Способ искYсственного оттаивания замороженных горных пород Советский патент 1985 года по МПК E21D1/12 

КЛ

с 1 Изобретение относится к строител ству шахт с применением искусственного замораживания горных пород. Известен способ искусственного , оттаивания замороженных горных пород, который осуществляют путем цир куляции нагретого хладоносителя в группах по 3-4 шт вертикальньпс сква жин, расположенных в диаметрально противоположных направлениях в мест с наименьшими расстояниями колонок от крепи ствола. Этот способ позвол ет оттаивать породы в непосредствен ной близости от крепи ствола Cll« Однако требуются дополнительные затраты тепла на нагревание хладоно сителя, циркулирующего в колонках. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является способ искусственного оттаивания замороженных пород. Способ осно ван на подаче нагретого воздуха в ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки 2. Недостатком известного способа является то, что при искусственном оттаивании замороженных пород на большие глубины (свьппе 600 м), когд толищна ледопороднсго ограждения вокруг ствола составляет более 6-8 требуется затратить большое количес во тепла, которое соответствует затратам тепла при замораживании поро При этом требуется строительство специальной котельной, которая долж на работать непрерывно в течение длительного времени. Целью изобретения является снижение энергозатрат на искусственное оттаивание замороженных пород. Указанная цель достигается тем, что согласно способу искусственного оттаивания замороженных пород, вклю чающему подачу нагретого воздуха в шахтньй ствол и нагретого хладоносителя в колонки, подачу нагретого хладоносителя в замораживающие колонки осуществляют только в течение процесса образования ореолов, оттаивания пород температурой в пре делах ореола от +4°С до +5°С вокруг одиночных колонок при сохранении сплошности ледогрунтового ограждения, после чего в колонки подают подземнуюводу температурой вьппе и после отбора холода воду из колонок удаляют. 7 На фиг. 1 .изображена принципиальная технологическая схема способа искусственного оттаивания замороженных пород; на фиг. 2 - фаза одновременной подачи нагретого воздуха в ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки; на фиг.З фазы образования ореолов оттаивания вокруг колонок с сохранением сплошности ледопородного огражения и подачи термальной воды в колонки, разрез; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг.1 Способ осуществляют следующим образом. Воздух из атмосферы через воздухозаборник 1 с помощью вентилятора 2 подают в нагреватель 3, где нагревают до температуры 20 - 30°С. Далее через вентиль 4 воздух подают для увлажнения паром в смеситель 5. Одновременно из котла 6 через вентили 7 и 8 подают водяной пар в смеситель 5. Увлажненный паром воздух из смесителя 5 через вентиль 9 подают в трубопровод 10 и далее в ствол 11 (фиг. 1 и 2). После отбора холода воздухом от замороженных пород в зоне 12 воздух из ствола 11 выбрасывается в атмосферу. Одновременно с циркуляцией воздуха в стволе 11 нагретый до 20 - 30°С хладоноситель 13 подают в замораживающие колонки. 14 (фиг. 1 и 2). Нагрев хладоиосителя осуществляют путем подачи последнего из бака 15 насосом 16 в нагреватель 17. Нагревание производят паром, который подают из котла 6 по замкнутой сети через вентили 7 и 18о(, нагреватель 17, вентили 18Ь, и 19, котел 6. В замораживающие колонки .14 нагретый хладоноситель попадает через вентили 20 и 21 на вход 22 замораживающей колонки, где его охлаждают за счет холода замороженных пород 12 и из колонки 14 через вентиль 23 подают в емкость 13. После образования ореолов оттаивания 13 и 25 вокруг ствола 11 и колонок 14, соответственно подачу нагретого воздуха в ствол 11 и нагретого хладоносителя 13 в колонки 14 прекращают. Затем из водопонижающих скважин 26 с помощью погружных насосо 27 по трубе 28 через вентили 29-31 и 21 подают термальную воду на вход 22 колонки 14, состоящей из замораживающих 32 и питающих 33 труб (фиг. 1, 3, 4). Здесь ее охлаждают до температуры 4 - и из колонки 14 через вентиль 34 подают на вход 35 скважины 36 ив пласт 37, За неимением дополнительных скважин сброс воды можно производить без закачки в пласт. Цикл повторяют до полного размораживания ледопородного ограждения 1 В том случае, когда температура термальной воды в пласте 38 достигает +30°С и более, то термальную воду из скважины 26 нагнетают вместо пара сначала в нагреватель 17 и через вентиль 39 в скважину 36, Затем после образования ореолов оттаивания 25 воду нагнетают из скважины 26 непосредственно в колонки 14 и после отбора холода от пород 12 - в скважину 36, В этом случае отпадает необходимость строительства специальной котельной 6. Из скважины 26 через вентили 29 и 40 вода может также подаваться в котел 6 для превращения ее в пар. Применение способа позволяет в начальный период оттаивания ледопородного ограждения повысить температуру пород вокруг замораживаюших колонок от -40 - 45°С до положительной температуры +4 ,,. +5°С и тем самым обеспечить дальнейшее оттаивание пород путем подачи в колонки тер мальной воды при температуре 25 30°СНеобходимость применения хладоносителя для оттаивания пород з начале процесса оттаивания обусловлена следующими факторами. Температура хладоносителя в замораживающих колонках к концу процесса замораживания и перед оттаиванием пород составляет -45°С. В этом случа чтобы предотвратить выпадение кристаллов соли в рассольной- сети и колонках применяют рассол с плотностью 1286 кг/м, -температура замерзания которого составляет -55°С. Чтобы пре дотвратить разрывы замораживающих труб колонок от температурных напряжений, температуру рассола в колонках в начале процесса оттаивания повьшают с -45 до +25°С постепенно (до образования ореолов оттаивания) и только после этого подают в колонки пресную воду. Пример, С помощью вентилятора для проветривания глубоких стволов В1ЦП-16, производительность 30-46 м/с, воздух их атмосферы подают в нагреватель, состоящий из двух калориферов КВБ-И-П, суммарной производительностью 275000 ккал/ч, затем для смешивания с паром и увлажнения, воздух подают в смеситель (кондиционер марки КД), обеспечивающий относительную влажность подаваемого в ствол воздуха на выходе кондиционера 90-100%, Далее увлажненный паром нагретый воздух подают через трубопровод диаметром 800 мм в ствол и после отбора холода от замороженных пород выбрасьгаают в атмосферу. Одновременно через нагреватель, состоящий из параллельно соединенных четырех испарителей 300 ИКТ производительностью каждого 300 тыс,ккал/ч, рассол подают на вход замораживающих колонок диаметром 146 мм. После образования ореолов оттаивания вокруг ствола шириной 0,5-1,0 м (ширина зоны трещиноватоети в породах, которая образуется после взрьшной отбойки пород в стволе) и вокруг замораживающих колонок шириной 0,4-0,5 м (при указанной ширине зоны обеспечивается сплошность ледопородного ограждения при расстояниях между замораживающими колонками в натуре, равном 1,22,4 м) подачу рассола в колонки прекращают. Затем из четырех водопонижающих скважин диаметром 350 мм четырьмя погружными насосами ЭЦВ14-120-540, суммарной производительностью 500 , подают в колонки термальную воду с естественной ее температурой 25 - 26°С (температура воды на глубине 600-620 м). Охлажденную до 4 - +5°С врду за счет теплообмена с мерзлыми породами из колонок через скважины диаметром 350 мм закачивают в пласт фильтрующих пород. Сокращение затрат энергии достигается за счет уменьшения несбходи- мого времени нагрева рассола, циркулирующего в .замораживающих колонках. Наиболее выгодно предлагаемьй способ применять тогда, когда после проходки глубоких стволов с замораживанием пород осуществляют осушение вмещающих пород для проходки горизонтальных выработок, В этом

случае процесс оттаивания замороженных пород огралздения совмещают с процессом осушения, причем для

11516776

водозабора используют водопонижающие скважины с установленным- на них оборудованием.

СПОСОБ ИСКУССТВЕННОГО ОТТАИВАНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий подачу нагретого воздуха в шахтный ствол и нагретого хладоносителя в замораживающие колонки, отличающийся тим, что, с целью снижения энергозатрат на оттаивание замороженных пород, подачу нагретого хладоносителя в колонки осуществляют только в течение процесса образования ореолов оттаивания пород температурой в пределах ореола от до+5°С вокруг одиночных колонок при сохранении сплошности ледовогрунтового ограждения, после чего в колонки подают подземную воду температурой выше и после отбора холода воду из колонок удаляют.

ГГ

I

гз

Z9

JJ

26

SS /V W

V W .

.2Г

ыРассолSoda J, 1151677 Воздух

фиг.2

фи&.З Рассол А Вода « s