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

турного поля месторождения, мы попытались получить мето­ дом термометрии в геологоразведочных скважинах и горных

.выработках..

Так пеане .массовые термические измерения в скважинах, "как правило, проводятся сразу после окончания бурения, по­ лученные результаты не могут быть приняты как достоверные для геотермической характеристики рассматриваемого (место­ рождения. Поэтому создалась необходимость проведения пов­ торных термических измерений после восстановления темпе­ ратурного равновесия в скважинах.

Диаметр геологоразведочных скважин (рассматриваемого месторождения не превышал 75—il00 мм, а перепад темпера­ тур между .наиболее глубинными породами и промывочной жидкостью — 20-—30 град. В таких условиях по мнению од­ ной части исследователей [6, 23, 49]. продолжительность вы­ держки (скважины не должна -превышать 5 суток.

С целью проверки этого положения применительно к рас­ сматриваемому месторождению, нами совместно с Шаорюкой ГРП, были проведены повторные термические (измерения в двенадцати скважинах с продолжительностью выдержки от 5 до 20 суток (.первичные измерения в этих скважинах .про­ водились через 5—-10 часов после окончания бурения). Мето­ дика и результаты этих наблюдений подробно изложены в ра­ боте [28].

Анализ полученных результатов показал, что величина геотермической ступени для каждой (исследованной скважины при вторичных измерениях на 8—10% меньше, чем при пер­ вичных измерениях. Это указывает на значительное наруше­ ние естественного распределения температуры пород вдоль скважин в процессе бурения и промывки (вторичные измере­ ния, как правило, заканчивались метров на 200-—300 выше первичных). Аномально низкая температура (2—4°С) в четы­ рех из исследованных скважин (№№ 190, 192, 195 и 196) и высокая температура в двух других (№№ 201 и 204) на пред­ полагаемой глубине залегания нейтрального слоя (30—60 м) (свидетельствует о .нахождении исследованных скважин в ста­ дии .неустановившегося теплового режима. Следовательно, принятая в литературе [6, 23, 49] продолжительность выдер­ жки 5—6 суток недостаточна для восстановления температур-

70

Hono равновесия в скважинах. Этим подтверждается •наличие вокруг них охлажденных и нагретых зон пород значительной мощности, установленное Г. А. Череменским [138, 139, 140]. Инерционность промывочной жидкости и .мощной толщи по­ род с возмущенным тепловым состоянием определяют мед­ ленное протекание процесса восстановления температурного раюновеоия в скважинах.

•Определение .необходимого времени выдержки скважины в покое для полного восстановления теплового состояния по­

после окончания бурения и промывки; 2—по измерениям с 10-ти су­ точной выстойкол; 3 и 4—результаты непосредственного измерения температуры горных пород в стволе и квершлаге соответственно

стандартная геофизическая термометрическая аппаратура имеет недостаточную точность измерения (погрешность дости­ гает .±1,0 град) и поэтому она не пригодна для проведения

71

термических .наблюдайи.й по определению продолжительности 'выдержки скважин. .Кроме первых двутх термограмм, iBioe ос­ тальные, с выдержкой более 10 суток, составляют одну об­ щую полосу и распределяются случайно, независимо от дли­ тельности периода со временя окончания промывки скважины до проведения термических наблюдений.

На рис. 24 приведены термограммы скважины № 1 .«к», пробуренной в нескольких десятках метров от вентиляцион­ ного ствола у .квершлага № 2 шахты «Западная-2». На глу­

венные измерения температуры пород. Из приведенного гра­ фика видно, что на глубине заложения квершлага, около вен­ тиляционного ствола (отметка устья ствола на 58 м выше от­ метки скважины № 1 «к») действительная температура пород на 4,5, а на глубине :192 м — 3,5 град выше температуры, по­ лученной при первичной термометрии в скважине.

Неудовлетворительные результаты получены и при вто­ ричных измерениях с 10-ти суточной выдержкой.

Таким образом, термические измерения в акважинах по общепринятой методике с применением стандартной геофи­ зической аппаратуры дают большие погрешности, особенно при .неустановившихся тепловых режимах. Это свидетельст­ вует о том, что результаты массовых термометрии в акважи­ нах не дают возможность определять основные геотермичес­ кие параметры с необходимой точностью.

