книги из ГПНТБ / Ониани, Ш. И. Тепловой режим глубоких шахт при гидравлической закладке выработанного пространства и сложном рельефе поверхности

АКАДЕМИЯ НАУК ГРУЗИНСКОЙ ССР

ИНСТИТУТ ГОРНОЙ МЕХАНИКИ им. Г. А. Ц У Л У К И Д З Е

1 9 7 3

*Э, ОБ05Б0

6^8(т Ш'Эо335, ЗС?0 ЬОЗбЮОЬ

0)60С?0Ь0

1973

Ш. И. ОНИАНИ

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ГЛУБОКИХ ШАХТ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАКЛАДКЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА И СЛОЖНОМ РЕЛЬЕФЕ ПОВЕРХНОСТИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МЕЦНИЕРЕБА»- ТБИЛИСИ

1973

6П1.2 О 587

УДК 622.418.536.2

iB монографии изложены основные результаты определе­ ния теплофизнческих свойств горных пород, углей и закладоч­ ных материалов и исследования естественного температурного поля месторождения со -сложным рельефом поверхности и складчатым залеганием неоднородных и анизотропных горных пород; разработаны теоретические основы нестационарного теплообмена между гидравлической закладкой и угольным и породным массивами; дана качественная и количественная оценка влияния гидравлической закладки на тепловой режим очистных выработок и разработаны рекомендации по макси­ мальному использованию энергии холода закладки для улуч­

3—7—3 38—1973 мести. Издательство „Мецниереба*

М—607

ВВЕДЕНИЕ

1.Краткие сведения о современном состоянии развития

горной теплофизики

Для удовлетворения нужд быстро развивающейся про­ мышленности нашей страны требуется все большее .количество сырья, ;в частности, каменного угля. Поэтому решениями XXIV съезда КПСС предусматривается .дальнейшее увеличе­ ние его добычи. Реализация заданий развития народного хо­ зяйства СССР по .повышению добычи этого важнейшего сырья осуществляется путем ввода в эксплуатацию новых производ­ ственных мощностей и увеличения производительности дей­ ствующих шахт. Но дальнейшее развитие угольной промыш­ ленности во всех угледобывающих странах, в том числе и в

СССР, связано с постепенным увеличением глубины разра­ ботки.

В авяаи'с этим возникла проблема создания нормальных тепловых атмосферных условий в очистных и подготовитель­ ных выработках глубоких шахт и рудников, успешное реше­ ние «оторой связано со значительными научно-техническими

ного, нестационарного тепло- и маюсообмена .между рудничным 'воздухом и горными породами и другими источниками тепла и влаги происходит существенное изменение теило-влажност-

и осушению рудничного воздуха.

5 •

/ Для удовлетворительного решения проблемы пр'Огноза и регулирования теплового режима глубоких шахт, в первую очередь, необходимо разработать теоретические основы рас­ чета сложных термодинамических: процессов, имеющих место в горных выработках и дать правильное представление о фи­ зике этих процессов. Эта важная и актуальная задача гор­ ной науки и техники успешно была решена Советскими уче­ ными.

В Советском Союзе проведаны фундаментальные иссле­ дования в области горной теплофизики, .коренным образом изменившие упрощенное, по существу неправильное [146], представление о многих тепловых процессах, имеющих место

вглубоких шахтах.

За рубежом большое внимание уделяется решению тех­ нической стороны проблемы — созданию и унификации шахт­

уделять только в последние десятилетия. Появились многие исследования по разработке теории расчета и регулирования

175, 181]. Нередко считается, что тепло- и маесообмен между горными массивом и рудничным воздухом происходит через

В нашей стране, в результате выполнения обширных и многочисленных исследований, разработана методика изуче­ ния шахтного климата и установлены основные закономер­ ности изменения тепло-влажностных параметров рудмдашого воздуха в глубоких шахтах [147, 148, 157]. Определена вели­ чина коэффициента теплоотдачи от стен горных выработок к вентиляционной струе с учетом всех (Основных факторов,

6

оказывающих -влияние на эту основную исходную величину [159]; разработаны новые и усовершенствованы существующие методы и аппаратура по 'Определению теплофизических свойств твердых материалов и исследованы термические ха­ рактеристики горных пород и углей многих 'месторождений Советского Союза с глубоким залеганием полезного ископае­

155]. На основе правильных представлений физики процесса тепло- и 'Массообмена между различными источниками тепла и влаги и рудничным воздухом -разработаны теоретические ос­ новы расчета и регулирования теплового режима глубоких шахт [14, 15, 147, 148]; упрощены расчетные зависимости по тепло- и массообмену в горных выработках и создано спра­ вочное руководство по тепловым расчетам шахт и проектиро­ ванию установок для охлаждения рудничного воздуха [153, 160]; исследовано влияние десорбции газа из газоносного угольного пласта и боковых пород на распределение темпера­ туры по поверхности обнажения очистной выработки [15, 151]; разработаны методика шахтных наблюдений и теоретические основы' расчета и регулирования теплового режима шахт и •рудников в зоне вечной мерзлоты [50, 52, 53]. Аналогичные за­ дачи решены и для металлических рудников [49, 76]. Фунда­ ментальные исследования проведены по разработке методов расчета и подбора шахтных стационарных и передвижных холодильных установок, по тепло- и масоообмену в шахтных воздухо- и водоохладителях разных типов я конструкций [152, 153, 154]. Благодаря такому большому размаху научных исследований Советская школа в области горной теплофизи­ ки заняла одно из ведущих мест в мире.

