SU1234640A2

SU1234640A2 - Freezing column

Info

Publication number: SU1234640A2
Application number: SU843827085A
Authority: SU
Inventors: Андрей Дмитриевич Савинов; Владимир Михайлович Варенышев; Олег Александрович Долгов; Владимир Прокофьевич Лукин
Original assignee: Московский Ордена Трудового Красного Знамени Горный Институт; Трест "Шахтспецстрой"
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-05-30

Description

Изобретение относитс к искусственному замораживанию горных пород при строительстве стволов шахт в сложных горно- и гидрогеологических услови х и может быть использовано при создании ледопородных лгражде- НИИ на большую глубину.The invention relates to the artificial freezing of rocks during the construction of mine shafts in difficult mining and hydrogeological conditions and can be used to create ice-breeding mili- ties of the Institute to a great depth.

Цель изобретени - повышение эффективности замораживани за счет более точного определени толщины ледопородного ограждени .The purpose of the invention is to increase the efficiency of freezing due to a more accurate determination of the thickness of the ice fence.

На чертеже изображена замораживающа колонка, продольный разрез, и условно показаны три сло замораживаемых горных пород.The drawing shows a freezing column, a longitudinal section, and conventionally shows three layers of frozen rocks.

На внешней поверхности питающей трубы 1, расположенной в замораживающей трубе 2, размещен слон 3 тепловой изол ции. Прибор 4 ультразвукового контрол расположен в питающей трубе 1 с возможностью перемещени его по глубине колонки. Датчики 5-tt установлены на внешней поверхности питающей трубы 1. Датчики 12-15 установлены на внешней поверхности сло 3 тепловой изол ции . При этом датчики 7,12 размещены на горизонте кровли сло 16 замораживаемой горной породы, датчики 8,13 размещены на горизонте кровли следуницего снизу сло 17 горной породы , датчики 9,14 размещены на горизонте кровли сло 18 горной породы , датчики 10,15 размещены на горизонте почвы сло 18 горной породы .On the outer surface of the supply pipe 1, located in the freezing pipe 2, is placed the elephant 3 thermal insulation. The ultrasonic control device 4 is located in the feed tube 1 with the possibility of moving it over the depth of the column. Sensors 5-tt are mounted on the outer surface of supply pipe 1. Sensors 12-15 are mounted on the outer surface of layer 3 of thermal insulation. At the same time, sensors 7, 12 are placed on the horizon of the roof of the layer 16 of frozen rock, sensors 8, 13 are placed on the horizon of the roof of the next layer below, layer 17 of the rock, sensors 9, 14 are placed on the horizon of the roof of layer 18 of rock, sensors 10, 15 are placed on soil horizon layer 18 rock formation.

На дневной поверхности в измерительной лаборатории установлены последовательно соединенные переключатель 19 датчиков, вторичньй измерительный преобразователь 20, запоминающий прибор 21, арифметически прибор 22, функциональный преобразо ватель 23. К переключателю 19 датчиков подсоединены датчики температуры 5-15.A sensor switch 19, a secondary measuring converter 20, a storage device 21, an arithmetically device 22, a functional converter 23 are installed on the day surface in the measuring laboratory. The temperature sensors 5-15 are connected to the switch 19 of sensors.

Там же установлен программно-временной прибор 24, который своими управл ющими выходами 25-30 соединен с переключателем 19 датчиков, вторичным измерительным преобразователем- 20, запоминающим прибором 21, арифметическим прибором 22,функциональным преобразователем 23 и ключевым выключателем 31 дл включени эталонного источника тепла 32.A software-time device 24 is also installed there, which by its control outputs 25-30 is connected to a switch 19 of sensors, a secondary measuring transducer-20, a storage device 21, an arithmetic device 22, a functional converter 23 and a key switch 31 for switching on a reference heat source 32 .

Переключатель 19 датчиков, вториный измерительный преобразователь19 sensor switch, secondary measuring transducer

3464034640

20, запоминающий прибор 21, арифметический прибор 22, функциональный преобразователь 23, программно-временной прибор 24 в совокупности20, a storage device 21, an arithmetic unit 22, a functional converter 23, a program-time instrument 24 in the aggregate

5 составл ют измерительное приспособление 33.5 constitute the measuring device 33.

Эталонный источник 32 тепла установлен внутри питающей трубы 1 между датчиками 5 и 6 температуры.The reference heat source 32 is installed inside the supply pipe 1 between the temperature sensors 5 and 6.

