Способ моделирования ледопородныхОгРАждЕНий Советский патент 1981 года по МПК E21D1/14 

Изобретение относится к способам лабораторных исследований, применяемым при физическом моделировании напряженно-деформированного состояния ледопородного ограждения горных выра боток, например, подземных хранилищ, шахтных стволов. Известен способ моделирования лед породного ограждения, включающий создание модели в виде толстостенного стакана из гоунта, замораживани его и приложение внешней нагрузки Tl Однако данный способ не позва1:яет р.егулировать температуру на поверхно ти ледопородного ограждения и получать достоверные результаты Известен другой способ моделирования ледопородного ограждения, вклю чающий создание модели в виде толсто стенного цилиндрического стака.на из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением радиальной нагрузки, фиксацию фронта промерзания путем подведения извне теплового потока регулируемой интенсивности. Тепловой поток создается электрическим нагревателем. Заморажи вание грунта производят прокачкой через CHCTei iy замораживающих колонок хладагента. Положение фронта промерзания контролируют с помощью температурных датчиков. Радиальное давление на.ледопородное ограждение создается подведением к модели гидростатического давление Г . Недостатки данного способа - обеспечение только цилиндрической формы модели ограждения и невозможность моделирования деформаций в области талых пород, примыкающих к ледопородному ограждению. Цель изобретения - моделирование ледопородных ограждений различной формы в плане. Указанная цель достигается тем, что согласно способу моделирования ледопородного ограждения, включающему создание модели из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальной нагрузки и подведение внешнего теплового потока регулируемой интенсивности, дополнительно подводят тепловой поток регулируемой интенсивности в .. увлажненный грунт в зону между подводом внешнего теплового потока и подачей хладагента. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.

Способ моделирования включает два этапа - подготовительный и рабочий. Подготовительный этап состоит в следу юцем.

Внутри цилиндрической емкости 1 размещают систему замораживающих колонок 2 требуемой конфигурации в плане, например в виде прямоугольника, затем устанавливают тепловые колонки 3, внешним образом эксвидистантно по отношению к замораживающим колонкам 2, в донной части укладывают гравий 4, который по периферии поддерживается сеткой 5, послойно укладывают увлажненный исследуемый гру-нт 6 с введением в него датчиков для сбора информации о температуре и деформациях грунта. Когда уровень увлажненногогрунта 6 достигнет отметки, соответствующей нижней поверхности 8, имитирующей начало крепи выработки, устанавливают на грунт трубу 9, центрируют ее, после чего заполняют увлажненным грунтом б цилин.црическую емкость 1 до верхнего края. На внешней боковой поверхности емкости 1 располагают внешний нагреватель 10, выполненный в виде электрической проволочной спирали, закрепленной на электроизоляционной основе. После герметизации емкости 1 с помощью крышки 11 производят водонасыщение грунта 6 путем подачи воды 12 в пространство с гравийной засыпкой 4, затем устанавливают заданное гидростатическое давление.

Второй (рабочий) этап способа моделирования состоит в следующем.

Подачей хладагента 13 в систему замораживающих колонок 2 осуществляют замораживание. Одновременно с подачей хладагента 13 в систему тепловых колонок 3 подводят имеющий положительную температуру теплоноситель 14, а также подключают внешний электронагреватель 10 к электросети через регулировочный трансформатор. В качестве теплоносителя 14 и хладагента 13 используют одну и ту же жидкость, например хлористый кальций, циркулиручзщий автономно в соответствующих системах.

Использование в качестве теплоносителя незамерзающей жидкости обеспечивает безаварийность работы тепловых колонок 3 (исключает разрыв .трубок при аварийном прекращении подачи теплоносителя).

С помощью пред;1агаемог6 способа создают требуемый градиантположителных и отрицательных температур в исследуемых грунтах путем регулирования температур каждого из подводимых к модели тепловых потоков и таКИМ образом, регулируют температуру контура ледопородного ограждения. Температура теплоносителя 14, а также расстояние тепловыми колонками 3 должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить замкнутость талопородного ограждения вокруг ледопородного.

Предлагаемый способ моделирования находит широкое применение при определений несущей способности ледопородного ограждения , имеющего форму в плане, отличную от цилиндра. Такие случаи в практике строительства шахтных стволов имеют место при разнородных грунтах по периметру ствола вследствие различия в температурах замораживающих колонок, а также при наличии фильтрации грунтовых вод.

С помощью предлагаемого способа можно моделировать создание ледопородных ограждений при проходке горизонтальных тоннелей различных форм. Вероятность формирования произвольной формы ограждения увеличивается с созданием с помощью способа замораживания все более глубоких шахтных стволов (до 1000 м ), так как замораживающие колонки отклоняются от вертикали. Поэтому возможность оперативного получения более полной информации с помощью моделирования ледопородных ограждений различной конфигурации дает возможность уточнить расчеты, что предотвратит многие аварийные ситуации в шахтном строительстве и сократит затраты на сооружение стволов.

Формула изобретения

Способ моделирования ледопородных ограждений, включающий создание модели из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальной нагрузки и подведением внешнего теплового потока регулируемой интенсивности, о тли ч ающи и с я тем, что, с целью моделирования ледопородных ограждений различной формл в плане, дополнительно подводят тепловой поток регулируемой интенсивности в зону увлажненного грунта, расположенную -между подводом внешнего теплового потока и подводом -хладагента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Покровский Н,М. Сооружение и реконструкция горных выработок. М., Госгортехиздат, 1963, 4 ЛИ, с.90-91

2.Авторское свидетельство СССР

№ 564423, кл. Е 21 D 1/14, .25.06.75.