляет около 0,4 м.Средние трудозатраты на обжигв расчете на 1 м укрепленного грунТа составЛяют 3,06, 2,92 и 2,71 чел.ДИ/м 9, Себестоимость обжига равна20,17, 19,50 и 18,36 руб/мз.Одновременно на площадке выполня: Втся термическое укрепление суглинкачерез скважину известным способом.Глубина скважины 10 м, объем обожженного грунта 12 м, длительностьобжига 168 ч, затраты труда и стоиМость соответственно 4,6 чел.дн/мзи 24,54 руб/мэ.Сравнительный анализ приведенв таблице. Глубина скважин,мФактическая . 10 20 17,5 15 расчетная поФормуле(4)1021,3 17,8 15,2 25 Производительностьтермического укрепления грунта,3 О м/ч.0,074 0,1264 0,12 0,1126 Средняя себестоимостьобжига 1 мгрунта по конту 4 О ру температуры 600 С,руб24 ю 54 20 г 17 19 г 50 18,36 Таким образом, предлагаемыйспособ термического укрепления грун та позволит повысить производительность в 1,58-1,77 раэ, сократить затраты труда на 33,5 - 41,1 и снизить стоимость термического укрепления грунта на 17,8 - 25,2..4/5 ая,4 Патентф, г. Ужгород, ул. Ф ПП е а Тираж ИИПЙ Государстве по делам изобре 3035, Москва, Ж 644ногени5,Подпкомитета СССРи открытийупуская наб.,