способ оттаивания мерзлых горных пород

Формула изобретения

1. Способ оттаивания мерзлых горных пород, согласно которому удаляют почвенно-растительный слой на оттаиваемом участке, возводят водоподпорную дамбу, заливают участок слоем воды и отводят воду за пределы участка, отличающийся тем, что на участке бурят ряды скважин, между которыми укладывают водосбросную трубу, один конец которой закрывают заглушкой, а на другом конце устанавливают задвижку и водосливной патрубок, при этом в скважинах устанавливают водозаборные патрубки, которые перфорируют на отрезке длиной 0,5...1,0 м со стороны забоя скважин отверстиями диаметром 0,01...0,02 м и с помощью соединительных муфт присоединяют к водосбросной трубе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважинах создают турбулентное движение потока воды с помощью металлических пластин, приваренных к водозаборным патрубкам в призабойной части скважин под острым углом 30...45° по направлению движения потока воды.

Описание изобретения к патенту

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

Известен взрывогидравлический способ фильтрационно-дренажного оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя, бурение скважин, строительство системы оросительных, питающих и дренажных канав, создание камуфлетных полостей и фильтрационных каналов в мерзлом массиве путем одновременного камуфлетного взрывания зарядов ВВ линейного ряда скважин (см. Рашкин А.В., Субботин Ю.В., Абалаков B.C. Исследование взрывогидравлического способа оттаивания мерзлых дражных полигонов // В кн.: Разработка месторождений полезных ископаемых Сибири и Северо-Востока. - Иркутск, 1980. - С.91-99).

Недостатком этого способа является сложность технологии, высокая трудоемкость работ (проведение системы дренажных, оросительных и питающих канав, взрывание зарядов ВВ), недостаточная эффективность из-за возможного перемерзания фильтрационных каналов при некачественном взрываний, так как теплоноситель - подогретая за счет солнечной энергии вода - подается в фильтрационный канал только через питающую скважину.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оттаивания мерзлых пород, согласно которому удаляют почвенно-растительный слой на оттаиваемом участке, возводят водоподпорную дамбу, заливают участок слоем воды и отводят воду за пределы участка (см. а.с. №1645526, B.C.Таюрский и др., 30.04.1991, 2с.).

Недостатком этого способа является также низкая эффективность оттаивания мерзлых горных пород, особенно суглинистых, супесчаных, которые характеризуются низким коэффициентом фильтрации, менее 50 м/сут.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оттаивания.

Результат достигается тем, что в способе оттаивания мерзлых горных пород, включающем удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, возведение водоподпорной дамбы, заливание участка слоем воды и отведение воды за пределы участка, дополнительно бурят ряды скважины, между которыми укладывают водосбросную трубу, один конец которой закрывают заглушкой, а на другом конце устанавливают задвижку и водосливной патрубок, при этом в скважинах устанавливают водозаборные патрубки, которые перфорируют на отрезке длиной 0,5...1,0 м со стороны забоя скважин отверстиями диаметром 0,01...0,02 м и с помощью соединительных муфт присоединяют к водосбросной трубе. Результат также достигается тем, что в скважинах создают турбулентный поток воды за счет металлических пластин, которые приваривают к водозаборным патрубкам под острым углом (30...45°) по направлению движения воды в скважинах.

Особенность способа заключается в том, что водозаборные патрубки и водосбросная труба обеспечивают естественное удаление охлажденной воды из забоя скважин, а также создают приток в скважины нагретой за счет солнечной энергии воды, поступающей из слоя на затопленном участке.

Предлагаемый способ оттаивания позволяет увеличить скорость оттаивания (до 20 м/сезон) мерзлых суглинистых, супесчаных горных пород с коэффициентом фильтрации менее 50 м/сут за счет многократно возросшего кондуктивно-конвективного теплообмена и обеспечения непрерывного естественного (создаваемого силами гравитации) движения теплоносителя (воды) по скважинам, а также существенно снизить себестоимость оттаивания мерзлых пород.

На чертеже изображен способ оттаивания мерзлых пород, где 1 - слой подогретой за счет солнечной энергии воды (теплоноситель); 2 - водоподпорная дамба; 3 - скважина; 4 - мерзлый массив; 5 - водосливной патрубок; 6 - водосбросная труба; 7 - водозаборный патрубок; 8 - задвижка (вентиль); 9 - направление движения воды-теплоносителя; 10 - направление движения охлажденной воды; 11 - металлические пластины; 12 - заглушка.

Предлагаемый способ оттаивания мерзлых пород осуществляется следующим образом (см. чертеж): с помощью бульдозера удаляют почвенно-растительный слой и с помощью буровых станков в мерзлом массиве горных пород 4 бурят скважины 3. На поверхности оттаиваемого участка между рядами скважин 3 укладывают водосбросную трубу 6, один конец которой закрывают заглушкой 12, а на другом конце устанавливают задвижку (вентиль) 8 и водосливной патрубок 5. В скважины 3 устанавливают водозаборные патрубки 7, к которым с внешней стороны по периметру приваривают металлические пластины 11 шириной 0,02...0,03 м на расстоянии 0,2...0,3 м друг от друга. Один конец водозаборного патрубка 7 со стороны забоя скважин перфорируют на отрезке длиной 0,5...1,0 м отверстиями диаметром 0,01...0,02 м, другой конец с помощью соединительных муфт присоединяют к водосбросной трубе 6.

С помощью бульдозера сооружают водоподпорную дамбу 2 перпендикулярно водосбросной трубе 6 таким образом, чтобы вентиль 8 и водосливной патрубок 5 были расположены со стороны сухого откоса дамбы, после чего оттаиваемый участок заливают слоем воды 1 (слой воды может достигать 10 м, в зависимости от высоты водоподпорной дамбы 2). При этом обеспечивают самотечное движение воды (приток 9 в скважины воды подогретой за счет солнечной энергии и отток 10 охлажденной воды из забоев скважин), которое происходит за счет сил гравитации - давления, создаваемого перепадом уровней воды на подтопляемом участке и на выходе охлажденной воды из водосливного патрубка 5. Расход воды-теплоносителя регулируется с помощью задвижки (вентиля) 8.

Источником тепла предлагаемого способа оттаивания мерзлых пород 4 служит вода рек и водоемов 1, подогретая за счет солнечной радиации и тепла атмосферного воздуха в течение всего периода положительных среднесуточных температур воздуха. Процесс оттаивания мерзлых горных пород вокруг скважин 3 происходит путем кондуктивно-конвективного теплообмена между теплоносителем 1 (нагретая за счет солнечной энергии вода) и мерзлыми горными породами 4. Металлические пластины 11 на водозаборных патрубках 7 повышают эффективность оттаивания мерзлых горных пород 4 путем изменения ламинарного потока движения воды в скважинах на турбулентный.

При увеличении коэффициента фильтрации, повышении теплопроводности и уменьшении льдистости горных пород, а также при повышении температуры и удельного расхода подаваемой в скважины воды скорость оттаивания мерзлых пород возрастает многократно.

Способ оттаивания мерзлых горных пород основан на принципе противотока движения охлажденной воды по трубам 10, а подогретой 9 - по скважинам. Применение предлагаемого способа оттаивания позволяет обеспечить: увеличение скорости оттаивания (до 20 м/сезон) мерзлых пород и снижение материальных, энергетических затрат на оттаивание мерзлого массива в 2...3 раза по сравнению с гидроигловой оттайкой.