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

'Так. например, на рис. 27 дан профиль разреза А—А (рис. 1)

• с увеличенными на 500 м значениями высот наивысших то­ чек, а рисунок 28 изображает .геотемпературный профиль при форме рельефа, противоположной данной на рис. 26 поверх­ ности.

Из рис. 26 видно, что на глубине залегании угольной тол­ щи, вдоль ее простирания изотермы располагаются почти го­ ризонтально.

Возмущение температурного поля под влиянием рельефа на глубине залегания угольной толщи составляет всего лишь

картина наблюдается по разрезу А—А. Из рис25 следует, что тепловое состояние угольной толщи по падению значительно

.искажено. При отсутствии влияния рельефа температура в

С уменьшением глубины искажение теплового состояния угольной толщи постепенно увеличивается. На горизонте +250 м оно составляет 6,2, .а на горизонте +500 м — 7,2 град.

Максимальное .возмущение температурного поля наблюдается на горизонте выхода угольной толщи на поверхность.

На приведенных рисунках линия, соответствующая^, вы­ равненной температуре, мало отличается от ближайших выше­ лежащих изотерм из-за мелкого масштаба профилей. Но на самой моделирующей электропроводной бумаге выравненная изотерма четко отличается от вышележащих и 'Определить ее можно безошибочно. Глубина залегания выравненной изотер­ мы зависит от неровности рельефа -и возрастает с увеличени­ ем последней. При этом горизонтальное расстояние между экспериментальными отметками рельефа изучаемой .местности при однородной и изотропной породе, видимо, не будет иметь существенного значения.

.80

Суждение о глубине распространения влияния рельефа поверхности на температурное поле недр в общем случае удобнее вести в относительных величинах.

Отношение разницы экстремальных значений высот от плоскости сравнения к наибольшей высоте данной местности в изучаемом разрезе назовем относительной неровностью рель­ ефа, а отношение той же равнины к максимальной глубине залегания плоскости полностью выравненной изотермы—от­ носительной глубиной распространения влияния рельефа по­ верхности на тепловое состояние недр-

Если максимальную высоту местности от плоскости срав­

температурного поля от влияния рельефа на глубину залега­

местности, плоскость сравнения проходит через нее и влияние рельефа при этом максимально.

Из табл. 4, в которой приведены основные данные неко­ торых исследованных профилей геотермических полей, видно, что при изменении неровности рельефа в 2—3 раза относи­ тельная глубина его влияния изменяется незначительно (в пределах 0,2—0,3). Таким образам, по значению относитель­ ной неровности рельефа можно ©удить о существовании воз­ мущения температурного поля исследуемой плоскости.

Если Д<0,2, то влияние рельефа на температурное поле месторождения отсутствует; при Л > 0 , 3 влияние рельефа су­ ществует и его необходимо учитывать. Если же 0,2<Д<0,3, влияние рельефа может доходить до исследуемого горизонта, но существенного значения для инженерных расчетов не­ имеет.

Из дифферанциалынопо уравнения теплопроводности (3.5) (3.5)

82

глине для 'Создания требуемой монолитности. Высота модели 50 ом, длина — 100 ом, ширина — 20 ом. Модель 'смонтирова­ на а деревянном ящике с двумя отделениями: в .верхней 'час­ ти — модель, в нижней — камера .нагрева.

На даерхних углах 'модели при помощи ртутных термомет­ ров 'Определялось изменение температуры во времени. Нак­ лон плоскости напластования к горизонтальной поверхности •составлял 45°. Модель нагревалась в условиях теплоизоляции боковых поверхностей.

Физическая модель стратиграфического разреза построе­ на без строгого соблюдения условий моделирования. Дело в том, что пластинки разных пород, сложенные в один общий монолит с помощью глины, не являются реальной моделью

.какой-нибудь свиты литологических разностей. Теплопровод­

ком способе построения модели нельзя избежать образования сплюаких воздушных зазоров между отдельными пластинками пород,, которые существенно искажают распределение темпе­ ратуры в модели.

