Способ искусственного замораживания горных пород

Союз СоветскиСоцнаннстнчвсннкРвснублин 1 и 1962622 ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл. Е 21 0 1/12 ЪуйэРстеипвй контет ССИ ае делан зебрте 11 н вткрмтй-; ю С.А. Съедин, В.ф. Мозговой, А.Г. Андросов и А.Р. ТопоркоаВсесоюзный научно-исследовательский и проект 11 оконструкторский институт по осушению местороденийполезных ископаемых, специальным горным работамт-:рудничной геологии и маркшейдерскому делу(4) СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 1Изобретение относится к строительству шахт с применением искусственно. го замораживания пород и может быть использовано при последовательном замораживании пород вокруг горизонталь- ных выработок и проходке двух и более 5 рядом расйоложенных вертикальных стволов шахт при ступенцатом замораживании пород в сложных гидрогеологицеских условиях.1 ОИзвестен способ замораживания по, род при проходке стволов и других горных выработок, включающий бурение скважин и подачу в них Младоносителя 11.15 Недостаток этого способа заключается в том, что при замораживании пород на большие глубины требуется боль" шое количество воды, охлаждающей ам- то миак в конденсаторе. Причем охлаждающая вода в конденсаторе существенно нагревается, что приводит к снижению хладопооизводительности станции и 2увеличению сроков замораживания породНаиболее близким к предлагаемому по техницеской сущности и достигаемому результату является способ искус ственного замораживания горных пород, включающий последовательную по,. дачу хладоносителя в замораживающие колонки, установленные в зоне замораживаемых пород,и охлаждение хладоносителя циркуляцией охлаждающей жидкости в конденсаторе2). Недостаток этого способа состоит в том, цто при замораживании пород на большие глубины (300-600 м), когда естественная температура пород достигает +20 - +25 С, особенно в летний период, охлаждающая в конденсаторе хладагент (аммиак) жидкость (вода) нагревается до +30 - +35 С. В результэте этого хладопроизводительность станции уменьшается на 30-И 03, температура хладоносителя в испари 3 962622теле повышается. Это приводит к значительным знергоэатратам.Цель изобретения - снижение энергозатрат.Поставленная цель достигаетсясогласно способу, включающему подачухладоносителя в замораживающие колонки, установленные в зоне замораживаемых пород, и охлаждение хладоносителя циркуляцией охлаждающей жидкости 1в конденсаторе, при котором перед подачей кладоноситель дополнительноохлаждают в колонках, установленныхв ранее замороженной породе, затемпри подаче хладоносителя в колонки,установленные в замораживаемой породе, одновременно подают охлаждающуюжидкость из конденсатора в колонки,установленные в ранее замороженнойпороде. 2 ОНа фиг, 1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемогоспособа; на фиг. 2 - схема работ в .случае проходки двух рядом расположенных стволов; на фиг. 3 - схемаосуществления способа при проходкегоризонтальной выработки, вид в плане; на фиг, 4 - разрез А-А на фиг. 3на фиг, 5 - ступенчатое замораживание при проходке ствола..Схема осуществления предлагаемогоспособа включает замораживающие колонки 1 и 2, состоящие иэ замораживающих 3 и 4 и питающих 5 и 6 труб, испаритель 7, компрессор 8, маслоотделитель 9, конденсатрр 10, регулирующийвентиль 11, насос 12 для подачихладоносителя 13 в замораживающуюколонку 1, насос 14 для подачи охлаждающей жидкости 15 в конденсатор 10,40емкость 16 с хладоносителем 13 и емкость 17 с охлаждающей хладагент жидкостью 15. Выход 18 насоса 12 и вход19 питающей трубы 5 замораживающейколонки 1, расположенной в замораживаемом участке 20, через вентили 2123 соединены с выходом 24 насосса 14для подачи охлаждающей хладагент жид-.кости 15 в конденсатор 1 О и с входом25 питающей: трубы 6 замораживающейколонки 2, расположенной в ранее замо-фроженном участке 26, а выход 27 колонки 2 через вентиль 28 соединен с входом 29 конденсатора 10 и через вентиль 30 с входом 19 питающей трубы 5колонки 1, расположенной в замораживаемой зоне 20,Способ осуществляют следующим образом. 