Способ измерения температуры горных пород в шпурах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В) 4 Е 21 В 47 НИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБ(71) Институт технической теплофизикиАН УССР (72) Л. В. Гурьянов и П. Г. Кунцевский (53) 622.241,8.05 (088.8) (56) Руководство по проведению тепловыхсъемок в угольных шахтах. Макеевка-Донбасс: РТП МакНИИ, 1982, рис. 4,5; 4,6. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРНЫХ ПОРОД В ШПУРАХ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности за счет сокрашения выдержки датчика в шпуре. Для этогоиспользуют датчик с двумя идентичнымичувствительными элементами, Предварительно оценивают значение измеряемой т-ры. Вводят в шпур датчик т-ры. Осушествляют 801395819 А 1 контакт его чувствительного элемента с поверхностью горных пород на замерном участке,Выдерживают датчик в шпуре и регистрируют т-ру чувствительного элемента. Затем один из чувствительных элементов нагревают, а другой охлаждают соответственно выше и ниже значения т-ры горных пород на участке замера на равные величины относительно предварительно оцененного значения т-ры. Определяют разность предконтактных значений т-ры чувствительных элементов. Время контакта их с горными породами в шпуре определяют по ф-ле, полученной в результате решения модельной задачи изменения т-ры двухслойной пластины, при-. веденной в контакт с полуграничным массивом. Регистрируют усредненное значение т-ры чувствительных элементов, по которому судят о т-ре горных пород в шпурах. 7 ил.Изобретение относится к измерительнойтехнике и может быть использовано приизмерении температуры горных пород вшнурах, пробуренных из подземных сооружений.Цель изобретения - повышение производительности за счет сокрашения выдержкидатчика в шпуре.На фиг, 1 приведен график измеренийтемпературы горных пород; на фиг. 2схема расположения чувствительных элементов в замерном участке шпура; на фиг, 3 -схема размещения чувствительного элементав конструкции датчика; на фиг. 4 - блоксхема устройства для измерения температуры горных пород в шпурах; на фиг. 5 -блок-схема вспомогательного подогревногоустройства; на фиг. 6 и 7 - графики для определения коэффициентов, учитывающих радиус шпура и диаметр тепловоспринимающей пластины чувствительного элемента,Способ реализуют с помощью шпурового датчика, построенного по типу известного, снабженного прижимными устройствами для двух идентичных чувствительныхэлементов 1 и 2 (фиг. 3), вмонтированных между тепловоспринимающими пластинами 3 и теплоизоляционными подложками4. Чувствительные элементы 1 и 2 включе;ны (фиг. 4) в цепь стабилизатора 5 тока иизмерительного усилителя 6, выход которого подан на вход индикатора 7. Вспомогательное устройство (фиг. 5) для нагреваили охлаждения чувствительного элементасодержит термоэлектрический тепловой насос 8, смонтированный на теплоем комтеле (не показано) и через блок 9 ключейподключенный к источнику 10 питания (например аккумулятор НКГК - 11 Д),Способ реализуют следующим образом.После бурения и выстойки шпура предварительно оценивают ожидаемую темпера-туру горных пород в замерной зоне шпура.Для этого используют расчетные зависимости или результаты ранее проведенных измерений. При геотермических исследованияхпользуются формулойо= 1,+ ГН,где Н - глубина расположения замерногоучастка шпура от дневной поверхности;Г - геотермическая ступень; . - средняятемпература земной поверхности геотермического участка, в пределах которого необходимо вести измерения. Значения з и Гопределяют из таблиц.Чувствительные элементы 1 и 2 имеюттемпературу, например, ч ниже предварительно оцененной о. Тогда, например, чувствительный элемент 2 нагревают (фиг. 1) до1 н. Нагрев прекращают, когда на индикаторе 7 (фиг. 4) установятся показания, соответствующие значению о. Это соответствует равным отклонениям и, и Ь от о.