Файл: Ониани, Ш. И. Тепловой режим глубоких шахт при гидравлической закладке выработанного пространства и сложном рельефе поверхности.pdf

Вследствие высокой химической активности и большой •мощности пластов, угли рассматриваемого месторождения являются самоокисляющ-гамися и самовозгорающимися. Поэто­

заиловка выработанного пространства после обрушения кров­ ли не может гарантировать безопасность отработанного участ­ ка в пожарном отношении. Исходя -из этого на веек будущих, шахтах месторождения управление кровлей предусматрива­ ется осуществить полной гидравлической закладкой вырабо­ тан него пространства.

Закладка производится ступенчато, горизонтальными по­ лосами, шириной 7—9 м и длиной, равной длине лавы (рис. 10). Время между закладками двух соседних полос составляет 3—4 сутки.

В качестве закладочного материала применяются песча­ ники пестроцветной свиты, так называемые накеральские пес­ ки, 'используемые для закладки выработанного пространства на действующих шахтах. Но в последнее время на повестке дня стоит вопрос о поисках другого закладочного материала, так как действующие карьеры закладочного хозяйства разру­ шают почвенный .и растительный покров южного склона Накеральского хребта и создают благоприятные условия ополз­ невым и друпим нежелательным явлениям. Однако вид закла­ дочного материала (пески, дробленые песчаники или известия-

на всех шахтах используется вода Шаорского водохранили­ ща. Из водохранилища по трубопроводам диаметром 200 мм вода подается на смеситель, расположенный вблизи вентиля­ ционного ствола (шахта «Западная-2»). В смесителе гидро­ мониторами производится подготовка пульпы нужной (консис­ тенции, которая затем по пульпопроводу, через вентиляцион­ ный ствол, капитальный .квершлаг, капитальный уклон и по-

31

га (рис. 10), затем с помощью водоотводящего трубопровода по откаточным выработкам поступает в водосборник, располо­ женный в рудничном дворе, откуда, после некоторого освет­ ления, откачивается иа поверхность или на промежуточный го­ ризонт.

Расход закладочного материала составляет 0,74 м 3 на тон­ ну добытого угля.

Предусмотренное проектом объемное соотношение твер­ дого к жидкому в пульпе Т : Ж = 1:2.

Г Л А В А I I

Т Е П Л О Ф И З И Ч Е С К ИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД, УГЛЕЙ И ЗАКЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При сложном рельефе поверхности и .складчатой форме залегания пород от теплофпз'И'чаоких свойств лнтолопичеоких отложений, при прочих равных условиях, зависит не только ин­ тенсивность тепло- .н масоообмеиа между горным массивом и рудничным воздухом, то и естественное распределение темпе­ ратуры в недрах. Поэтому в данном случае необходимо более детальное исследование теплофизическнх свойств и тепловой анизотропии не только пород, окружающих воздухолодающие горные выработки, но и всех остальных пород, слагающих стратиграфические разрезы .месторождения. Исходя из этого, к решению поставленных задач целесообразно приступить с оп­ ределения теплофизическнх свойств и тепловой анизотропии горных пород, углей и закладочных материалов Ткибули-Ша- орекого каменноугольного месторождения.

§ 1. Краткий обзор литературы и методика исследований

Все методы определения теплофизическнх свойств мате­ риалов разделяются на две группы:

1) методы, основанные на принципе стационарного те­ плового режима и

2) методы нестационарного теплового (режима.

Методы стационарного теплового режима в некоторых случаях незаменимы (например, в случае определения таплофизических свойств при высоких температурах), но для ис­ пытания влажных дисперсных материалов, каковыми счита­ ются горные породы, они не получили широкого распростра­

34

часов, а иногда и суши), возможность возникновения про­ цесса миграции влаш, сложность и громоздкость аппарату­ ры, и, наконец, невозможность создания идеального контак­ та между испытуемым образцом и нагревателем или охлади­ телем (переходное сопротивление между контактирующими поверхностями резко сказывается на результатах измерения).

Из методов нестационарного теплового режима наиболь­ шее распространение получили методы регулярного тепло­ вого режима, .которые рассматривают нагревание или охлаж­ дение тела без источников и стоковтепла в среде с постоян­ ной температурой в стадии, когда влияние начального рас­ пределения температуры несущественно.

