Способ управления горным давлением в теплообменной выработке

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 Р 1 38 БР ТЕНИ ЕЛЬСТВ Теплох мноНаука,НЪМ ВЫпром ления выра эксплуатолщина быть тания масГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Институт горного дела Севераского филиала СО АН СССР(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРДАВЛЕНИЕМ В ТЕПЛООБМЕННОЙРАБОТКЕ(57) Изобретение относится к горнойсти и м. б. использовано для упрагорным давлением в теплообменной Изобретение относится к горнои промышленности и может бьп ь и пользовано для управления горным давлением в теплообменной выработке, пройденной в трещиноватых и пористых породах.Целью изобретения является повышение устойчивости выработки.На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ.Способ реализуется следующим образом.При подаче теплого вентиляционного воздуха по воздухоподающей выработке 1, имеющей крепь 2, вокруг нее возникает ореол протаивания с подвижной границей фронта фазового перехода. При достижении фронтом фазового перехода допустимой глубины ореола протаивания по скважинам 3, пробуренным с дневной поверхности, нагнетается тампонажный раствор для создания теплоизоляционного слоя 4. В качестве тампонажного раствора можно использовать обыкновенную цементно-песчаную смесь с добав 8014726 ботке. Цель изобретения - повышение устойчивости теплообменной выработки при сохранении теплоаккумулирующей способности. В массиве горных пород на расстоянии от контура выработки не большем, чем допустимый ореол протаивания, путем тампонажа в предварительно пробуренные скважины раствора создают теплоизоляционный слой пород; породы, заключенные между контуром выработки и теплоизоляционным слоем, играют роль теплоаккумулирующего слоя. В изобретении приведено соотношение между толщинами этих слоев, Создание теплового экрана предотвращает утечку в горный массив тепла, при этом создается строго регламентированное давление на крепь выработки путем ограничения величины ореола протаивания, за счет чего повышается устойчивость выработки. 1 ил,лением алюминиевои пудры, которая, выделяя газы при схватывании раствора, увеличивает ее теплоизоляционные свойства. Для создания теплоаккумулирующего слоя 5 между теплоизоляционным слоем 4 и крепыш 2 вокруг выработки 1 пробуриваются скважины 6 и по ним нагнетается раствор, у которого теплоем кость не ниже теплоемкости пород. В качестве такого раствора для увеличения теплоемкости и понижения температуры замерзания можно использовать водный раствор поваренной соли. Для проведения работ по бурению скважин 3, 6, приготовления смеси и нагнетания ее в скважины можно применить комплекс стандартного цементационного оборудования. Для обеспечения безаварийной тации теплообменной выработки теплоизоляционного слоя должна кой, чтобы не допустить протаива сива горных пород за ним.Теплоизоляционный слой уменьшает объем горных пород, участвуюгцих в теплообмене.Сумма толщин обоих слоев не должна превышать допустимую глубину ореола протаивания, соответствующую несущей способности крепи.В условиях многолетней мерзлоты способ реализуется следующим образом.Пример . Естественная температура массива пород в шахте 1 ю - 4 С. Коэффициент теплопроводности смещающих пород ли=2 Вт/(м,К.). Подача в теплообменную выработку вентиляционной струи с положительной температурой способствует увеличению струи с положительной температурой способствует увеличению ореола протаивания и приводит к разрушению крепи.Управление горным давлением в тепло- обменной выработке предлагаемым способом осуществляется следующим образом. В теплообменную выработку с радиусом К= 1,5 м подают теплый воздух, например, 1 =8 С. При достижении ореолом протаивания допустимой глубины ЛЯ=2 м, соответствующей несущей способности крепи, вокруг выработки создают теплоизоляционный и теплоаккумулирующий слои, Толщины этих слоев определяют в следующем порядке.Если температура стенки выработки 1 = =7 С и коэффициент теплоотдачи от вентиляционной струи к стенке выработки а= =3 Вт/(м К), то получим А=3,66 мК/Вт.Допустим, что коэффициенты теплопроводности слоев соответственно составляют Хжи=0,11 Бт(м К) и як=2,1 Вт/(м К). Тогда полу им значение толщины теплоаккумулирующего слоя Ь=1,68 м.При этом теплоемкость теплоаккумулирующего слоя при продолжительности срока аккумулирования т=3 мес должна удовлетворять условиюСк)-р - .". --- ю 7912 кдж/ ( к К 1,+2 ЯюЬкПри Ьк(1,68 м для толщины теплои оляционного слоя получаем Ьи:0,32 м.Пример 2. Исходные данные такие же, как и в примере 1, кроме теплоемкости. Если значение теплоемкости заранее известно или задается, например, Ск=10" кДж/(м К), то, подставляя исходные данные, получим О, 19( -(0,23. Ьк В этом случае оптимальному соотношению толщин отвечает верхний предел, так как нижнему пределу соответствует выполнение требования по теплоаккумулирующей способности с запасом. Подставляя исходные данные, получимЬк - 1,41 м; Ьи 0,33 м.Пример 3. Исходные данные такие же, как и в примере 1, кроме теплоемкости: Сдк= =3 10 кДж/(мю К). При этих данных верх 15 ний предел меньше нижнего предела. Подставляя исходные данные, получим, что Ьк) )3,295 м, В таком случае необходимо увеличить ЛЯт, что равнозначно увеличению несущей способности крепи. Расчет нагрузок на крепь показывает, что при ьй) 3,295 м необходимо применение металлической арочной крепи с плотностью 3 рамы на 1 м. Поскольку на шахте нет такого количества крепи, выбираем первый вариант, т, е, увеличиваем Схк, наппимер принимаем Слк=9)( .)(1 О кДж/ (м К), Подставляя исходные данные, получаем:Ьк - 1,52 м,бти - 0,32 м,. формула изобретения 45 Способ управления горным давлениемв теплообменной выработке, включающийсоздание в массиве вокруг выработки теплоизоляционного слоя и подачу в нее теплоговентиляционного воздуха, отличающийсятем, что, с целью повышения устойчивостивыработки, теплоизоляционный слой создают на расстоянии не большем, чем допустимый ореол протаивания, а между ним и контуром выработки устраивают теплоаккумулирующий слой, при этом соотношение междучщинами этих слоев составляетАп (ьА - ЛЯ ) Ьи ( АЛакЛЯгде )ки. ) , Вт/м К;35Х - коэффициент теплопроводноститеплоизоляционного слоя, Вт/(м К),Ь - коэффициент теплопроводноститеплоаккумулирующего слоя,Вт/(м К);М - допустимая глубина ореола протаивания, м;Ьи - толщина теплоизоляционногослоя, м;оии - толщина теплоаккумулирую егослоя, м;Я, - радиус выработки, м;- коэффициент теплопроводностимассива горной породы, Вт/(м К);т - продолжительность времени теплоаккумулирования, с;50 Сик - объемная теплоемкость теплоаккумулирующего слоя, Дж/(мК);- температура стенки выраоотки, -С;ю - естественная температура массивагорных пород, С;а - коэффициент теплоотдачи от вс и.тиляцион ного воздуха к степкевыработки, Вт/(мК);- температура вентиляционного воздуха, С.(: ости витеаи БереГереп . Верее1 яра ж 4света по изобретениямЖ 35, Ра инскаякомбинат Патент, г сктор И.Мокаисное открытиям при ГКНТ СС(.:на 6., д. 45Ужгород, ул. Гагарина, О