10 Наличие эталонного источника 32 тепла позвол ет регул рно измер ть комплексный параметр G теплового режима работы колонки, характеризующий величину мощности теплового10 The presence of a reference heat source 32 allows the complex parameter G of the thermal mode of the column to be measured regularly, which characterizes the magnitude of the thermal power.

15 потока, подводимого к циркулирую- щему хладоносителю, необходимую дл нагрева хладоносител на 1°С.. Этот параметр определ етс по формуле (1), полученной из уравнени 15 flow to the circulating coolant necessary to heat the coolant by 1 ° C. This parameter is determined by the formula (1) obtained from equation

20 теплового баланса участка питающей трубы 1, заключенного между датчиками 5 и 6 температуры пРИ включенном источнике 32 тепла:20 heat balance section of the supply pipe 1, enclosed between the sensors 5 and 6 temperature when the source of heat 32 is turned on:

2525

- Т) - T)

(1)(one)

00

5five

00

5five

где Gwhere g

- объемный расход хладоносител , м /с;- volumetric coolant flow rate, m / s;

С - удельна объемна теплоемкость хладоносител , Дж/м v°C;C is the specific volumetric heat capacity of the coolant, J / m v ° C;

Т - температура хладоносител в питающей трубе 1 источника 32 тепла, измер ема датчиком 5 температуры , С;T is the temperature of the coolant in the supply pipe 1 of the heat source 32, measured by the temperature sensor 5, C;

:Т - температура хладоносител в питающей трубе 1 ниже источника 32 тепла, измер ема датчиком 6 температуры, С; q - мощность теплового потока от эталонного источника 32 тепла к хладоносителю в питак цей трубе 1, Вт,: T is the coolant temperature in the supply pipe 1 below the heat source 32, measured by the temperature sensor 6, C; q is the heat flux from the reference source 32 of heat to the coolant in the pitka pipe 1, W,

Параметр G с использованием показаний датчиков 7-15 температуры, установленных на горизонтах почв и кровель слоев 16-18 замораживаемых горных пород, позвол ет определить по уравнению (2) теплового баланса дл участка замораживающей колонкиThe parameter G using the readings of the temperature sensors 7-15 set at the horizons of the soil and roofs of layers 16-18 of frozen rocks allows determining the heat balance for the section of the freezing column by equation (2)

мощность теплового потока q изheat flow rate q out

.. . ГМг.. Hmg

какого-либо i- Fo сло горных пород к со.ответствующему i-му участку длины замораживающей колонкиany i-Fo layer of rocks to the corresponding i-th section of the length of the freezing column

Ч.„, G. (Т,„ -Т„, -Т„ ., ) (2)Ch. „, G. (T,„ -T „, -T„.,) (2)

где Тwhere t

НА;ON;

ТT

пв pv

пн,mon

-температура хладоноси- тел в межтрубном пространстве на горизонте кровли i-ro замораживаемого сло горных пород, °Г - temperature of coolants in the annular space on the horizon of the roof of the i-ro frozen layer of rocks, ° D

- -

-температура хладоноси- тел в питающей трубе 1 на горизонте кровли- temperature of the refrigerant in the supply pipe 1 on the roof horizon

i-ro сло горных по- род, С; Т. - температура хладоносител в межтрубном пространстве на горизонте почвы i-ro сло горных пород, С;i-ro mountain layer, C; T. is the coolant temperature in the annular space on the soil horizon of the i-ro rock layer, C;

-температура х-падоноси- тел в питающей трубе 1 на горизонте почвы i-ro сло пород, °С; . -the temperature of x-padding in supply pipe 1 on the soil horizon of the i-ro rock layer, ° С; .

q - мощность теплового поfMi ,q is the thermal power of fMi,

тока из 1-го сло горных пород к i-му участк длины замораживающей колонки, Вт.current from the 1st layer of rocks to the i-th section of the length of the freezing column, watts.

Например, дл сло 17 замораживаемых горных пород температура Т определ етс датчиком 13 температуры , температура Т„„, - датчиком 14, температура Т. - датчиком 8, температура „„; - датчиком 9.For example, for layer 17 of frozen rocks, temperature T is determined by temperature sensor 13, temperature T ", - sensor 14, temperature T - by sensor 8, temperature"; - sensor 9.

Использование полученных мощностей тепловых потоков q в качест- rwiUse of the obtained heat flow rates q as a quality

не граничных условий второго рода в функциональном преобразователе 23 позвол ет более точно определить толщину фактически созданного ледо- породного ограждени раздельно дл каждого i-ro замораживаемого сло горных пород.the non-boundary conditions of the second kind in the functional converter 23 makes it possible to more accurately determine the thickness of the actually created ice-breed enclosure for each i-ro frozen layer of rocks.

