ИСКУССТВЕННЫЙ ХОЛОД

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХОЛОДА ПРИ ПРОХОДКЕ ШАХТ

Огромные трудности возникают перед строителями шахт, тоннелей и подземных железных дорог при проходке так называемых «плывунов» — водоносных грунтов. Вода вместе с разжиженной породой заливает шахту, не даёт возможности вести работу.

В борьбе с «плывунами» большую помощь строителям оказывает холодильная техника. «Плывуны» заморажи­вают, превращают в лёд, а затем подвергают обычной обработке.

Впервые способ проходки водоносных грунтов с по­мощью замораживания был применён в Сибири в золото­платиновой промышленности ещё в начале прошлого века. В сильные морозы шахту промораживали, затем на дне её разводили костёр, грунт оттаивал и выдавался на по­верхность. Таким способом проходка шахты шла в течение зимы на глубину до 20 метров. Такое замораживание «плывунов» и проходка их зимой натолкнули на мысль об искусственном замораживании грунтов.

В нашей стране замораживание водоносных грунтов с помощью холодильных машин было применено в 1928—1930 годах при проходке калийной шахты в Соли­камске. Замораживание «плывунов» применялось также на угольных шахтах Кузбасса. Замораживался грунт и при сооружении некоторых гидростанций, доков и пр.

Но особенно широко применялся искусственный холод на строительстве метрополитена в Москве. Проходка мно­гих вертикальных шахт и наклонных тоннелей для эска­латоров (самодвижущихся лестниц) московского метро была произведена с помощью холода.

Как же образуется ограждение, защищающее шахту от воды?

С этой целью на расстоянии около 1,5 ж от контура выработки производят бурение скважин. Расстояние между скважинами обычно 1—2 м. Затем в скважины опускают так называемые замораживающие колонки. Они состоят из двойных труб — одна труба находится внутри другой. Мощные насосы по внутренним трубам нагнетают рассол из хлористого кальция. Температуру его с помощью холодильных машин поддерживают на уровне —25° С.

При обратном движении рассола вверх в кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубами ко­лонок происходит постепенное намораживание водонос­ного грунта вокруг колонок. Сначала промерзание проис­ходит быстро, затем несколько медленнее. Приблизительно через 15—20 суток намёрзший вокруг колонки грунт смер­зается с мёрзлым грунтом смежных колонок. В результате

Этого вокруг выработки через 1—2 месяца образуется ограждение из замороженного грунта толщиной 2—

3 метра.

На рисунке 21 показано постепенное образование та­кого ограждения из замороженного грунта.

Московский метрополитен строился в очень трудных условиях. Встречались водоносные грунты, которые дости­гали в некоторых пластах более 16 метров высоты. Под нашей столицей много подземных речушек, которые были крайне строптивыми, и укрощение их стоило строителям метро больших усилий. Однако все эти трудности были успешно преодолены. Победили советские люди — инже­неры и рабочие, в совершенстве овладевшие техникой сложных подземных работ. В этой победе большие заслуги принадлежат холоду: он остановил напор грунтовых вод и превратил «плывуны» вокруг шахт и наклонных тонне­лей в прочные ограждения.

По масштабу применения холода в подземных работах при проходке шахт, сооружении тоннелей и т. д. нашей Родине принадлежит первое место.

Многие научно-исследовательские институты и лабо­ратории при изучении свойств материалов в условиях низ­ких температур не могут обойтись без холода. Например, исследуют, какие свойства имеют металлы и резина в условиях Арктики или стратосферы: сохраняют ли они до­статочную прочность или становятся хрупкими.

Большое значение имеет борьба с разрушением почвы под действием водяных потоков, ветра и т. д., при смене температур и влажности воздуха. Изучение этих явлений, конечно, легче проводить в специальных лабораториях, чем в естественных условиях. И здесь для создания пони­женной температуры помощь науке снова оказывает холод.

В борьбе за создание новых морозоустойчивых расте­ний, которые можно продвинуть далеко на север, на помощь человеку также приходит искусственный холод. Для отбора морозоустойчивых растений на селекционных станциях после некоторой закалки растений искусствен­но понижают температуру. Те растения, которые выдержат её, отбирают на семена. Так постепенно получают новую морозоустойчивую породу.

Холод применяется также при изучении анабиоза — состояния некоторых живых организмов, находящихся на грани жизни и смерти при понижении их температуры ниже 0°. Это явление сможет применяться для перевозки в замороженном виде живой рыбы, для замораживания пчёл на зиму и т. д.

В холодильных лабораториях узнают, как будет рабо­тать двигатель автомобиля при низких температурах, как он запускается, как происходит смазка, какие могут быть неполадки в работе двигателя и пр. Искусственный холод помогает изучать работу авиационных моторов при низких температурах в разреженном воздухе.

Огромное значение имеет изучение состояния веществ при температурах, близких к абсолютному нулю. Оказа­лось, что некоторые вещества при этих температурах проявляют удивительные свойства, такие как сверхпро­водимость, сверхтекучесть и др.

Исследования свойств металлов при низких температу­рах начались после того, как учёные получили жидкий гелий и была достигнута очень низкая его температура —

Около —269° С или приблизительно 4° К (К — абсолют­ная температурная шкала Кельвина). Первые же иссле­дования показали совершенно новые свойства металлов: в них отсутствовало сопротивление при прохождении электрического тока, не было и магнитного поля вокруг металлического проводника и др.

Исключительные свойства сверхпроводников могут использоваться в электрических приборах необычайно высокой чувствительности. Однако широкому использова­нию явления сверхпроводимости металлов мешает то, что пока ещё слишком дороги и недостаточно удобны способы получения низких температур.

Явление сверхтекучести жидкостей состоит в том, что при очень низких температурах у них отсутствует вяз­кость. Они свободно проходят через самые маленькие от­верстия. Такое необычное свойство было обнаружено у жидкого гелия, имеющего температуру ниже 2,19° К.

Физика низких температур — молодая наука. Однако за короткое время советские учёные завоевали и в этой области ведущую роль. Исследования веществ при тем­пературах, близких к абсолютному нулю, дают возмож­ность глубже изучить их строение и познать невидимый мир атомов и молекул.