Способ теплоизолирующего крепления горных выработок в условиях вечной мерзлоты Советский патент 1985 года по МПК E21F3/00 

ф«/г./

«

Изобретение относится к горной пр мьгашенности и может быть использовано для теплоизоляции и крепления горных вьфаботок в условиях вечной мерзлоты.

Цель изобретения - повьшение теплоаккумулирующей способности массива при одновременном повышении его устойчивости путем уменьшения протаивання вмещающих пород.

На фиг. 1 показана форма эластичной емкости, заполненной легкокипящей, жидкостью в условиях отрицательной температуры; на фиг. 2 - то же, при повьшении температуры поступающего в вьфаботку воздуха.

Способ осуществляется следующим образом.

-Герметические емкости 1 (термочувствительные элементы), выполненные из эластичного материала, и заполненные легкокипящей жидкостью 2, температура кипения которой не превышает температуру фазового перехода влаги массива; размещают между элементами крепи горной выработки и затяжкой пространства между ними. При этом пр.оцесс установки термочувствительных элементов при отрицательной температуре воздуха в выработке возможен без специальных мероприятий.

Если температура воздуха в вырабоке положительна, массу термочувствительных элементов следует предварительно охладить с тем, чтобы при заполнении ею закрепного пространства, наполнитель термочувствительных элементов (легкокипящая жидкость) находился, в капельном состоянии. При это объем закладочной массы на единице длины выработки минимaлeнj а его отношение к соответствующему полному объему закрепного пространства представляет собой начальную плотность заклаДки.

При повьшении температуры рудничного воздуха выше значения температуры кипения наполнителя термочувствительных элементов за счет вскипания наполнителя внутреннее давление в элементах воэрастает, объем каждог из них ивсей массы за счет растяжения эластичных оболочек увеличивается; масса плотно заполняет все пустоты закрепного пространства и содает надежный равномерно распределенньй механический контакт между крепь

142

и породой. Тепловое воздействие воздуха на горный массив в этот начальный период по сравнению с традиционными способами крепления значительно

снижается, так как греющий потенциал воздуха расходуется в первую очередь на испарение наполнителя. При дальнейшем повьш1ении температуры воздуха давление в элементах растет, обеспечива.я крепление, а тепловое воздействие воздуха на мерзлый горный марсив также снижается, поскольку слой массы термочувствительных элементов со вскипевшим наполнителем представляет собой эффективную теплоизоляцию. . .

При последующем достаточно глубоком сезонном снижении температуры воздуха наполнитель в элементах конденсируется, объем массы уменьшается, между элементами сначала возникают пустоты, а затем вся масса оседает в закрепном пространстве до начальной плот-. ности, обеспечивая доступ холодного

воздуха к грунту и отвод теплоты,

воспринятой в летний период. При этом промерзание вмещающих пород также способствует устойчивости выработок.

Предлагае.мый способ был осуществ-, лен на лабораторной установке по изучению горного давления и тепловых процессов. Модель выработки сводчатой , формы поперечного сечения, выполненная в масштабе 1-:5, закреплялась арочноЙ

5 крепью с деревянной затяжкой. Соотношение механических свойств массива в мерзлом и талом состояниях моделировалось изменением жесткости пружин, оказывающих сопротивление

перемещению нагрузочной пaнeлJi установки. В зависимости от этого соотношения изменялся геометричес. кий размер (а следовательно, и начальная плотность заполнения) зазора между затяжкой и панелью, который

при температуре - 2,6 С заполнялся

специальными термочувствительными

элементами, представляющими собой

сф.ерические полости .диаметром 21 мм,

0 заполненные фреоном - 14. ПРИ повышении температуры панель установки перемещалась, зазор увеличивался с одновременным измерением сопротивления перемещениюпанели, соответствующего давлению в закрепном пространстве. Как.показали измерения при изменении соотношения пределов прочности пород на сжатие в мерзлом

31

и талом состояниях от 1 до 2,4«10, давление в закрепном пространстве оставалось избыточным при соответственном максимальном увеличении зазора между панелью и затяжкой в 2,9-5,6 раза, что соответствует сохранению несущей способности крепи при -увеличении такого зазора в натурных условиях в f2-2,3 раза. Об улучшении теплоаккумулирующих свойств массива при использовании предлагаемого способа можно судить

965144

по изменению времени температурной стабилизации установки после выключения холодильного оборудования. Если при отладке (без заполнения за5 крепкого пространства) температура модели повышалась о,т - 2,6 до 15 С за 143 мин, то при проведении экспериментов аналогичное повышение температуры происходило за 216 мин, что 10 объясняется затратами теплоты на

вскипание фреона, заполняющего термочувствительные элементы.

СПОСОБ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО КРЕШШШИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ, включающий возведение крепи и заполнение закрёпного пространства эластичными емкостями с заполнителем, о т л. и- . чающийся тем, что, с целью повышения теплоаккумулирующей способности массива при одновременном повьшенин его устойчивости путем уменьшения протаивания вмещающих пород, в качестве заполнителя эластичных емкостей используют легкокипя-- щую жидкость, температура кипения которой не превьшает температуру фа-, зового перехода влаги массива, при этом заполнение закрепного пространства производят при минусовой температуре воздуха в горной выработке, а начальную удельную плотность эластичной емкости задают пропорциональ(/) но соотношению пределов прочности окружающих ее пород на сжатие в мерзлом и талом состояниях.

фуг. 2