Способ термического укрепления грунта Советский патент 1989 года по МПК E02D3/11 

1

Изобретение относится к строительству на лессовидных просадочных грунтах с укреплением их термическим воздействием.

Цель изобретения - сокращение продолжительности процесса и расхода энергозатрат.

На чертеже изображены укрепляемый грунт и скважина, разрез, а также размещение основного технологического оборудования и средств технического контроля процесса.

Технология предлагаемого способа состоит в следующем.

Вначале бурят скважину 1 и уплотняют ее устье 2 затвором 3 винтового типа с комбинированной форсункой 4, включающей центральный канал 5 для подачи горючих смесей и образования нижней зоны 6 факела и концентрически расположенный к каналу 5 канал 7 для подачи горючих смесей и образования верхней зоны 8 факела, патрубок 9 для ввода электрозапапь- ника 10, соединенного проводом 11 с пусковым приспособлением 12 (патрубок 9 служит также и для визуального контроля процесса в скважине 1), патрубок 13 для установки многоспайной термопары 14.

После этого скважину 1 проверяют на герметичность и устанавливают полый затвор 15, имеющий полость 16, соединенную с вакуум-насосом 17, который подключен также к комбинированной форсунке 4 Затем через форсунку 4 от смесителя 18, соединенного с компрессором 19 и резервуаром

Я si

СО СЛ

о

00

для топлива 20, через канал 5 подают в скважину 1 горючие смеси, зажигают их на уровне 21 электрозапальником 10 и образуют нижнюю зону 6 факела. После этого по каналу 7 подают горючие смеси в скважину 1 и после их воспламенения образуют верхнюю зону 8 факела так, чтобы в устье 2 скважины 1 температура поддерживалась равной температуре устранения просадочных свойств грунта, например 300-400°С, а в области совмещения зон 6 и 8 факела на уровне 21 - температура воспламенения горючих смесей, например, для твердого топлива 600-700 С и для газового топлива 600 - 800°С. При этом в забое 22 скважины 1 температура факела поддерживается равной температуре воспламенения горючих смесей, что обеспечивает устойчивость сгорания смесей в нижней зоне 6 факела.

Процесс продолжают, пока грунт на внешней границе 23 между уровнями 21 и 24 не нагреется до температуры устранения просадочных свойств. При этом грунт на внешнем контуре 23 между отметками уровней 21 и 25 (верхний проектный уровень укрепляемого массива грунта) нагревают до температуры ниже требуемой для устранения его просадочных свойств, например 150-250°С, что фиксируют термопарами 26 г амопишущими прибора- 1ми 27.

После этого форсунку 4 отключают от смесителя 18, полость 16 вакууми- руют насосом 17, отсасываемые при этом из грунта отработанные газы собирают в полости 16 и через форсунку 4 затем нагнетают в забой 22 скважины 1, регулируя избыточное давление, пока температура устранения просадочных свойств грунта на внешнем контуре 23 на проектном уровне 25 не достигнет заданной величины.

В предлагаемом способе тепло, аккумулированное грунтом, расходуется более рационально за счет нагрева верхней зоны грунта ниже расчетной температуры и перемещения отработанных газов вверх при вакуумиро- вании полости затвора, а также за

счет нагнетания этих газов в грунт

через скважину, которые, фильтруясь через нагретый грунт, передают полученное тепло вышележащим объемам

0

5

0

5

0

5

0

5

грунта, нагревая его до температуры устранения просадочных свойств.

Полость в затворе в процессе нагревания -грунта создает воздушную подушку, препятствующую стоку тепла через дневную поверхность из укрепляемого грунта в атмосферу, эта полость способствует также конвекции, отсасываемых газов при выходе их из грунта.

Концентричность слоев подачи в скважину горючих смесей и образования факелов обеспечивает уменьшение доли несгоревшего топлива и улучшает условия образования двухзонного факела протяженностью до 20 м и более.

Пример. На экспериментальной площадке проводили термическое укреп ление лессовидного просадочного грунта на глубину 20 м через 3 скважины, две из которых - предлагаемым и одну - известным способами. Температура устранения просадочных свойств 350°С, относительная влажность 0,08. Скважины 1 были пройдены установкой УГБ-50, их устья 2 уплотняли винтовыми затворами 2 с комбинированными форсунками 4 с патрубками 9 и 13. Использовали стандартные электрозапальники 10, соединенные проводами 11 с взрывным приспособлением 12 типа ВМ-10, Сжатый воздух получали от компрессоров 19 передвижного типа ДК-9М, в качестве топлива использовали соляровое масло с теплотой горения 42 МДж/кг. Для смесителей 18 использовали стандартные емкости объемом 1 м, рассчитанные на избыточное давление 2 МПа. Температура воспламенения топлива 620°С. После опробования всей системы на герметичность вокруг сважин 1 устанавливали полые затворы 15 с высотой полости 5 см. Уровень 21 совмещения зон 6 и 8 факела образовывали на глубине 12 м от забоя 22. Температуры стенок скважин 1 поддерживали соответственно в забое 22-650°С, на уровне 21 - 680°С, на уровне 25 - 350°С.

Весь процесс, выполненный по предлагаемой технологии, занял 71 и 82 ч температуру замеряли термопарами 26 с приборами 27 типа ЭПП-9М. После достижения температур на внешнем контуре 23 и в уровнях 24, 21, 25 соответственно 350, 350 и 200°С форсунки 4 отключали от смесителя 18, а

полости 16 затворов вякуумировали вакуум-насосами 17 типа РМК-4, газы отсасывали с температурой 60-806С и нагнетали в забой 22 скважины 1 при давлении 0,1 МПа. Газы, проникая в

гретый массив грунта, за счет ва- куумирования полости 16 фильтровались снизу вверх и способствовали

перераспределению аккумулированной нижними объемами нагретого грунта тепловой энергии. В известном способе скважины глубиной 11 м + 9 м (нижняя и верхняя зоны) обрабатывалась двумя заходками.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Изобретение относится к строительству на лессовых просадочных грунтах с укреплением их термическим воздействием. Цель изобретения - сокращение продолжительности процесса и расхода энергозатрат. Это достигается тем, что герметизацию поверхности грунта вокруг устья скважины осуществляют путем создания над поверхностью замкнутой полости. После нагревания грунта из него вакуумированием удаляют отработанные газы, которые собирают в замкнутой полости, а затем их нагнетают в грунт через скважину. Кольцеобразный факел размещают вокруг центрального. Достигается сокращение длительности процесса до 12 и расхода тепла до 58%. 1 ил., 1 табл.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить расход тепла и длительность процесса соответственно на 9-12 и 40-58%.

Формула изобретения

Способ термического укрепления грунта, включающий бурение скважины, герметизацию ее устья и поверхности грунта вокруг него, подачу в скважину горючих смесей, их сжигание с образованием центрального и кольцеобразного факелов, выдерживание в зоне совмещения факелов температуры, равной температуре воспламенения горю

чих смесей, введение горячих газов в грунт с нагреванием его на внешнем контуре до устранения просадочных свойств, отличающий г. я тем, что, с целью сокращения продолжительности процесса и расхода энергозатрат, герметизацию поверхности вокруг устья осуществляют путем создания над ней замкнутой полости, после нагревания грунта производят удаление из него вакуумированием обрабо- тайных газов, сбор их в замкнутой полости и последующее нагнетание отработанных газов в грунт через скважину, а образование кольцеобразного факела ведут вокруг центрального.

го

77

жжж

26