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

ционной сети шахты и характеризуют угленосную свиту в пределах шахтного поля [110].

МО

Рис. 32. Профиль геотемпературиого поля по разрезу 1—1 (рис. 31)

На рис. 32—34 приведены некоторые профили геотемпе­ ратурного поля шахты по выбранным стратиграфическим раз-

Рис. 33. Профиль геотемпературиого поля по разрезу 3—3 (рис. 31)

ми. При построении электрических аналогов абсолютная глу­ бина приложения нижней токоэадающей (100%-мой) шины

90

составляла 3100 м ниже нулевых отметок. Но поскольку теп­ ловое состояние недр шахты ниже .залегания угольной толщи в данном случае не представляет интереса, на приведенных •рисунках даются только верхние участки профилей естествен­ ного геотемпературного поля шахты.

На рис. 32 вдоль вскрывающих квершлагов цифры, обве­ денные кружками, указывают точки непосредственных тем­ пературных .наблюдений в свежообнажанных .забоях, соглас­ но табл. 2. На каждом рисунке вертикальными прямыми (на­ пример, прямыми 5—5, 7—7 и 8—;8 .на рис. 32) нанесены ли­ нии пересечения соответствующих стратиграфических разре­ зав с данным разрезом.

Рис. 34. Профиль геотёмпературного поля по разрезу 4—4 (рис. 31)

Определение величины относительных потенциалов, под­ водимых к характерным точкам верхнего контура, и переход от потенциального поля электрического аналога к температур­ ному полю .натуры проводились 'соответственно величине ес­ тественной температуры пород в точках 15 и 16 (табл. 2), рав­ ной 24,8°С.

Угольная толща на приведенных рисунках из-за .мелкого масштаба представлена одним толстым пластом, теплофизические свойства которого являются средневзвешенными теп­ лофизических свойств отдельных угольных пластов и лропластшв, составляющих угольную толщу-

91

Точность моделирования оценивалась путем сравнения? значений температур, полученных на электрическом аналоге стратиграфического разреза 1—1, с (результатами непосредст­ венных термических измерений в свежеобнажанных забоях вскрывающих квершлагов шахты «Западная-2» (табл- 5). Кроме того на линиях пересечения разрезов были сравнены глубины залегания одних и тех же изотерм, прннадлежащих раэным профилям геотемпературного поля шахты.

Таблица 5 Сравнение результатов моделирования с данными непосредственных

термических измерений в свежеобнаженных забоях

Из та.бл. 5 видно, что результаты моделирования практи­ чески совпадают с даными непосредственных термических наблюдший.

Электротепловые аналоги отдельных стратиграфических разрезов шахты по вертикальным линиям пересечения дают одинаковое распределение температуры с глубиной (одно­ именные изотермы разных профилей на линиях пересечения имеют одинаковую глубину залегания от поверхности).

92

Д ля построения температурного поля промышленных участков Центральный и Восточный-2 моделирование было ^осуществлено по стратиграфическим разрезам А—А, Б—Б, В—В, Г—Г и Д — Д (рис. 2).

Переход от потенциальных полей аналогов к температур-

.:ны1М полям раарезов и распределение относительных потен­ циалов по верхнему контуру осуществлялись соответственно значению температуры в точке 10 (табл. 2), измеренной непо­ средственно при проходке 'слепого ствола шахты «Комсо­ мольская».

Условие (3.1) реализовалось методом последовательных приближений. В наивысшей точке контура задавался 0% по­ тенциала, а по нижней токозадающей шине — 100% потен­ циала. По величине отвлеченного потенциала в точнее 10, в

.первом приближении определялась температура на глубине

.приложения нижней токозадающей шины. Затем, по величине этой температуры, для каждой характерной точки верхнего

..контура высчитывалась В'еличива отвлеченного потенциала. По приближенному распределению потенциалов по верхнему мантуру и относительной величине потенциала в точке 10 оп­ ределялась температура нижней токозадающей шины, а затем и распределение потенциалов по верхнему контуру во втором приближении. Эти операции повторялись до тех пор, шока два •последующих приближения не давали одинакового распреде­

потенциалов устанавливалась на третьей или четвертой итера­ ции.

На рис. 35—38 представлены профили геотемпературно­ го поля месторождения по большинству выбранных страти­ графических разрезов. Вдоль левых боковых контуров про­ филей нанесены абсолютные отметки, а вдоль правых — тем­ пературы изотерм (°iC)- На рис. 36 нанесено расположение

-скважины № 186 со значением температуры в наинизшей точ­ ке, полученной путем термометрии при установившемся тепло­

во м режиме (с выдержкой в 21 месяц). На рис. 38 вдоль ка­ питальных выработок', вакрывающих поле шахты «Комюомоль-

93

песчаников пестрацветной овиты на .распределение температу­ ры в породном 'массиве основное влияние оказывает рельеф поверхности. Влияние фотамы залегания и теплофизичеоких

Рис. 37. Профиль геотемпературного поля месторождения по разрезу В—В (рис. 2)

свойств пород в этих отложениях имеет подчиненное значе­ ние. Иная картина наблюдается в угленосной свите всех смоделированных стратиграфических разрезов. Поскольку средневзвешенная теплопроводность угольной толщи в 3—4

Рис. 38. Профиль геотемпературного поля месторождения по разрезу Г—Г (рис. 2)

раза меньше, а анизотропность значительно больше по срав­ нению с породными свитами, то характер естественного рас-

95

иределения температуры в угольной свите в основном опреде­ ляется неоднородностью, анизотропностью и формой залега­ ния угольной толщи. Угольная толща, особенно в местах кру­ тых изменений форм залегания как бы притягивает изотермы..

