Способ бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах и теплоизолирующая опалубка для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК E21D11/10 

1

.(21) 4384111/23-03 (22) 29.02.88 (46) 07.03„90„ Бия. № 9

(71)Институт технической теплофизики АН УССР

(72)Л.Б. Зимин

(53)622.281.9 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 829962, кл. Е 21 D 11/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1446322, кл. Е 21 D 11/10, 1987.

Авторское свидетельство СССР № 655834, кл. Е 21 D 15/10, 1979.

(54)СПОСОБ БЕТОНИРОВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ПОРОДАХ И ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПАЛУБКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57)Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству. Оно позволяет снизить энергозатраты на поддержание положительного температурного режима бетонирования, а также обеспечить равномерное распределение теплоизоляционного

Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству в вечномерзлых породах.

Цель изобретения - снижение энергозатрат на поддержание положительного температурного режима, а также обеспечение равномерного распределения теплоизоляционного слоя и исключение его механического повреждения.

На чертеже приведено схематическое изображение части выработки в пределах бетонируемой заходки в двух сосслоя и исключить его механическое повреждение. Это достигается за счет выполнения наружной поверхности ограничения опалубки с ячейками, в торых размещены герметичные емкости переменного объема, заполненные легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки кипения. Емкости состоят из внутренней жесткой и наружной эластичной частей гидравлически связанных между собой. Начальная высота емкостей не превышает глу- бины ячеек. На бетонируемый несущий .слой крепи производят искусственное тепловое воздействие, которое прекращают при достижении бетоном 60-70% критической прочности. Вскипающий и увеличивающийся в объеме наполнитель создает тепловую изоляцию между породой и бетонируемым несущим слоем на период его схватывания. Затем на- полнитель конденсируется, опалубку демонтируют, а в закрытое пространство нагнетают твердеющий раствор. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

тояниях: а - до начала и после окончания нагрева, б - во время нагрева, поперечное сечение.

Между вечномерзлым вмещающим горным массивом 1 и бетонируемым объемом основного несущего слоя обделки 2 размещена внешняя поверхность 3 опалубки, в ячейки которой помещены герметичные емкости переменного объема, состоящие из гидравлически связанных между собой (например, при помощи штуцера 4-) фиксируемой в ячейке жестi

Ю

СП 4 00 4 4 00

кой внутренней части 5 и эластичной наружной части 6Э заполненные легкокипящим наполнителем, в зависимости о температуры среды находящимся в жидком 7 или парообразном 8 состоянии. При t tk (состояние а) на любой части периметра поперечного сечения на- ружные эластичные оболочки под, дей ствием упругих сил сокращены и не выступают за пределы ячеек,, а в состоянии б (t tK ) упомянутые оболочки растянуты давлением паров и занимают весь объем заопалубочного пространства 9.

Внешнюю поверхность 3 опалубки со стороны, обращенной к горному массиву, выполняют с ячейками,, в которые до сборки опалубки устанавливают соответствующие им по форме своей жесткой частью 5 герметичные емкости с , частично эластичными оболочками, заполненные легкокипящим наполнителем 7 при температуре, меньшей точки его кипения„ В подготовленном таким образом блоке бетонирования создают положительный тешшратурный режим, который поддерживают искусственно до момента достижения бетоном (60-75%) критической прочности, затем тепловое воздействие прекращают и после наступающего в процессе естественного охлаждения системы бетон - теплоизолирующая опалубка - горный массив момента конденсации паров наполнителя опалубку демонтируют, а в освободившееся пространство 9 между несущим слоем обделки 2 и массивом 1 нагнетают твердеющий раствор.

Теплоизолирующая опалубка для бетонирования горных выработок в веч- номерзлых породах дополнительно содержит ячеистую поверхность 3 наружного ограничения бетонируемого объема с выполненными на ее стороне, обращенной к горному массиву 1, ячейками, в которые до монтажа опалубки установлены герметичные термочувствительные емкости, наполненные легкокипящей жидкостью. Емкости, состоящие из жесткой, соответствующей по форме ячейке, внутренней части 5 и эластичной наружной части 6, гидравлически соединенные между собо (например, при помощи штуцера 4), пр нормальной температуре окружающей среды, меньшей точки кипения наполнителя, имеют начальную высоту, не превышающую глубины ячейки.

