RU2449089C1 - Method to prepare permafrost soil for development - Google Patents

Method to prepare permafrost soil for development Download PDF

Info

Publication number
RU2449089C1
RU2449089C1 RU2010150402/03A RU2010150402A RU2449089C1 RU 2449089 C1 RU2449089 C1 RU 2449089C1 RU 2010150402/03 A RU2010150402/03 A RU 2010150402/03A RU 2010150402 A RU2010150402 A RU 2010150402A RU 2449089 C1 RU2449089 C1 RU 2449089C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
water
permafrost
development
thawed
Prior art date
Application number
RU2010150402/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Георгиевич Косивцов (RU)
Юрий Георгиевич Косивцов
Владислав Валерьевич Гвоздев (RU)
Владислав Валерьевич Гвоздев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"
Priority to RU2010150402/03A priority Critical patent/RU2449089C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2449089C1 publication Critical patent/RU2449089C1/en

Links

Landscapes

  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

FIELD: construction, road engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of earth works production in stripping works, digging pits and trenches under permafrost soil condition. The method to prepare permafrost soil for development is realised by water distribution along the surface of the unfrozen section. At the same time after natural thawing of soil to the depth of 0.15-0.20 m the thawed soil is removed, to form a "trough", and running water is sent into it along the surface of the frozen section with a flow rate of 5-10 l/m2 of the surface per hour. At the same time preparation of permafrost soil is carried out in summer period at the air temperature of more than 0°C and water temperature of at least +1°C.
EFFECT: higher efficiency of permafrost soils unfreezing.
2 cl

Description

Изобретение относится к области производства земляных работ при вскрышных работах, рытье котлованов и траншей в условиях вечномерзлого состояния грунта.The invention relates to the field of excavation during stripping, digging pits and trenches in the conditions of permafrost soil.

Известен способ гидравлического оттаивания мерзлых пород, включающий удаление почвенно-растительного слоя на оттаиваемом участке, на котором затем сооружают питающую и дренажную канавы, пробуривают между ними скважины, заливают в них водный раствор NaCl, закладывают в них заряды взрывчатого вещества, производят взрывание и получают наклонные фильтрационные каналы, по которым от питающей к дренажной канаве пропускают подогретую за счет солнечной энергии воду, и таким путем размораживают мерзлую породу (RU №2380488, E02F 5/30, F42D 99/00, 2010 г.).A known method of hydraulic thawing of frozen rocks, including the removal of the soil and plant layer in the thawed area, which then build the feed and drainage ditches, drill holes between them, fill them with an aqueous solution of NaCl, lay explosive charges in them, produce an explosion and get oblique filtration channels through which water heated by solar energy is passed from the supply to the drainage ditch, and the frozen rock is thawed in this way (RU No. 2380488, E02F 5/30, F42D 99/00, 2010).

Недостатком известного способа является сложность технологии подготовки грунта к оттаиванию, высокая трудоемкость и стоимость работ (устройство глубокой дренажной канавы в мерзлом грунте, бурение скважин, приготовление соляного раствора, закладка зарядов, затраты на ВВ, NaCl, эксплуатацию бурового оборудования и др.).The disadvantage of this method is the complexity of the technology of preparing the soil for thawing, the high complexity and cost of work (the installation of a deep drainage ditch in frozen soil, drilling wells, preparing saline, laying charges, the cost of explosives, NaCl, the operation of drilling equipment, etc.).