значительной части разреза приблизительно принимает форму залегания угольной толщи.

Влияние рельефа поверхности имеет подчиненное, но все же существенное значение.

Хорошее совпадение результатов моделирования с дан­ ными непосредственных термических измерений подтверждает достаточно высокую точность построения температурного по­

•'соответствующих рекомендаций, методы регулярного теплово­ го режима при определении теплофизических свойств торных пород дают довольно сходимые результаты. По простоте тех­ ники эксперимента и обработке результатов наблюдений пред­ почтение следует отдать первому и второму методам регуляр­ ного теплового режима.

Теплофизические свойства горных пород с ярко выражен­ ным напластованием целесообразно определять путем попере­ менной теплогадроизоляции боковой и торцевых поверхностей

.одного образца.

Теплофизичеакие свойства мягких, слабооцемен'ти ров эн­ ных горных пород следует определять теллофизичеоким при­ бором ТП и прибором «^,-тык». Последний дает более сопос­ тавимые результаты.

2. Большинство исследованных плотных горных пород Ткибули-Шаорокаго каменноугольного месторождения харак­ теризуются сравнительно высокой тепловой анизотропией. Плотность горных пород изменяется в довольно широких пре­ делах и практически не зависит от глубины залегания. Одна и та же литолошчеокая разность пород, например, нижний песчаник, на разных глубинах, при неодинаковой крупности

-96

зерен, может иметь одинаковую, а на одном и гом же гори­ зонте — совершенно различную плотность.

Не наблюдается также какая-либо .определенная зависи­ мость теплофизимеоких свойств скальных гарных пород от глубины залегания.

3. Мощные угольные пласты .месторождения характери­ зуются довольно высокими средневзвешенными значениями

нению с другими пластами. Заслуживает внимания и срав­ нительно высокая анизотропность отдельных пластов и уголь­ ной толщи в целом. При .одной и той же величине плотности теплопрододность и температуропроводность отдельных уголь­

свойства угольных пластов довольно .сильно зависят от плот­ ности. Теплопроводность и температуропроводность всех ис­ следованных угольных пластов как вдоль, так и вкрест напла­ стованию с повышением плотности увеличивается линейно (в пределах наблюдаемого изменения плотности — 1100—1600 иг/м3 ).

При известной плотности из полученных эмпирических формул (2.1) — (2.8) и соответствующих трафиков с доста­ точной точностью можно .определить теплофизичеокие свойст­ ва любого угольного пласта месщрождэния.

4. Теплофизичеокие свойства закладочных материалов в значительной степени зависят от .влажности и плотности, при­ чем при малых значениях влажности (до ©=1,5%) с увеличе­

увлажнением уменьшается. Предполагается, что уменьшение температуропроводности в начале процесса увлажнения дол-

жно быть вызвано парообразным состоянием, влаги в сыпу­ чем материале.

Теплопроводность закладочных материалов в начале ув ­ лажнения остается постоянной или 'уменьшается в меньшей степени, чем температуропроводность. С увеличением влаж­ ности, начиная от ш=/1—2%, теплопроводность растет и при влагоеодержанпи материала, когда температуропроводность достигает максимального значения, она замедляет рост и с дальнейшим увлажнением приближается к некоторой посто­ янной величине.

Удельная теплоемкость закладочных материалов с повы­ шением влажности увеличивается линейно.

Теплофизические свойства сыпучих материалов с увели­ чением плотности в пределах от 1300 до 2000 ж/и3 неуклонно растут. Чем больше плотность испытуемого материала, тем меньше его влагоем.кость, при которой температуропровод­ ность достигает максимума, а теплопроводность резко умень­ шает скорость приращения.

Приведенные в работе эмпирические зависимости и гра­ фики дают возможность определить теплофизические свой­ ства любого сыпучего материала с гранулометрией 0,15—3,0

свойств горных пород, угольных пластов и закладочных ма­ териалов успешно могут быть применены в качестве исходных данных при решении вопросов горной теплофизики рассматри- в а ем'ого м есторожд енн я.

совых термических измерений в скважинах не может бытьоценено естественное тепловое .состояние того или иного ме­ сторождения, особенно угольного, характеризующегося срав-. нительно низким значением геотермической ступени.

Анализ результатов продолжительных термических на­ блюдений в скважине показал непригодность стандартной

98

геофизической термометрической аппаратуры для определе­ ния продолжительности выстойки скважины. Для решения' этой задачи необходимо термометрическая аппаратура, из--

теплового состояния месторождения, но они незаменимы для оценки точности построения температурного поля месторож­ дения другими методами, например, методом электротепловой аналогии.

8. Сложный рельеф поверхности оказывает существенное влияние на естественное распределение температуры в вер­ хнем слое земной коры; причем глубина распространения этого влияния при однородной и изотропной породе зависит только лишь от неровности рельефа, а степень возмущения темпе­ ратурного поля на рассматриваемом горизонте, вызванная этим фактором, полностью определяется относительной не­ ровностью рельефа. Если рассматриваемый горизонт место­ рождения залегает на глубине, в 4—б раз превышающей разность экстремальных высот от поверхности, то влияние рельефа отсутствует. При меньшей глубине залегания вли­ яния рельефа поверхности распространяется до рассматри­ ваемого горизонта и при построении температурного поля

тропность пород значительно искажают температурное иоле месторождения. При этом (Степень возмущения температурно1-- го поля максимальна в свите с минимальной тепло-проводно- стыо. С удалением от этой шиты искажения уменьшаются и при большой мощности литолюгических разностей и сравни­ тельно малой неоднородности они быстро исчезают. При. ров-

99