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

Из формул (IV.75) — (IV.77) видно, что осадка льдонасы­ щенных пород при 500 кг/м3 может существенно влиять на скорость оттаивания и способствовать увеличению общей

уменьшению мощности разрабатываемого слоя т) в [/1 —soc раз. Учет вероятной осадки пород на площадках 18—20 позво­ ляет увеличить точность расчета глубины оттаивания на 10 —15 % даже в первые пять суток после обнажения,мерзлых пород. Достоинство полученных формул (IV.65), (IV.69), (IV.80) для определения скорости оттаивания при послойной разра­ ботке по сравнению с известными заключается в том, что они учитывают все метеорологические факторы — поток сум­ марной радиации, температуру и влажность воздуха, ско­ рость ветра. Формула (IV.69) учитывает также влияние темпе­ ратуры мерзлых пород, необходимой для расчета дм, а формула

(IV.80) — осадку льдонасыщенных пород при оттаивании. Анализ процесса послойного оттаивания позволил выяснить,

в какой степени тепловые свойства и мощность разрабатыва­ емых слоев влияют на коэффициент использования атмосфер­ ного тепла qUI?. В частности, из формулы (IV.74) следует, что

Обработка экспериментальных данных в координатах q/IIT, УК? свидетельствует о существовании корреляции между этими параметрами (рис. 30) и, следовательно, устойчивости величины а Эф в процессе оттаивания.

Поскольку параметр Пт зависит от сочетания многих метео­ рологических факторов, изменяющихся во времени, поглоще­ ние атмосферного тепла протаивающими породами более удоб-

152

R^-102

Рис. 30. Связь между параметрами д//7т (доли еди­

ницы) и Д£= ^ _ (см2-мии-град/кал).

® Л';'

Данные по Кулару: 1 — площадка 18; 2 — 19; 3 — 20; 4 — данные по Иереляху (получены В. Т. Балобаевым).

но оценивать при помощи коэффициента использования потока суммарной радиации q!Qc-

В летний период поток суммарной радиации практически не зависит от широты местности. Однако величины qJQo в раз­ личных районах золотодобычи неодинаковы вследствие изме­ нения^ климатических условий (табл. 55).

4.Протаивание мерзлых пород под пленочным покровом

Прогноз скорости протаивания пород под пленочным покро­ вом можно сделать лишь на основе некоторой схематизации взаимосвязанных процессов тепло- и массообмена в приземном слое воздуха, воздушной прослойке между пленкой и поверх­ ностью пород, протаивающем и мерзлом слое. Эта схематиза­ ция включает и усреднение параметров внешнего и внутреннего теплообмена.

Составим уравнения теплового баланса для трех уровней: на поверхности пленки (z= —г)

153

на поверхности пород (z=0)

G 4- IJPр -f- бдоТцЛ бдоТп сс1 (ta ta!i) а 2 (еа — епл)

(IV.87)

на границе раздела фаз (z=£)

(IV.88)

где АЕК, АЕЛ— поглощенная пленкой коротковолновая и длинноволновая радиация; аи «2— коэффициенты теплоотдачи поверхности пород под пленкой, обусловленные тепло- и массообменными процессами; а т— коэффициент конвективной теплоотдачи поверхности пленки в атмосферу; G — поглощен­

ная поверхностью пород коротковолновая радиация; Рр — интегральная функция пропускания диффузного длинно­ волнового излучения пленкой; Гп, Тпл— температура поверх­ ности пород и пленки, ° К; еп, епп—парциальное давление пара на уровне поверхности пород и пленки (с нижней стороны).

Входящие в систему уравнений (IV.86) — (IV.88) параметры могут быть рассчитаны следующим образом.

Пренебрегая эффектом многократного отражения потока радиации под пленкой (отраженный от нижней поверхности пленки поток примерно на два порядка меньше поступающего из атмосферы), поток коротковолновой радиации, поглощенный поверхностью пород, находим из формулы

где in — доля направленной радиации в потоке суммарной,

m=S'IQc-

Параметры Pj и Рр учитывают различие в поглощающей способности пленки по отношению к направленному и диффуз­ ному излучению. Функция пропускания коротковолнового излучения:

направленного

P j=ехр(—ExW a seed),

диффузного

Р р =ехр(—K%Wnsec 53°),

где К%, W n— коэффициент поглощения и оптическая плотность пленки; O' —зенитный угол Солнца.

155

Поглощение коротковолновой радиации пленкой рассчиты­ ваем по формуле

где А т — альбедо пленки, а длинноволновой — из выражения

Коэффициент а т приближенно находим графическим путем

(см. рис. 29).

Если допустить, что вынужденная конвекция под пленкой отсутствует, величина

Согласно исследованиям Д. М. Бояринцева (1950), коэф­ фициент >-iiK определяется следующими зависимостями:

XllK= 0 ,0 8 9 y P r-G rp :

где Pr, Gr — критерии теплового подобия Прандтля и Грасгофа

(Рг = -J-, Gr = - '^а'г Дг|; Я0 — коэффициент молекулярной

теплопроводности воздуха; ^i,K— коэффициент теплопроводности воздуха при свободной конвекции; г — толщина слоя воздуха

ния; g — ускорение силы тяжести; At — разность температур между поверхностью пород и пленкой (Д£=£пл— tn).

Разность температур между поверхностью пород и пленкой можно определить на основании данных теплобалансовых измерений на экспериментальных площадках, используя фор­ мулу

/?д=бдст(г11Ч-273)4ехр(Л’а.PFnseс 530)+ бдсг(гпл+273)4—/ а. (IV.96)

156

Составляющая длинноволнового излучения, выражаемая первым членом правой части, близка к нулю на площадках, покрытых полихлорвиниловой пленкой, хорошо задерживаю­ щей длинноволновое излучение.

Прозрачность пленок других типов в длинноволновом участке спектра зависит от количества конденсата на поверх­ ности пленки, что сильно затрудняет расчет. Приблизительно оценить величину At можно на основании следующих измерений

(табл. 56).

Данные табл. 56 позволяют оценить пределы изменения величины Gr и получить зависимость произведения Pr-Gr от высоты подвески пленки (рис. 31).

1д(Рг-вг)

Рис. 31. Зависимость произве­ дения критериев Прандтля и Грасгофа (Pr-Gr) сухого воз­ духа от высоты подвески пленки.

Разность (tn—tan)1/3мало отличается от единицы (см. табл.55), поэтому уравнение (IV.97) можно упростить, избавившись от зависимых переменных в правой части. Тогда

При покрытии пленкой хорошо укатанной поверхности (Z0< <^2 см)

(IV.99)

157