0

0

5

5

0

5

0

5

0

Перед началом процесса бетонирования заходки температура среды ниже точки кипения наполнителя 7 герметичных емкостей, помещенных в ячейки наружной поверхности 3 опалубки. Наполнитель находится в жидком состоянии и эластичная часть 6 оболочек емкостей занимает положение а. При этом общая начальная высота жесткой 5 и эластичной 6 частей емкости не превышает глубины ячеек, что позволяет монтировать опалубку без механических повреждений емкостей, исключая возможность утечки наполнителя. При искусственном тепловом воздействии, производимом для создания и поддержания в блоке бетонирования положительного температурного режима, необходимого для нормальной гидратации цемента, наполнитель 7 вскипает, давление паров 8 в емкостях повышается и, проходя через штуцеры 4, пары растягивают эластичные оболочки емкостей до состояния б (фиг. 1). При этом весь объем заопалубочного пространства 9, включая углубления контура вмещающего горного массива, оказывается заполненным низкотеплопроводным слоем газообразной теплоизоляции, что препятствует теплопотерям, ведущим к растеплению и снижению прочности веч- номерзлого горного массива, а наличие в емкостях выравнивающего по всему объему пространства 9 избыточного давления паров 8 обеспечивает максимальную равномерность по длине и поперечному сечению выработки механического контакта массива и опалубки, что позволяет снизить требования к прочности, а следовательно, и к металлоемкости конструкции опалубки о После прекращения теплового воздействия и наступления в процессе естественного охлаждения системы бетон - теплоизолирующая опалубка - вечно- мерзлый массив момента конденсации паров давления в емкос-тях снижается и под действием упругих сил эластичные части 6 оболочек емкостей сокращаются, возвращаясь к исходному положению а, при котором они не выступают за пределы ячеек в любой части периметра поперечного сечения. Это позволяет демонтировать опалубку, не допуская механических повреждений емкостей, -исключая утечку наполнителя и обеспечивая многократное использование всех деталей.

Ограничение продолжительности искусственного теплового воздействия н бетонируемую заходку моментом достижения бетоном (60-75 %)критической прочности способствует снижению энергозатрат на осуществление предлагаемого способа, чем также повышает его эффективность. Оно обусловлено, с одной стороны, снижением теплопо- терь бетонируемого блока в окружающий горный массив за счет низкой теплопроводности образуемого парами наполнителя теплоизоляционного слоя, а с другой - увеличение тепловой инерции изоляции за счет выделения парами наполнителя теплоты конденсации при охлаждении. Выбор пределов предлагаемого ограничения обоснован .математическим моделированием тепломассообмена в рассматриваемой системе, выполненным с использованием ЭВМ и электротепловой аналогии фазовых переходов наполнителя для реального диапазона сочетаний тепло- физических свойств, вмещающих горные выработки вечномерзлых пород и термодинамических характеристик легкокипящих жидкостей с температурой кипения при нормальном давлении -12 - -3°С, которые могут рассматриваться в качестве потенциальных наполнителей термочувствительных емкостей переменного объема (изобутан, сернистый ангидрит, дифтормонохлорэтан, метиламин, октафторциклобутан). С учетом теплоты, выделяющейся при экзотермической реакции гидратации цемента, установлено, что при любом реальном сочетании исходных данных прекращение искусственного теплового воздействия (нагрева) на теплоизолированный бетбнируемый блок до момента достижения бетоном 59% критической прочности не обеспечивает нормального завершения гидратации и достижения бетоном расчетных значений прочности, а продолжение нагрева после достижения 74% критической прочности ведет к непроизводительным затратам энергии.

Формула изобретения

1. Способ бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах, включающий установку опалубки заход- ками, тепловую изоляцию горного массива с помощью размещения в закреп- ном пространстве на наружной поверх0 ности опалубки емкостей переменного объема, заполненных легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки его кипения, бетонирование несущего слоя при положительном тем5 пературном режиме, демонтаж опалубки и нагнетание твердеющего раствора в закрепное пространство, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на поддержание

0 положительного температурного режима, производят искусственное тепловое воздействие на бетонируемый несущий слой, которое прекращают по достижении бетоном несущего слоя 60-75%

5 критической прочности, а опалубку демонтируют после конденсации легкокипящего наполнителя и уменьшения объема емкостей.

о 2. Теплоизолирующая опалубка для бетонирования горных выработок в вечномерзлых породах, содержащая поверхности внутреннего и наружного ограничения несущего слоя и термочувствительные герметичные емкости переменного объема с эластичной частью, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения теплоизоляционного слоя и исключения его механического.

5

0

5

0

повреждения, поверхность наружного ограничения дополнительно снабжена ячейками со стороны породы, в которых установлены герметичные емкости, состоящие из гидравлически связанных жесткой внутренней и эластичной внешней частей, при этом емкости заполнены легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки его кипе- . ния, и их высота не превышает глубины ячеек.

//А

Риг х /&

л

Wv y &,

Изобретение относится к горной промышленности и подземному строительству. Оно позволяет снизить энергозатраты на поддержание положительного температурного режима бетонирования, а также обеспечить равномерное распределение теплоизоляционного слоя и исключить его механическое повреждение. Это достигается за счет выполнения наружной поверхности ограничения опалубки с ячейками, в которых размещены герметичные емкости переменного объема, заполненные легкокипящим наполнителем при температуре, меньшей точки кипения. Емкости состоят из внутренней жесткой и наружной эластичной частей, гидравлически связанных между собой. Начальная высота емкостей не превышает глубины ячеек. На бетонируемый несущий слой крепи производят искусственное тепловое воздействие, которое прекращают при достижении бетоном 60 - 70% критической прочности. Вскипающий и увеличивающийся в объеме наполнитель создает тепловую изоляцию между породой и бетонируемым несущим слоем на период его схватывания. Затем наполнитель конденсируется, опалубку демонтируют, а в закрытое пространство нагнетают твердеющий раствор. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

и Nt

Редактор Л. Зайцева

Составитель Л. Березкина Техред А.Кравчук

Заказ 125

Тираж 382

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

к

,

Корректор Н„ Ревская

Подписное