книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

горной породы t'n будет отличаться от tn—8°C, то приведенное значение коэффициента ф необходимо умножить на выражение t'nltn.

Продолжительность пассивного замораживания

f п = (fi ^rV®np>

где Я — полная глубина замораживания, м; Яг— глубина гото­ вого участка ствола к концу периода активного замораживания пород по проекту, м; о„Р— средняя скорость проходки ствола на участке замораживания водоносных пород, м/сут.

4.1.8. Расчет параметров.холодильного оборудования

Зная основные параметры процесса замораживания пород, рассчитывают и подбирают холодильное оборудование: ком­ прессоры, испарители, конденсаторы, рассольно-магистральные проводы и другое оборудование.

Число и тип компрессоров подбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить требуемую хладопроизводительность станции при заданной проектом температуре рассола.

Для каждого компрессора предусматривают установку от­ дельного испарителя и конденсатора с рабочей поверхностью, равной:

для испарителя

f„ = l,2 Q p/<7„; I

для конденсатора

FK= 1 >2Qp/<7u>

где Qp — рабочая хладопроизводительность компрессора, Вт, принимаемая в расчетах при температуре испарения хладоаген-

нагрузка на испаритель, принимаемая равной: для вертикаль­

Dp —V Qp. ст/ [^pVp^-'p (^пр ^обр)Ь

где Qp.cr — рабочая хладопроизводительность замораживающей

Ср — теплоемкость хладоносителя, Дж/(кг-°С) ; fnp, 4о6р— соот-

ветственно температура хладоносителя в прямом и обратном рассолопроводах, °С.

К основным материальным ресурсам, определяемым в про­ цессе проектирования, относятся: расходы воды, хлористого кальция (в случае рассольной схемы замораживания), хлада­ гента (аммиака, фреона), электроэнергии.

Вода расходуется на охлаждение хладагента для превра­ щения его в конденсаторах из газообразного состояния в жид­ кое и на охлаждение компрессора. При прямом способе охлаж­ дения воду, прошедшую через конденсатор, полностью сбрасы­ вают в канализационную сеть, три циркуляционном — часть во­ ды используют повторно с добавлением к ней необходимого ко­ личества свежей воды. Температура воды, подаваемой на охлаждение конденсатора, не должна превышать 25 °С.

Общий расход воды, подаваемой в конденсаторы,

& = <?Р. ст/[1000 (/2-*!)],

где ti й ii — температура воды, входящей и выходящей из кон­ денсаторов, °С. Разность (/2—М в зависимости от типов кон­ денсаторов принимают в пределах 3°С (оросительные) и 5°С (кожухотрубные).

Расход свежей воды при циркуляционном водоснабжении с использованием охлаждающих устройств (градирен) опреде­ ляют специальным теплотехническим расчетом.

Обычно расход добавляемой свежей воды принимают в раз­ мере 30—50% общего расхода.

Расход воды на охлаждение цилиндров компрессоров прини­ мают по паспортным данным компрессоров. Эта величина в за­ висимости от типа компрессоров колеблется от 2 до 10 м3/ч на один компрессор.

Необходимое количество рассола определяют по емкости рассольной сети: замораживающих колонок, рассольных тру; бопроводов, испарителей (по их паспортным данным) и расши­ рительного бака.

Концентрацию (плотность) рассола принимают такой, чтобы температура замерзания его была ниже температуры испарения хладагента на 8— 10’С. Соотношение расхода воды и хлори­ стого кальция для приготовления 1 м3 рассола принимают в за-^ висимости от температуры замораживания по справочным дан­ ным. Полная потребность в хлористом кальции

для приготовления 1 м3 рассола требуемой концентрации, кг. Расход хладагента определяют по формулам:

для первоначального заполнения

<3Х= (&<7х/1000)/ 2 & л ,;

для восстановления

C'X= ( ^ , Q CT)/(1000т).