Точность определени толщины ледопородного ограждени повышаетс , поскольку исклочеиа необходимость задани неопределенных граничных условий первого рода - температуры горной породы, непосредственно примыкающей к внешней поверхности замораживающей трубы 2.The accuracy of determining the thickness of the ice fence is increased, because there is no need to specify the indefinite boundary conditions of the first kind - the temperature of the rock immediately adjacent to the outer surface of the freezing pipe 2.

Повышение точности определени толщины ледопородного ограждени позвол ет повысить эффективность технологического процесса заморажи- вани за счет более обоснованного управлени этим процессом.Improving the accuracy of determining the thickness of the ice fence allows an increase in the efficiency of the freezing process due to more reasonable control of this process.

Замораживающа колонка работает следующим образом.The freezing column operates as follows.

Охлаждённый хладоноситель нагнетаетс в питающую трубу 1 и, возвраThe cooled coolant is injected into the supply pipe 1 and, returning

5 five

10 ten

fs fs

00

5five

0 0

5 five

5five

ща сь по пространству между замораживающей трубой 2 и слоем 3 тепловой изол ции, охлаждает горные породы, окружающие колонку, до образовани ледопородного ограждени заданных размеров..Spacing between the freezing pipe 2 and the thermal insulation layer 3, cools the rocks surrounding the column to form an ice fence of a given size.

При проведении ультразвукового контрол состо ни ледопородного ограждени прибор 4 ультразвукового контрол опускаетс в питающую трубу , причем на врем проведени ультразвукового контрол из питающей трубы 1 демонтируетс эталонный источник 32 тепла.When conducting ultrasound monitoring of the condition of the ice-guard fence, the device 4 of the ultrasonic control is lowered into the feed tube, and the reference heat source 32 is removed from the feed tube 1 for the duration of the ultrasound control.

При определении толщины ледопородного ограждени по температурным факторам управление переключателем 19, вторичным измерительным преобразователем 20, запоминающим прибором 21, арифметическим прибором 22, функциональным преобразователем 23,ключевым выключателем 31 осуществл етс с помощью пpoгpa в нo- временного прибора 24 через выводы 25-29. Датчики 7-15 температуры последовательно подключаютс с помощью переключател 19 датчиков температуры к вторичному измерительному преобразователю 20, показани которого запоминаютс в запоминающем устройстве 21. Затем с помощью ключевого выключател 31 включаетс эталонный источник 32 тепла. Датчики 5 и 6 с помощью переключател 19 датчиков температуры последовательно подключаютс к вторичному измерительному преобразователю 20,показани которого при этом также запоминаютс в запоминающем приборе 21. После этого по формулам (1) и (2) в арифметическом приборе 22 производитс определение мощности тепловых потоков Из слоев замораживаемых горных пород к замораживающей колонке. При определении мощности теплового потока , например q (из сло 17 замораживаемых горных пород), по команде программно-временного прибора 24 из запоминающего прибора 21 считываютс показани датчиков 5,6,8,9,13,14 (обозначим эти показани Tj , Т , Т, , Т, , Т,, , Т COOT- ветственно), которые подаютс на вход арифметического прибора 22. Арифметический прибор 22 на своем выходе при этом реализует функцию (3):When determining the thickness of the ice fence by temperature factors, control of the switch 19, the secondary transducer 20, the storage device 21, the arithmetic unit 22, the functional transducer 23, the key switch 31 is carried out with the help of a modern device 24 through the pins 25-29. Temperature sensors 7-15 are connected in series using a temperature sensor switch 19 to a secondary transducer 20, the readings of which are stored in memory 21. Then, using a key switch 31, a reference heat source 32 is turned on. The sensors 5 and 6 are connected in series with the switch 19 of the temperature sensors to the secondary transducer 20, the readings of which are also stored in the memory device 21. Thereafter, the heat fluxes are determined by formulas (1) and (2) in the arithmetic unit 22 layers of frozen rocks to the freezing column. When determining the heat flux, for example q (from the layer 17 of frozen rocks), at the command of the program-time device 24, the readings of sensors 5,6,8,9,13,14 are read from the memory device 21 (we denote these readings by Tj, T, T,, T,, T ,,, T COOT- (tally), which are fed to the input of the arithmetic unit 22. The arithmetic unit 22 at its output implements the function (3):

(т -т -т +7- )(t -t -t + 7-)

13 1-. а ч 13 1-. h

(3)(3)

Таким образом, на выходе арифметического прибора образуетс сигнал, пропорциональный мощности теплового потока q из сло 17 заморажи ГМ 7Thus, at the output of the arithmetic unit, a signal is generated that is proportional to the heat flow rate q from the layer 17 of the freezing unit GM 7

