Файл: Павлов, А. В. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей.pdf

Т а б л и ц а 41

Влияние пленочного покрытия на составляющие теплового баланса

подтверждают вывод К. Я. Кондратьева (1956) об определяющей роли конвекции воздуха под пленкой в формировании оранже­ рейного эффекта, следствием которого является повышение тем­ пературы поверхности пород под пленкой.

В рассмотренном примере конвективные потери тепла под пленкой уменьшаются в десятки раз по сравнению с открытой поверхностью, вследствие чего увеличивается температура по­ верхности, тепловой поток в породу и эффективное излучение. Таким образом, наличие пленочного покрытия, хорошо погло­ щающего длинноволновое излучение, не приводит к уменьшению эффективного излучения поверхности пород. Излучение под пленкой в рассмотренном примере возрастает в 1,72 раза по от­ ношению к поступающей к поверхности радиации или в 1,3 ра­ за к суммарной. В пленке происходит трансформация энергии — часть поглощенной пленкой лучистой энергии наряду с длин­ новолновым излучением расходуется конвективным путем (на испарение влаги с поверхности и теплообмен с воздухом).

Эффективность применения пленочных покрытий при оттаи­ вании суглинистых пород (рис. 23) ниже, чем при оттаивании крупноскелетных. Тепловой поток в суглинистые породы, по­ крытые пленкой, возрастает лишь на 30—40%, тогда как в круп­ носкелетные — на 60—80%. Засоление пород по описанной вы­ ше технологии не обеспечивало существенного увеличения ско­ рости оттаивания.

Оранжерейный эффект, заключающийся в повышении тем­ пературы поверхности на несколько градусов, позволяет объяс­ нить увеличение скорости протаивания пород под пленками лишь на 10—20%. В то же время наблюдаемые эффекты от при­ менения пленочных покрытий значительно превосходят рас­ считанные по градиентам температур в протаивающих породах.

114

Рис. 23. Структура теплового баланса пород при тепловой мелиорации.

а — суглинки, №=70— 94%; б — крупноскелетные породы, №=13%, в — то же, №=23 %.

1 — отраженная радиация; г — эффективное излучение; 3 — турбулентный теплооб­ мен и затрата тепла на испарение; 4 — тепловой ноток в породу.

8*

Из этого можно сделать вывод о существенном различии коэф­ фициентов теплопроводности пород — при открытой поверхно­ сти грунта происходит иссушение поверхностного слоя и, сле­ довательно, снижение его теплопроводности. В породах, покры­ тых пленкой, такое явление наблюдается в значительно меньшей мере. Лишь влиянием массообменных процессов в протаиваю­ щих породах можно объяснить аномально большое увеличение

В 1969 г. ^с 20 июня до конца сентября) проводились тепло­ балансовые наблюдения на участках послойной разработки су­ глинистых пород (площадки 18, 19 и 20). Начальная влажность суглинков составляла 50% (wn=0,55 г/см3). Коэффициент теп­ лопроводности пород в талом состоянии на площадке 18 был ра­ вен 0,78 и на площадках 19, 20—1,20 ккал/м-ч-град. Ширина вскрываемой полосы 60—100 м. Кратчайшее расстояние точки установки измерительных приборов от границы участка по на­ правлению ветра составляло: на площадке 18—50 м, 19—200 и 20 -100 м.

Метеорологические условия в период наблюдений резко из­ менялись. Так, после обнажения пород на площадке 18 (20/VI) в течение 17 суток средняя суточная температура воздуха изме­ нялась от 1,4 до 20,5°, абсолютная влажность воздуха — от 6,7 до 15,9 мб, средний суточный поток суммарной радиации — от 0,074 до 0,498 кал/см2-мин. После обнажения пород на площад­ ках 19 и 20 (21/VII) в течение 17 суток погода была более устой­ чивой (табл. 42, 43).

Если на площадках с пленочными покровами частота акти­ нометрических наблюдений составляла 6 —8 раз, то на участках послойной разработки она увеличивалась до 15 раз в сутки. В ясную погоду проводили повторные наблюдения по актино­ метрическим приборам. Температура поверхности измерялась ртутными напочвенными термометрами, а глубина протаивания— щупом один раз в 5 дней. За истинное значение Еа принимали величину

Ea=0,95o(ta+273)*+S+R -<?с- (III.14)

Среднее квадратичное отклонение средних суточных вели­ чин Еа, рассчитанных по формуле Ангстрема с поправочными множителями Вольца и Фалькенберга (Кондратьев, 1956) по сравнению с формулой (III.14), составило 6,1% по результатам измерений на площадке 18 и 9,5% на площадке 20. Предельное

116

Т а б л и ц а 42

Метеорологические условия в период наблюдений на площадке 18

Метеорологические условия в период наблюдений на площадках 19—20

где Е0— излучение серой поверхности при температуре 0°С; t0— температура оттаивания пород (7о=0°С); ео — упругость

Целесообразность использования параметра П тдля харак­ теристики метеорологических условий будет обоснована в гла­ ве IV.

Материалы наблюдений за составляющими теплового балан­ са приведены в табл. 44—46. Они хорошо подтверждают общие закономерности изменения составляющих теплового баланса в зависимости от времени после обнажения, впервые выявлен­ ные И. Т. Рейнюком (1958) и В. Т. Балобаевым (1963).

На площадках 19 и 20 турбулентный поток тепла за весь пе­ риод наблюдений был направлен к поверхности пород. Резкое снижение температуры воздуха с 1 по 4 августа привело к изме­ нению направления потока. Конденсация влаги на поверхности пород отмечалась в течение нескольких часов после обнажения

Таблица 44

Составляющие теплового баланса на площадке послойной разработки 18, кал/см2 мин

118