Кроме вышеотмеченного большие исследования в рас­ сматриваемой области проведены многими научно-исследова­ тельскими, учебными и проектными институтами: Макеевским научно-исследовательским институтом, Донецким угольным институтом. Донецким политехническим институтом, Институ­ том горного дела АН СССР, Московским .горным институтом, Днепрошпр'Ошахтом, Южгинрошактам, трестом «Артемугле-

7

геология», Институтам горной механики АН ГОСР и многими другими.

2. Постановка вопроса, цель и задачи исследования

•Существующие в настоящее время расчетные зависи­ мости для определения температуры рудничного воздуха в любой точке вентиляционной сети глубоких шахт правильно

.отражают физическую сущность процесса тепло- и масоообмена между вентиляционной струей и разными источниками и стоками тепла .и влаги; они в -большинстве -случаев дают удов­ летворительные результаты расчета, довольно хорошо сходи- •мые с данными непосредственных наблюдений в шахтах. Од­ нако методы теплового расчета глубоких шахт требуют даль­

древесины, маеооотдача шорных пород, маесооб-мем с шахтны­ ми водами, тепловыделение транспортируемого угля и породы ори конвейерной откатке и др.) и усовершенствование метода теплового расчета подготовительных выработок. Особо сле­ дует отметить, что существующие теории теплового расчета не всегда дают -возможность .полностью решить задачу прогноза ожидаемых тепловых атмосферных условий горных вырабо­ ток глубоких шахт. Так, например, при слоевой выемке хими­ чески активных, самовозгорающихся мощных угольных плас­ тов наиболее приемлемым (если не единственным) способом управления кровлей является полная гидравлическая заклад­ ка выработанного пространства. При этомвлияние (гидравли­ ческой закладки на тепловой режим глубоких шахт совершен­ ию не изучено и, следовательно, существующими методами тепловых расчетов оно не может быть учтено. Кроме того, до­

значительной степени зависит от точности определения исход­ ных параметров. Но до последнего времени исследованию этих параметров при различных горно-геологических и геоморфо­ логических условиях не уделялось достаточного, внимания. Одной из основных исходных величин при тепловых расчетах

8

глубоких шахт является естественное распределение темпера­ туры .горных пород вдоль выработок вентиляционной сети. Не­ смотря на это, его определение, в большинстве случаев произ­ водится грубо .приближенно, без правильного учета влияния рельефа поверхности, теплопроводности и фарады залегания пород, что три сложном рельефе поверхности и складчатом залегании пород приводит к недопустимо большим погреш­ ностям.

В этом отношении особый интерес представляет ТкибулиШаорокое каменноугольное месторождение, являющееся ос-, ионной угольной базой Грузинской ССР и всего Закавказья. Оно характеризуется (чрезвычайно сложным рельефом поверх­ ности и складчатым залеганием .пород. Вместе с тем, мощная угольная толща состоит из химически активных самовозгораю­ щихся углей и в сюноганом залегает на большой глубине (до 1600 м) от поверкиости. Вследствие этого на строящихся и на­ мечаемых ,к строительству шахтах месторождения прадуем ат-

.р-ивается слоевая выемка угля при полной гидравлической за­ кладке выработанного пространства. Большая глубина зале­ гания полезного ископаемого вызывает необходимость прогно­ за и регулирования теплового режима будущих шахт место­ рождения. Поэтому институтом «Грузгинрошахт» в проекте •шахты «Шаори № 1» предусмотрено кондиционирование руд­ ничного .воздуха стационарными холодильными установками с общей холодопроизводительностью около 5000 квт., при этом все расчеты проведены без учета охлаждающего влияния гид­ равлической закладки выработанного пространства.

Исходя из этого, в данной работе, мы задались целью теоретически .и экспериментально исследовать влияние гидрав­ лической закладки выработанного .пространства и сложного рельефа поверхности на тепловой режим глубоких шахт и на (примере Ткибули-Шаорского каменноугольного месторожде­ ния решить следующие задачи:

1) изучить теплофизичбокие свойства горных пород и уг­ лей месторождения с учетом анизотропного строения вещест­ ва и закладочных материалов при различной влажности и плотности;

9