ваемых горных пород к замораживающей колонке, причем коэффициент пропорциональности известен и равен мощности эталонного источника 32 тепла. Полученный сигнал использует- с в функциональном преобразователе 23 в виде граничного услови второго рода. При этом в граничные узловые точки сетки электроинтегратора вход щего в состав функционального преобразовател 23, подаетс ток, пропорциональный тепловому потоку q /По уровню напр жени на узловых точках сетки электроинтегратора определ ютс геометрические параметры ледопородного ограждени , в том числе и его толщина.rocks to the freezing column, and the proportionality coefficient is known and is equal to the power of the reference source of heat 32. The received signal is used in the functional converter 23 as a boundary condition of the second kind. In this case, a current proportional to the heat flux q / is supplied to the boundary nodal points of the grid of the electrical integrator of the functional converter 23 included in the composition. According to the voltage level at the grid points of the electrical integrator, the geometric parameters of the ice barrier are determined, including its thickness.

Монтаж гирл нды датчи сов 5-15 температуры может осуществл тьс одновременно с монтажом питакнде й тру- бы 1 и нанесением сло 3 изол ции, выполненной, из рулонного материала. При этом датчики 5-11 температуры прибинтовываютс к питающей грубе 1 рулонной теплоизол цией по мере опускани питающей трубы-1 в колонкуThe installation of a wire of temperature sensors 5-15 can be carried out simultaneously with the installation of the power supply pipe 1 and the application of a layer 3 of insulation made of coiled material. At the same time, temperature sensors 5-11 are pinned to feed coarse 1 by roll heat insulation as the feed tube 1 is lowered into the column.

При установке датчиков 12-13 температуры лини св зи от нижележащих датчиков температуры и устанавливаемый датчик отвод тс от питающей трубы 1, на трубу 1 накладываетс слой изол ции, а поверх него укрепл ютс лини св зи и устанавливаемый датчик.When sensors 12–13 are installed, the communication line from the underlying temperature sensors and the sensor to be installed are diverted from the supply pipe 1, an insulation layer is laid on pipe 1, and the communication line and the sensor to be installed are fixed on top of it.

Эталонный источник 32 тепла устанавливаетс внутри питан цёй трубы 1 так, чтобы он не касалс ее внутренних стенок. Глубина установки эталонного источника 32 тепла может составл ть ориентировочно 1-5 м. Шводы кабел питани эталонного источника 32 тепла и линий св зи датчиков 5-15 температуры из замо- ращ1вающей: колонки герметизируютс сальниками, рассчитанньми на рабочее давление хладоносител в питающей трубе 1 и в межтрубном пространстве .The reference heat source 32 is installed inside the feed pipe 1 so that it does not touch its inner walls. The installation depth of the reference heat source 32 may be approximately 1–5 m. The supply cable seals of the reference heat source 32 and communication lines of temperature sensors 5-15 from the freezing one: the columns are sealed with glands, calculated for the working pressure of the coolant in the supply pipe 1 and in annular space.

Измерительный прибор 33 монтируетс в специальном отапливаемом помещении на поверхности земли.The measuring device 33 is mounted in a special heated room on the surface of the earth.

Ключевой выключатель 31 располагаетс на оголовке замораживающей колонки в галерее ствола.The key switch 31 is located on the top of the freezing column in the trunk gallery.

Редактор М. Циткина Заказ 2963/41Editor M. Tsitkina Order 2963/41

Составитель Л. ЧерепенкинаCompiled by L. Cherepenkin

Техред Л.Сердюкова Корректоре. ШекмарTehred L. Serdyukova Corrector. Shekmar

Тираж 470 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРCirculation 470 Subscription VNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д.4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна ,4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

Claims

1. FREEZING COLUMN according to ed. No. 1105652, with the exception that, in order to increase the efficiency of freezing due to a more accurate determination of the thickness of the ice-rock fence, it is equipped with a reference heat source located in the supply pipe connected to a key switch and measuring device to which they are connected, and the key switch and the measuring device are located outside the column. -

2. The column according to claim 1, characterized in that the measuring device is made in the form of series-connected sensors switch, a secondary measuring transducer, a storage device, an arithmetic device, a functional converter, a program-time device, while the control outputs of the latter are connected to the sensor switch, secondary Measuring transducer, storage device, _and arithmetic device, functional S transducer and with key switch.

3. Column pop.2, characterized in that the functional converter is made in the form of a grid electric integrator with modeling of phase transformations of groundwater in a rock mass and setting boundary conditions of the second kind.