Замораживающая колонка

.8)етельетво ССР 1(14, 198 С 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗО А ВТОРСХОМУ СВЯЩТЕЛ- (71) Московский ордКрасного Знамени гои Трест "Шахтспецст(56) Авторское свидВ 1105652, кл. Е 2 54) (57) 1. ЗАМОРАЖИВАЮЩАЯКОЛОНКАпо авт.св. В 1105652, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения:эффективности замораживания засчет более точного определения толщины ледопородного ограждения, онаснабжена размещенным в питающейтрубе эталонным источником тепла,соединенным с ключевым выключателем,и измерительным приспособлением, ккоторому они подключены, причем ключевой выключатель и измерительное,ЯО 2 4640 способление размещены вне колон 2. Колонка по и1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что измерительноеприспособление выполнено в виде последовательно соединенных переключателя датчиков, вторичного измерительного преобразователя, запоминающего прибора, арифметического прибора, функционального преобразователя, программно-временного прибора, при этом управляющие выходы последнего соединены с переключателем датчиков, вторичным измерительным преобразователем, запоминающим прибором, арифметическим прибором, функциональным преобразователем и с ключевым выключателем.3. Колонка по п.2, о т л и ч а ющ а я с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде сеточного электроинтегратора с моделированием фазовых превращений подземных вод в массиве горных пород и заданием граничных условий второго родае12 25 30 Изобретение относится к искусственному замораживанию горных пород при строительстве стволов шахт в сложных горно- и гидрогеологических условиях и может быть использовано при создании ледопородных ограждений на большую глубину.Цель изобретения - повышение эффективности замораживания за счет более точного определения толщины ледопородного ограждения,На чертеже изображена замораживающая колонка, продольный разрез,и условно показаны три слоя замораживаемых горных пород.На внешней поверхности питающейтрубы 1, расположенной в замораживающей трубе 2, размещен слой 3тепловой изоляции, Прибор 4 ультразвукового контроля расположен впитающей трубе 1 с возможностью перемещения его по глубине колонки.Датчики 5-11 установлены на внешнейповерхности питающей трубы 1. Датчики 12-15 установлены на внешнейповерхности слоя 3 тепловой изоляции, При этом датчики 7,12 размещены на горизонте кровли слоя 16 замораживаемой горной породы, датчики8,13 размещены на горизонте кровлиследуиицего снизу слоя 17 горной породы, датчики 9, 14 размещены нагоризонте кровли слоя 18 горной породы, датчики 10,15 размещены нагоризонте почвы слоя 18 горной породы,На дневной поверхности в измерительной лаборатории установленыпоследовательно соединенные переключатель 19 датчиков, вторичный измерительный.преобразователь 20, запоминающий прибор 21, арифметическийприбор 22, функциональный преобразователь 23. К переключателю 19 датчиков подсоединены датчики температуры 5-15.Там же установлен программно-временной прибор 24, который своимиуправляющими выходами 25-30 соединен с переключателем 19 датчиков,вторичным измерительным преобразователем 20, запоминающим прибором21, арифметическим прибором 22,функциональным преобразователем 23 иключевым выключателем 31 для включения эталонного источника тепла 32.Переключатель 19 датчиков, вторичный измерительный преобразователь 34640 220, запоминающий прибор 21, арифметический прибор 22, функциональныйпреобразователь 23, программйо-временной прибор 24 в совокупностисоставляют измерительное приспособление 33.Эталонный источник 32 тепла установлен внутри питающей трубы 1между датчиками 5 и 6 температуры.10 Наличие эталонного источника 32тепла позволяет регулярно измерятькомплексный параметр С, тепловогорежима работы колонки, характЕ 1 эизующий величину мощностк теплового 15 потока, подводимого к циркулирующему хладоносителю, необходимуюодля нагрева хладоносителя на 1 С.Этот параметр определяется по формуле (1), полученной из уравнения 20 теплового баланса участка питающейтрубы 1, заключенного между датчиками 5 и 6 температуры при включенномисточнике 32 тепла: где С - объемный расход хладоносителя, м/с;С - удельная объемная теплоемкость хладоносителя,Дж/мЗ фСТ - температура хладоносителявв питающей трубе 1 вышеисточника 32 тепла, измеряемая датчиком 5 температуры,С;Т, - температура хладоносителя в питающей трубе 1ниже источника 32 тепла,измеряемая датчиком 6температуры, С;- мощность теплового поЭТтока от эталонного источ"ника 32 тепла к хладоно 45сителю в питающей трубе1, Вт,Параметр С с использованием носказаний датчиков 7-15 температуры,установленных на горизонтах почви кровель слоев 16-18 замораживаемыхгорных пород, позволяет определитьпо уравнению (2) теплового балансадля участка замораживающей колонкимощность теплового потока 1 , изТкакого-либо-г о слоя горных пород55к соответствующему -му участкудлины замораживающей колонкиС ЭНВ + ПгТ 50 управления этим процессом.Замораживающая колонка работает следующим образом.