Прототипом заявляемого изобретения является способ подготовки мерзлого грунта к разработке путем распределения воды на поверхности грунта под снеговой покров, предварительно разделив подлежащий размораживанию участок на параллельные горизонтальные полосы шириной 10-15 м, а с низовой стороны каждую полосу ограничивают валиком уплотненного снега высотой 0,2-0,4 м. Каждую полосу разделяют в поперечном направлении на захватки, соответствующие суточной производительности землеройной машины. С верховой стороны заливают холодную воду (с температурой +10-0°С). Через 1-4 суток снег с поверхности подготовленного участка счищают бульдозером и производят разработку грунта землеройной машиной. Размораживание мерзлого грунта и его переход из твердомерзлого в мерзлопластичное состояние происходит за счет явления скрытой теплоты льдообразования, происходящей при 0°С при фазовом переходе воды в лед с выделением 1 кг воды при замерзании примерно 335 кДж тепла, которое тем в большем количестве передается грунту, чем толще снеговой покров на размораживаемом участке (SU №503004, МПК Е02D 3/10, 1976 г.).The prototype of the claimed invention is a method of preparing frozen soil for development by distributing water on the soil surface under a snow cover, after dividing the area to be thawed into parallel horizontal strips 10-15 m wide, and on the lower side each strip is limited by a compacted snow roll of 0.2- 0.4 m. Each strip is divided in the transverse direction into grips corresponding to the daily productivity of the earth-moving machine. Cold water is poured from the top side (with a temperature of + 10-0 ° C). After 1-4 days, snow from the surface of the prepared area is cleaned with a bulldozer and soil is excavated by an earth moving machine. Thawing of frozen soil and its transition from hard-frozen to frozen-plastic state occurs due to the phenomenon of latent heat of ice formation occurring at 0 ° С during the phase transition of water to ice with the release of 1 kg of water during freezing of about 335 kJ of heat, which is transferred to the soil in large quantities. the thicker the snow cover in the defrosted area (SU No. 503004, IPC E02D 3/10, 1976).

Недостатком известного способа является его низкая эффективность из-за недостаточности теплоты льдообразования находящегося в статическом состоянии небольшого по толщине слоя воды (до 0,1 м на горизонтальной поверхности), залитой и выдерживаемой до замерзания, а повышение слоя воды технически осложнено из-за трудностей ее удержания от растекания. К тому же вечномерзлые грунты содержат много льда и имеют в несколько раз более низкую температуру, чем грунты сезонного промерзания, поэтому технически возможное последовательное размораживание вечномерзлого грунта тонкими слоями с удалением размороженного грунта длительно и нетехнологично.The disadvantage of this method is its low efficiency due to the insufficient heat of ice formation, which is in a static state, a small layer of water thickness (up to 0.1 m on a horizontal surface), flooded and withstand until freezing, and increasing the water layer is technically complicated due to its difficulties retention from spreading. In addition, permafrost soils contain a lot of ice and have several times lower temperature than seasonal freezing soils, therefore technically possible sequential thawing of permafrost soil in thin layers with the removal of thawed soil is long and not technologically advanced.

Задачей изобретения является упрощение технологии и организации работ по размораживанию вечномерзлого грунта и снижение их стоимости.The objective of the invention is to simplify the technology and organization of work on the thawing of permafrost soil and reduce their cost.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности размораживания вечномерзлых грунтов.The technical result of the invention is to increase the efficiency of defrosting permafrost soils.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке путем распределения воды по поверхности размораживаемого участка, согласно изобретению, после естественного оттаивания грунта на глубину 0,15-0,20 м оттаявший грунт удаляют, с образованием «корыта», а в него по поверхности размораживаемого участка пускают проточную воду из расчета протекания 5÷10 л/м2 поверхности в час. При этом подготовку вечномерзлого грунта осуществляют при температуре воздуха выше 0°С и температуре воды не ниже +1°С. Размораживание вечномерзлого грунта может реализовываться только в летний период при устойчивой температуре воздуха выше 0°С и при температуре воды не ниже +1°С.The task and the technical result are achieved in that the method of preparing permafrost soil for development by distributing water on the surface of the defrosted area, according to the invention, after naturally thawing the soil to a depth of 0.15-0.20 m, the thawed soil is removed, with the formation of a “trough” and running water is let into it on the surface of the thawed area, taking into account the flow rate of 5 ÷ 10 l / m 2 of surface per hour. In this case, the preparation of permafrost soil is carried out at an air temperature above 0 ° C and a water temperature of at least + 1 ° C. Defrosting permafrost soil can be realized only in the summer period at a stable air temperature above 0 ° C and at a water temperature of at least + 1 ° C.

Эти условия связаны с тем, что при температуре воздуха 0°С и ниже вода может остыть до 0°С и растерять часть скрытой теплоты льдообразования, а минимально допустимая температура воды +1°С гарантирует, что вода обладает полным потенциалом скрытой теплоты льдообразования.These conditions are related to the fact that at an air temperature of 0 ° C and lower, water can cool to 0 ° C and lose part of the latent heat of ice formation, and the minimum allowable water temperature + 1 ° C ensures that the water has the full potential of the latent heat of ice formation.

