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

мых .нами материалов при любой влажности в интервале от 0 до 18—20% в .первом приближении .может быть рекомендо­ вана следующая эмпирическая формула, если известна теп­

при нулевой влажности, то для сыпучих материалов она .грубо

позволяет без 'особого труда найти значения всех теплофиэических свойств сыпучих материалов при любой влажности в пределах от 0 до 12%. Для этого с самого начала требует­ ся знание лишь плотности сухого материала. Затем по фор­ мулам (2.13) и (2.14) определяются сначала значения 1Щ и а Ш о ,

и термические характеристики скального дробленого материа­ ла, взятого на бывшей дробильной фабрике. Анализ получен­ ных результатов показал, что изменение тепло- и температу­ ропроводности скального дробленого материала с ростом влагосодержания носит характер, аналогичный для осталь ­ ных проб.

Это обстоятельство наталкивает на мысль, что получен­ ные результаты в первом приближении могут быть, по-види-

5 Г

мому, распространены и на многие сыпучие материалы. Подтвер&кдением этому служит еще и следующее. Нами построен график изменения влагоемпсости исследуемого материала с ростом его плотности. Из этого графика (рис. 17) видно, что эта величина зависит только от плотности. Две точки (7 = = 1622 кг/м3 и 7 = 1475 кг/м3 ) выпадают из общей зависимости. Это, очевидно, можно объяснить только тем, что соответст-

-58

Г Л А В А I I I

ЕСТЕСТВЕННОЕ ТЕРМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

§ 1. Краткий обзор состояния геотермических исследований месторождений полезных ископаемых

Измерения температуры горных пород на шахтах и руд­ никах были начаты в первой половине прошлого .столетия, ког­ да общеизвестным фактам стало, что с увеличен! нем глубины температура недр неуклонно возрастает [771.

В 10-х годах прошлого века термические наблюдения проводились на шахтах Великобритании, а с 1828 г. уже на прусских и саксонских шахтах. В дальнейшем геотермические исследования в странах Западной Европы расширились и в 1867 г. при Британской ассоциации была создана специальная комиссия по проведению термических измерений в подзем­ ных выработках и обобщению полученных результатов [77]. В 1876 г. эта комиссия после изучения и сопоставления резуль­ татов многочисленных геотермичеоких наблюдений, проведен­ ных на шахтах и рудниках, установила предельную по теп­ ловому фактору глубину, равную 1200 м [19]. В конце прош­ лого и в начале-нынешнего века термическими наблюдениями были охвачены новые районы; появились теоретические ис­ следования и были изданы крупные монографии, обобщающие накопленные опытные данные.

С 30-х годов, особенно после второй мировой войны, гео­ термические исследования месторождений полезных иско­ паемых Н01СЯТ систематический характер почти во всех стра­ нах мира с развитой горнодобывающей промышленностью.

В России первые термические наблюдения были проведе­ ны на медных рудниках Урала А. Купфером в 1826 г., затем,.

60

Исследованием естественного теплового состояния метал­ лических рудников занимались П. И. Муотель, Г. В. Дуганов (43, 44] и др.

работы проведены по исследованию естественного теплового состояния шахт и рудников в зоне вечной мерзлоты.

Следует отмстить, что естественное тепловое состояние месторождений полезных ископаемых в частности, и земной

коры вообще, зависит от многочисленных факторов, суммар­ ное количественное влияние которых на распределение тем­ пературы в 'недрах пока не поддается аналитическому -опи­ санию. Поэтому геотермические исследования, как правило,, проводятся путем термометрии в горных выработках шахт и рудников или в геологоразведочных скважинах. По резуль­ татам термических наблюдений определяется величина гео­ термической ступени, служащая единственным параметром оценки естественного теплового состояния .месторождения в целом или его отдельных участков.

§ 2. Методика геотермических исследований месторождений

со сложным рельефом поверхности и складчатым залеганием пород

.При ровном рельефе поверхности и сравнительно спокой­ ном залегании горных пород по среднему значению геотер­ мической ступени (Gc p ) можно создать реальную картину ес­ тественного теплового состояния месторождения. В случае сложного рельефа поверхности и сильно нарушенном или складчатом залегании пород положение моренным образом меняется [28].

Как известно, в верхнем слое земной коры на темпера­ турное иоле недр существенное влияние оказывает рельеф поверхности [62, 99, 124]. -Предположим, что поверхностный слой земной коры горного района состоит из однородной н изотропной породы и рельеф поверхности характеризуется большой неровностью. Тогда качественные распределения плотности теплового потока ( q ) , геотермического градиента

62

S

Рис. 22. Профиль теплового поля верхней части зем­ ной коры со сложным рельефом поверхности и одно­ родной н изотропной породой (пунктирная линия—слой постоянной годовой температуры): а—изменение Г, q, ht вдоль разреза; б—качественное распределение

теплового потока в массиве

ляясь от нее под хребтами. С увеличением глубины н е р о в ­ ность геоизотермичеакой поверхности постепенно уменьшает­ ся, сглаживается и теоретически только на бесконечной глу­ бине она исчезает. Практически же геоизотермичеакие по­ верхности становится ровными горизонтальными плоскостя­ ми на какой-то конечной, для каждого района вполне опреде­ ленной, глубине.

В действительности верхние слои земной коры состоят из неоднородных и анизотропных пород. Поэтому, при прочих (равных условиях, характер распределения температуры в

63.