RU2123117C1

RU2123117C1 - Device for prevention of ice formation in vehicular traffic tunnel

Info

Publication number: RU2123117C1
Application number: RU97109560A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Гендлер; В.А. Макаров; В.П. Лексин
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им.Г.В.Плеханова (технический университет)
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: mining; heat protection of workings from formation of ice. SUBSTANCE: device consists of reinforcing fabric suspended from support and heating system of conductors and electric cells. Heating elements are made of several turns of flexible heating cable. Each strand of turn has length corresponding to height of heated section. Distance between separate strands reduces proportional to square of the distance measuring from line passing through center to heated section. Turns of heating cable may be covered with heat-insulating shield attached to tunnel walls by pressing fasteners. Heat-insulating shield has narrowing lower part lowered into water-discharge trough. EFFECT: higher efficiency of heat protection of rock and support structural members. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для тепловой защиты конструктивных элементов горных выработок от образования льда. The invention relates to the field of mining and can be used for thermal protection of structural elements of mine workings from ice formation.

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. A known method of thermal insulation of mine workings (ed. St. USSR N 205779, class E 21 F 3/00, 1967), which consists in the formation between the surface of rocks and cold air moving along the mine workings, a static air layer due to the strengthening on the inside side of the lining elements of the polymer film.

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.The disadvantages of this method include:
1. An increase in the equivalent coefficient of thermal conductivity of the air filling the space between the rock surface and the plastic film, with significant temperature differences between the air in the mine and the rock surface. This leads to a rapid loss of the thermal insulation properties of the static air layers and the formation of ice on the rock surface.

2. Невысокую прочность полимерной пленки, что в условиях транспортных тоннелей может привести к ее разрыву и полной потерей теплоизоляцией своих свойств. 2. The low strength of the polymer film, which in the conditions of transport tunnels can lead to its rupture and a complete loss of thermal insulation of their properties.

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. A known method of thermal insulation of heated mine workings (ed. St. USSR N 1168720, class E 21 D 11/10, 1985), including filling the space between the side of the mine and the polymer film with a water-saturated elastic porous material with certain values of active porosity and pore diameter.

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. The disadvantages of this method include the fact that the period during which the water-saturated porous layer will play the role of thermal insulation, i.e. protect the surface of the lining from cooling to a negative temperature, limited by the time of freezing of the porous layer over the entire thickness. In a harsh climate, this time does not exceed 1.5-2 months.

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. A known method for the prevention of icing (US Pat. Nos. 50-24776, class E 21 21 D 11/00, 1978), which provides for the installation on the inner surface of the lining of corrugated waterproof shields made of solid synthetic material or synthetic resins and heat-insulated foam plastic that are bolted to the lining. The hollows of the corrugated sheets are simultaneously channels through which water penetrating through the lining is discharged into the tunnel tray.

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. The disadvantages of this method are that in a harsh climate, a layer of foamed plastic deposited on the surface of corrugated panels quickly loses its heat-insulating properties, which leads to freezing of the water filtered through channels formed between the rocks and the boards, and, as a result, development of the process of ice formation.

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. A device is known for preventing ice formation in tunnels (Norwegian patent N 126749, class E 01 G 5/10, 1971), adopted as a prototype consisting of mesh cladding suspended from a roof support and a heating system of electrical conductors and heating elements.

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. The disadvantages of this device include the relatively low efficiency of thermal protection of the rock surface, which is associated with both the uniform distribution of heating elements across the width of the surface protected from ice formation and significant losses of heat from heating elements in the surrounding air.

Задачей данного устройства является повышение эффективности тепловой защиты горных пород и конструктивных элементов крепи. The objective of this device is to increase the efficiency of thermal protection of rocks and structural elements of the lining.

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. The problem is solved in that the heating elements are made of several turns of a flexible heating cable, each of which has a length corresponding to the height of the heated section, and the distances between the individual threads are reduced in proportion to the square of the distance counted from the line passing through the center of the heated section. In addition, the heating elements are covered with a heat shield that is attached to the tunnel wall with clamping devices, and its lower part is made narrowed and lowered into the drainage stream.