Требование естественного оттаивания грунта на 0,15-0,20 м обусловлено необходимостью получения «корыта» после удаления этого слоя грунта бульдозерами для получения достаточного углубления над размораживаемым участком для пропуска по нему проточной воды. Распределение по участку проточной воды обеспечивает сначала ее охлаждение до 0°С с последующей постоянной отдачей мерзлому грунту протекающей водой части скрытой теплоты льдообразования. При этом, если объем протекающей воды будет меньше 5 л/час на один м2 поверхности, то из-за неоднородности потока воды над отдельными частями участка и существенному замедлению протекания воды вплоть до ее застоя, глубина размораживания грунта получается незначительной, что свидетельствует об исчерпании потенциала скрытой теплоты льдообразования медленно протекающей водой, а потому и снижению темпа размораживания грунта. При протекании воды в большем объеме чем 10 л/час на каждом 1 м2 поверхности участка, существенно снижается доля отдаваемой водой мерзлому грунту скрытой теплоты льдообразования, поэтому повышение расхода воды сверх указанного объема на участках небольшой длины не приводит к ускорению темпа размораживания грунта и является нецелесообразным.The requirement of natural thawing of the soil by 0.15-0.20 m is due to the need to obtain a “trough” after removing this soil layer with bulldozers to obtain a sufficient recess above the defrosted area to allow flowing water through it. Distribution of the running water over the site ensures first its cooling to 0 ° C, followed by the constant return to the frozen ground of the latent water of the latent heat of ice formation. At the same time, if the volume of flowing water is less than 5 l / h on one m 2 of the surface, then due to the heterogeneity of the water flow over individual parts of the site and a significant slowdown in the flow of water up to its stagnation, the depth of thawing of the soil is insignificant, which indicates the exhaustion potential of latent heat of ice formation by slowly flowing water, and therefore, a decrease in the rate of soil thawing. When water flows in a larger volume than 10 l / h on each 1 m 2 of the plot surface, the fraction of latent heat of ice formation given to frozen soil significantly decreases, therefore, an increase in water flow over the indicated volume in small sections does not accelerate the rate of soil defrosting and is impractical.

Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке осуществлялся следующим образом.The method of preparing permafrost soil for development was carried out as follows.

Экспериментальная подготовка вечномерзлого грунта к разработке путем его размораживания была начата в первой половине июня 2010 года, приблизительно в 1100 км северо-восточнее Якутска в районе населенного пункта Усть-Нера. Естественное оттаивание вечномерзлого грунта (водонасыщенная смесь песка, гравия и крупнообломочных пород) к этому времени составило около 0,2 м. Оттаявший грунт был удален бульдозерами с последовательно расположенных трех участков-захваток размерами каждая 300×300 м, а в полученные углубления «корыта» по прорытой канаве от реки Нера была пущена по имеющемуся небольшому уклону самотеком проточная вода с температурой около +1 - +3°С при переменной среднесуточной температуре воздуха в пределах +5 - +10°С. По длине участков и в конце последнего участка после переполнения корыта протекшая по ним вода выливалась и по естественному уклону стекала в основном в реку Нера. Темп протекания воды в разных частях участков был различный, но в основном находился в пределах 5-10 л/час на 1 м2 поверхности. В результате применения этой технологии через 14 суток вечномерзлый грунт был разморожен на глубину 1,5 м с темпом примерно, 0,1 м/сутки в объеме 410 тысяч кубометров. Размораживание вечномерзлого грунта на такую глубину за это время произошло главным образом за счет скрытой теплоты льдообразования воды после ее охлаждения до 0°С и дальнейшего протекания над размораживаемым участком с отдачей значительной части этой теплоты грунту.The experimental preparation of permafrost soil for development by thawing it began in the first half of June 2010, approximately 1100 km northeast of Yakutsk in the area of the Ust-Nera settlement. The natural thawing of permafrost soil (a water-saturated mixture of sand, gravel and coarse rocks) at that time was about 0.2 m. Thawed soil was removed with bulldozers from three successive sections of grips each 300 × 300 m in size, and “troughs” into the resulting recesses along a dug ditch from the Nera River, running water with a temperature of about +1 - + 3 ° С with a varying average daily air temperature in the range +5 - + 10 ° С was launched by gravity along the existing small slope. Along the length of the plots and at the end of the last plot after overflowing the trough, the water flowing along them poured out and flowed along the natural slope mainly into the Nera River. The rate of water flow in different parts of the plots was different, but was mainly in the range of 5-10 l / h per 1 m 2 of surface. As a result of applying this technology, after 14 days, permafrost soil was thawed to a depth of 1.5 m at a rate of about 0.1 m / day in the amount of 410 thousand cubic meters. The thawing of permafrost soil to such a depth during this time occurred mainly due to the latent heat of ice formation of water after its cooling to 0 ° C and further flow over the defrosted area with the release of a significant part of this heat to the soil.

