Способ управления горным давлением в теплообменной выработке

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления горным давлением в теплообменной выработке. 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 величиныореола протаивания, за счет чего повышается устойчивость выработки. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1472686 А 1 д4 E21 D 11 38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4204609/23-03 (22) 04.03.87 (46) 15.04.89. Бюл. № 14 (71) Институт горного дела Севера Якутского филиала СО АН СССР (72) А. Ф. Галкин и И. И. Ковлеков (53) 622.272 (088.8) (56) Авксентьев И. В., Скуба В. Н. Теплоизоляция горных выработок в условиях многолетней мерзлоты. Новосибирск: Наука, 1984, с. 8 — 15.

Авторское свидетельство СССР № 1250653, кл. Е 21 D 9/00, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ

ДАВЛЕНИЕМ В ТЕПЛООБМЕННОЙ ВЪ|РАБОТКЕ (57) Изобретение относится к горной промсти и м. б. использовано для управления горным давлением в теплообменной выра1

Изобретение относится к горной промышленности и может бы1ь ж 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 добавботке. 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.

2 лением алюминиевой 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 теплоем кости 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 эксплуатации теплообменной выработки толщина теплоизоляционного слоя должна быть такой, чтобы не допустить протаивания массива горных пород за ним.

1472686

Теплоизоляционный слой уменьшает объем горных пород, участвующих 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 4 — 4 С. Коэффициент теплопроводности смещающих пород л„=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 теплообменной выработке предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

В теплообменную выработку с радиусом

К>=1,5 м подают теплый воздух, например, t =8 С. При достижении ореолом протаивания допустимой глубины AR„=2 м, соответствующей несущей способности крепи, вокруг выработки создают теплоизоляцHQHHblH и теплоаккумулирующий слои. Толщины этих слоев определяют в следующем порядке

Если температура стенки выработки / =

=7 С и коэффициент теплоотдачи от вентиляционной струи к стенке выработки а=

=3 Вт/ (м К), то получим А=3,66 м К/Вт.

Допустим, что коэффициенты теплопроводности слоев соответственно составляют ж,=011 Bri (м К) и а=21 Вт/(мK).

Тогда полу (им значение толщины теплоаккумулирующего слоя о =1,68 м.

При этом теплоемкость теплоаккумулирующего слоя при продолжительности срока аккумулирования т=3 мес должна s овлетворять условию

Скк)-.к — "— — 79(2 кДж((к (.I.

+2R()6, ((При Ь((1,68 м для толщины теплои оляционного слоя получаем 6. =0,32 м.

Пример 2. Исходные данные такие же, как и в примере 1, кроме теплоемкости. Если значение теплоемкости заранее известно или задается, например, С (=1О" кДж/(м К), то, подставляя исходные данные, получим

О, 19(— "" (0,23.

6i(В этом случае оптимальному соотношению толщин отвечает верхний предел, так как нижнему пределу соответствует выполнение требования по теплоаккумулирующей способности с запасом. Подставляя исходные данные, получим

Ь(1,41 м; Ь 0,33 м.

Пример 3. Исходные данные такие же, как и в примере 1, кроме теплоемкости: Сх=

=3 10 кДж/(мз К). При этих данных верх15 ний предел меньше нижнего предела. Подставляя исходные данные, получим, что олх)

)3,295 м. В таком случае необходимо увеличить AR что равнозначно увеличению несущей способности крепи. Расчет нагрузок на крепь показывает, что при аR„)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, например принимаем Слк=9)

)(1О кДж/ (м - К) . Подставляя исходные данные, получаем:

Ьк-1,52 м, бти -0,32 M.Формула изобретения

Способ управления горным давлением в теплообменной выработке, включающий создание в массиве вокруг выработки теплоизоляционного слоя и подачу в нее теплого вентиляционного воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, теплоизоляционный слой создают на расстоянии не большем, чем допустимый ореол протаивания, а между ним и контуром выработки устраивают теплоаккумулирующий слой, при этом соотношение между (к (шинами этих слоев составляет

Ап(((" . Л вЂ” AR ) Ь((((1

AR где 1-".. ) >, Вт/м К;

Х вЂ” коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м К), — коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующего слоя, Вт/ (м. К);

Л߄— допустимая глубина ореола протаивания, м;

Ь ° — толщина теплоизоляционного слоя, м;

6-. — толщина теплоаккумулирую .его слоя, м;

R> >— радиус выработки, м; — коэффициент теплопроводности массива горной породы, Вт/(м К); т — продолжительность времени теплоаккумулирования, с;

50 С" — объемная теплоемкость теплоаккумулирующего слоя, Дж/(м К); — температура стенки выраоотки, -С;

4 — естественная температура массива горных пород, С; а — коэффициент теплоот (ач и от ве({тиляционного воздуха к сто: ке выработки, Вт/(м К); — температура вентиляционного воздуха, С.

1472686 (остивитель.1. Березкина

Редактор М. ЦIITI IIHd П креи 1!. I!eIIec Корректор И, М! iка

Заказ l691/37 1 ираж 4.1!! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CC(. 1

I 13035, Москва, Ж - 35, Рау инская наб., д. 4 5

Производственно-издательски . комбинат «Патент», г. Ужгород, уги Гагари ик 10!