Определение нагрузки на ледопородное ограждение

Полная нагрузка на ледопородное ограждение определяется как сумма горного давления и гидростатического давления воды.

Найдем величину горного давления:

где — объемный вес пород в стволе; Н — глубина ствола, м; - коэффициент горизонтального распора давления породы.

Отсюда:

Найдем величину гидростатического давления:

где — удельный вес воды; =70 м — толщина водонасыщенных горных пород.

Получаем:

Расчет толщины ледопородного ограждения При глубине замораживания до 50−70 м расчет толщины ограждения можно осуществлять по формуле Лямэ-Гадолина:

где — давление водоносных пород на ледопородное ограждение;

— радиус внутренней окружности ледопородного ограждения принимаемый равным радиусу ствола в проходке, м; - допустимое напряжение замороженных пород на сжатие.

Получаем:

Температуру замораживающего рассола принимаем.

Получается, что средняя температура замороженных пород равна:

Расположение и число замораживающих скважин

Расположение замораживающих скважин в плане устанавливают с учетом очертания и размеров проектируемого сооружения, размеров строительной площадки и расположения существующих наземных и подземных сооружений (Рис. 1). При глубинах замораживания от 50 до 100 м заглубление обычно составляет 3−4 м. Принимаем величину заглубления — 4 м.

Найдем диаметр окружности, на которой будут располагаться скважины, с учетом их отклонения от вертикального положения:

Где — длина скважины; - толщина ледопородного ограждения.

Теперь определим число замораживающих скважин:

где — расстояние между замораживающими скважинами.

Число дополнительных скважин.

.

Число термонаблюдательных скважин принимаем.

.

Число гидронаблюдательных скважин принимаем.

.

;; ;

Скважины оборудуются замораживающими колонками. В состав замораживающей колонки входят: замораживающая труба, башмак, головка, питающие отводящие трубы, опорный фонарь.

Определение мощности замораживающей станции и времени работы замораживающей станции.

Мощность замораживающей станции определяется по балансовому методу, согласно которому теплопоглощающая способность колонок должна быть равна или больше количества холода необходимого для замораживания пород, и количества холода, идущего на понижение температуры пород, окружающих ледопродное ограждение.

Количество холода необходимое для замораживания определяется как:

где — объем горной породы, подлежащей замораживанию, ;

— количество тепла, которое необходимо отнять от 1 породы для замораживания до определенной отрицательной температуры (средней температуры ледопородного ограждения по сечению), кДж/.

Объем горной породы расчитывается:

где — радиус ствола в проходке, м; - глубина замораживания, м;

— толщина ледопородного ограждения;

Получим:

Количество тепла вычисляем по формуле:

где — количество холода, необходимое для охлаждения воды в 1 замораживаемой породы от естественной температуры породы до температуры замерзания, кДж/.

где — плотность воды; - удельная теплоемкость воды — 1 ккал/кгград °С, 4,2 кДж/(кгК); - объем воды, содержащейся в грунте, определяемый по формуле:

гдекоэффициент пористости породы;

— коэффициент влажности породы, доли единицы;

Получим:

Отсюда:

— количество холода, идущее на отбор скрытой теплоты ледообразования (скрытая теплота) определяется по формуле:

где — скрытая теплота плавления льда, 80 ккал/кг, или 336 кДж/кгК.

— количество холода, идущее на охлаждение льда от температуры льдообразования до заданной температуры, определяемое по формуле:

где удельная теплоемкость льда 1,8 кДж/(кгК), 0,43 ккал/кгград).

— Количество холода, потребное для охлаждения грунтов (твердых частиц) от начальной температуры до заданной температуры, определяется по формуле:

где плотность грунта; теплоемкость твердых частиц грунтов, ккал/кг°С; - объемный вес твердых частиц грунта,, , n-пористость.

Получим:

Отсюда получаем общее количество тепла:

В итоге получаем количество холода необходимое для замораживания:

Определяем количество холода, необходимое для понижения температуры окружающих ледопородное ограждение пород:

где и — наружный и внутренний радиус ледопродного ограждения; - глубина замораживания, м.

— теплоприток к 1 поверхности ледопородного ограждения, принимаемый по данным практики (5−7 Вт/м² или 16−24 кДж/м² час при начальной температуре пород 8−12°С и 10−15 Вт/м² или 40−42 кДж/м³ час при температуре 20−25°С), q_ox = 2−5 ккал/м²ч при t = 10°; 6−10 при t = 20°; 11−20 при t = 30°.

Получаем:

Теплопоглощающая способность замораживающих колонок определяется как произведение поверхности замораживающих колонок на удельный тепловой поток, притекающий к 1 м² поверхности колонок, т. е.

где -диаметр замораживающей колонки;

— величина удельного теплового потока.

Определим хладопроизводительность замораживающей станции:

Теперь определим продолжительность работы замораживающей станции в активный период:

Определим продолжительность работы замораживающей станции в пассивный период:

где — полная глубина замораживания; - средняя скорость проходки на участке замораживания водоносных пород, м/сут (обычно около 0,5−2 м/сут).