горных пород необходимо, чтобы в каждую колонку в процессе ведения работ поступало одинаковое количество хладоносителя. Расход хладоносителя в каждой колонке будет зависеть от схе мы ее подключения к магистральным рассолопроводам: парал лельная, последовательная, последовательно-параллельная, смешанная. Схема параллельного включения колонок показана
на рис. 4.17. Цифрами |
1—6 обозначены колонки, А—Б — нагне |
|
тательная |
магистраль |
(распределитель), В—Г — отводящая ма-, |
гистраль |
(коллектор). |
Из схемы видно, что пути, проходимые |
хладоносителем через |
каждую из колонок, будут одинаковы, а, |
|
следовательно, гидравлические сопротивления также равны.' Расход хладоносителя в каждой колонке будет одинаковым. Такая схема включений называется еще тупиковой. Достоинст во схемы состоит в том, что в случае неисправности одной или нескольких колонок работа других колонок не прекращается. Однако при параллельном включении колонок расходуется большое число труб.
Такая схема включения колонок получила большое распро странение.
При последовательной схеме включения замораживающих колонок охлаждающий рассол, вышедший из одной колонки, поступает в соседнюю и проходит таким способом последова тельно через группу замораживающих колонок. Последователь ное йключение колонок имеет тот недостаток, что в случае не исправности одной колонки прекращается работа всех замора живающих колонок. Такой способ включения целесообразно применять при замораживании грунтов на участках небольшой протяженности и малых (10—20 м) глубинах колонок. В чис том виде способ включения колонок применяют редко. Чаще применяют последовательно-параллельную схему включения колонок в рассольную сеть (рис. 4.18). Сущность ее состоит в том, что две-три или более замораживающие колонки отно сительно небольшой глубины соединяют между собой последо вательно, а в магистральные трубопроводы группу этих коло нок включают параллельно.
Смешанную схему включения замораживающих колонок в рассольную сеть применяют при переменных глубинах замора живающих колонок — больших и малых. В таком случае число последовательно включаемых замораживающих колонок опре деляют исходя из условия, чтобы сумма гидравлических сопро тивлений (глубин) в группе их не превышала гидравлического сопротивления одной глубокой замораживающей колонки, включенной в рассольную сеть параллельно. В магистральные
трубопроводы группы последовательно |
включенных колонок |
включают параллельно. |
монтажа заморажи |
Р е ж и м з а м о р а ж и в а н и я . После |
вающей станции и рассольной сети и соответствующих испыта-
Рис. 4.16. Конструкция галереи: |
колонки; 3 — соединительные тру. |
|
/ — питающая |
труба: 2 — головка замораживающей |
|
бы; 4 —кран; |
о — коллектор; б — распределитель; |
7 — подвески; 8 — доски; 0 — шлак |
(>» |
' |
в f Ф? ^ |
Vf. |
Рис. 4.17. Параллельное включение колонок
Рис. 4.18. Схема параллельно-после довательного включения заморажи вающих колонок:
/ — групповой распределитель; 2 — груп повой коллектор; 3 — магистральный рас пределитель; 4 — магистральный коллек тор; 5—8 — замораживающие колонки
ний производят заправку замораживающей станции хладагентом, а рассольную систему хладоносителем. Затем проверяют работу замораживающей станции и после этого приступают к работам по активному замораживанию пород, т. е. созданию ледопородного ограждения требуемыхразмеров с заданными физико-механическими свойствами.
Замораживающие колонки включают в работу, как правило, одновременно. В особых случаях замораживающие колонки включают в работу отдельными группами в определенной по следовательности во времени. Замораживающие колонки, рас положенные в два ряда, работают параллельно. Каждую пятую колонку второго ряда оставляют невключенной для наблюдения за понижением температуры пород. Эти колонки включают в работу по достижении в них температуры — 1 °С.
Температуру хладоносителя понижают постепенно во избе жание возникновения больших температурных напряжений в системе трубопроводов и возможных разрывов в сети вследст вие сжатия металла при низких температурах. В первые сутки хладоноситель в ра*ссольную сеть подают с температурой не ниже —5°С с последующим понижением до рабочей темпера туры. Ежесуточное понижение температуры должно составлять (3—5)°С. В первые 10—15 дней замораживания разность тем ператур между прямым (подаваемым к колонке) и обратным (выходящим из колонки) рассолами колеблется от (4—5)°С с последующим постепенным понижением до (2—3)°С к концу замораживания.
В ' зависимости от конечной (рабочей) температуры хладо носителя на практике различают обычный и низкотемператур ный режимы замораживания. При обычном режиме температу ра хладоносителя, подаваемого в колонку, составляет (—20ч- Ч—^30)°С, при низкотемпературном — (—30ч— 40)°С и ниже. Низкотемпературный режим замораживания рекомендуется применять при замораживании фильтрующих пород с опреде ленным соотношением скорости движения подземных вод и ес тественной температуры подземных вод; наличии в горных по родах естественных рассолов с температурой замерзания ни же —5°С, а также при термальных подземных водах и замо раживании горных пород на большой глубине. Выбор режима замораживания должен основываться на сравнении технико-- экономических показателей различных вариантов.
В практике замораживания стволов на большие глубиды за частую применяют оба режима замораживания. При замора живании горных пород в верхней части ствола применяют обычный режим замораживания, а в нижней, где имеет место более высокая начальная температура пород, — низкотемпера турный.
