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

Хотя этот опыт, безусловно, и заслуживает внимание, но он 'сложен, продолжителен и проведшие подобного экспери­ мента для .каждой характерной выработки практически неосу­

Первая предусматривает изготовление из исследуемого ма­ териала двух образцов таким образом, чтобы в одном образце

одном образце совпадает с (напластованием породы и поэто­ му темп охлаждения имеет максимальное значение. Во вто­ ром образце искомые величины должны иметь средние значе­ ния.

Определяемые теплофизические свойства материала этих образцов будут приближаться к максимальным и средним

^ 3—3,5 связано со значительными трудностями и для многих пород неосуществимо.

Кроме того, следует отметить, что при изучении теплофи­ зических свойств горных пород глубоких шахтных полей в большинстве случаев используется керновой материал геоло­ горазведочных скважин. Диаметр таких кернов обычно не пре­ восходит 50—70 мм и поэтому изготовление из них образцов,

необходимых для опыта размеров с нужным направлением на­ пластования, практически невозможно.

Недостатком метода многих точек [54] является необ­ ходимость монтажа кроме центральной термопары еще не-

38

скольких термопар на боковых гранях исследуемого образца. Кроме того, очень трудно создать надежный тепловой контакт между корольком термопары и баковой поверхностью образ­ ца. Достоверность полученных результатов в значительной

степени зависит также от точности измерения расстояния ме­ жду корольком центральной термопары в образце и король­ ками боковых термопар на поверхности образца.

Метод трех образцов [55] разработан для тел, 'имеющих форму параллелепипеда, ориентированного в пространстве та­ ким образам, чтобы оси координат имели одинаковую направ­ ленность относительно напластования материала. Недоетат-

.ком метода является необходимость изготовления из исследу­ емого материала трех образцов с различными соотношениями сторон и соответствующим расположением плоскостей наплас­ тования, что делает его практически неприемлемым для изу­ чения теллофиаических двойств горных пород, извлеченных из глубоких скважин в виде кернов [25].

С учетом сказанного нами совместно с Р. А. Сарычевым разработан и предложен новый метод определения теплофизичеюких свойств анизотропных материалов [105, 106 107].

Метод, основанный на теории регулярного теплового ре­ жима [69], учитывает то обстоятельство, что коэффициент те­ плоотдачи не равен бесконечности, и практически полностью устраняет влияние торцевых поверхностей. Первый вариант метода предполагал только устранение влияния торцевых по­ верхностей с учетом « ф оо и «е исключал необходимости из­ готовления образцов со взаимно-перпендикулярным располо­ жением плоскостей напластования [105]. Окончательный ва­ риант метода [106, 107] позволяет проводить исследования на одном образце с произвольно ориентированными плоскостя­ ми, за исключением таких образцов, в которых угол между плоскостями напластования и вертикальной осью образца со­ ставляет 45° или близок к этому значению. В таких 'случаях теплофизические свойства исследуемого материала не зави­ сят от направления теплового потока, имеют средние или .близ­ кие к ним значения и существующая методика [147] не дает возможности определить максимальные и минимальные ве­ личины искомых параметров.

39

Для определения темпер атуротрюводности материала по этому методу необходимо изготовление только одного образ­ ца. При этом соотношение между высотой и диаметром об­ разца не имеет значения, требуется только для каждого об­ разца иметь изолирующие устройства ('блок-изолятор и изо­ ляционные колпачки) соответствующих размеров.

Применение этого метода позволяет определить темпера­ туропроводность образца с учетом анизотропности и а ф с о . Главным преимуществом метода по сравнению с другими яв­ ляется то, что для определения анизотр'олности материала не требуется изготовление двух образцов. Это делает возможным

Каждый из приманенных нами методов для определения теплофизичеших свойств горных пород имеет свои достоинст­

анизотропностью, из которых можно изготовить образцы же­ лаемой формы и нужных размеров ф > 4 0 мм и Z>80 мм),, целесообразно применять первый метод регулярного теплово­ го режима, не помещая образец в калориметр и охлаждая его в термостате с проточной водой в условиях интенсивного перемешивания охлаждающей жидкости. Для определения

< Н 0 мм Z < 80 мм) целесообразно применять метод, предло­ женный А. Ф. Бегунковой и И. Г. Кисейным с учетом « Ф со [25].

