Электрохимия нашла применение в инженерных работах, как способ закрепления неустойчивых грунтов для строительства инженерных сооружений и горных выработок. Минус у метода - стоимость, т.к. требуется продолжительное пропускание через породу электрического тока большой силы.
Рисунок [http://www.findpatent.ru/patent/217/2175040.html] - схема закрепляющей и контролирующей установки
Грунты, обладающие малой водопроницаемостью, т.е. глинистые (Кф < 0,01 м/сут.), закрепляют электрохимическим способом, который основан на явлениях электроосмоса и электрофореза. При погружении электродов источника постоянного тока в грунт начинается перемещение отрицательно заряженных глинистых частиц к аноду. Для сохранения равновесия в распределении вещества в объеме грунта молекулы воды вынуждены двигаться к катоду. Чем меньше водопроницаемость грунта, тем эффективнее метод: чем менее эффективна обычная откачки, тем более эффективен метод электроосушения.
В электроосушении совмещают катоды с иглофильтрами, т.е. с откачкой воды. Иногда по трубам − анодам подают силикат натрия для увеличения эффективности закрепления. Размещают электроды вокруг проектируемого котлована.
Действие электроосушения проявляется уже через двое суток. При этом коэффициент фильтрации суглинков может увеличиться в 10 и более раз, а глин еще больше. Физико-механические свойства грунтов изменяются настолько, что можно нормально проводить земляные работы, в то время как до электроосушения сильно влажный глинистый грунт разжижается и легко просачивается даже через шпунт.
Осушение 1 м3 грунта требует около 40 кВт∙ч энергии. Расстояние между электродами устанавливают по формулам, учитывающим электрические свойства грунта.
Прочность грунта при электрохимическом укреплении увеличивается более чем в 2 раза. [http://referatdb.ru/geografiya/35823/index.html?page=6#899588]
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО УКРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Патент
Заявитель(и): Кузбасский государственный технический университет
Автор(ы): Простов С.М.,Хямяляйнен В.А.,Бурков Ю.В.,Гуцал М.В.
Реферат:
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве подземных выработок в обводненных неустойчивых горных породах, а также в наземном строительстве при укреплении грунтов в основаниях зданий и сооружений. Техническим результатом является сокращение сроков строительства, снижение трудозатрат, расхода электроэнергии и материалов, а также исключение наличия ослабленных зон в упрочненном массиве. Для этого измеряют показатели прочности и удельное электрическое сопротивление образцов пород, насыщенных укрепляющим раствором применяемого состава и концентрации в процессе твердения раствора. Устанавливают взаимосвязь между ними. После завершения электроосмотического нагнетания между электродами-инъекторами устанавливают электрические датчики и измеряют эффективное удельное электросопротивление массива. По установленной зависимости оценивают изменение прочности пород. Горно-строительные работы начинают после достижения массивом требуемого уровня прочности. Если требуемый уровень прочности пород достигается ранее запланированного срока более чем на 20%, то на последующих участках применяют менее концентрированные растворы, более низкий уровень плотности тока или сокращают сроки электрообработки. Если время достижения массивом требуемого уровня прочности превышает плановые сроки более чем на 20%, производят повторное нагнетание и корректируют режим в обратном направлении. В качестве электрических датчиков используют электроды-инъекторы.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при строительстве подземных выработок в обводненных неустойчивых горных породах. Оно может использоваться также в наземном строительстве при укреплении грунтов в основаниях зданий и сооружений.
Для контроля насыщения массива укрепляющими растворами применяют геофизические, в частности электрофизические способы, основанные на изменении во времени в процессе насыщения удельного электросопротивления массива горных пород. Данные способы принципиально обеспечивают контроль электроосмотического насыщения и управление этим процессом на первой стадии, поскольку электросопротивление укрепляющих химических растворов в 2-3 раза ниже, чем слабоминерализованных грунтовых вод.
Наибольшее значение имеет контроль на второй стадии электрохимического укрепления, результаты которого в наибольшей степени влияют на прочностные параметры укрепляемого массива и технико-экономические показатели работ. Данная задача на данный момент не решена. Укрепленный массив может не набрать достаточной прочности для ведения горно-строительных работ. С другой стороны, могут иметь место неоправданные потери времени и материалов.