Стабилизатор 5 тока подает на чувствительные элементы 1 и 2 одинаковый ток, Нагревэлемента 2 до температуры 1, приводит к падению напряжения на входе измерительного усилителя 6, соответствующему падению напряжения, если бы значения температуры чувствительных элементов 1 и 2 были одиlнаковы и равны о только тода, когда 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ц 21- оСоответствующий этому значению выходной сигнал усилителя 6 индицируется в индикаторе 7. Для нагрева (или охлаждения) чувствительного элемента 2 используют устройство, изображенное на фиг. 5. Для этого с помощью блока 9 ключей на тепловой насос 8 подают ток соответствующей полярности от источника 10 питания. Тепловой насос 8 отводит теплоту от чувствительного элемента 2 посредством их контакта к тепловому телу (не показано).Датчик вводят в шпур. По мере досылки чувствительных элементов 1 и 2 к замер- ному участку шпура между элементами 1 и 2 и горными породами в шпуре имеет место теплообмен излучением (для интенсификации теплообмена поверхности тепловоспринимающих пластин 3 должны быть зачернены). В результате теплообмена в течение т (фиг, 1) различие между температурами чувствительных элементов 1, 2 и температурой горных пород о сокращается за счет теплоты горных пород, снимаемой с большой поверхности шпура, температура чувствительного элемента 1 повышается до 1 , а температура чувствительного элемента 2 понижается до п, практически не искажая температурного поля горных пород в шпуре. Причем различие равенства отклонений н и н от 1 о, имеющие место вследIствие 1 оь 1 о, несколько сглаживается за время т в силу более интенсивного теплообмена с чувствительным элементом 1, имеющим большее отклонение температуры от о, чем чувствительный элемент 2. За время т чувствительные элементы 1 и 2 досылаются в замерный участок шпура, где через тепло- воспринимающие пластины 3 посредством прижимных устройств (не показаны) осуществляется их контакт с горными породами с диаметрально противоположными поверхностями шпура (фиг. 2). Перед этим фиксируется разница предконтактных значений температуры (п - 1 п) чувствительных элементови 2, для чего может быть использована дифференциальная термопара с расположением спаев у чувствительных элементов 1 и 2. Чувствительные элементы выдерживаются в контакте с горными породами в течение времение, определяемогоиз выраженият=(п - 1 п) )Лсргде (п -) - разность предконтактных значений температуры чувствительных элементов 2 и 1;Кш,ан нем усредувствительных всегда имеет - ниже темпеспользо двух ч которых другой в шпур Это обес ненных тем элементов, температуру ратуры горн печенопературодин извыше, аых пород с 1 р 2 р 30 35 40 ормула изооретени- постоянный коэффициент датчика;- допустимая погрешность измерения;- коэффициенты, учитываюшиерадиус К шпура (фиг. 6) и диаметр Р тепловоспринимаюшей пластины (фиг. 7); - объемная теплоемкоств материала чувствительных элементов 1 и 2;- то же, тепловоспринимаюшей пластины 3;толщина чувствительных элементов 1, 2 и тепловоспринимаюшей пластины 3;- минимальное значение теплоусваиваемости (произведение теплопроводности на объемную теплоемкость) горных пород, встречающихся в регионе проводимых измерений). За время т (фиг. 1) осуществляется теплообмен теплопроводностью между горными породами и чувствительными элементами 1 и 2 через тепловоспринимаюшие пластины 3 и контактное термическое сопротивление между тепловоспринимаюшими пластинами 3 и горными породами. Различие между значениями температуры чувствительных элементов 1, 2 и 1 о сокращается. Причем общий тепловой баланс горных пород практически сохраняется, так как чувствительный элементнагревается, а чувствительный элемент 2 охлаждается за счет теплообмена с горными породами, что позволяет интенсифицировать теплообмен, ускорить приобретение чувствительными элементами 1 и 2 значений температуры, близких к 1 о. За время контакта т чувствительные элементы 1 и 2 принимают значения температуры соответственно 1 и 12. В силу более интенсивного теплообмена между горными породами и чувствительным элементомпо сравнению с чувствительным элементом 2 вследствие о - 1 ч(1 п - 1 о) отклонение 1 и 12 от 1 о практически однозначно, За искомую температуру (измеренная температура 1 оп) горных пород в шпуре принимают среднее от этих значений7 т.