КОЛОНКА ДЛЯ ЗОНАЛЬНОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована для замораживания горных пород при строительстве подземных сооружений в сложных гидрогеологических условиях.
Известно устройство для замораживания грунтов при строительстве подземных сооружений, содержащее замораживающие колонки, каждая из которых содержит питающую и отводящую трубы, которые установлены в обсадной трубе, холодильную установку и систему циркуляции хладоносителя по замораживающим колонкам [1].
Недостатком данного устройства являются большие потери холода в нерабочей зоне колонки при зональном замораживании грунтов, что увеличивает сроки проведения работ по замораживанию грунтов и материальные затраты на строительство сооружений в целом.
Известна колонка для зонального замораживания горных пород, состоящая из коаксиально установленных обсадной, отводящей и питающей труб, кольца с конической наружной поверхностью, жестко закрепленного на отводящей трубе и взаимодействующего с внутренней поверхностью эластичного конусного уплотнителя. Уплотнитель спускают на заданную глубину на двух тросах с пригрузом в виде чугунных колец [2]. Эта колонка взята мною в качестве прототипа.
Недостатком этой колонки для зонального замораживания горных пород является то, что при перемещении эластичного уплотнителя посредством нанесения ударов по крышке колонны невозможно контролировать силу ударов. Превышение силы ударов расчетной нагрузке приводит к обрыву тросов, а следовательно, нарушается герметизация нерабочей зоны колонки.
Задачей полезной модели является уменьшение теплообмена между массивом горных пород и нерабочей зоной замораживающей колонки, что позволит сократить потери холода, уменьшить расход электроэнергии на создание ледопородного ограждения проектных размеров, а следовательно, уменьшить сроки замораживания горных пород и материальные затраты на строительство подземных сооружений в целом.
Это достигается тем, что колонка для зонального замораживания горных пород, содержащая, коаксиально установленные обсадную, отводящую и питающую трубы, кольцо, жестко закрепленное на внешней стороне отводящей трубы и взаимодействующее с эластичным уплотнителем, снабжена камерой, выполненной в виде усеченного конуса со сквозными отверстиями в основаниях для прохода обратного хладоносителя в затрубное пространство между питающей и отводящей трубами, при этом камера жестко соединена с питающей трубой в нижней ее части, а эластичный уплотнитель размещен на отводящей трубе между кольцом и камерой. Кроме того, эластичный уплотнитель выполнен из водопоглощающего материала. Этот материал значительно увеличивает свой объем при смачивании, в результате достигается полное перекрытие нерабочей зоны колонки.
На фигуре изображено предложенное устройство.
Колонка для зонального замораживания горных пород состоит из коаксиально установленных обсадной, отводящей и питающей труб 1, 2,3 соответственно, кольца 4, жестко закрепленного на внешней стороне отводящей трубы 2 и взаимодействующего с эластичным уплотнителем 5, размещенным на отводящей трубе в нижней ее части, и камеры 6. Камера выполнена в виде усеченного конуса со сквозными отверстиями в основаниях для прохода обратного хладоносителя в межтрубное пространство между питающей и отводящей трубами. Далее хладоноситель поступает через патрубок 7 в рассольную сеть (на фигуре не показана). При этом камера жестко соединена с питающей трубой 3 в нижней ее части. Обсадная труба 1 имеет коническое днище, а на конце питающей трубы 3 установлена насадка 8 с боковыми отверстиями. Продольное перемещение отводящей трубы 2 осуществляют посредством, например, автокрана.
Верхняя часть замораживающей колонки оборудована инвентарной головкой известной конструкции.
Монтаж колонки производят следующим образом.
Обсадную трубу 1 спускают в ранее пробуренную скважину с последующим ее наращиванием посредством известных технических средств. Затем спускают питающую трубу с камерой 6 и насадкой 8. После этого спускают в межтрубное пространство отводящую трубу 2 с кольцом 4 и эластичным уплотнителем, надетым на нее с натягом, достаточным для удержания его на этой трубе при спуске в межтрубном пространстве. Наращивание отводящей и питающей труб осуществляют аналогично наращиванию обсадных труб. Колонка работает по прямоточной схеме. Взаимодействие кольца 4 и эластичного уплотнителя 5 обеспечивает надежную герметизацию межтрубного пространства между обсадной и отводящей трубами.
Промышленные испытания описанной конструкции замораживающей колонки при строительстве наклонного ствола шахты «Заполярная» ОАО Воркутауголь показали, что теплообмен межу массивом грунта и нерабочей зоной замораживающей колонки уменьшился в 2 раза, что позволило уменьшить потери холода и затраты на электроэнергию, а также сократить сроки создания ледопородного ограждения. Экономический эффект от использования данной полезной модели в условиях Воркуты составил более 25 млн. рублей.
Источники информации:
1. М. Шуплик М.Н., Месхидзе Я.М., Королев И.О., и др. Строительство подземных сооружений. Справочное пособие. М. Недра, 1990, с.132-200.
2. А.с. СССР №846735 по кл. Е21D 1/14, Бюл. №26, 1981 (прототип).