При обычном режиме замораживания замораживающая станция работает по одноступенчатому циклу сжатия хлад агента, при низкотемпературном—ело двух- и трехступенчато му циклу сжатия хладагента.
4.2.7. Методы контроля при замораживании горных пород
При замораживании горных пород необходимо осущест влять контроль трех видов: за работой замораживающей стан ций, за работой замораживающих колонок и за процессом фор
мирования ледопородного ограждения. |
з а м о р а ж и в а ю щ е й |
||
К о н т р о л ь |
з а |
р а б о т о й |
|
с т а н ц и и заключается |
в поддержании заданного режима за |
||
мораживания. Для |
этого |
систематически следят за показания |
|
ми контрольно-измерительных приборов (термометров, мано метров, рассоломеров, водомеров и др.) и в случае необходи мости вносят соответствующие коррективы в работу замора живающей станции. Кроме того, следят за тем, чтобы не про исходило утечек хладоносителя в стыковых соединениях коло нок с коллектором и распределителем, а также наблюдают за исправностью галереи (форшахты) и теплоизоляцией рассолопроводов.
К о н т р о л ь за р а б о т о й з а м о р а ж и в а ю щ и х ко л о н о к осуществляют визуально и температурой прямого и обратного рассола замораживающих колонок. Наличие на сое динительных и отводящих шлангах и на головке свежего пу шистого инея свидетельствует о нормальной работе заморажи вающей колонки. Желтый, рыхлый, легко отделяющийся при постукивании иней свидетельствует о том, что температура в форшахте ниже температуры хладоносителя в колонках, т. е. колонка не работает.
Более совершенным является контроль по количеству холо да, переданного замораживающими колонками горным породам. Количество тепла, выносимое хладоиосителем из колонки в еди ницу времени,
Q l ~ |
^рУр^р (^2 ^т)> |
где |
Gp — расход хладоносителя через колонку, измеренный рас- |
соломером или другим способом, м3/ч; |
— плотность хладоно |
|||
сителя, кг/м3; Gp — теплоемкость |
хладоносителя, |
кД ж /(кг-°С); |
||
t i — температура |
хладоносителя, |
поступающего |
в колонку, °С; |
|
/2 — температура |
хладоносителя, |
выходящего из |
замораживаю |
|
щей колонки, °С. |
|
|
|
|
Количество циркулирующего хладоносителя во всех замора живающих колонках в принципе должно быть одинаковым (ко лебания по одинаковым колонкам допустимы в пределах 5%). Количество рассола, циркулирующего в колонке,
GP = WV/N,
где W'p — количество |
хладоносителя, |
циркулирующего в |
рас |
|
сольной сети, |
м3/ч; |
N — число действующих замораживающих |
||
колонок. |
Wp можно определить по |
подаче рассольного |
на |
|
Значение |
||||
соса или же с помощью расходомеров «Сатурн», или |
индукци |
||
онным расходомером ИР-11. |
Расходомер |
«Сатурн» |
пригоден |
для определения расхода при |
статическом |
давлении |
жидкости |
в трубопроводе до 0,6 МПа и диапазоне температур |
от 100 до |
||
—40 °С. Максимальный расход жидкости 250 м3/ч. В состав рас ходомера «Сатурн» входит специальный датчик, действие кото рого основано на принципе увлечения закругленным потоком
свободно плавающего шара. Скорость вращения шара зависит от количества протекающей жидкости в единицу времени. Сиг нал с датчика фиксируется электронным преобразователем,' ко торый и показывает расход жидкости.
Индукционный расходомер ИР-11 предназначен для непре рывного автоматического измерения расхода электропроводных жидкостей в закрытых трубопроводах диаметром от 10 до 300 мм при скорости давления жидкости от 1,25 до 10 м/с. Мак симальный расход жидкости 2500 м3/ч. Принцип действия ин дукционного расходомера основан на явлении электромагнит ной индукции.
Несовпадениё показаний рассоломера с установленной нор мой расхода хладоносителя позволяет контролировать работу колонки.
Температуру рассола измеряют с помощью термометров, установленных на головке колонки, или же с помощью специ альных термодатчиков (термопар). Температура циркулирую щего хладоносителя должна быть одинаковой во всех колонках с допустимыми колебаниями в пределах — (1—2)°С.
Общее количество холода, выносимое всеми колонками, можно определить двумя способами:
первый
Q = kC^Nr,
второй
Q ^ k W ^ C ^ - T J r ,
где £ = 1,05-ь 1,1 — коэффициент потерь холода в рассольной се ти; 7*1, Гг — температура прямого и обратного рассола в маги стральных трубопроводах, °С; т — время замораживания, ч.
Значение сравнивают с количеством холода, выработанного замораживающей станцией за этот же период времени.
При замораживании горных пород на большие глубины осу ществляют контроль и за температурным режимом колонки .по всей ее глубине. Для этого в межтрубное пространство колонки помещают термодатчики, которые располагают по всей глубине.
К о н т р о л ь з а п р о ц е с с о м ф о р м и р о в а н и я л ед о -
п о . р о д н о г о о г р а ж д е н и я осуществляют |
с помощью тер |
монаблюдательных и гидронаблюдательных |
скважин, ультра |
звукового способа и применения средств вычислительной тех ники.
Термонаблюдательные скважины позволяют осуществляв периодические измерения температур в замораживающих гор ных породах в течение всего процесса замораживания. По из меренным температурам строят графики развития температур ных полей в замораживающих породах, анализ которых дает возможность установить границы ледопородного ограждения