Теория и техника эксперимента методов регулярного те­ плового режима разработаны Г. М. Кондратьевым (66, 67, 68, 69, 70]. Дальнейшее развитие и усовершенствование эти ме­ тоды получили в многочисленных трудах его учеников и по­ следователей: Г. Н. Дульнева [47, 48], М. П. Емченжо [54, 55],

туте физики Земля им. О. Ю. Шмидта АН СССР под руко­ водством Е. А. Любимовой исследованы таплофизичеокие свойства горных пород и проведена большая работа по усо­ вершенствованию теории и техники эксперимента для опреде­ ления плотности теплового потока в верхних слоях земной коры [94, 95, 96].

Среди работ, посвященных усовершенствованию методов 'определения теплофизических свойств горных пород и изу­ чению этих свойств с целью прогноза и регулирования теп­ лового режима глубоких шахт следует отметить исследования А. Н. Щербаня [147,. 148, 149, 150, 156]. В. М. Огиевского [98], К. В. Кочнава [75, 76], Г. В. Дуганова с сотрудниками (25, 39, 40, 41, 42] и В. А. Богоявленского [8]. Теплофизичеокие свойства углей исследованы: А. А. Агроакиным и В. С.

35

Загребальной [1, 21, В. В. Померанцевым [122, 123], А. Н. Щербанем [156], В. Фритцем с .сотрудниками [166, 167] и другими.

Методы регулярного теплового режима не дают возмож­ ность определения теплофизичеоких свойств хрупких, мягких, слабо сцементированных -пород, из которых нельзя изготов­ лять образцы иеобьчодимюй формы и размеров. Кроме, того, в процессе отбора проб, изготовления образцов и подготовки их « эксперименту в той или .иной степени нарушается первона­ чальное физическое состояние материала, что в какой-то сте­ пени искажает результаты эксперимента.

Стремление охватить в-се горные породы и приблизить опыт к естественным условиям в последнее время толкнуло исследователей на поиски эффективных и надежных методов определения термических характеристик пород непосредст­ венно в массиве. В настоящее время предложено несколько таких методов, среди которых наибольшее внимание заслу­ живает так называемый экспресс-метод или метод определе­ ния термических характеристик горных пород в массиве с

очистных выработках, но при условии достаточно точного оп­ ределения коэффициента теплоотдачи от стен выработок к воздуху [100].

•Метод В. А. Богоявленского [8] дает возможность диф­ ференцировать теплофизичекжие свойства горных пород кров­ ли и почвы и может быть использован в подготовительных выработках с небольшой глубиной охлажденной зоны-

Если пробу исследуемого материала можно отобрать в виде монолитов, 'размерами не менее 200X200X200 мм, хо­ рошие результаты дает прибор «А,-тьж», созданный А. Н. Бегулковой (ЛИТМО) для определения теплопроводности изо­ ляционных материалов [25].

36

Подробное изложение теории и техники эксперимента пе­

свойств материалов проводились нами разными методами как в лабораторных, так и в производственных условиях. Теплофизические .свойства скальных горных пород определялись первым и вторым методами регулярного теплового режима и методом «двух альфа», без помещения образцов в калори­ метры. Для сравнительной оценки применяемых методов ча­ сто те же породы исследовались приборами ТП-3 и «Я-тык» [25, 26, 27, 101]. Во всех случаях удельная теплоемкость ис­ следуемого .материала определялась калориметрическим спо­ собам. При охлаждении в водяном термостате учитывалось нарушение условия а-»-со, а в камере спокойного воздуха — нарушение условия а = const [25, 102].

Теплофизичеаюие свойства глинистых отложений, листо­ ватых сланцев, некоторых -песчаников лестроцветной овиты и

водности в существенной степени зависят от величины угла между направлением теплового потока и напластованием по­ роды. По-видимому, на анизотропность горного массива, ок­ ружающего выработки вентиляционной сети, определенное влияние оказывают трещины, образующиеся в момент и пос­ ле проходки выработок. В этом отношении характерным мо­ жет служить опыт, проведанный английскими учеными Шерратом и Хинслеем, которые путем длительного нагревания по­ верхности обнажения изолированной выработки и построения

37