SU829959A1

SU829959A1 - Method of simulating ice-rock fences

Info

Publication number: SU829959A1
Application number: SU782704726A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Васильевич Топорков; Станислав Алексеевич Съедин
Original assignee: Toporkov Anatolij V; Sedin Stanislav A
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1981-05-15

Description

Изобретение относитс к способам лабораторных исследований, примен емым при физическом моделировании напр женно-деформированного состо ни ледопородного ограждени горных выра боток, например, подземных хранилищ, шахтных стволов. Известен способ моделировани лед породного ограждени , включающий создание модели в виде толстостенного стакана из гоунта, замораживани его и приложение внешней нагрузки Tl Однако данный способ не позва1: ет р.егулировать температуру на поверхно ти ледопородного ограждени и получать достоверные результаты Известен другой способ моделировани ледопородного ограждени , вклю чающий создание модели в виде толсто стенного цилиндрического стака.на из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением радиальной нагрузки, фиксацию фронта промерзани путем подведени извне теплового потока регулируемой интенсивности . Тепловой поток создаетс электрическим нагревателем. Заморажи вание грунта производ т прокачкой через CHCTei iy замораживающих колонок хладагента. Положение фронта промерзани контролируют с помощью температурных датчиков. Радиальное давление на.ледопородное ограждение создаетс подведением к модели гидростатического давление Г . Недостатки данного способа - обеспечение только цилиндрической формы модели ограждени и невозможность моделировани деформаций в области талых пород, примыкающих к ледопородному ограждению. Цель изобретени - моделирование ледопородных ограждений различной формы в плане. Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу моделировани ледопородного ограждени , включающему создание модели из увлажненного грунта, замораживание его с одновременным приложением внешней радиальной нагрузки и подведение внешнего теплового потока регулируемой интенсивности , дополнительно подвод т тепловой поток регулируемой интенсивности в .. увлажненный грунт в зону между подводом внешнего теплового потока и подачей хладагента. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, продольный разрез.The invention relates to laboratory research methods used in the physical modeling of the stress-strain state of an ice-rock fence for mining, for example, underground storages, shafts. There is a method of simulating the ice of a rock fence, which includes creating a model in the form of a thick-walled glass from a woont, freezing it and applying an external load Tl. However, this method does not allow: to regulate the temperature on the surface of the ice fence and to obtain reliable results. , including the creation of a model in the form of a thick-walled cylindrical glass made of moistened soil, freezing it with simultaneous application of a radial load ki, fixing the front of frost penetration by adding a heat intensity of adjustable intensity from outside. Heat flow is generated by an electric heater. The soil is frozen by pumping refrigerant freezers through CHCTei iy. The position of the freezing front is controlled by temperature sensors. The radial pressure on the rock fence is created by leading to the hydrostatic pressure model G. The disadvantages of this method are the provision of only a cylindrical shape of the fence model and the impossibility of modeling deformations in the region of thawed rocks adjacent to the ice fence. The purpose of the invention is to simulate ice barriers of various shapes in plan. This goal is achieved by the fact that according to the method of modeling an ice-guard fence, which includes creating a model from wetted soil, freezing it with simultaneous application of an external radial load, and supplying an external heat flux of controlled intensity, the heat flux of the controlled intensity in the moistened soil in the zone between supply of external heat flow and coolant supply. The drawing schematically shows the proposed device, a longitudinal section.

Способ моделировани включает два этапа - подготовительный и рабочий. Подготовительный этап состоит в следу юцем.The modeling method includes two stages - preparatory and working. The preparatory stage consists in following by the ear.

Внутри цилиндрической емкости 1 размещают систему замораживающих колонок 2 требуемой конфигурации в плане , например в виде пр моугольника, затем устанавливают тепловые колонки 3, внешним образом эксвидистантно по отношению к замораживающим колонкам 2, в донной части укладывают гравий 4, который по периферии поддерживаетс сеткой 5, послойно укладывают увлажненный исследуемый гру-нт 6 с введением в него датчиков дл сбора информации о температуре и деформаци х грунта. Когда уровень увлажненногогрунта 6 достигнет отметки , соответствующей нижней поверхности 8, имитирующей начало крепи выработки, устанавливают на грунт трубу 9, центрируют ее, после чего заполн ют увлажненным грунтом б цилин.црическую емкость 1 до верхнего кра . На внешней боковой поверхности емкости 1 располагают внешний нагреватель 10, выполненный в виде электрической проволочной спирали , закрепленной на электроизол ционной основе. После герметизации емкости 1 с помощью крышки 11 производ т водонасыщение грунта 6 путем подачи воды 12 в пространство с гравийной засыпкой 4, затем устанавливают заданное гидростатическое давление.A system of freezing columns 2 of the required configuration in plan, for example, in the form of a rectangle, is placed inside the cylindrical tank 1, then thermal columns 3 are installed, externally excursive with respect to freezing columns 2, gravel 4 is placed in the bottom part, which is peripherally supported by mesh 5 Moisturized test group 6 is layered in layers with the introduction of sensors in it to collect information on the temperature and ground deformations. When the level of wetted soil 6 reaches the mark corresponding to the bottom surface 8, imitating the beginning of the development lining, install the pipe 9 on the ground, center it, and then fill the cylindrical receptacle 1 with the wetted soil b to the top edge. An external heater 10, made in the form of an electric wire helix attached to an electrical insulating base, is placed on the outer side surface of the container 1. After sealing the container 1 with the help of the cover 11, the soil is saturated with water 6 by supplying water 12 to the gravel bed 4, then the hydrostatic pressure is set.