40

3.Для изотропных пород или для пород с незначитель­ ной анизотропностью, если из них невозможно вырезать об­ разцы желаемых форм и размеров, можно применять метод двух альфа с соблюдением рекомендаций по обработке экспе­ риментальных данных (при охлаждении в камере спокойного воздуха и постоянстве скорости воздушного потока в аэроди­ намической трубе).

4.Для анизотропных материалов при возможности изго­ товления образцов нужной (цилиндрической) формы любых размеров целесообразно применять метод определения терми­ ческих характеристик .анизотропных материалов с использо­ ванием изоляционных колпачков и блока изолятора £106, 107]..

5.Для всех торных пород как изотропных, так и анизо­ тропных, пробы которых отобраны в горных выработках в ви­ де монолитов или, больших кусков с размерами 200Х200Х. Х200 мм, рекомендуется:

а) прибор «Я-тык» для определения коэффициента тепло­ проводности и

б) теплофйзичеакий прибор Т.П.

6. Для определения в шахтнььх условиях термических ха­ рактеристик' углей и пород, из которых невозможно изопото^ вить образцы каких-либо форм и размеров и которые нельзя отобрать в горных выработках в виде монолитов или больших кусков (например, некоторые хрупкие, мягкие угли, влажные листоватые сланцы, и некоторые глинистые породы) целесо­ образно применение теплофизичеакого прибора ТП [25].

§ 2. Результаты определения теплофизических свойств горных

пород, углей и закладочных материалов

.свитами туфоганных песчаников, листоватых сланцев, угле­ носных песчаников, пучащих глин, пестроцветных песчаников и известняков (рис. 2 и 3). Минералогический состав, структу­ ра и плотность материалов в каждой свите значительно из­ меняется. Несмотря на это, каждая из них характеризуется своеобразностью структуры, строения, минералогического сос-

41

тава и химической природы вещества. Поэтому таплофизичаские (свойства торных пород .исследованы согласно принятому делению лнтололгчеаких отложений месторождения.

Таблица 1 Усредненные теплофизическме свойства горных пород

С учетом .анизотропного строения материала, разными ме­ тодами исследовано всего 164 (образцов горных пород. Под-

42

робное изложение одной части полученных результатов дается в работе 125]. Здесь же ограничиваемся приведением только усредненных и уточненных значений теплофизических свойств отдельных свит горных пород, служащих исходными величи­ нами при определении естественного температурного поля месторождения и теплового режима глубоких шахт в целом.

Анализ полученных результатов показал, что горизон­ тальное и вертикальное распределение теплофизических свойств горных пород всех исследованных литологичеоюих разностей не носят закономерного характера. В пределах ис­ следованных глубин (100—1500 м) термические характеристи­ ки не зависят от глубины залегания пород. Одна и та же по­ рода при прочих (равных условиях, на разных глубинах имеет практически одинаковые теплофизические свойства. Листова­ тые слайды и песчаники порфиритовой свиты, залегающие зна­

стоятельство, что по те-плюфН'Зичеек.им свойствам слагающих гарных пород отдельные угланоано-промышленные участки практически не отличаются друг от друга.

В результате изложенного, месторождение в целом мож­ но охарактеризовать некоторым средним стратиграфическим разрезом, который состоит из пород с усредненными терми­

Максимальное приращение температуры и теплосодержа­ ния вентиляционной струи в глубоких шахтах (наблюдается в очистных выработках. Причиной этого в основном является сравнительно высокая температура свежеобнаженной теплоотдающей поверхности и пренебрежимо малая толщина охлаж­ денной зоны вокруг выработки. Поэтому .интенсивность тепло­ обмена между горным массивом и рудничным воздухом з лавах предопределяется таплофизичеокими свойствами окру­ жающих пород в большей степени, чем в других выработках вентиляционной сети, где наличие охлажденной зоны вокруг выработки существенно одерживает скорость переноса тепла от неохлажденного массива к вентиляционной струе. Кроме

43