Способ замораживания воды в замкнутом объеме при разрушении монолитных объектов Советский патент 1988 года по МПК E21C37/06 

О5 05

со

Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано для направленного разрушения материалов без применения взрывных работ, включая мерзлые горные породы.

Целью изобретения является ускорение замораживания.

На чертеже представлены стадии осуществления предлагаемого способа при замораживании воды в шпуре, пробуренном в монолитном объекте.

На чертеже приняты следующие обозначения: шпур 1, хладагент 2 в гранулах; теп- лоотводящий материал 3 в виде металлической стружки; теплоотводящий элемент 4; его поперечные ребра 5; осевые отверстия- 6; ледяная пробка 7.

Первая стадия. В шпуре 1 размещают хладагент 2, например гранулы сухого льда (твердой двуокиси углерода).

Вторая стадия. Оставшуюся свободной часть полости шпура заполняют теплоотво- дящим наполнителем, например медной, алюминиевой или стальной стружкой 3, длинномерные элементы которой формируют в шпуре пористую конструкцию. Объем твердой части (скелета) стружки не должен превышать 10% объема свободной части полости шпура.

Третья стадия. Устье шпура закрывают (образуют замкнутый объем) теплоотводя- щим элементом в виде полукатушки 4 с упорными ребрами 5 и осевыми полостями 6. Диаметр ребер должен быть больше диаметра шпура, а диаметр стержня полукатушки - меньше диаметра шпура. Наличие теплоизоляционных ребер 5 препятствует поступлению тепла извне в шпур и фиксирует полукатущку 4 в устье шпура.

Четвертая стадия. Через одно из отверстий 6 шпур заливают водой до основания ребер, 5. При этом между охлажденными стенками шпура и охлажденным стержнем катушки 4 (и несколько ниже его) очень быстро образуется ледяная пробка, которая препятствует расширению льда по вертикали, что увеличивает боковые расширяющие усилия.

Так как хладагент, испаряясь, понижает температуру стенок шпура до -20 - 30°С, то даже при наличии в его стенках пор и небольших трещин, вода, которая в них попадает, почти мгновенно замерзает, образуя противофильтрационный экран. Поэтому пористые материалы разрушаются практически с той же эффективностью, что и массивные, лишенные пор.

Особая роль принадлежит теплоотводя- щему материалу в виде металлической стружки. Теплопроводность льда по сравнению с медью очень низка. Поэтому даже

при наличии охлажденных стенок шпура температура льда понижается очень медленно, следовательно, так же медленно повышается и развиваемое им расширяющее давление. Металлическая стружка ввиду

своей высокой теплопроводности создает теплоотводящий каркас, эффективно отводящий тепло со всего объема льда, температура его быстро понижается до температуры стенок шпура, а расширяющие усилия столь же быстро достигают 100-200 МПа,

что приводит к быстрому разрушению материала.

В таблице приведены результаты лабораторных испытаний скорости полного замерзания в шпурах воды при отсутствии в них металлической стружки и при з-аполнении

таковой (на 10% объема шпуров). Исходные данные: диаметр шпуров 50, длина 500 мм, разрушаемый материал - блоки известняка каменноугольного возраста, температура стенок шпура - минус 6,5°С.

Время полного замерзания воды в шпурах

Заполнитель шпуров

Время, мин

Вода25,0

Вода-4-стальная стружка12,0

Вода + медная стружка4,0

Вода+медный порошок13,5

Из данных таблицы видно, что наличие металлического каркаса в 2-6 раз ускоряет

замерзание воды в шпуре, что резко повышает производительность труда. Следствием быстрого замерзания воды является также то обстоятельство, что у льда не успевает проявиться свойство ползучести, а это, в

свою очередь, повышает его эффективные расширяющие усилия.

Формула изобретения

Способ замораживания воды в замкну- том объеме при разрушении монолитных объектов, включающий заполнение водой замкнутого объема, введение в воду тепло- проводящего наполнителя и замораживание воды, отличающийся тем, что, с целью ускорения замораживания, наполнитель вводят в воду длинномерными элементами и формируют из них пористую конструкцию по всему замкнутому объему.

/

Ж

Изобретение относится к области горного дела и строительства и м. б. использовано для направленного разрушения материалов без применения взрывных работ, включая мерзлые горные породы. Целью изобретения является ускорение замораживания. Шпур (111) заполняют хладагентом и теплопроводящим длинномерным наполнителем в виде медной алюминиевой или стальной стружки. Ее длинномерные элементы формируют в Ш пористую конструкцию. Объем твердой части стружки не превышает 10% объема свободной части полости 111 Устье Ш закрывают теплопроводяшим элементом в виде полукатушки 4 с упорными ребрами 5 и осевыми полостями 6. Через отверстие 6 Ш заполняют водой до основания ребер 5. Между охлажденными стенками Ш и стержнем катушки 4 быстро образуется ледяная пробка, препятствуюшая расширению льда по вертикали, что увеличивает боковые расширяюшие усилия. Металлическая стружка благодаря высокой теплопроводности создает теплоотводящий каркас позволяюший в 2-6 раз ускорить замерзание воды в Ш. 1 ил., 1 табл. S (Л

Ж

Ш-5

Г7

СА

J3:

+

+

-f- -t- -I±7