Второй (рабочий) этап способа моделировани состоит в следующем.The second (working) stage of the modeling method is as follows.

Подачей хладагента 13 в систему замораживающих колонок 2 осуществл ют замораживание. Одновременно с подачей хладагента 13 в систему тепловых колонок 3 подвод т имеющий положительную температуру теплоноситель 14, а также подключают внешний электронагреватель 10 к электросети через регулировочный трансформатор . В качестве теплоносител 14 и хладагента 13 используют одну и ту же жидкость, например хлористый кальций, циркулиручзщий автономно в соответствующих системах.By supplying refrigerant 13 to the system of freezing columns 2, freezing is carried out. Simultaneously with the supply of refrigerant 13 to the system of thermal columns 3, the heat carrier 14 having a positive temperature is supplied, and the external electric heater 10 is connected to the power network through an adjusting transformer. As the coolant 14 and the refrigerant 13 use the same fluid, for example calcium chloride, circulatory autonomously in the respective systems.

Использование в качестве теплоносител незамерзающей жидкости обеспечивает безаварийность работы тепловых колонок 3 (исключает разрыв .трубок при аварийном прекращении подачи теплоносител ).The use of non-freezing liquid as a coolant ensures the trouble-free operation of the heating columns 3 (eliminates rupture of the tubes when the coolant supply abnormally stops).

С помощью пред;1агаемог6 способа создают требуемый градиантположителных и отрицательных температур в исследуемых грунтах путем регулировани температур каждого из подводимых к модели тепловых потоков и таКИМ образом, регулируют температуру контура ледопородного ограждени . Температура теплоносител 14, а также рассто ние тепловыми колонками 3 должны быть выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить замкнутость талопородного ограждени вокруг ледопородного.With the help of the previous method, they create the required positive and negative temperatures in the studied soils by adjusting the temperatures of each of the heat fluxes supplied to the model and, thus, regulate the temperature of the ice fence. The temperature of the heat carrier 14, as well as the distance by thermal columns 3, must be chosen so as to ensure the closeness of the taloborod fence around the ice-breed one.

Предлагаемый способ моделировани находит широкое применение при определений несущей способности ледопородного ограждени , имеющего форму в плане, отличную от цилиндра. Такие случаи в практике строительства шахтных стволов имеют место при разнородных грунтах по периметру ствола вследствие различи в температурах замораживающих колонок, а также при наличии фильтрации грунтовых вод.The proposed modeling method is widely used in determining the bearing capacity of an ice fence, having a shape in plan different from the cylinder. Such cases in the practice of construction of mine shafts occur in dissimilar soils around the perimeter of the trunk due to differences in the temperatures of the freezing columns, as well as in the presence of filtration of groundwater.

С помощью предлагаемого способа можно моделировать создание ледопородных ограждений при проходке горизонтальных тоннелей различных форм. Веро тность формировани произвольной формы ограждени увеличиваетс с созданием с помощью способа замораживани все более глубоких шахтных стволов (до 1000 м ), так как замораживающие колонки отклон ютс от вертикали. Поэтому возможность оперативного получени более полной информации с помощью моделировани ледопородных ограждений различной конфигурации дает возможность уточнить расчеты, что предотвратит многие аварийные ситуации в шахтном строительстве и сократит затраты на сооружение стволов.Using the proposed method, it is possible to simulate the creation of ice barriers when driving horizontal tunnels of various shapes. The fidelity of forming an arbitrary shape of the fence increases with the creation, by means of the freezing method, of ever deeper shaft shafts (up to 1000 m), since the freezing columns deviate from the vertical. Therefore, the possibility of promptly obtaining more complete information by modeling ice fence of various configurations makes it possible to clarify the calculations, which will prevent many emergencies in the construction of mines and reduce the cost of construction of shafts.

Claims

1. Pokrovsky N, M Construction and reconstruction of mine workings. M., Gosgortekhizdat, 1963, 4 LI, p.90-91

2. USSR author's certificate

No. 564423, cl. E 21 D 1/14, .25.06.75.