е. показания индикатора(фиг. 4) после контакта чувствительных элементов 1 и 2 с горными породами в шпуре в течение т (фиг. 1) и более.Формула для определения времени контакта т получена в результате решения модельной задачи изменения температуры двухслойной пластины, приведенной в контакт сполуограниченным массивом (горные породы), а коэффициенты К и Кд(фиг. 6 и 7) найдены экспериментально.Реализация предложенного способа позволяет сократить выдержку датчика в шнуре за счет исключения необходимости контакта чувствительного элемента с горными породами до полного приобретения чувствительным элементом искомой температуры горных пород. Использование при реализации способа двух чувствительных элементов при обеспечении одинаковой чувствительности измерительной аппаратуры и взаимозаменяемости датчика и вторичного прибора позволяет снизить не менее чем в 2 раза толшину (Ь) чувствительного элемента, так как номинальное электрическое сопротивление обеспечивается суммой электросопротивле ний двух чувствительных элементов (фиг. 4). Это существенно снижает время приобретения чувствительным элементом температуры горных пород (см. расчетную формулу для продолжительности т контакта) . Следует отметить, что это также приводит к снижению погрешности измерения, вызванной перегревом терморезистивного чувствительного элемента при прохождении измерительного тока. Это об ьясняется увели цением в два раза (условие идентично сти чувствительных элементов) площади чув ствительного элемента, рассеиваюшего эти тепловыделения в горные породы, и уменьшением (уменьшение 111 в два раза) тер. мического сопротивления по толщине цунствительного элемента. Напротив, при сохранении одинаковой погрешности от прохождения измерительного тока отмеченное позволяет снизить диаметр терморезистивной проволоки, идущей на изготовление чувствительных элементов, цто ведет к дальнейшему снижению толгцины (Ь) чувствительного элемента и, следовательно, к снижению выдержки датчика в шпуре, к сокращению продолжительности измерения температуры горных пород в шпуре. Способ измерения температуры горных пород в шпурах, заключающийся в том, что вводят в шпур датчик температуры, осушествляют контакт его чувствительного элемента с поверхностью горных пород на замерном участке, выдерживают датчик в шпуре и регистрируют температуру чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет сокрагцения выдержки датчика вшнуре, используют датчик с двумя идентичными чувствительными элементами, предварительно оценивают значение измеряемой температуры, затем один из чувствительных элементов нагревают, а другой охлаждают соответственно выше и ниже значения температуры горных пород на участке замера, на равные величины относительно предварительно оцененного значения температуры, определяют разность предконтактных значений температуры чувствительных эле ментов, а время контакта их с горными породами в шпуре определяют по формуле где (1 п - 1 п) - разность предконтактных значений температуры чувствительных элементов;К - постоянный для датчика коэффициент;Кш, Кд - коэффициенты влияния радиуса шпура и диаметра тепловоспринимающей пластинычувствительного элемента;Х с р - минимальное значение теплоусваиваемости горных пород,встречающихся в регионе,и регистрируют усредненное значение температуры чувствительных элементов, по которому судят о температуре горных породв шпурах,.Ф К Об О У Ч Л.б дои о,т да гх од СоставиТехред И, ВТираж 531ого комитета ССосква, Ж - 35,рафическое пред ель Г. ес Редактор А. Долинич Заказ 1968/34 НИИПИ Государствен 113035, М Производственно-полиМасловаР Корректор Н. КорольПодписноеСР по делам изобретений и открытийаушская наб., д. 4/5риятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4