При необходимости дальнейшего размораживания грунта для разработки более глубоких выемок подачу воды прекращают, размороженный слой грунта разрабатывают, в образовавшийся котлован пускают воду и обеспечивают ее проточность, а после размораживания очередного слоя грунта подачу воды прекращают, воду из котлована удаляют, размороженный грунт разрабатывают, а далее порядок работы повторяется. В настоящее время предложенный способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке находится на стадии опытных испытаний.If it is necessary to further defrost the soil to develop deeper excavations, the water supply is stopped, the thawed soil layer is developed, water is let into the pit formed and its flow rate is provided, and after the thawing of the next soil layer, the water supply is stopped, water is removed from the pit, the thawed soil is developed, and then the procedure is repeated. Currently, the proposed method of preparing permafrost soil for development is at the stage of pilot testing.

Актуальность снижения энергетических и других материальных затрат при разработке таких грунтов обусловлена растущей необходимостью выполнения больших объемов вскрышных земляных работ при устройстве карьеров приисков по добыче цветных металлов и других полезных ископаемых, при строительстве комплекса сооружений для добычи, транспортировки, переработки газа, нефти, при прокладке магистральных трубопроводов и др. в условиях крайнего Севера и на других территориях, где вечномерзлые грунты могут залегать на многометровую глубину.The relevance of reducing energy and other material costs in the development of such soils is due to the growing need to carry out large volumes of overburden excavation works at the construction of opencast mines for the extraction of non-ferrous metals and other minerals, during the construction of a complex of facilities for the extraction, transportation, processing of gas, oil, and the laying of main pipelines, etc. in the conditions of the Far North and in other territories where permafrost soils can occur to a depth of many meters.

Claims (2)

1. Способ подготовки вечномерзлого грунта к разработке путем распределения воды по поверхности размораживаемого участка, отличающийся тем, что после естественного оттаивания грунта на глубину 0,15-0,20 м оттаявший грунт удаляют с образованием «корыта», а в него по поверхности размораживаемого участка пускают проточную воду из расчета протекания 5-10 л на 1 м2 поверхности в час.1. A method of preparing permafrost soil for development by distributing water over the surface of the defrosted area, characterized in that after naturally thawing the soil to a depth of 0.15-0.20 m, the thawed soil is removed with the formation of a “trough”, and into it along the surface of the defrosted area let running water at the rate of 5-10 liters per 1 m 2 surface per hour. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку вечномерзлого грунта осуществляют при температуре воздуха выше 0°С, а температура воды должна быть не ниже +1°С. 2. The method according to claim 1, characterized in that the preparation of permafrost soil is carried out at an air temperature above 0 ° C, and the water temperature should not be lower than + 1 ° C.
RU2010150402/03A 2010-12-08 2010-12-08 Method to prepare permafrost soil for development RU2449089C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010150402/03A RU2449089C1 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Method to prepare permafrost soil for development

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010150402/03A RU2449089C1 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Method to prepare permafrost soil for development

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2449089C1 true RU2449089C1 (en) 2012-04-27

Family

ID=46297526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010150402/03A RU2449089C1 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Method to prepare permafrost soil for development

