Файл: Общее мерзлотоведение..pdf

ных покрытий наиболее высока при сравнительно коротком пери­ оде эксплуатации, их целесообразнее всего применять для уско­ рения оттаивания сезонномерзлого слоя пород. Однако в горно­ технической практике пленочные покрытия используются и для оттаивания мерзлых пород.

Управление составляющими теплового баланса в летний сезон с целью интенсификации нротаиванпя — лишь одна часть проб­ лемы тепловой мелиорации почв и горных пород мерзлой зоны литосферы. Другая часть этой важной народнохозяйственной проблемы — предохранение оттаявшего слоя от зимнего промер­ зания.

В зимний сезон все составляющие теплового и радиационного баланса пород малы, за исключением эффективного излучения. Добиться снижения можно практически единственным способом — укладывать осенью (до выпадения снега) на поверхности пород пленки, задерживающие длинноволновую радиацию. В некоторых опытах пленка, разостланная на поверхности талой породы, предохраняла ее от промерзания в течение 2—3 недель.

Так как возможности управления эффективным излучением весьма ограничены, зимние мелиорации основываются преиму­ щественно не на управлении составляющими теплового баланса, а на создании на поверхности пород дополнительной термоизо­ ляции, типичными видами которой являются снег, промерзающий слой воды, ледовоздушное покрытие, щиты из пенопласта, пенолед и пр. Идея получения пористого льда путем нагнетания в замерзающую воду сжатого воздуха была предложена М. М. Кры­ ловым. Большую пористость и меньшую теплопроводность имеет

76

поиолед. Для его получения в водный поток вводят понообразующий состав, который выбрасывается через брандспойт при низ­ ких температурах воздуха и замерзает, образуя ячеистую ледяную массу. Стойкость пены повышают стабилизирующими добавками, увеличивающими ее вязкость и дающими возможность получить слой необходимой толщины (казеиновый клей, смола и др.). Па участках с небольшим объемом работ применяют термопокры­ тия минерального (шлаковата, стекловолокно) и органического (хвойная лага, ветки кустарника) происхождения. В последнее время проводится много опытных работ по применению высокопористых синтетических материалов, теплопроводность которых лишь ненамного выше теплопроводности воздуха, для защиты пород от промерзания. Хорошо зарекомендовали себя различные виды пенопластов. Пенопласт имеет замкнутые поры, достаточно прочен и долговечен. Весьма перспективными для защиты пород от замерзания могут быть многослойные пленочные покрытия, в которых толщина зазора между пленками не должна превышать нескольких миллиметров. Такие покрытия снизят до минимума передачу тепла путем свободной конвекции.

Наиболее дешевый и поддающийся механизации способ защиты пород от промерзания — снегование полей. Попытки применить для этой цели обычные дождевальные машины не привели к успеху, так как снег получался слишком плотным (р/>0,3 г/см3), а следо­ вательно, и высокотеплопроводным.

При водно-тепловой (гидротермической) мелиорации регули­ рование теплового и водно-теплового режима пород осуществляют пе только путем воздействия на кондуктивную теплопроводность, но и путем создания искусственного тока воды, служащего теп­ лоносителем. Одним из первых ученых — пропагандистов по пре­ образованию природы с помощью гидротермических мелиораций — был М. М. Крылов.

Еще в прошлом веке А. Э. Гедройц подметил, что глубина сезонного протаивания в южных районах мерзлой зоны зависит от количества летних осадков. В дождливые годы протаивание больше, чем в сухие. Поскольку коэффициент фильтрации и коэф­ фициент теплопроводности возрастают с увеличением крупности частиц, то глубже всего протаивают галечники, затем пески

псупеси, меньше всего суглинки и глины.

Вразличных способах гидротермической мелиорации для от­

таивания грунтов используют вынужденную конвекцию воды — фильтрацию и инфильтрацию, а для их увлажнения — затопле­ ние.

Интенсивность протаивания мерзлых пород, на поверхности которых или в которых искусственно создается фильтрационный поток, резко возрастает. Фильтрационный поток, установив­ шийся в талой зоне, обусловливает приток конвективного тепла к границе протаивания. Передача тепла конвекцией от фильтра­ ционного потока к протаивающей породе называется поперечной

77

теплопроводностью. Поперечная теплопроводность возникает в результате того, что частицы породы усиливают турбулизацшо потока и струйки жидкости отклоняются от основного направле­ ния фильтрации. Это приводит при наличии градиента темпера­ туры на границах потока к передаче тепла в направлении, орто­ гональном скорости фильтрации. Таким образом, в протаива­ ющем слое температурный градиент обусловливает передачу тепла в поперечном направлении как путем кондукции, так и пу­ тем вынужденной конвекции (фильтрации). Эффект возникнове­ ния поперечной теплопроводности при фильтрации норовой воды используется при игловом и дренажно-фильтрационном способах оттаивания мерзлых грунтов.

Повышение интенсивности оттаивания грунтов вследствие инфильтрации воды частично обусловливается тем, что вода сама несет тепло, которое поглощается породой. Однако обычно в ко­ личественном отношении влияние этого тепла на интенсификацию протаивания невелико, так как температура воды невысока. Теп­ ловой эффект инфильтрации в основном обусловлен тем, что инфильтгационная вода переносит тепло, аккумулированное поверх­ ностным слоем вследствие поглощения радиации, в глубжележащие слои и к границе протаивания. Эффект возникновения дополнительного потока тепла при инфильтрации используется в дождевальном (дренажно-инфильтрационном) способе искус­ ственного оттаивания. Этот способ позволяет при благоприятных условиях оттаять за один летний месяц мерзлые галечники на глу­ бину 8—10 м. Впервые дождевально-инфильтрационный метод был применен в Забайкалье сотрудниками НИГРИЗолото для оттаивания россыпи.

Описанные принципы управления сезоннопромерзающим и сезоннопротаивающим слоем широко применяются в горном деле при искусственном оттаивании россыпных месторождений и на­ чали внедряться в сельскохозяйственное производство и строи­ тельство на мерзлых породах.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.К у д р я в ц е в В. А. Температура верхних горизонтов вечномерзлой толщи в пределах СССР. Л., Изд-во АН СССР, 1954.

3.Л ы к о в А. В. Теория теплопроводности. М., Гос. изд-во техн.-теор. литературы, 1952.

4.К р ы л о в М. М. К теплотехническому анализу промерзания грунта.— «Вести, инженеров и техников», 1934, № 1.

5. A l d r i c h Н. Р., P a u n t e r N. М. Derivation of rational formula

78