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

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

При тепловом потоке, (Направленном вдоль плоскостей на­ пластования (ряс. 12), разброс экспериментальных точек, ха-

< >*

о

Рис. 12. Зависимость максимальной теплопроводности угля от объемного веса: 1—для пластов I I , «7/4» и IV ; 2 —для пластов |'Ш и V I (аналогичные условные обозначения приняты и на рис. 13, 14 и 15)

• • * <

рактершующих теплопроводность материала, не особенно ве­ лик. При тепловом потоке, перпендикулярном плоскостям на­ пластования, этот разброс гораздо больше (рис. 13).

45

Аналогичная картина наблюдается и дл,я температуро­ проводности углей.

Рис. 15. Зависимость минимальной температуропроводности угля от объемного веса; 1—для пластов I I , «7/4» и IV; 2—для пластов I I I и VI

46

природой скелета системы, с размером зерен и шор и их ориен­ тацией, с формой самих частиц и способом их контактирова­ ния и т. д.

На графиках наибольшее отклонение от интерполяцион­ ной прямой, построенной нижеприведенными эмпирическими зависимостями, имеют точки, помеченные крестиком. Они по­ лучены путем замера прибором ТП-3 в шахте. При работе с ТП-3 П'О техническим^ причинам приходилось, в основном, все замеры проводить в участковых штреках и квершлагах. Вви­ ду того, 'что на действующих шахтах месторождения применя­ ется гидравлическая закладка пли заилование выработанного пространства, рудничный воздух имеет очень большую отно­ сительную влажность. Из-за этого породы, окружающие гор­ ную выработку, значительно увлажнены, что сказывается на тепловых свойствах углей. Кроме того, для получения досто­ верных данных при замерах прибором ТП-3 необходимо уста­ новление надежного теплового контакта датчика прибора с поверхностью испытуемых углей, для чего последнюю следует тщательно выровнять и отшлифовать, что в шахтных условиях весьма затруднительно. Перечисленные факторы вносили до­ полнительные погрешности в измерения прибором ТП-3, что и отразилось на расположении экспериментальных точек на графике.

GpaBiisi-rae результатов наших исследований с литератур­ ными источниками показывает, что теллофизические свойства углей исследуемого нами месторождения имеют более высо­ кие значения и что интенсивность роста теплопроводности и температуропроводности с увеличением плотности выше, чем для целиков антрацита в общей зависимости, данной А. А. Агроокииьш [2].

Следует отметить, что приведенные результаты не относят­ ся к отдельным петрографическим типам углей, а характери­ зуют в целом отдельные пласты, сложенные из блестящих,

.полублестящих и матовых клареновых и дюреновых углей, лилтобиолитов, углистых, глинистых и угЛ'ИСтоглинистых слан­ цев и т. д.

Проведенные исследования позволили вывести эмпиричес­ кие зависимости теплопроводности и температуропроводности

47

при перпендикулярном плоскостям напластования направле­

Из приведенных графиков и эмпирических формул следу­ ет, что зависимость термических характеристик ткибульских •углей от объемного веса имеет довольно явно выраженную за­ кономерность, тогда как для других пород месторождения аналогичная зависимость не подчиняется никакой закономер­ ности. После .определения плотности угля искомые термичес­ кие характеристики угольных пластов легко рассчитываются с помощью приведенных эмпирических формул и графиков.

Для оценки влияния гидравлической закладки на тепло­ вой режим очистных выработок глубоких шахт необходимо знание теплофизичеоких характеристик заложенного мате­ риала.

4

Закладочный материал для действующих шахт месторож­ дения добывается буровзрывным способом из карьеров, распо­ ложенных на южных склонах накеральокого хребта, смыва­ ется в специальные смесители, в которых с помощью лидромоноторов производится подготовка пульпы нужной консистен­ ции и подача ее по пульпопроводам в шахту.

лах 0,15—3,0 мм. В незначительном 'количестве попадаются

иболее крупные фракции.

Материал представлен в основном разнозернистыми ар- козоЕО-граувакковыми песчаниками (из овиты пестрощветных песчаников). Цементирующее вещество представляет собой

Пробы закладочного материала отбирались по всему раз­ резу карьеров, в смесителях на поверхности шахты и непосред­ ственно в закладке очистных выработок. При этом пробы, отобранные на карьере и в смесителе, доводились до грануло­

минимального значения. Проведенные нами наблюдения, ре­ зультаты которых представлены на рис. 16, позволяют заклю­ чить, что в течение 15—20 суток влажность заложенного ма­ териала стабилизируется и держится в пределах 3—4%. Влагоемкость закладки зависит от плотности материала и с уве­ личением последней уменьшается линейно (рис. 17).

Плотность заложенного материала стабилизируется до­ вольно быстро, в течение нескольких часов после окончания