Горные выработки действующих и строящихся шахт ме­ сторождения расположены в отдалении от исследуемой Ша - орской угленосной площади, охватывая только незначитель­ ную периферийную часть Ткибули-ИХаорского каменноуголь­ ного месторождения. Это обстоятельство, а также сложностьрельефа .и условий залегания угольной толщи исключают воз­ можность полной характеристики теплового состояния место­ рождения только по результатам термических измерений в- торных выработках. Но такие измерения являются наиболее

72

достоверными и own -незаменимы при 'оценке других методовгеотермических исследований. Поэтому -с целью .получения данных, необходимых для оценки точности построения темпе­ ратурного поля исследуемого месторождения методом электротепловой а1нало1гии, нами IB течение р|Яда последних лет про­ водились наблюдения за температурой неохлажденных пород, в капитальных выработках строящихся шахт месторождения.

Методика измерений и применяемая аппаратура описы­ ваются в работе [28]. Результаты наблюдений сведены в. табл. 2.

Следует отметить, что все выработки, в которых прово­ дились наблюдения, проходят по .сухим, но сильно нарушен­ ным породам.

Из табл. 2 видно, что температура неохлажденных гор­ ных пород по мере тодвипаяия линии забоев возрастает с .уве­ личением глубины расположения пункта наблюдения от по­ верхности. Из-за .сильно пересеченной поверхности целесо­ образнее каждую из параллельных выработок рассматривать отдельно.

Если бы отсутствовало влияние рельефа поверхности на

постоянной. При абсолютном влиянии рельефа, когда факто­ ром, определяющим тепловое состояние пород, является лишь глубина залегания, изотермы на любой глубине имели бы вид., рельефа поверхности, а геотермическая ступень являлась бы в-еличиной постоянной, не зависящей от высоты рашоложе - ния местности. ,В действительности результаты термометрии занимают какое-то. промежуточное положение между этими выводами.

Температура нейтрального слоя (^п ), принятая равной? среднегодовой температуре поверхности почвы, в районе за­ ложения рассматриваемого участка квершлагов составляет

Вначале квершлагов

73.

Таблица 2

Результаты термометрии в капитальных выработках шахты «Комсомоль­ ская» и «Западпая-2»

Для решений этой задачи в первом приближении Н. А. Огильви рекомендует .аналитические зависимости при слож­ ном рельефе, имеющем в профиле между двумя платоюбраз-

ется величиной неизвестной. Кроме того, редко встреча.ютоя долины, в поперечном сечении которых с достаточной сте­ пенью точности .можно впитать полуокружность или иолуэллипс. Поэтому указанные зависимости могут дать лишь грубо приближенные результаты в 'случае долин (между двумя платообразующими возвышенностями), а для остальных же

можно определить температуру пород под .наиинзшей точкой

Моделирование проводилось нами на интеграторе ЭГДА- -9/60 [134]. В качестве моделирующей среды была выбрана электропроводная бумага. Преимуществом электрического моделирования стационарных физических полей на электро­ проводной (бумаге является простота и большая точность со­ ответствия между граничными условиями натуры и модели.

С щелью исключения влияния формы залегания неодно­ родных и анизотропных пород моделируемая среда прини­ малась однородной и изотропной.

На бумаге с сопротивлением 60 ком на квадрат в задан­ ном масштабе (1:10000) вырезывался профиль местности ме­ сторождения по направлениям А—А, Б—Б, В—В (рис. 1) и на полученном электрическом аналоге создавалось подобие гра­ ничных условий натуры. При этом выполнялись граничные ус­ ловия первого рода:

76

ющего конечную глубину, температуру пород можно прини­

графических разрезов не искажается влиянием рельефа, т. е. остается вертикальным и параллельным боковым контурам разрезов. Тогда градиент температуры вдоль нормали к этим

профилю разреза специальным токопроводящим клеем при­ клеивалась верхняя токозадающая гибкая прутковая шина, на которой создавалось падение потенциала, соответствую­ щее изменению температуры нейтрального слоя с высотой местности и с учетом глубины его залегания.

Глубина залегания нейтрального слоя определялась пу­ тем 'измерения суточных колебаний температуры около по­ верхностного слоя почво-грунтов в Ткибули и известняков — на Шаорошм плато. Необходимые наблюдения проводились многоточечным гибким елактротермометром оригинальной (шнетруощии в шпурах 2,5—3,0 м глубины ['109, 120]. Темпе-

77

{Г lit /zts-

1% =V54

Рис. 25. Профиль геотемпературного поля по разрезу А—А (рис. 1> при однородной и изотропной породе

tot

-2Ш

ЯГ/.

Рис. 26. Профиль геотемпературного поля по разрезу Б — Б (рис. 1) при однородной и изотропной породе •

79-