УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА И ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ В МЕРЗЛЫХ СЫПУЧИХ ГЕОМАТЕРИАЛАХ

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при физическом моделировании процессов тепломассопереноса и льдообразования в очистном блоке мерзлотных горизонтов рудников криолитозоны при прохождении (фильтрации) вентиляционного воздуха через навал отбитой замагазинированной мерзлой руды с целью разработки превентивных мероприятий по предотвращению ее смерзания.
Известно инструментальное оборудование, используемое при исследовании формирования фазового состава воды в мерзлых породах [1], но оно неприменимо для исследований процесса тепломассопереноса в некотором объеме грунтов.
Известен способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах [2]. Для реализации способа была разработана установка, состоящая из камеры для размещения исследуемого образца грунта, которая снабжена теплозащитным кожухом, охлаждающим устройством, криостатом и датчиками для замеров температуры и теплового потока (прототип).
Вышеописанная установка не может использоваться для исследований процессов тепломассопереноса в мерзлых геоматериалах, так как не обладает универсальностью и пригодна только для исследований процессов кондуктивного теплообмена.
Техническим результатом заявляемого технического решения является расширение диапазона регулирования климатических параметров при физическом моделировании процессов тепломассопереноса, что дает возможность имитации климатических условий, изменяющихся в течение календарного года. Это, в свою очередь, позволяет повысить достоверность моделирования процессов тепломассопереноса.
Для достижения данного технического результата разработана установка, включающая теплоизолированный корпус с размещенным в нем геоматериалом, устройства обеспечения охлаждения корпуса, измерения тепловых параметров геоматериала, измерения скорости фильтрации воздуха, при этом корпус установки выполнен в виде короба с отверстиями с противоположных его сторон, к корпусу с одной стороны дополнительно подсоединен всасывающий вентилятор, с противоположной стороны корпуса расположена соединенная с ним увлажняющая камера, снабженная устройствами замера и регулирования тепловых, влажностных и скоростных параметров воздуха, а устройство обеспечения охлаждения корпуса выполнено в виде наружного металлического кожуха с возможностью создания в нем зоны отрицательных температур. Корпус выполнен сборно-разборным.
Сопоставительный анализ отличительных признаков заявляемой модели с признаками прототипа свидетельствует о соответствии ее критерию «новизна», а совокупность признаков заявляемой полезной модели обеспечивает достижение указанного выше технического результата.
Сущность заявляемого технического решения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан поперечный разрез установки.
Установка включает корпус 1 с теплоизоляционным слоем 2, размещенный в наружном металлическом кожухе 3, для загрузки мерзлого зернистого геоматериала 4, всасывающий вентилятор 5, увлажняющую камеру 6, регулирующее и замерное устройство скорости воздушного потока 7, регулирующее и замерное устройство температуры воздушного потока 8, регулирующее и замерное устройство влажности воздушного потока 9.
Заявляемая установка работает следующим образом.
Вначале производится заполнение корпуса 1, защищенного слоем теплоизоляции 2 от внешних температурных и механических воздействий, исследуемым сыпучим геоматериалом 4, замороженным до определенной температуры. Затем корпус 1 с геоматериалом 4 помещается в наружный металлический кожух 3, выполняющий функции морозильной камеры и обеспечивающий стабильность условий проведения исследований.
С помощью всасывающего вентилятора 5 обеспечивается прохождение входящего вентиляционного потока через увлажняющую камеру 6, где происходит насыщение его влагой, и дальнейшее прохождение увлажненного воздушного потока через исследуемый геоматериал 4.
С помощью устройств 7, 8 и 9 выполняется регулирование и фиксирование, соответственно, скорости воздушного потока, его температуры и влажности.
Длительность экспериментального исследования может составлять от 6 до 120 часов. По окончании эксперимента форма с геоматериалом извлекается из морозильной камеры, разбирается, и смерзшийся геоматериал исследуется на выявление зон льдообразования, смерзшихся конгломераторов, образования инея в поровом пространстве. Кроме этого, отбираются пробы для лабораторных исследований.
В качестве геоматериала может быть использована реальная измельченная руда конкретного месторождения, тем самым повышается достоверность получаемых результатов.
Преимуществами предлагаемой установки являются:
- обеспечение ведения экспериментов на натуральных геоматериалах (рудах, породах) конкретного месторождения;
- обеспечение высокой идентичности всех тепломассообменных процессов, происходящих в очистных блоках рудников криолитозоны, характерных при отработке мерзлотных горизонтов;
- возможность пространственной ориентации формы (горизонтальное, вертикальное положение);
- простота конструкции, возможность многократного использования;
- возможность отбора образцов смерзшихся геоматериалов для проведения лабораторных исследований;
- высокая точность замеров и регулировки всех параметров.
Полученные при моделировании на заявляемой установке результаты могут быть использованы при расчетах оптимальных параметров температурного, влажностного и вентиляционного режимов для конкретного участка подземных горных работ, а так же при разработке превентивных мероприятий, предотвращающих смерзание отбитой руды в очистных блоках рудников криолитозоны и обеспечивающих тем самым стабильность процесса ее выпуска.
Источники информации
1. Акимова Ю.П. Формирование фазового состава воды в мерзлых породах. Автореферат дис. на соиск. учен. степени кандидата геолого-минералогических наук. Изд-во МГУ, 1979.
2. А.С. №934334 "Способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах", приоритет 30.04.1980, опубл. 07.06.1982, МПК G01N 25/04 (Прототип).