CC BY
27
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© С.В. Степанов, 2001
УДК 622:658.5
С.В. Степанов
ОБОСНОВАНИЕ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРОДЛЕНИЮ СЕЗОНА ДОБЫЧИ НА КАРЬЕРАХ КИРПИЧНЫХ СУГЛИНКОВ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ БОРИСОВКА М.О.)
В
настоящее время в связи с расширением индивидуального строительства спрос на кирпич значительно возрос, кирпичные заводы работают с высокой нагрузкой. Однако большинство кирпичных заводов расположено в черте городов и ограничено земельными отводами, необходимыми для размещения глино-запасников. В этой связи работы на карьерах, обеспечивающих сырьём кирпичные заводы, должны производится круглогодично, для чего необходимо разработать современные методы предохранения горных пород от промерзания. Эта задача является актуальной и требует научной проработки. В качестве примера можно рассмотреть карьер кирпичных суглинков месторождения "Бо-рисовка" Бутовского кирпичного комбината.
Бутовский комбинат расположен на территории Москвы и не имеет площадей для размещения глино-запасников. Расстояние перевозки от карьера до завода составляет 8 км. Месторождение расположено в Подольском районе Московской области на землях ЗАО «Путь Ильича». Границами участка на севере является отстойник, поле ЗАО «Путь Ильича», на юге - поле ЗАО «Путь Ильича», на востоке - поле у дер. Борисовки, на западе - поле ГЛФ кв.12. Площадь месторождения 20,16 га.
Климат района умеренно-континенталь-ный. Средняя температура воздуха в январе - -9,7о, в июле - +17,8о. Устойчивый снеговой покров держится с начала ноября до середины апреля, мощность снегового покрова 40-80 см. Глубина промерзания почвы равна 0,44-1,13 м, максимальная 1,35 м.
Для разработки месторождения применяются экскаваторы строительного типа с емкостью ковша 1-1,5
м , которые могут разрабатывать породы, промёрзшие на глубину 0,3 м.
Расчёт глубины промерзания глинистых связных пород. В зимний период на поверхности грунта устанавливается отрицательная температура, равная температуре окружающей среды. В процессе промерзания связной породы образуется промерзший слой переменной толщины h. Нижняя граница этого слоя имеет температуру промерзания влаги Т. Здесь происходит фазовый переход вода-лед, при котором выделяется теплота фазового перехода Lф = 3,32-105 Дж/кг. На глубине залегания нейтрального слоя Но температура То всегда постоянна и равна 4 оС. Для выполнения расчета необходимо решить дифференциальное уравнение теплопроводности для полупространства. При наличии положительного внутреннего источника тепла фазовый переход «вода-лёд» является экзотермическим процессом. [1]
Для того, чтобы определить распределение температурного поля в промерзшем и талом слоях грунта необходимо рассчитать коэффициент пропорциональности В, характеризующий скорость промерзания (м/ Т*, То, Lф, Ш и h.
), как функцию X 2, X, С2 ,С3,
ехр
ехр
4а2
2 А
4а3
2 А
(1).
= ЬфШ
2Х2(Т -Тв)
^ег/ [В /(2^)]
*
- 213(7; -Т ) ^е/ [в фТ^)]
где 12, 13 - теплопроводность, Вт/(м-К); С2 ,С3 -температуропроводность, м2/с; Т* - температура замерзания связных пород, °С; То - начальная температура пород, °С; Lф - теплота фазового перехода
при замерзании воды, Lф=3,32-105 Дж/кг; Ш -влажность породы; h - допустимая глубина промерзания, м;
Решив это трансцендентное уравнение и принимая во внимание, что:
h =Р 4т , (2)
где т - текущее время, можно определить глубину промерзания грунта.
Обозначим через А, уменьшаемое в уравнении (1), вычитаемое через В, а разность через С, тогда получим, что:
А-В-С = 0 (3).
Предположим, что глубина промерзания составит 0,1 м через 10 суток. Подставляя это значение в
уравнение (2), получим, что 3 равно 1 X 10 4 м/ . Решая совместное уравнение (1) и (2), подбираем такое значение 3 при котором будет выполняться условие (3).
Полученные расчеты приведены в табл. 1.
Таблица 1
р х 10 -3 1 10 40 50 55,8 56,7 57 100
(А-В-С)х10-3 -355 1575 210 93 -1,6 -10,9 -13,9 16408
Из приведенной таблицы видно, что условие (3), ближе всего достигается при значении ¡, равном 55,8х10-3.
Подставляя это значение в уравнение (4) и (5), определим температуру в промерзшем слое породы на глубине 0,1 м и в талом слое.
В промерзшей зоне уравнение для оценки поля температур выглядит следующим образом:
= Т> - Т - ^)
ет/ К/(Ц/ Я2Т)
ё/р/ЙН!