Пример исполнения. При строительстве наклонного ствола с сечением в проходе 17,9 м2 возникла необходимость электрохимического укрепления обводненных неустойчивых наносов из глинистых пород мощностью 23 м. При применении арочной металлической крепи типа СВП-22 в комбинации с монолитной бетонной оболочкой толщиной 0,3 м расчетным путем установлено, что толщина упрочненной оболочки должна составлять 5,2 м при минимальном значении коэффициента сцепления закрепленного грунта 0,39 МПа. Согласно проекту укрепление грунта проводилось с помощью электродов-инъекторов в виде труб диаметром 100 мм, длиной 6 м, шестью заходками по глубине по 5 м с расстоянием между электродами по радиальным направлениям и по дуге окружности 1 м. Таким образом, участок упрочнения имел форму цилиндра высотой 30 м и диаметром 15 м. Для упрочнения применялся раствор силиката натрия и хлористого кальция в соотношении 1: 1 плотностью 1,08 г/м3. Результаты лабораторных испытаний образцов обработанных грунтов приведены в табл. 1.
В первой серии электрохимическое упрочнение проводили на 10 парах скважин. Время электрообработки со сменой полярности анодов и катодов составило 120 ч. При нормативном расходе электроэнергии 10 кВт
ч/м3и напряжении 50 B плотность тока составила 2,78 А/м. По данным испытаний время набора прочности К = 0,39 МПа составило tпл= 15 сут = 360 ч.
ч/м3и напряжении 50 B плотность тока составила 2,78 А/м. По данным испытаний время набора прочности К = 0,39 МПа составило tпл= 15 сут = 360 ч.
После завершения электроосмотической обработки массива в средней части между катодом и анодом на расстоянии 0,3 м установили измерительные электроды на глубину 1 м. Для исключения влияния обнажения на результаты контроля верхняя часть измерительных электродов была изолирована на глубину 0,5 м. Измерения проводились каротажным прибором КП-2. Результаты контроля приведены в табл.2.
Достижение прочности массива КН = 0,39 МПа произошло в момент tгс= 270 ч, что на 25% меньше планового значения. На основании результатов контроля был скорректирован режим электрообработки: сокращено время обработки с 120 до 100 ч.
Контрольные измерения на последующих участках упрочнения показали, что время набора прочности увеличилось и стало близко к нормативному. Таким образом, применение заявленного способа позволило снизить расход электроэнергии на 20%.
Формула изобретения
1. Способ электрохимического укрепления горных пород, включающий геологические изыскания, лабораторные испытания образцов горных пород, обоснование режима упрочнения, установку катодных и анодных электродов-инъекторов, электроосмотическое нагнетание укрепляющего раствора с параллельной откачкой грунтовой воды, обеспечение набора прочности массива до требуемого уровня в процессе твердения укрепляющего раствора до начала ведения горно-строительных работ, отличающийся тем, что дополнительно измеряют показатели прочности и удельное электрическое сопротивление образцов пород, насыщенных укрепляющим раствором применяемого состава и концентрации в процессе твердения раствора, устанавливают взаимосвязь между ними, после завершения электроосмотического нагнетания в средней части массива между катодными и анодными электродами устанавливают электрические датчики, измеряют эффективное удельное электрическое сопротивление массива, оценивают по установленной зависимости изменение прочности пород, а горно-строительные работы начинают после достижения массивом требуемого уровня прочности.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что требуемый уровень прочности пород достигается раньше запланированного срока более, чем на 20%, то корректируют режим электрохимического укрепления, применяя на последующих участках менее концентрированные растворы, более низкий уровень плотности тока или сокращают сроки электрообработки.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по результатам контроля определяют необходимое время достижения массивом требуемого уровня прочности и, если это время превышает плановые сроки более чем на 20%, на участках установки датчиков производят повторное нагнетание, корректируют режим, применяя на последующих участках более концентрированные растворы, увеличивают плотность тока или увеличивают сроки электрообработки.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрических датчиков используют электроды-инъекторы.
.JPG)
Комментариев нет:
Отправить комментарий