где 6=1,1— коэффициент потерь; ki =0,025=0,1 — коэффициент ежемесячных потерь хладагента в Системе; qx— расход хлада­ гента на 1000 Вт (изменяется от 1,8 до 2,5 кг); Q,— хладопроизводительность различного типа компрессоров, Вт; tu — число однотипных компрессоров; т — время работы замораживающей станции, мес.

Потребление электроэнергии за время работы заморажи­ вающей станции

<Ээл= 2 4 7 2 * 1> 7 т1*,

где Т — продолжительность работы электроприводов при замо­ раживании горных пород (компрессоров, насосов, рассоломешалок, вентиляторов и т.д.), сут; k3l— коэффициент загрузки каждого электродвигателя; N1— номинальная мощность каждо­ го электродвигателя, кВт; TJ1' — КПД электродвигателя по его паспортным данным.

4.1.9. Особенности расчета параметров замораживания ледопородных массивов

При строительстве выработки в ледопородном массиве только внутренний контур ледопородного ограждения будет иметь форму ее поперечного сечения, а внешний всегда остает­ ся прямоугольным.

Поскольку специальных методов расчета для ограждения такой конфигурации не разработано, оценку необходимых раз­ меров ледопородного массива производят приблйженно по ме­ тодике расчета вертикальных кольцевых ледопородных ограж­ дений.

При этом величину горного и гидростатического давлений принимают по отметке почвы выработки, а сечение выработки, если оно не круглое, заменяется в расчетной схеме вписанной окружностью.

Расчетная ширина ледопородного массива в плане

B —D-\-2E,

где D — диаметр (или условный диаметр) выработки, м; Е — расчетная толщина условного кольцевого ледопородного ограж­ дения, м.

Длина одновременно образуемого ледопородного массива определяется скоростью проходки и временем его образования.

Оптимальная схема расположения замораживающих коло­ нок определяется из условия минимальной стоимости работ по образованию ледопородных массивов. Типовыми схемами при­ нимают схемы с равномерным размещением внутренних замо­ раживающих колонок по горизонтальной площади массива при их расположении в узлах квадратной или ромбической сетки,

в основном определяется работой контурных рядов заморажи­ вающих колонок, к которой поступает постоянный теплоприток со стороны окружающего массива горных пород.

Соотношение расстояний между колонками внутренних и внешних рядов определяется из условия одновременности вы­ хода внешних границ на проектный контур и охлаждения внут­ ренней части до заданной средней температуры массива.

Расстояние между замораживающими колонками контур­ ных рядов ледопородного массива в зависимости от режима замораживания и принятого расстояния между замораживаю­ щими колонками внутренних рядов определяется по графику, показанному на рис. 4.8.

Замораживание горных пород при строительстве протяжен­ ных горизонтальных и наклонных выработок в замороженных массивах наиболее целесообразно вести отдельными участками.

ченной длины, а образование ограждения на оставшейся части совмещается с проходкой выработки в замороженных породах.

Длина начального участка ледопородногО ограждения

т,

Рис. 4.8. Зависимость времени образова­ ния ледопородного массива т от расстоя­ ния между колонками /:

У—при /р= —20 °С; 2 — при /р= —35 °С (сплош­

ной линией показано образование внешнего кон­ тура)

(в дальнейшем длина участка работающих колонок) определя­ ется из условия равенства времени проходки этого участка сроку активного замораживания, т. е.

L0 = vxа/30,

где V— скорость проходки, м/мес; та — срок активного замора­ живания, сут.

Общее число работающих колонок

N0 = mn0k1,

внутреннем и внешнем продольных .рядах, м.

При замораживании на полную глубину теплоприток к од­ ной колонке

Рк = I>

где h — глубина колонки, м; qi— линейный удельный тепловой поток (теплоприток к 1 м колонки при активном заморажива­ нии) колеблется в пределах 90—^130 Вт/м.

При большой глубине заложения выработки, когда необхо­ димые размеры ограждения по высоте Лр значительно меньше глубины скважин, можно применять зональное замораживание до глубины ft'—ftp. В этом случае теплопритрк к одной колонке

, QK 0,4<7г (А 4-1,5ftp).

Хладопроизводительность замораживающей станции для начального участка замораживания

QCT= 1.2NOQK.

