Предохранение пород от промерзания
Почти две трети территории нашей страны занимают области с суровым климатом При низкой температуре воздуха ветер создает наиболее жесткие условия погоды Увеличение скорости ветра на 0.5 м в секунду по восприятию эквивалентно понижению температуры воздуха на 1 градус.
Плотные, мягкие связные и сыпучие породы при отрицательной температуре резко меняют физико-механические свойства. Чем ниже температура, тем выше становится временное сопротивление на сжатие глин, суглинков, песков, супесей. Подготовка горных пород к выемке в зимних условиях предусматривает комплекс мероприятий по предотвращению промерзания пород и рыхлению мерзлых пород. Вспашка, боронование и рыхление пород позволяют уменьшить теплопроводность породы за счет образования рыхлого слоя. Вспашку производят специальными плугами или рыхлителями на глубину 30 — 60 см, а боронование — на глубину до 20 см. Рыхление пород на глубину до 1,8 м экскаваторами уменьшает глубину их промерзания в 2—3 раза.
Глубину промерзания пород (в см) можно ориентировочно определить по формуле
где P = zTo/1000; z — число дней в году с отрицательной среднесуточной температурой, To — средняя температура воздуха за период промерзания, °С, Kn — коэффициент, учитывающий вид пород (для глин Kn = 1, суглинков — 1,06, супесей — 1,1, песков 1,12); Hcн — средняя толщина снегового покрова за период промерзания, см.
В то же время глубину промерзания пород (в см) приближенно можно определить по эмпирической формуле проф. А.Н. Будникова
где Л — коэффициент теплопроводности породы, ккал/(м*ч*°С) — в системе СИ Вт/(м*К); T — средняя из среднемесячных температур воздуха в зимний период, °С; n — число дней с отрицательной температурой воздуха; с — коэффициент, учитывающий влияние снежного покрова (равен 0,5; 0,4; 0,35 и 0,3 при толщине снежного покрова 10; 20; 25 и 40 см).
Для предохранения горных пород от промерзания применяют снегозадержание посредством снежных валов, снегозадерживающих щитов, укладки хвороста и др. Валы и щиты располагают перпендикулярно господствующему направлению ветра с расстоянием между рядами не более пятнадцатикратной высоты вала.
При большой глубине промерзания дополнительно необходимо породу утеплять теплоизоляционными материалами, обладающими низкой теплопроводностью: листвой, соломой, мхом, опилками, торфом, хвоей и др.
Толщина слоя утепляющих материалов (в см) может быть приближенно определена по формуле В.А. Черкашина:
где Hп — глубина промерзания породы, см; Hсн — мощность снегового покрова, см; Kсн — коэффициент теплоизоляционных свойств снега (Kсн = 1,5—2,5); Kyт — коэффициент теплоизоляционных свойств утеплителя (листва — 2,2—3,3: опилки — 1,9—2,8; торф — 1,9—2,8), n — коэффициент, учитывающий уплотнение утепляющих материалов, равный 1,3.
Для карьеров небольшой производственной мощности (добыча глины для кирпичных заводов, глины как керамзитовое сырье) можно применять специальные навесы, шатры, тепляки для предотвращения пород от промерзания. В некоторых случаях можно утеплять уступы слоем пенопласта толщиной 20—25 см или добычные уступы засыпать вскрышными породами.