(4)
Рассчитаем температуру в промерзшем слое породы на глубине Х=0,1 м по истечение времени Т = 1,8 106 с;
ет/
Т2 =-24 + (-1 + 24)-
( 2^2
0,1/1 242 х 10-61,8 х 106
ет/
5,58 х 10-41 2л/2 х
^2^2 х 10-6 )
=-21о С.
В талом слое уравнение для оценки поля температур выглядит следующим образом:
Тз = Т0 - Т - Т )
* ет/с\х/(2,/Язт1
ет/с\/3 /(2703)]
(5)
Температуру в талом слое определяем на глубине Х=2м через 2 106 с;
ет/с
Т3 = 4 - (4 +1)-
2/1 2^2 х 10-62 х 106
ет/с
5,58 х 10-4 /I 2^2 х
2^2 х 10-6 )
= 1о С.
Для предохранения от промерзания суглинков предусматриваются следующие мероприятия:
• допустимая глубина промерзания по условиям разработки для экскаватора с ёмкостью ковша 1,25 м составляет 0,3 м. Из этого условия для промерзания оставляются вскрышные породы, общая мощность которых составляет 0,3 м. При промерзании они служат основанием для проезда транспорта и экскаватора. Разработка мёрзлых вскрышных пород ведётся селективно одновременно с разработкой суглинка;
• для предупреждения промерзания свыше 30 см проводиться осенью вспашка на глубину 25 см с боронованием, создание искусственного снегового
покрова путём устройства снежных валов бульдозером поперёк направления господствующих ветров. Высота валов равна 1,0м с расстоянием между ними 5-10 м;
• утепление площади отработки в последние зимние месяцы опилками.
Глубина промерзания (Н) при предохранении вспахиванием определяется по формуле: Н = А (4р-р2), см
где А - коэффициент, учитывающий способ утепления грунта; р = ^ * - коэффициент
1000
,учитывающий время промерзания грунта; Ъ - продолжительность охлаждения грунта в сутках; t - отрицательная температура воздуха за время охлаждения, °С, принимается по СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика".
Результаты расчёта сведены в табл. 2.
По результатам расчёта вспашка позволяет вести разработку грунта без рыхления в ноябре, декабре и частично в январе.
Глубина промерзания (Н) при создании снегового покрова определяется по формуле:
Н = 60 (4р-р2) х К1 - Вх тсн (см) где р - коэффициент промерзания, аналогичный в предыдущей формуле; К - коэффициент, учитывающий вид грунта; Вх - коэффициент сравнительной теплопроводности снега: для рыхлого - 3, слежавшегося и насыпного - 2, подтаявшего снега -1,5; тсн - высота снежного покрова, см.
Результаты расчёта сведены в табл. 3.
Таблица 2
№ пп Показатели Ед. изм. Кол-во по месяцам
11 12 1 2 3
1 Отрицательная температу- град. -2,7 -8,2 -10,8 -10,2 -5,2
ра месяца,
2 Градусодни - 81 179,4 514,2 799,8 961
3 Коэффициент промерза- - 0,081 0,1794 0,514 0,7998 0,961
ния, р
4 Коэффициент утепления, А - 15 16 20 26 30
5 Глубина промерзания, Н см 6 12 36 66,5 87,6
Таблица 3
рый позволяет вести разработку суглинка до марта месяца. Площадь разработки суглинка в марте необходимо дополнительно утеплять слоем опилок. Толщина слоя опилок (Ноп) равна:
и н
Ноп = — см
№ Показатели Ед. Кол-во по месяцам где Н - глубина
пп изм. 11 12 1 2 3 промерзания суг-
1 Коэффициент промерзания, р Коэффициент, К1 Коэффициент, Вх - 0,081 0,2 0,5 0,8 1,0 линка при вспашке и снегозадер-
2 3 - 1,06 2 1,06 2 1,06 2 1,06 2,0 1,06 1,5 жании; 2,3 - коэффициент, определяющий, соот-
4 Высота снега, тсн см 20 30 50 70 80 ношение скорости
5 Глубина промерзания, Н см - - 11,3 22,8 71,0 охлаждения утеп-
Искусственный снеговой покров защищает от промерзания эффективней, чем вспашка позволяет осуществлять разработку суглинка и в феврале месяце.
С учётом неравномерности выпадения снега комендуется комбинированный способ - вспашку и создание искусственного снегового покрова,
ляющего материала и скорости
охлаждения предохраняемого грунта
™ = 30 Ноп = 23 см
При площади отработки до 2000 м2 в месяц, расход опилок составит 600 м3 в год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
¡.Термодинамические процессы в горных породах. А.П. Дмитриев С.А. Гончаров Учебник М.: Недра, 1990
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
,_£
(Д
Степанов С.В.- магистрант, Московский государственный горный университет.