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2449089C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU355310A1 (en) * Н. Новоселецкий , А. И. Приймак
SU145874A1 (en) * 1961-09-30 1961-11-30 В.Г. Гольдтман Method of hydraulic thawing of frozen soils
SU503004A1 (en) * 1974-02-21 1976-02-15 Новосибирский Инженерно-Строительный Институт Им. В.В.Куйбышева The method of preparation of frozen soil for development
SU620531A1 (en) * 1977-03-03 1978-08-25 Белгородский технологический институт строительных материалов Method of preparing frozen soil for excavation by digging machines
SU702128A1 (en) * 1973-12-24 1979-12-05 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов Method of thawing frozen soil
US4349010A (en) * 1979-11-14 1982-09-14 Bentham Thomas J Frost removal system
RU2276236C1 (en) * 2004-11-22 2006-05-10 Читинский государственный университет (ЧитГУ) Method for frozen rock and ground thawing
RU2380488C1 (en) * 2008-11-05 2010-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) Method of frozen rock hydraulic melting

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU355310A1 (en) * Н. Новоселецкий , А. И. Приймак
SU316818A1 (en) * А. В. Назаров, А. С. Соколов , М. С. Толоконникова Тульский политехнический институт METHOD FOR DETERMINING FROZEN GROUNDS
SU145874A1 (en) * 1961-09-30 1961-11-30 В.Г. Гольдтман Method of hydraulic thawing of frozen soils
SU702128A1 (en) * 1973-12-24 1979-12-05 Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов Method of thawing frozen soil
SU503004A1 (en) * 1974-02-21 1976-02-15 Новосибирский Инженерно-Строительный Институт Им. В.В.Куйбышева The method of preparation of frozen soil for development
SU620531A1 (en) * 1977-03-03 1978-08-25 Белгородский технологический институт строительных материалов Method of preparing frozen soil for excavation by digging machines
US4349010A (en) * 1979-11-14 1982-09-14 Bentham Thomas J Frost removal system
RU94007968A (en) * 1994-03-05 1995-11-10 Проектно-изыскательский институт "Красноярскгидропроект" Method of soil defrosting
RU2276236C1 (en) * 2004-11-22 2006-05-10 Читинский государственный университет (ЧитГУ) Method for frozen rock and ground thawing
RU2380488C1 (en) * 2008-11-05 2010-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) Method of frozen rock hydraulic melting

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alekseyev Cryogenesis and geodynamics of icing valleys
RU2679682C1 (en) Method of flooding cutover peats by supplying local water
CN108457280A (en) The new method on the artificial dry beach of Tailings Dam is built using cyclone heap in extremely frigid zones
Turcotte et al. Icing and aufeis in cold regions II: consequences and mitigation
CN114134877A (en) Treatment method for mining ground cracks of shallow coal seam in hilly area of hilly landform
RU2529197C1 (en) Drilling wastes underground burial
RU2449089C1 (en) Method to prepare permafrost soil for development
RU2416692C1 (en) Water engineering system on permafrost soils
CN1130712A (en) Drainage cut-off (deep ditch high-building method) drainage and supplying optimization combination for preventing and harnessing groud water
RU2386033C1 (en) Protection method of mine openings against water inrush from side of water course in conditions of permafrost
Carey Icing occurrence, control and prevention: an annotated bibliography
RU2418134C1 (en) Water-engineering system at watercourse of seasonal action under conditions of permafrost soils, cooling unit and method to operate water-engineering system
Zarovnyaev et al. Development of environmentally safe mining technologies taking into account thermomechanical conditions of the permafrost zone
KR100563995B1 (en) Unstable ground base propulsion constructionCFT pipejacking and propulsion method and devices that use continuous freezing and thawing propulsion method of construcion
RU2640832C1 (en) Method for erecting earth dam
Reznik et al. Open Pit Mining Technologies for Watered Lignite Deposits in the Kansk—Achinsk Basin
Černoch et al. Preparations for remediation of a former surface mine–a technical reclamation area
RU2602460C1 (en) Method of melting of frozen rocks and soil
RU2785656C1 (en) Thaw-type embankment dam on a permafrost foundation
Duo et al. Technique of long-distance reclaiming of subsidence land with Yellow River sediments
RU2640278C1 (en) Method of water encroachment of peatbogs, preeminently of cutover peats
Péwé Permafrost—and its affects on human activities in arctic and subarctic regions
Cysewski et al. Pre-Thawing: From Mining to Civil Engineering; A Historical Perspective
Feulner Galleries and their use for development of shallow ground-water supplies, with special reference to Alaska
Andersland et al. Earthwork in cold regions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131209