Предохранение пород от промерзания.

На производство открытых горных работ существенно влияют климатические условия. Особо жесткие условия работы людей и оборудования при низкой температуре воздуха, ветре. Общая оценка жесткости климата (погоды) производится обычно в баллах по формуле:

где - температура воздуха, Сº; - скорость ветра, м/с.

Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях включает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород , рыхлению мерзлых пород и приведение их в талое состояние (оттаивание).

Для предохранения пород от промерзания используют вспашку, глубокое рыхление и боронование поверхности разрабатываемого зимой слоя, создают над ним снеговой или искусственный ледовоздушный покров, а также утепляют поверхность теплоизоляционными материалами или устраивают специальные навесы и тепляки, производят химическую обработку пород.

Вспашка, рыхление и боронование поверхности позволяют уменьшить теплопроводность пород благодаря образования в ней рыхлого слоя.

Вспашку и рыхление производят специальными плугами и рыхлителями на глубину , 0,3 – 0,4 м.

Боронование производят на глубину 0,2 м. Применяют также глубокое ( на 1,0 – 1,2 м) рыхление пород экскаваторами, что уменьшает глубину их промерзания в 2 – 3 раза. Часто производят снегозадержание (снежные валы, щиты). Теплоизоляционные свойства снега иногда улучшают путем дождевания поверхности.

Для предохранения от промерзания россыпей площадь обваловывают бульдозером (высота вала до 1,5 м), осенью заливают слоем воды 0,8 – 1,5 м для создания ледяного покрова.

При глубине промерзания более 0,6 – 0,8 м необходимо утеплять породу дополнительно теплоизоляционными материалами, опилками, шлаками, минеральной ватой, минеральным войлоком и др.

Применение искусственных утеплителей позволяет свести до минимума, а иногда и совсем предотвратить промерзание горных пород. Предварительное рыхление горных пород экскаватором на глубину до 1,2 м, боронование на глубину 0,15 м и утепление площадок и откосов уступов слоем некондиционного угля толщиной 0,15 – 0,2 м дает возможность уменьшить промерзание пород в 3,5 – 4 раза и обеспечить работу многоковшовых экскаваторов на вскрышных уступах в зимний период.

Для предохранения от промерзания как мягких, так и разрушенных пород в настоящее время применяется замороженная водовоздушная пена. Для получения пены используются алкидсульфаты, вода и сжатый воздух. Слой замороженной при t< -15Сº пены толщиной 0,15 – 0,2 м равномерно наносится пеногенераторной установкой на поверхность любой конфигурации.

Навесы и тепляки используются на небольших карьерах по добыче глин на Урале, Сибири и Дальнем Востоке.

Химическая обработка песчано-глинистых пород хлористыми солями натрия или калия заключается в рассыпании в сухом виде этих солей в измельченном состоянии после предварительной планировки поверхности, вспашке на глубину 20 – 30 см при наличии уклона (для предотвращения смыва раствора).

Оттаивание мерзлых пород.

Оттаивание может осуществляться путем электрообогрева, поверхностного изжога, с помощью горячих газов, пара, воды, при сжигании термохимических патронов и т.п.

Электрообогрев может быть глубинным или поверхностным, низким или высокочастотным.

При глубинном электрообогреве переменным током промышленной частоты напряжением 12 – 380 В электроды размещают в шпурах, пробуренных на глубину промерзания пород по квадратной или шахматной сетке, на расстоянии 0,5 – 0,7 м. Расход электроэнергии при этом составляет до 70 мДж/м³.

Использование усовершенствованных электроигл с напряжением 1 – 2 В и током 2А снижает расход электроэнергии до 30 мДж/м³.

При поверхностном электрообогреве полосовые электроды в виде сеток из тонкой медной проволоки , длина которых равна длине откоса уступа, укладывают на его откос. Питание осуществляется от генератора высокочастотных колебаний.

Поверхностный изжог (сжигание слоя угля толщиной 0,2 – 0,35м) иногда используется на карьерах по добыче глин, промерзшая до глубины 2м глина полностью оттаивает в течении 6 – 10 дней. Расход топлива на 1м³ оттаеной породы составляет угля 30 – 60 кг., торфа 120 – 140 кг.

Для поверхностного оттаивания пород газообразным топливом используются горючие газы, поступающие в карьер по газопроводу, или доставляемые в баллонах. Развиваются методы оттаивания пород инфракрасным излучением.

Оттаивание паром производится с помощью паровых игл (стальных труб внутренним диаметром 19 – 22 мм и длиной 1,7 – 3,0 м), вставляемых в шпуры или забиваемых в породы по мере их оттаивания на расстоянии 2 – 2,5 м друг от друга. Используется насыщенный пар с температурой 102 – 110 Сº под давлением 0,2 – 0,5 мПа. Продолжительность оттаивания тяжелых глин 4 – 6 часов, расход пара на 1м³ мерзлоты составляет 20 – 30 кг.

Достоинства способа – относительная экономичность.

В качестве недостатка следует отметить увлажнение пород, что способствует их повторному замерзанию.

Подобным же образом осуществляется оттаивание горячей водой.

Оттаивание речной водой производят посредством нагнетания её по погружаемым в мерзлые породы трубчатым иглам, проведения дренажных канав или дождевания. Оно может проводиться также при естественном просачивании воды из расположенной на возвышенной части массива оросительной канавы в расположенную ниже на расстоянии 70 – 150 м дренажную канаву глубиной до 2 – 3 м. От оросительной могут проводиться поперечные канавы глубиной до 2,7 м, оканчивающиеся в 30 – 50 см от дренажной. Расход воды на 1 м³ мерзлых пород составляет 120 – 200 м³.