Патент на изобретение №2380488

(54) СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОТТАИВАНИЯ МЕРЗЛЫХ ПОРОД

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам искусственного оттаивания мерзлых горных пород, и может быть использовано в горной промышленности, преимущественно при разработке месторождений и в строительстве. Технический результат – повышение эффективности оттаивания мерзлых горных пород. Способ гидравлического оттаивания мерзлых горных пород включает удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке. На участке сооружают параллельные питающую и дренажную канавы, между ними пробуривают линейные ряды скважин, размещают в нижних и верхних частях скважин рассредоточенные заряды ВВ. При этом глубину скважин и соответственно массу зарядов ВВ увеличивают в направлении от питающей к дренажной канаве. Производят взрывание зарядов ВВ с замедлением от верхнего заряда к нижнему и с замедлением в направлении от питающей канавы к дренажной, создавая тем самым наклонные фильтрационные каналы в массиве мерзлых горных пород и обеспечивая оттаивание пород путем движения подогретой за счет солнечной энергии воды через питающую канаву и фильтрационные каналы к мерзлым породам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к искусственным способам оттаивания мерзлых горных пород, и может быть использовано в горной промышленности при разработке месторождений и в строительстве.

Известен способ гидравлического оттаивания горных пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя, бурение питающих, дренажных и взрывных скважин, создание на глубине трещины гидроразрыва и камуфлетных полостей (см. авт.св. 1226887, МПК Е02F 5/30, 1983 г.).

Недостатком этого способа является сложность технологии, высокая трудоемкость работ (бурение системы дренажных, взрывных и питающих скважин, принудительная подача подогретой воды в питающие скважины под давлением с помощью насосов, откачка охлажденной воды из дренажных скважин, дополнительные затраты на электроэнергию и оборудование питающих и дренажных скважин обсадными трубами и оголовками).

Недостатком этого способа является недостаточная эффективность, т.к. при некачественном камуфлетном взрывании зарядов взрывчатого вещества теплоноситель – подогретая за счет солнечной энергии вода в горизонтально расположенных фильтрационных каналах имеет незначительную скорость дренирования (в исключительных случаях скорость дренирования воды может приблизиться к нулю из-за возможного перемерзания горизонтально расположенных фильтрационных каналов) и соответственно низкую степень теплоотдачи накопленного за счет солнечной энергии тепла мерзлым породам, а также дополнительные затраты на сооружение системы оросительных канав.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оттаивания мерзлых пород.

Результат достигается тем, что способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, отличается тем, что на участке сооружают параллельные питающую и дренажную канавы, между ними пробуривают линейные ряды скважин, размещают в нижних и верхних частях скважин рассредоточенные заряды ВВ, при этом глубину скважин и соответственно массу зарядов ВВ увеличивают в направлении от питающей к дренажной канавам, производят взрывание зарядов ВВ с замедлением от верхнего заряда к нижнему и с замедлением в направлении от питающей канавы к дренажной, создавая тем самым наклонные фильтрационные каналы в массиве мерзлых горных пород и обеспечивая оттаивание пород путем движения подогретой за счет солнечной энергии воды через питающую канаву и фильтрационные каналы к мерзлым породам.

Способ также отличается тем, что скважины перед размещением ВВ заливают на 2/3 глубины соляным раствором.

В качестве соляного раствора возможно использование раствора поваренной соли ((NaCl).

Предлагаемый способ оттаивания позволяет повысить эффективность оттаивания мерзлых горных пород за счет многократно возросшего кондуктивно-конвективного теплообмена и обеспечения непрерывного естественного (создаваемого силами гравитации) движения теплоносителя (подогретой за счет солнечной энергии воды) по наклонным фильтрационным каналам, а также за счет существенного снижения себестоимости оттаивания мерзлых пород путем уменьшения расхода взрывчатых веществ, а также затрат на бурение взрывных скважин и проходку оросительных канав.

На чертеже изображен способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, где: 1 – дренажная канава; 2 – забойка; 3 – запирающий заряд взрывчатого вещества (верхний заряд); 4 – вода, содержащая поваренную соль; 5 – питающая канава; 6 – подогретая за счет солнечной энергии вода (теплоноситель); 7 – мерзлый массив горных пород; 8 – камуфлетный заряд взрывчатого вещества (нижний заряд); 9 – наклонный фильтрационный канал; 10 – камуфлетная полость; 11 – трещины камуфлетного взрыва; 12 – охлажденная дренажная вода; 13 – зона оттаивания горных пород; 14 – взрывные скважины.