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. The uneven arrangement of the heating elements over the area of the heated area is due to the fact that the loss of heat in the massif depends on its width. In the central part of the heated area they are minimal, and at the edges they are maximum. In this regard, the power of the heating elements should be at the edges of the maximum, and in the center of the minimum. This is precisely what is achieved by a denser arrangement of the heating elements along the edges of the heated section. As calculations show, the necessary condition can be provided when the distance between the individual parts (threads) of the heating elements (heating cable) decreases in proportion to the square of the distance counted from the line passing in the center of the heated section.

В свою очередь прижимные устройства обеспечивают возможность быстрого демонтажа устройства при необходимости его перемещения в другое место или ремонта. In turn, the clamping devices provide the ability to quickly dismantle the device if it is necessary to move it to another place or repair.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - вид устройства в разрезе. Figure 1 shows a General view of the device; figure 2 is a sectional view of the device.

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. A device for preventing the formation of ice in transport tunnels contains 1 - heat shield made of foamed polyethylene; 2 - flexible heating cable; 3 - reinforcing mesh; 4 - power cable for the heating cable; 5 - junction box; 6 - power and control cabinet located in the niche of the tunnel; 7 - temperature sensor of the temperature control system of power consumption; 8 - measuring cable connecting the sensor 7 to the temperature control system located in the power and control cabinet 6; 9 - alarm board; 10 - a device for clamping a heat-insulating screen to the wall of the tunnel; 11 - drainage tray.

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. The device is installed as follows: a reinforcing mesh 3 is superimposed on a portion of the surface of the wall or arch of the tunnel down from the leak, and fixed to the wall (arch) with brackets and dowels. On the reinforcing mesh 3 in the form of turns, the heating cable 2 is laid and fixed so that the distance between its individual threads of the coil decreases in proportion to the square of the distance counted from the line passing through the center of the device. The free ends of the heating cable 2 are laid (without fastening) vertically down along the tunnel wall to the soil level and displayed in the drain tray 11 for subsequent connection to the junction box 5. Near the leak, the temperature sensor 7 of the temperature control system is attached to the reinforcing mesh, and the measuring cable 8 from the sensor 7 is laid along the wall of the tunnel down to the soil and through the drainage tray 11 is displayed on the wall of the tunnel and then extends to the power supply and control cabinet 6. From the junction box 5 a power cable 4 is laid to the power and control cabinet 6 to supply voltage to the heating cable 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.Drill holes are drilled along the contour of the reinforcing mesh and anchors are mounted on which a heat shield 1 and clamping devices 10, for example, a wedge type, are put on. By turning the clamping device 10 through 180 ^o achieve tight pressure heat shield 1 to the surface of the tunnel.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

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.When lowering the air temperature between the heat shield 1 and the surface of the wall (arch) of the tunnel below the minimum allowable value (for example, +2 ^o C), the temperature sensor 7 through the temperature control system located in the power and control cabinet 6, brings the heating system to working condition. A voltage is applied to the junction box 5, which is transmitted to the heating cable 2, as a result of which it begins to generate heat. At the same time, voltage is supplied to the signal board 9, which fixes the beginning of the heating system. When the air temperature between the heat shield 2 and the wall of the temperature tunnel is reached, at which the formation of ice is guaranteed, the temperature control system using the temperature sensor 7 turns off the power supplied to the heating cable, which is fixed by a signal board 9, which turns off.

Вода из течи, фильтруясь по поверхности стенки тоннеля, через нижнюю суженную часть устройства попадает в водоотводный лоток 11 и выводится из тоннеля. Water from the leak, filtered along the surface of the wall of the tunnel, through the lower narrowed part of the device enters the drainage tray 11 and is removed from the tunnel.

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. The use of the proposed device avoids the formation of ice when water gets into the tunnel, reduces energy costs and makes it possible to simplify the technology of dismantling the device in case of malfunction or the need to move to another place.

Claims

1. A device for preventing the formation of ice in tunnels, consisting of a reinforcing mesh suspended on the lining, and a heating system of electrical conductors and elements, characterized in that the heating elements are made of several turns of a flexible heating cable, each of which has a length of turn, corresponding to the height of the heated section, and the distances between the individual threads are reduced in proportion to the square of the distance measured from the line passing through the center of the heated part.

2. The device according to claim 1, characterized in that the turns of the heating cable are covered by clamping devices attached to the walls of the tunnel with a heat shield with a narrowed lower part, lowered into the drainage tray.