При строительстве наклонных сооружений в ледопородном, массиве, созданном вертикальными колонками, хладопроизво­ дительность станции ориентировочно определяется:

при замораживании пород по всей глубине

Q"CT = 0,Qkitnnoq'i ftj. + (5n0—4) l tgoc/6j ;

где ho — постоянная глубина колонок в устьевой части ствола; N — общее число колонок в ряду; П\ — число колонок, имеющих

постоянную глубину; a --угол наклона выработки.

Процесс образования ледопородного массива условно мож­ но подразделить на три этапа: образование отдельных ледо­ породных тел вокруг замораживающих колонок и их смыкание (время образования TI); полное промораживание внутренней части ледопородного массива (тг) и охлаждение ледопородно­ го массива до заданной средней температуры (тз).

В таком случае общее время образования ледопородного массива

х = х1+ т2+ т 3.

Время смыкания отдельных ледопородных цилиндров TI и полного промораживания пород во внутренней части ледопород­

T — теплосодержание 1 м3 породы, кДж/м3-“С; Ст, См — тепло­ емкость .соответственно талой и мерзлой пород, кДж/(м3-°С); |/ст| — абсолютное значение температуры внешней стенки замо­

фильтрующих пород является определение возможности смы­

и температуры подземных вод. В этом случае должны быть из­ вестны следующие исходные данные: удельная теплоемкость воды в породе С, Дж/(кг-°С); плотность воды -у, кг/м3; радиус расположения замораживающих колонок RK, м; внутренний ра­ диус замораживающей колонки, м; теплопроводность породы в замороженном A,i и незамороженном К2 состоянии, Вт/(м*°С); температура воды t2, °С; температура замерзания воды /о, °С; температура хладоносителя в колонках /р, °С; расстояние меж­

мерную скорость потока £с и соответствующее ей безразмерное сужение щели смыкания в:

ve=vclvQ\ 8 = 2р//,

Если левая часть неравенства окажется больше правой, то смыкание ледопородного ограждения будет обеспечено, в про­ тивном случае оно может не сомкнуться.

Если численное значение левой части неравенства окажется меньше правой, то для того, чтобы обеспечить смыкание, необ­ ходимо изменить один или несколько параметров, например, понизить температуру хладоносителя в колонках, уменьшить скорость фильтрации или расстояние между колонками.

Второй особенностью расчета процесса замораживания фильтрующих пород является определение мощности заморажи­ вающей станции из условия смыкания ледопородного огражде­ ния для участка фильтрующих пород.

Для обеспечения полного смыкания ледопородного ограж­ дения только в зоне фильтрующих пород мощность заморажи­ вающей станции должна быть больше максимального внешнего теплопритока фф. шах и момент максимальной скорости между ледопородными цилиндрами.

В таком случае задача определения мощности заморажива­ ющей станции сводится к определению внешнего теплопритока Qii.max, который определяется по формуле

<2ф. max = (1 6 RJ2m/l) V пК 2С yüpP

Расчетную скорость фильтрации ир и безразмерный пре­

дельный радиус промерзания р определяют по вышеприведен­ ным формулам.

4.2.СОЗДАНИЕ ЛЕДОПОРОДНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ

4.2.Ï. Принцип получения холода

и работа замораживающей станции

Получение холода основывается на использовании главного процесса теплотехнического цикла, при котором поглощение тепла из окружающей среды (охлаждение хладоносителя) про­ исходит благодаря испарению жидкого хладагента, в качестве которого в практике искусственного замораживания пород в основном применяют аммиак и фреон.

Аммиак ( N H 3 ) обладает хорошими термодинамическими ка­ чествами. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении 33,4 °С. Аммиак отличается резким характерным за­ пахом и оказывает вредное влияние на организм человека. Если в воздухе содержится свыше 1 % по объему аммиака, то возможно отравление. Аммиак горюч и при содержании его по объему в воздухе от 13,1 до 26,8% возможен взрыв при нали­ чии открытого пламени. Газообразный аммиак легче воздуха.