Установка для исследования процессов тепломассопереноса и льдообразования в мерзлых сыпучих геоматериалах

Установка для исследования процессов тепломассопереноса и льдообразования в мерзлых сыпучих геоматериалах может быть использована при физическом моделировании процессов тепломассопереноса и льдообразования в очистном блоке рудника криолитозоны, заполненном отбитой, мерзлой, периодически выпускаемой рудой при поступлении (фильтрации) вентиляционного воздуха, с целью определения рациональных параметров регулирования теплового и вентиляционного режимов и разработки превентивных мероприятий для предотвращения ее смерзания с обеспечением беспрепятственного выпуска. Установка включает теплоизолированный корпус в виде короба с отверстиями с противоположных его сторон с размещенным в нем геоматериалом, к корпусу с одной стороны дополнительно подсоединен всасывающий вентилятор, с противоположной стороны корпуса расположена соединенная с ним увлажняющая камера, снабженная устройствами замера и регулирования скоростных, тепловых и влажностных параметров воздуха, устройство обеспечения охлаждения корпуса выполнено в виде наружного металлического кожуха с возможностью создания в нем зоны отрицательных температур, устройства измерения тепловых параметров геоматериала, измерения скорости фильтрации воздуха. Корпус выполнен может быть выполнен сборно-разборным. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к горной промышленности и может быть использована при физическом моделировании процессов тепломассопереноса и льдообразования в очистном блоке мерзлотных горизонтов рудников криолитозоны при прохождении (фильтрации) вентиляционного воздуха через навал отбитой замагазинированной мерзлой руды с целью разработки превентивных мероприятий по предотвращению ее смерзания.

Известно инструментальное оборудование, используемое при исследовании формирования фазового состава воды в мерзлых породах [1], но оно неприменимо для исследований процесса тепломассопереноса в некотором объеме грунтов.

Известен способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах [2]. Для реализации способа была разработана установка, состоящая из камеры для размещения исследуемого образца грунта, которая снабжена теплозащитным кожухом, охлаждающим устройством, криостатом и датчиками для замеров температуры и теплового потока (прототип).

Вышеописанная установка не может использоваться для исследований процессов тепломассопереноса в мерзлых геоматериалах, так как не обладает универсальностью и пригодна только для исследований процессов кондуктивного теплообмена.

Техническим результатом заявляемого технического решения является расширение диапазона регулирования климатических параметров при физическом моделировании процессов тепломассопереноса, что дает возможность имитации климатических условий, изменяющихся в течение календарного года. Это, в свою очередь, позволяет повысить достоверность моделирования процессов тепломассопереноса.

Для достижения данного технического результата разработана установка, включающая теплоизолированный корпус с размещенным в нем геоматериалом, устройства обеспечения охлаждения корпуса, измерения тепловых параметров геоматериала, измерения скорости фильтрации воздуха, при этом корпус установки выполнен в виде короба с отверстиями с противоположных его сторон, к корпусу с одной стороны дополнительно подсоединен всасывающий вентилятор, с противоположной стороны корпуса расположена соединенная с ним увлажняющая камера, снабженная устройствами замера и регулирования тепловых, влажностных и скоростных параметров воздуха, а устройство обеспечения охлаждения корпуса выполнено в виде наружного металлического кожуха с возможностью создания в нем зоны отрицательных температур. Корпус выполнен сборно-разборным.

Сопоставительный анализ отличительных признаков заявляемой модели с признаками прототипа свидетельствует о соответствии ее критерию «новизна», а совокупность признаков заявляемой полезной модели обеспечивает достижение указанного выше технического результата.

Сущность заявляемого технического решения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан поперечный разрез установки.

Установка включает корпус 1 с теплоизоляционным слоем 2, размещенный в наружном металлическом кожухе 3, для загрузки мерзлого зернистого геоматериала 4, всасывающий вентилятор 5, увлажняющую камеру 6, регулирующее и замерное устройство скорости воздушного потока 7, регулирующее и замерное устройство температуры воздушного потока 8, регулирующее и замерное устройство влажности воздушного потока 9.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Вначале производится заполнение корпуса 1, защищенного слоем теплоизоляции 2 от внешних температурных и механических воздействий, исследуемым сыпучим геоматериалом 4, замороженным до определенной температуры. Затем корпус 1 с геоматериалом 4 помещается в наружный металлический кожух 3, выполняющий функции морозильной камеры и обеспечивающий стабильность условий проведения исследований.

С помощью всасывающего вентилятора 5 обеспечивается прохождение входящего вентиляционного потока через увлажняющую камеру 6, где происходит насыщение его влагой, и дальнейшее прохождение увлажненного воздушного потока через исследуемый геоматериал 4.

С помощью устройств 7, 8 и 9 выполняется регулирование и фиксирование, соответственно, скорости воздушного потока, его температуры и влажности.

Длительность экспериментального исследования может составлять от 6 до 120 часов. По окончании эксперимента форма с геоматериалом извлекается из морозильной камеры, разбирается, и смерзшийся геоматериал исследуется на выявление зон льдообразования, смерзшихся конгломераторов, образования инея в поровом пространстве. Кроме этого, отбираются пробы для лабораторных исследований.

В качестве геоматериала может быть использована реальная измельченная руда конкретного месторождения, тем самым повышается достоверность получаемых результатов.

Преимуществами предлагаемой установки являются:

- обеспечение ведения экспериментов на натуральных геоматериалах (рудах, породах) конкретного месторождения;

- обеспечение высокой идентичности всех тепломассообменных процессов, происходящих в очистных блоках рудников криолитозоны, характерных при отработке мерзлотных горизонтов;

- возможность пространственной ориентации формы (горизонтальное, вертикальное положение);

- простота конструкции, возможность многократного использования;

- возможность отбора образцов смерзшихся геоматериалов для проведения лабораторных исследований;

- высокая точность замеров и регулировки всех параметров.

Полученные при моделировании на заявляемой установке результаты могут быть использованы при расчетах оптимальных параметров температурного, влажностного и вентиляционного режимов для конкретного участка подземных горных работ, а так же при разработке превентивных мероприятий, предотвращающих смерзание отбитой руды в очистных блоках рудников криолитозоны и обеспечивающих тем самым стабильность процесса ее выпуска.

Источники информации

1. Акимова Ю.П. Формирование фазового состава воды в мерзлых породах. Автореферат дис. на соиск. учен. степени кандидата геолого-минералогических наук. Изд-во МГУ, 1979.

2. А.С. 934334 "Способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах", приоритет 30.04.1980, опубл. 07.06.1982, МПК G01N 25/04 (Прототип).

1. Установка для исследования процессов тепломассопереноса и льдообразования в мерзлых сыпучих геоматериалах, включающая теплоизолированный корпус с размещенным в нем геоматериалом, устройства обеспечения охлаждения корпуса, измерения тепловых параметров геоматериала, измерения скорости фильтрации воздуха, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде короба с отверстиями с противоположных его сторон, к корпусу с одной стороны дополнительно подсоединен всасывающий вентилятор, с противоположной стороны корпуса расположена соединенная с ним увлажняющая камера, снабженная устройствами замера и регулирования скоростных, тепловых и влажностных параметров воздуха, а устройство обеспечения охлаждения корпуса выполнено в виде наружного металлического кожуха с возможностью создания в нем зоны отрицательных температур.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус выполнен сборно-разборным.