устройство для предупреждения образования льда в транспортных тоннелях

Формула изобретения

1. Устройство для предупреждения образования льда в тоннелях, состоящее из арматурной сетки, подвешенной на крепи, и нагревательной системы из электрических проводников и элементов, отличающееся тем, что нагревательные элементы выполнены из нескольких витков гибкого нагревательного кабеля, причем каждая из ниток витка имеет протяженность, соответствующую высоте обогреваемого участка, а расстояния между отдельными нитками уменьшаются пропорционально квадрату расстояния, отсчитываемого от линии, проходящей через центр обогреваемого участка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что витки нагревательного кабеля накрыты прикрепленными к стенкам тоннеля прижимными устройствами теплозащитным экраном с суженной нижней частью, опущенной в водоотводный лоток.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для тепловой защиты конструктивных элементов горных выработок от образования льда.

Известен способ теплоизоляции горных выработок (авт.св. СССР N 205779, кл. E 21 F 3/00, 1967), заключающий в образовании между поверхностью горных пород и холодным воздухом, движущимся по горной выработки, статического воздушного слоя за счет укрепления на внутренней стороне элементов крепи полимерной пленки.

К недостаткам этого способа следует отнести:

1. Повышение эквивалентного коэффициента теплопроводности воздуха, заполняющего пространство между поверхностью горных пород и полиэтиленовой пленкой, при значительных разностях температур между воздухом в выработке и поверхностью пород. Это приводит к быстрой потере статическим воздушным слоям своих теплоизоляционных свойств и образованию льда на поверхности пород.

2. Невысокую прочность полимерной пленки, что в условиях транспортных тоннелей может привести к ее разрыву и полной потерей теплоизоляцией своих свойств.

Известен способ теплоизоляции обогреваемых горных выработок (авт.св. СССР N 1168720, кл. E 21 D 11/10, 1985), включающий заполнение пространства между бортом выработки и полимерной пленкой водонасыщенным эластичным пористым материалом с определенными значениями активной пористости и диаметра пор.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что период, в течение которого водонасыщенный пористый слой будет играть роль теплоизоляции, т.е. защищать поверхность крепи от охлаждения до отрицательной температуры, ограничен временем промерзания пористого слоя на всю толщину. В условиях же сурового климата это время не превышает 1,5-2 месяцев.

Известен способ для предупреждения обледенения (пат. Японии N 50-24776, кл. E 21 21 D 11/00, 1978), предусматривающий установку по внутренней поверхности обделки гофрированных водозащитных щитов, изготовленных из твердого синтетического материала или синтетических смол и утепленных напылением вспененной пластмассы, которые крепятся к обделке болтами. Впадины гофрированных листов одновременно являются каналами, по которым проникающая через обделку вода отводится в лоток тоннеля.

Недостатки этого способа связаны с тем, что в условиях сурового климата слой из вспененной пластмассы, нанесенный на поверхность гофрированных щитов, быстро теряет свои теплоизоляционные свойства, что приводит к замерзанию воды, фильтрующейся по образованным между породами и щитами каналами, и, как следствие, к развитию процесса наледеобразования.

Известно устройство для предупреждения образования льда в тоннелях (патент Норвегии N 126749, кл. E 01 G 5/10, 1971), принятое за прототип, состоящее из сетчатой облицовки, подвешенной к крепи и обогревательной системы из электрических проводников и обогревательных элементов.

К недостаткам данного устройства относится сравнительно невысокая эффективность тепловой защиты поверхности горных пород, что связано как с равномерным распределением нагревательных элементов по ширине поверхности, предохраняемой от образования льда, так и со значительными потерями теплоты от обогревательных элементов в окружающею воздушную среду.

Задачей данного устройства является повышение эффективности тепловой защиты горных пород и конструктивных элементов крепи.

Задача решается тем, что нагревательные элементы выполнены из нескольких витков гибкого нагревательного кабеля, каждая из ниток которого имеет протяженность, соответствующую высоте обогреваемого участка, а расстояния между отдельными нитками уменьшаются пропорционально квадрату расстояния, отсчитываемого от линии, проходящей через центр обогреваемого участка. Кроме того нагревательные элементы накрыты теплозащитным экраном, который крепится к стене тоннеля прижимными устройствами, причем его нижняя часть выполнена суженной и опущена в водоотводной поток.