Предлагаемый способ оттаивания мерзлых пород осуществляется следующим образом (см. чертеж): с помощью бульдозера удаляют почвенно-растительный слой, проходят питающую канаву 5 глубиной 0,50,7 м и на определенном расстоянии от нее – дренажную канаву 1 глубиной до коренных пород.

С помощью буровых станков в мерзлом массиве горных пород 7 бурят параллельно друг другу линейные ряды взрывных скважин 14 с увеличением их глубины в ряду и соответственно массы камуфлетного заряда взрывчатого вещества 8 в направлении от питающей 5 к дренажной канаве 1. Расстояние между взрывными скважинами в ряду и между рядами скважин определяют по известным формулам, исходя из условия, что оно не должно превышать размеров зоны трещинообразования 11, состоящей из камуфлетных полостей 10 и камуфлетных трещин зоны трещинообразования 11.

При подаче взрывного импульса вначале взрывается верхний (запирающий) заряд 3. При этом в устьевой части взрывных скважин 14 давление резко возрастает и создается эффект самозаклинивания. Увеличение массы заряда 8 в скважинах 14 по направлению к дренажной канаве 1 позволяет создать в массиве мерзлых горных пород 7 расширяющийся наклонный фильтрационный канал 9, многократно увеличивающий фильтрационный поток дренирующей воды 12, охлажденной в результате теплообмена.

Взрывные скважины 14 с камуфлетным зарядом взрывчатого вещества 8 можно залить на 2/3 части их глубины водой 4, в которую добавляют поваренную соль, что предотвращает замерзание воды в месте расположения зарядов. Выше уровня воды 4 размещают запирающий заряд взрывчатого вещества 3, а свободное пространство взрывных скважин 14 заполняют забойкой из буровой мелочи 2. Взрывание камуфлетных зарядов в ряду 8 производят с замедлением в направлении от питающей канавы 5 к дренажной 1.

Подогретая за счет солнечной энергии вода 6 движется самотеком из вышерасположенного отстойника в питающую канаву 5 и далее дренирует за счет сил гравитации по расширяющемуся наклонному фильтрационному каналу 9 в дренажную канаву 1 и обеспечивает путем кондуктивно-конвективного теплообмена фазовый переход горных пород из мерзлого 7 состояния в талое 13.

Источником тепла предлагаемого способа оттаивания мерзлых пород 7 служит вода, поступающая из вышерасположенного отстойника 6, подогретая за счет солнечной радиации и тепла атмосферного воздуха в течение всего периода положительных среднесуточных температур воздуха. Процесс оттаивания мерзлых горных пород 7 вокруг расширяющегося наклонного фильтрационного канала 9 происходит путем кондуктивно-конвективного теплообмена между теплоносителем 6 (нагретая за счет солнечной энергии вода) и мерзлыми горными породами 7. При увеличении коэффициента фильтрации, повышении теплопроводности и уменьшении льдистости горных пород, а также при повышении температуры подаваемой в питающую канаву 5 воды 6, скорость оттаивания мерзлых пород возрастает многократно.

Предлагаемый способ оттаивания мерзлых пород позволяет существенно снизить себестоимость оттаивания мерзлых пород за счет исключения затрат на создание оросительных канав и повышения эффективности оттаивания мерзлых пород за счет создания наклонного фильтрационного канала в массиве.

Формула изобретения

1. Способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, отличающийся тем, что на участке сооружают параллельные питающую и дренажную канавы, между ними пробуривают линейные ряды скважин, размещают в нижних и верхних частях скважин рассредоточенные заряды ВВ, при этом глубину скважин и, соответственно, массу зарядов ВВ увеличивают в направлении от питающей к дренажной канаве, производят взрывание зарядов ВВ с замедлением от верхнего заряда к нижнему и с замедлением в направлении от питающей канавы к дренажной, создавая тем самым наклонные фильтрационные каналы в массиве мерзлых горных пород и обеспечивая оттаивание пород путем движения подогретой за счет солнечной энергии воды через питающую канаву и фильтрационные каналы к мерзлым породам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважины перед размещением ВВ заливают на 2/3 глубины соляным раствором.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве соляного раствора используют раствор поваренной соли NaCl.

РИСУНКИ