Охлажденный хладоноситель нагнетается в питающую трубу 1 и, возвра 55 где Т . - температура хладоносинвтеля в межтрубном пространстве на горизонтекровли -го замораживаемого слоя горных пород,С;Т - температура хладоносителя в питающей трубе 1на горизонте кровли1-го слоя горных. по Ород, С,- температура хладоносителя н межтрубном пространстве на горизонтепочвы 1-га слоя горных 15пород, С,Т. - температура хладоносителя в питающей трубе 1на горизонтепочвы -гослоя пород, С; 20- мощность теплового по(и)тока из 1-го слоя горных пород к 1-му участкудлины замораживающейколонки, Вт. 25Например, для слоя 17 замораживаемык горных пород температураТ . определяется датчиком 13 темобпературы, температура Т - датчиком 14, температура Т . - датпр; 30чиком 8, температура Т, - датчиком 9.Использование полученных мощностей тепловых потоков (1 в качестгиве граничных условий второго рода вфункциональном преобразователе 23позволяет более точно определитьтолщину Фактически созданного ледопородного ограждения раздельно длякаждого д-го замораживаемого слоягорнык пород.Точность определения толщиныледопородного ограждения повышается, поскольку исключена необходимость задания неопределенных граничных услдвийпервого рода - темпе 45ратуры горной породы, непосредственно примыкающей к внешней поверхностизамораживающей трубы 2.Повышение точности определениятолщины ледопородного огражденияпозволяет повысить эффективностьтехнологического процесса заморажи-вания за счет более обоснованного щаясь но пространству между замораживающей трубой 2 н слоем 3 тепловой изоляции, охлаждает горные породы, окружающие колонку, до образования ледопородного ограждения заданных размеров.При проведении ультразвукового контроля состояния ледопородного ограждения прибор 4 ультразнуконого контроля опускается в питающую трубу, причем на время проведения ультразнукового контроля из питающей трубы 1 демонтируется эталонный источник 32 тепла.При определении толщины ледопородного ограждения по температурным факторам управление переключателем 19, вторичным измерительным преобразователем 20, запоминающим прибором 21, арифметическим прибором 22, функциональным преобразователем 23,ключевым выключателем 31 осуществляется с помощью программно- временного прибора 24 через выводы 25-29. Датчики 7-15 температуры последовательно подключаются с помощью переключателя 19 датчиков температуры к вторичному измерительному преобразователю 20, показания которого запоминаются в запоминающем устройстве 21. Затем с помощью ключевого выключателя 31 включается эталонный источник 32 тепла. Датчики 5 и 6 с помощью переключателя 19 датчиков температуры последовательно подключаются к вторичному измерительному преобразователю 20,показания которого при этом также запоминаются н запоминающем приборе 21. Послеэтого по формулам (1) и (2) в арифметическом приборе 22 производится определение мощности тепловых потоков из слоев замораживаемых горных пород к замораживающей колонке. При определении мощности теплового потока, например (из слоя 17Гн)тзамораживаемых горных пород), по команде программно-временного прибора 24 из запоминающего прибора 21 считываются показания датчикон 5,6,8,9,13,14 (обозначим эти. покаветстненно), которые подаются на вход арифметического прибора 22., Арифметический прибор 22 на своем выходе при этом реализует функцию (3):Таким образом, на выходе арифметического прибора образуется сигнал, пропорциональный мощности теплового потока г 1 из слоя 17 заморажигмваемых горных пород к замораживающей колонке, причем коэффициент про порциональности известен и равен мощности эталонного источника 32 тепла. Полученный сигнал использует 1 О ся в функциональном преобразователе 23 в виде граничного условия второго рода, При этом в граничные узловые точки сетки электроинтегратора, входящего в состав функционального 15 преобразователя 23, подается ток, пропорциональный тепловому потокуПо уровню напряжения на узгмтловых точках сетки электроинтегратора определяются геометрические 20 параметры ледопородного ограждения, в том числе и его толщина.Монтаж гирлянды. датчиков 5-15 температуры может осуществляться одновременно с.монтажом питающей тру бы 1 и нанесением слоя 3 изоляции, выполненной,из рулонного материала, При этом датчики 5-11 температуры прибинтовываются к питающей грубе 1 рулонной теплоизоляцией по мере ЗО опускания питающей трубы 1 в колонку,При установке датчиков 12-15 температуры линия связи от нижележащих датчиков температуры и устанавливаемый датчик отводятся от питающей трубы 1, на трубу 1 накладывается слой изоляции, а поверх него укрепляются линия связи и устанавливаемый датчик,Эталонный источник 32 тепла устанавливается внутри питающей трубытак, чтобы он не касался ее внутренних стенок, Глубина установки эталонного источника 32 тепла может составлять ориентировочно 1-5 м.Выводы кабеля питания эталонного источника 32 тепла и линий связи датчиков 5-15 температуры из замораживающей колонки герметизируются сальниками, рассчитанными на рабочее давление хладоносителя в питающей трубе 1 и в межтрубном пространстве.Измерительный прибор 33 монтируется в специальном отапливаемом помещении на поверхности земли.Ключевой выключатель 31 располагается на оголовке замораживающей колонки в галерее ствола.1234640 Составитель Л. ЧерепенкинаРедактор М. Циткина Техред Л.Сердюкова Корректор екмар 41 каэ ное ССР Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 470 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 035, Москва, Ж, РаушПодпи омитета открнти ая наб.