Неравномерное расположение нагревательных элементов по площади обогреваемого участка связано с тем, что потери теплоты в горный массив зависят от его ширины. В центральной части обогреваемого участка они минимальны, а по краям - максимальны. В связи с этим, и мощность нагревательных элементов должна быть по краям максимальна, а в центре минимальна. Это, как раз, и достигается более плотным расположением нагревательных элементов по краям обогреваемого участка. Как показывают расчеты, необходимое условие может быть обеспечено, когда расстояние между отдельными частями (нитками) нагревательных элементов (греющего кабеля) уменьшается пропорционально квадрату расстояния, отсчитываемого от линии, проходящей в центре обогреваемого участка.

В свою очередь прижимные устройства обеспечивают возможность быстрого демонтажа устройства при необходимости его перемещения в другое место или ремонта.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - вид устройства в разрезе.

Устройство для предупреждения образования льда в транспортных тоннелях содержит 1 - теплозащитный экран, выполненный из вспененного полиэтилена; 2 - гибкий нагревательный кабель; 3 - арматурную сетку; 4 - кабель питания для нагревательного кабеля; 5 - коммутационную коробку; 6 - шкаф питания и управления, расположенный в нише тоннеля; 7 - датчик температуры системы терморегулирования потребляемой мощности; 8 - измерительный кабель, соединяющий датчик 7 с системой терморегулирования, находящейся в шкафу питания и управления 6; 9 - сигнализационное табло; 10 - устройство для прижима теплоизоляционного экрана к стенке тоннеля; 11 - водоотводной лоток.

Монтаж устройства осуществляется следующим образом: на участок поверхности стенки или свода тоннеля вниз от места течи накладывается арматурная сетка 3 и закрепляется на стенке (своде) с помощью скоб и дюбелей. На арматурную сетку 3 в виде витков укладывается нагревающий кабель 2 и закрепляется таким образом, чтобы расстояние между его отдельными нитками витка уменьшалось пропорционально квадрату расстояния, отсчитываемого от линии, проходящей через центр устройства. Свободные концы нагревающего кабеля 2 укладываются (без крепления) вертикально вниз вдоль стенки тоннеля до уровня почвы и выводятся в водоотводный лоток 11 для последующего присоединения к коммутационной коробке 5. Вблизи места течи прикрепляется к арматурной сетке температурный датчик 7 системы терморегулирования, а измерительный кабель 8 от датчика 7 прокладывается вдоль стенки тоннеля вниз до почвы и через водоотводный лоток 11 выводится на стенку тоннеля и далее протягивается до шкафа питания и управления 6. От коммутационной коробки 5 к шкафу питания и управления 6 прокладывается питающий кабель 4 для подачи напряжения на нагревающий кабель 2.

По контуру арматурной сетки осуществляется бурение шпуров и устанавливаются анкера, на которые надевается теплозащитный экран 1 и прижимные устройства 10, например клинового типа. Путем поворота прижимного устройства 10 на 180^o добиваются плотного прижатия теплозащитного экрана 1 к поверхности тоннеля.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При понижении температуры воздуха между теплозащитным экраном 1 и поверхностью стенки (свода) тоннеля ниже минимально-допустимой величины (например, +2^oC) датчик температуры 7 через систему терморегулирования, расположенную в шкафу питания и управления 6, приводит нагревательную систему в рабочее состояние. На коммутационную коробку 5 подается напряжение, которое передается нагревающему кабелю 2, в результате чего он начинает выделять теплоту. Одновременно напряжение поступает и на сигнальное табло 9, которое фиксирует начало работы нагревательной системы. При достижении температуры воздуха между теплозащитным экраном 2 и стенкой тоннеля температуры, при которой гарантируется отсутствие образования льда, терморегулирующая система с помощью датчика температуры 7 отключает питание, подаваемое на нагревающий кабель, что фиксируется сигнальным табло 9, которое выключается.

Вода из течи, фильтруясь по поверхности стенки тоннеля, через нижнюю суженную часть устройства попадает в водоотводный лоток 11 и выводится из тоннеля.

Применение предлагаемого устройства позволяет избежать образования льда при попадании воды в тоннель, приводит к сокращению энергетических затрат и дает возможность упростить технологию демонтажа устройства в случае его неисправности или необходимости перемещения в другое место.