4Перед подачей хладоносителя 13 вколонку 1 его подают насосом 12 через вентиль 22 на вход 25 питающейтрубы 6 колонки 2. Пройдя по колонке2 хладоноситель 13 охлаждается от +20+24 до 0- +20 С за счет отбора холодаиз замороженных пород 26. После этого с выхода 27 колонки 2 через вентиль 30 хладоноситель 3 поступаетна вход 19 питающей трубы 5 колонки1. Пройдя по колонке 1, хладоноситель 13 отбирает тепло от талых пород 20. С выхода 31 колонки 1 нагретый хладоноситель 13 через вентиль32 и испаритель 7 насосом 12 сноваподается в колонку 2, После предварительного охлаждения талых пород 20подачу хладоносителя 13 в колонки 2прекращают и его циркуляцию осуществляют по обычному замкнутому циклу,т. е. после его охлаждения в испарителе 7 насосом 12 нагнетает черезвентиль 21 в колонку 1, а из колонки1 через вентиль 32 подают снова в испаритель 7 для его охлаждения. В этомслучае одновременно с подачей хладоно"сителя 13 в колонку 1 охлаждающую вконденсаторе 10 аммиак жидкостьводуили рассол ) насосом 14 через вентиль23 подают на вход 25 питающей трубы6 колонки 2. Пройдя колонку 2, с выхода 27 охлажденная жидкость 15 подается через вентиль 28 в конденсатор10 для охлаждения- аммиака, которыйциркулирует по замкнутому циклу отконденсатора 10 через регулирующийвентиль 11, испаритель 7, компрессор8, маслоотделитель 9 и конденсатор 10.При сооружении протяженных горныхвыработок замораживание пород осуществляют последовательно ступенями илизонами, Кроме того, при освоении месторождений полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах, на одной площадке проходят последовательно два ствола с .применением ступенчатого замораживания, пород, т. е.вначале замораживают породыступени, а затем О,В случае, когда предлагаемым способом проходят два рядом расположенных вертикальных ствола 33 и 34, одновременно с подачей хладоносителя вколонки 1, расположенные в зоне талых пород 20, где намечается проходить вертикальный ствол 34, подаютиз конденсатора нагретую жидкость вколонки 2, расположенные в зоне замороженных пород 26 пройденного верти962622 Формула изобретения 5кального ствола 33, закрепленногопостоянной крепыш 35,В случае, когда предлагаемым способом проходят протяженные горизонтальные горные выработки, одновременнос подачей хладоносителя в колонки 1 а.,расположенные впереди забоя 36 ствола в зоне поддержания ледопородного:ограждения 37 в замороженном состоянии, подают нагретую жидкость из кон"10денсатора в колонки 2 а, расположенные на пройденном участке 38 ствола,закрепленного постоянной крепыш 35,а также в колонки И, расположенные .в забое 36 по трассе выемки. пород 39.МВ случае, копда,вертикальный стволпроходят ступенчатым замораживанием,одновременно с подачей хладоносителяв колонки 1, расположенные в зонеподдержания ледопородного ограждения 20в замороженном состоянии ( С 1 ступень),подают нагретую охлаждающую хладагентжидкость из конденсатора в колонки 2 ав пределах 1 ступени замораживания,,т. е. обеспечивается циркуляция на 25пройденном участке 40 ствола, закрепленного постоянной крепыш 35, атакже эта жидкость подается в колонки25, расположенные на трассе выемкипород. 30 Предлагаемый способ позволит перед замораживанием предварительно понизить температуру талых пород в зоне, ограниченной проектными размерами ледопородного ограждения, от +20 +21 до О - +2 С за счет использования холода, сосредоточенного в ранее созданном ледопородном ограждении вокруг ствола на пройденном и закрепленном постоянной крепыш участке. 6При его использовании нагретая в конденсаторе жидкость до+36 С за счет отбора тепла при конденсации аммиака охлаждается в колонках до +2 - +8 С за счет холода замороженных пород. Понижение температуры охлаждающей аммиак жидкости повышает хладопроизводительность аммиака в холодильной установке.Все это позволяет значительно снизить энергозатраты. Способ искусственного замораживания горных пород, включающий подачухладоносителя в замораживающие колонки, установленные в зоне замораживаемых пород, и охлаждение хладоносителя циркуляцией охлаждающей жидкости в конденсаторе, о т л и ч а ю -щ и й. с я, тем, что, с целью сниженияэнергозатрат, перед подачей хладоноситель дополнительно охлаждают в колонках, установленных в ранее замороженной породе, затем при подаче хладоносителя в колонки, установленныев замораживаемой породе, одновременноподают осаждающую жидкость из конденсатора в колонки, установленныев ранее замороженной породе,Источники информации,принятые во внимание, при экспертизеПокровский Н. И. Сооружениеи реконструкция горных выработок.И., Госгортехиздат,1963, ч. 11,с. 102-108.2. Трупак Н, Г. Замораживаниегорных пород при проходке стволов.И Углетехиздат, 1951, с, 341-3439 б 2622 оставитель Л. Черепенкинаехред С.Мигунова, Корректор Н. К едактор А. Лежнина аэ 7471/ оектная, 4 илиал ППП "Патент", г, Ужгород,Тираж 623 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д