СПОСОБ ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ГОРНЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ Российский патент 2006 года по МПК E02F5/30 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам оттаивания мерзлых горных пород и может быть использовано в горной промышленности, преимущественно при разработке мерзлых россыпных месторождений, и в строительстве.

Известны способы оттаивания, включающие удаление почвенно-растительного слоя, подготовку поверхности и оттаивание мерзлых горных пород солнечной радиацией (см. Потемкин С.В. Оттайка мерзлых пород. М.: Недра, 1991 г. С.36-37).

Недостатком этих способов является малая скорость оттаивания из-за низкого использования солнечной энергии на оттаивание мерзлых горных пород в результате больших расходов поглощенной солнечной энергии на длинноволновое излучение, испарение и конвективный теплообмен.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя, затопление оттаиваемого участка слоем жидкости, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений и покрытие водной поверхности масляной пленкой с последующим оттаиванием мерзлых пород под воздействием теплообмена их с нагретой солнечной энергией водой (см. Гольдтман В.Г., Приймак А.И. Солнечный водонагреватель для гидрооттайки и его эффективность //Тр.ВНИИ-1. 1971. Т.31. С.177-188. В качестве селективно-прозрачной жидкости используют воду.

Недостатком этого способа также является малая скорость оттаивания пород из-за конвективного теплообмена и диффузии воды в водоеме, возникающей в результате разности температуры воды по глубине водоема, нагретые за счет солнечной радиации теплые нижние слои воды пониженной плотности естественным образом поднимаются к поверхности, а более охлажденные верхние слои опускаются вниз, в результате чего поглощенная солнечная энергия расходуется преимущественно на длинноволновое излучение в атмосферу и конвективный теплообмен с наружным воздухом, а не на нагрев придонного слоя жидкости и оттаивание мерзлых пород.

Техническим результатом изобретения является повышение скорости оттаивания мерзлых грунтов и горных пород.

Результат достигается тем, что в способе оттаивания мерзлых горных пород и грунтов, включающем удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, затопление оттаиваемого участка жидкостью, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений, с последующим нанесением масляной пленки, участок заливают слоями, а в качестве селективно-прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений жидкости используют водный раствор технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ с понижением концентрации ее от нижних слоев к верхним слоям.

Кроме того, между слоями водных растворов технической соли магния размещают слои перфорированной пленки, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений.

Затопление оттаиваемого участка мерзлых горных пород слоями водных растворов технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ с понижением концентрации от нижнего слоя к верхнему слою позволяет значительно увеличить скорость оттаивания пород за счет повышения температуры нижнего придонного слоя. Селективно прозрачные для коротковолнового и длинноволнового излучений водные растворы технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ практически полностью пропускают поглощаемую поверхностью оттаиваемых горных пород коротковолновую солнечную радиацию и в то же время задерживают длинноволновое излучение от поверхности оттаиваемых горных пород.

Размещение между слоями водных растворов технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ слоев перфорированной селективно-прозрачной пленки позволяет предотвратить перемешивание слоев с различной концентрацией технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ и усилить теплотехнический эффект водоема за счет селективной прозрачности - повышенной пропускаемости коротковолновой солнечной радиации и пониженной прозрачности для длинноволнового излучения.

В результате предотвращения конвективного переноса энергии от более плотных нижних слоев к верхним малоплотным слоям и селективной прозрачности водных растворов технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ и пленки между слоями, температура нижнего придонного слоя повышается до 80...90°С. Такое повышение температуры приводит к увеличению скорости оттаивания по сравнению с известным способом более чем в два раза.

На чертеже изображен способ оттаивания мерзлых горных пород и грунтов, где 1 - оттаиваемый участок мерзлых горных пород; 2 - водоподпорная плотина; 3 - слои водных растворов технической соли хлористого магния; 4 - масляная пленка; 5 - перфорированная селективно-прозрачная пленка.

Способ осуществляется следующим образом.

В предлагаемом способе оттаивания мерзлых горных пород и грунтов удаляют почвенно-растительный слой и производят затопление оттаиваемого участка 1 с помощью водоподпорной плотины 2 слоями водных растворов технической соли хлористого магния 6H₂O·MgCl₂ 3 с понижением концентрации от нижнего слоя к верхнему слою. В нижнем слое толщиной 0,1-0,2 м создают наибольшую концентрацию водного раствора технической соли хлористого магния 6H₂O·MgCl₂ - 20%, в вышерасположенном слое такой же толщины концентрацию водного раствора технической соли хлористого магния 6H₂O·MgCl₂ понижают на 2,5-5,0%. Общее число слоев составляет 5-10 слоев. Верхний слой заполняется чистой водой с нулевой концентрацией 6H₂O·MgCl₂. Общая глубина водоема на оттаиваемом участке составляет 1,0 м. На поверхность верхнего слоя наносят масляную пленку 4 для предотвращения расходов поглощенной солнечной энергии на испарение. Благодаря созданию градиента плотности раствора по вертикали и способности водного раствора технической соли хлористого магния 6H₂O·MgCl₂ пропускать коротковолновую солнечную радиацию и задерживать (поглощать) длинноволновое излучение, нижний слой нагревается до 80-90°С и обеспечивает повышение скорости оттаивания по сравнению с известным способом более чем в 2 раза.

В предлагаемом способе для сохранения градиента плотности и поддержания в каждом слое постоянной концентрации между слоями водных растворов технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ размещают перфорированную селективно прозрачную пленку 5. Селективно прозрачная пленка усиливает теплотехнический эффект водоема, снижает процесс диффузии технической соли магния, а отверстия в пленке (перфорации) позволяют предотвратить образование воздушных пузырей.

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам оттаивания мерзлых горных пород, и может быть использовано в горной промышленности, преимущественно при разработке мерзлых россыпных месторождений, и в строительстве. Техническим результатом является повышение скорости оттаивания мерзлых грунтов и горных пород. Для этого способ включает удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, затопление оттаиваемого участка жидкостью, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений, с последующим нанесением масляной пленки. При этом участок заливают слоями, а в качестве селективно-прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений жидкости используют водный раствор технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ с понижением концентрации ее от нижних слоев к верхним слоям. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оттаивания мерзлых горных пород и грунтов, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, затопление оттаиваемого участка жидкостью, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений, с последующим нанесением масляной пленки, отличающийся тем, что участок заливают слоями, а в качестве селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений жидкости используют водный раствор технической соли магния 6H₂O·MgCl₂ с понижением концентрации ее от нижних слоев к верхним слоям.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что между слоями водных растворов технической соли магния размещают слои перфорированной пленки, селективно прозрачной для коротковолнового и длинноволнового излучений.