При складчатом залегании пород тепловой поток в цен­ тре седла атиклинального поднятия и мульды синклиналь­ ного прогиба имеет нормальное, не искаженное складчатостью направление. Во асех остальных местах 'складчатой зоны вектар плотности теплового потока отклонен от нормального на­ правления. Поэтому при моделировании складчатой зоны литологИ'Чвоких разностей минимальной моделируемой областью следует считать свиту между осевыми поверхностями .прогиба и поднятия. В противном случае теплоизоляция всех боковых поверхностей модели нарушает условия моделирования, так как вследствие отклонения теплового потока на торцевых по­

'Повышенный геотермический градиент в антиклинальных куполах и пониженный — в синклинальных прогибах П. Л. Червинскнй объясняет неодинаюовой теплопроводностью от­ дельных слоев, т. е. неоднородностью .свиты. Это не совсем так, Безусловно, неоднородность сайты оказывает значительное

84'

влияние на распределение (градиента температуры [72, 73, 74], но нельзя игнорировать и анизотропность отдельных литолотичеоких разностей, которая оказывает .на тепловое поле складчатой структуры не меньшее влияние, чем неоднород­ ность сииты.

Для качественной оценки влияния формы залегания и теплофизичаских свойств пород на температурное поле рассмат­ риваемого месторождения нами были построены несколько электрических аналогов.

Пусть электропроводность модели связана с теплопро­ водностью натуры следующей зависимостью

и формы залегания пород, необходимо и достаточно наряду с соблюдением геометрического подобия и условий (3.1), (3.2) и (3.3) соблюсти также условие (3.7).

Из-за относительно малой мощности угольной толщи и глины при принятом масштабе оказалось невозможным моде­ лирование каждой области отдельно, поэтому они были объ­ единены в одну условную толщу под названием «глина и уголь» с общим средневзвешенным термическим сопротивле­

реза месторождения. Путем склеивания -бумаги в 'нужной по­ следовательности по отисанному в работе [134] способу стро­ ились полные аналоги .стратиграфических разрезов, на кото-

85

л.

86

На рис. 29 и 30 приведены некоторые профили геотем­ пературного поля месторождения по взятым разрезам при допущении, 'что поверхность является совершенно ровной. Характер хода изотерм, которые на представленных графи­ ках даны в относительных величинах, определяется только формой залегания и различием теплопроводности литологических разностей пород.

Анализ приведенного графического материала позволяет заключить, что в районах без интенсивно действующих гид­ ротерм и вулканических явлении теплофизичеокие свойства и форма залегания пород при ровном рельефе поверхности яв­ ляются основными факторами, влияющими на распределение температуры в земной коре. Например, на рис. 29 изотермы, имеющие относительные потенциалы 20, 30 и 40%, в основ­ ном повторяют форму залегания угольной толщи, которая на рисунках нанесена белой полосой. Если бы литологические разности пород имели горизонтальное залегание или весь раз­ рез состоял из однородной породы, изотермы превратились бы в горизонтальные прямые. В действительности же изотермы, входя в угольную толщу, опускаются вместе с ней и в окрест­ ности дна синклинального прогиба изменение абсолютной от­ метки изотерм составляет 700—800 м. Менее контрастная, но качественно аналогичная .картина наблюдается на рис. 30.

Таким образом, форма залегания пород и неоднородность относительно теплофизических свойств могут значительно ис­ кажать нормальное распределение температуры в земной .ко­ ре и, в частности, в 'месторождении. Поэтому тепловые ано­ малии, наблюдаемые в угольных месторождениях, особенно с мощными угольными толщами, следует объяснить влиянием теплофизических .свойств и формой залегания угольных плас­ тов и вмещающих пород, а не релаксацией упругих напряже­ ний или энергией самого органического вещества, накоплен­ ной в процессе фотосинтеза и освобождающейся как при накоплении горючего материала, так и при окислении, как это отмечено в работах [20, 87].

87

были уточнены и изменены гипсометрия пласта «Толстый»,, мощность осадочных отложений на отдельных участках и теплофизические свойства (в .основном анизотропность) неко­ торых пород. Поэтому в '1965 году было проведено повторное моделирование теплового поля этих участков .месторождения. Исходные данные, 'используемые для моделирования тепло­ вого поля шахты «Заладная-2» остались без изменения и по­ этому на этом участке повторное моделирование не проводи­ лось. При построении электрических аналогов выбранных раз­ резов натуры 'исходными данными служили результаты опре­ деления теплофизичеоких свойств горных пород я углей, при­ веденные в главе I I .

Модели стратиграфических разрезав строились с учетом анизотропного строения моделируемой среды [28].

Рис. 31. Гипсометрическая карта почвы угольной толщи шахты «Западиая-2»

Для моделирования температурного поля шахты «Запад­ ная-2» были выбраны 8 стратиграфических разрезов по нап­ равлениям 1—1, 2—2, 3—3, 4—4, 5—5, 6—6, 7—7 и 8—8 (рис. 31), которые полностью охватывают все выработки вентиля-

89