CC BY
33
----------------------------------------------------- © А.В. Дугарцыренов,
Е.Л. Бельченко, 2009
УДК 622.02
А.В. Дугарцыренов, Е.Л. Бельченко
ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПРИ ПРОМЕРЗАНИИ ГРУНТОВ НА ДОПУСТИМУЮ ГЛУБИНУ
Сообщение 1
Проведена оценка глубины промерзания массива горных пород при наличии на ее поверхности теплоизоляционного покрытия.
Ключевые слова: промерзание, грунт, теплоизоляция складов-отвалов.
A. V. Dugartsirenov, E.L. Belchenko
THE HEAT INSULATION PARAMETERS DURING THE SOIL FREEZING TILL THE PERMISSIBLE DEPTH Message 1
The depth of rock massif’s freezing given the heat-insulating coating on its surface is estimated.
Key words: freezing, soil, heat insulation of the dump storage areas.
Геплоизоляция оказывает существенное влияние на процесс промерзания (оттаивания) грунтов. Наличие естественного (снежного покрова) и искусственных теплоизоляционных покрытий влияет на глубину сезонного промерзания грунтов. Интерес к исследованиям процессов сезонного промерзания грунтов возрос в последнее время в связи с проблемой глобального изменения климата. Математические модели этих процессов достаточно сложны и в настоящее время изучаются в основном численными методами [1,2 и др.].
При разработке россыпных месторождений для продления промывочного сезона создают склады-отвалы золотоносных аллювиальных пород, причем с целью предотвращения их промерзания используют теплоизоляционные покрытия. Ранее было показано, что при этом полное предотвращение промерзания возможно только при значительной
толщине такого покрытия, что экономически нецелесообразно [3]. Современные средства рыхления позволяют разрабатывать россыпные месторождения при толщине промерзшего слоя до 1,5 м.
В данной работе дан аналитический метод инженерной оценки промерзания аллювиальных пород склада-отвала на допустимую глубину при наличии искусственного теплоизоляционного покрытия заданной толщины.
Предварительно рассмотрим метод эквивалентного слоя, применяемый при расчете промерзания грунтов [4]. Сущность метода заключается в замене реального теплоизоляционного покрытия толщиной ё и теплопроводностью
(рис. 1, а) на фиктивное покрытие толщиной I э, теплопроводность которого равна теплопроводности мерзлой породы Л1 (рис. 1, б). Величина 1э определяется из равенства тепловых потоков q1 и q2 на нижней границе теплоизоляционного покрытия в стационарном состоянии
ГГ _ГГ ГГ _ГГ 2
Л = 4 -“у-- <=> >
где Тв - температура окружающей среды (воздуха).
Рис. 1. Схема к расчету толщины эквивалентного слоя
4,М
1.5
1.25
0.75
0.5
0.25
1У
1 - СІ = 0,1 м; 2 - сі = 0,2 м; 3 - сі = 0,3 м; 4 - сі = 0,4 м
2^
3^,
25
50
75
100
125
150 175
?,сут
Рис. 2. Зависимости глубины промерзания массива от времени при разных толщинах теплоизоляционного покрытия
В частном случае, когда начальная температура породы равна температуре фазового перехода Гф, имеем следующее условие на границе промерзания
^ТТ-^ГрТ, і; + (!э ф ді
(1)
перехода «вода - лед», Дж/кг.
Решение уравнения (1) имеет вид
£«)=^2А1 + е\-е„
(2)
где А =
Рис. 3. Зависимость глубины промерзания массива от времени при отсутствии покрытия
Графические зависимости ), полученные расчетом по формуле (2) при ЛИ = 0,1
Вт/(м • К) (свежевыпавший снег), представлены на рисунке 1. Зависимость при отсутствии тепло-
изоляционного покрытия дана на рис. 2. Если в качестве теплоизоляционного покрытия использовать искусственные материалы с малой теплопро-водностью, например пенополистирольные щиты, то толщина покрытия будет существенно меньше.
Характер одновременного влияния толщины теплоизоляционного покрытия и времени промерзания на изменение глубины промерзшего слоя можно видеть на трехмерном графике, представленном на рисунке 3. Как следует из рис. 1 и 3, величина £ практически линейно зависит от времени промерзания и имеет место резкое ее уменьшение по мере роста Рис. 4. Влияние толщины покрытия и времени на глубину толщжы помытая.
венное влияние на глубину промерзания оказывает
промерзания
где W - влажность породы, кг/кг; р -ее плотность, кг/м3; - теплота фазового
лопроводность покрытия.
Ли, Вт/(м • К)
Рис. 5. Влияние на глубину промерзания теплопроводности покрытия
В уравнении теплового баланса (1) предполагается, что начальная температура массива равна температуре фазового перехода, поэтому в (1) не учитывается теплота, затрачиваемая на изменение температуры массива. Учет последнего также должен приводить к уменьшению толщины теплоизоляционного покрытия.
— СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Константинов П.Я. О связи глубины сезонного протаивания с межгодовой изменчивостью средней годовой температуры грунтов.
- Криосфера Земли, 2006, т. X, №3, с. 15-22.
2. Сосновский А.В. Математическое моделирование влияния толщины снежного покрова на деградацию мерзлоты при потеплении климата. - Криосфера Земли, 2006, т. X, №3, с. 83-88.
3. Дугарцыренов А.В., Бельченко Е.Л. О теплоизоляции складов-отвалов при разработке россыпных месторожений. Горный информационно-аналитический бюллетень, № 5, 2009, с. 129.
4. Комаров И.А. Термодинамика и тепломассообмен в дисперсных мерзлых породах.
- М.: Научный мир, 2003. - 608 с. ЕШ
— Коротко об авторах
Дугарцыренов А.В. - докторант кафедры «Физика горных пород и процессов», Бельченко Е.Л. - профессор кафедры «Физика горных пород и процессов»,
Московский государственный горный университет, [email protected]
