Способ определения эффективной пористости горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21C39/00 

4 СО 1чЭ 1чЭ

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения эффективной пористости массивов горных пород, и может быть использовано при прогнозировании газопроявлений и расчете выделения газа в горные выработки строящихся и действующих щахт.

Цель изобретения - повыщение точности.

На чертеже показана схема устройства для осуществления способа определения эффективной пористости горных пород.

Устройство содержит герметичную камеру 1 с подвижными секциями для образца 2, покрытого теплоизоляцией 3 со всех сторон за исключением стороны 4, датчики 5 температуры для подсоединения к противоположным граням 4 и 6 образца 2, средство 7 регистрации, связанное с датчиками 5, средство 8 откачки, сообщенное трубопроводом 9 с полостью камеры 1, датчики 10 давления, нагружающее приспособление II, связанное с подвижными секциями камеры 1, средст- во 12 для нагрева или охлаждения, связанное каналом 13 с камерой 1 со стороны, контактирующей с нетеплоизолированной стороной 4 образца 2, и измеритель 14 плотности теплового потока, связанный со сред- ством 15 регистрации. Нагружающее приспособление 11 позволяет перемещать отдельные секции сторон камеры 1 или полностью стороны -камеры 1 относительно друг друга, что дает возможность нагружать образец 2 в целом или любую его часть по объему или площади до требуемого давления. Устройство содержит также установленные на сторонах камеры 1 датчики (не показаны) для измерения размеров образца 2.

Способ осуществляется следующим обра- зо.м.

Из отобранной пробы горной породы изготовляют образец 2. Образец 2 высущива- ют при температуре 105-110°С для удаления из него влаги и помещают в камеру 1, состоящую из нагрузочных секций, перемещающихся одна относительно другой. Теплоизо- лируют образец 2 в камере 1 теплоизоляционным материалом 3 со всех сторон за исключением стороны 4 для подачи через нее теплового потока. Подсоединяют к противоположным сторонам 4 и 6 образца 2 дат- чики 5 - хромель-алюмелевые термопары, соединенные со средством 7 регистрации температуры образца 2, подсоединяют камеру 1 через трубопровод 9 к средству 8 откачки, создают вакуум 10 -10 Па и откачивают из образца 2 газ, нагружают приспособлени- ем 11 образец 2 до давления, при котором он находится в горной выработке, замеряют датчиками 10 давление на образец 2, создают начальную температуру образца 2, при которой он находится в горной выработке, для чего средством 12 охлаждают образец 2 через канал 13, если температура образца 2 в горной выработке ниже заданной температуры окружающей среды при

определении пористости, или нагревают образец средством 12, если температура образца 2 в горной выработке выще заданной температуры окружающей среды при определении пористости. Затем с помощью средства 12 направляют на образец 2 прямой тепловой поток 16, если температура образца 2 в выработке ниже заданной температуры определения пористости или отводят от образца обратный тепловой поток 17, если . температура образца 2 в выработке выще заданной температуры определения пористости, замеряют плотность теплового потока методом дополнительной стенки измерителем 14, соединенным со средством 15 регистрации, замеряют изменение температуры образца 2, линейные размеры образца 2 в камере 1, давление на образец 2, отмечают время замера, определяют по за.меренным данным теплопроводность, теплоемкость образца, определяют плотность его твердой фазы и эффектную пористость рассчитывают по математическому выражению

, , 1 .| „+1)т

„+) 1 ,

S(n-,n)U

где т(„-1 ,,+1) - эффективная пористость массива горных пород; п - номера точки замера параметров (, 2, 3...);

(п-l,n-fl)-интервал осреднения по времени между точками замера; а(«-|, «fOT- температуропроводность

твердой фазы образца при вакууме и объеме образца под давлением,

- Чп- , fi п

- С.(„-1,„.1).рм,л.О

п-1 , п+1) - теплопроводность образца под давлением и при вакууме, Вт/(м.К);

л0«-1, И- l) °(h- , ntl)

A-C.-I ,«I) о - Tf,,-iVnM) 5(„-, ,n.)-((

Q(n-i/ - количество теплоты, подаваемой на образец, Дж;

fn-i, n+i) - длина образца под давлением и при вакууме, м;

cn-ij /н-1) - температура образца под давлением и при вакууме, осред- ненная в интервале замера. К;

S(n-i, - площадь сечения образца под давлением и при вакууме,

t(n4i)4(n-o -интервал времени между точками замера температуры образца под давлением и при вакууме, с;

(п-, H+.I)- теплоемкость образца под давлением и при вакууме, Вт с/(кг-К);

г,Q(n-i ,п41)

-Сл-1 , i+l)

ПТСиЧ , nVf) T(+,(J

гпс,,-, n+t) - масса образца под вакуумом, кг;

Pfn-i,;i+i)- ПЛОТНОСТЬ твердой фазы образца при объеме под давлением,

s(n-, п+)о-температуропроводность образца горной породы под давлением и при вакууме, м /с, определяется по формуле:

„Чп-1, п+1) rSf,i-l n4l)f;i-l. п+О/т,

а(п-, . -- м«-1, nti)-/- i(-,H.i-)tfn-i) (fi-r, n-ii)

I F(fi-i,

путем вакуумирования, нагружают образец через секции камеры до давления, соответствующего давлению в горной выработке, затем изменяют температуру образца до начальной температуры, соответствующей температуре в горной выработке, после чего проводят изменение температуры образца с переходом через заданную температуру определения пористости путем создания через нетеплоизолированную сторону образца постоянного по плотности теплового потока и измеряют во времени плотность теплового потока, температуру образца, его длину, площадь сечения и давление, затем определяют при заданных температуре и давлении теплоемкость и теплопроводность твердой фазы образца, а эффективную пористость m расчитывают по выражен-ню

,

асп-1 гч-)т а(п-1, гн1)о

Изобретение относится к горному делу. Цель изобретения - повышение точности. Из отобранной пробы горной породы изготовляют образец и высушивают его при температуре 105-110°С. Затем образец теплоизолируют со всех сторон за исключением одной и помешают в герметичную камеру с подвижными секциями и датчиками давления и т-ры. Вакуумированием камеры удаляют газ из пор образца и нагружают его через подвижные секции до давления, соответствующего давлению в горной выработке. Изменяют т-ру образца до т-ры горной выработки. Затем проводят изменение т-ры образца с переходом через заданную т-ру определения пористости путем создания через нетеплоизолированную сторону образца постоянного по плотности теплового потока. Измеряют во времени плотность теплового потока, т-ру образца, его длину, площадь сечения и давление. Затем определяют при заданных т-ре и давлении теплоемкость и теплопроводность твердой фазы образца. Эффективную пористость рассчитывают по выражению т(п-,,„ +) - а/,, .,,„ {)J /а(п -/, п +,)о, где af,.,,i дт - температуропроводность твердой фазы образца; ,, -,„.ц;о - температуропроводность образца; п - номера точек замера параметров (п 1, 2, 3...), а(„ч.п+1)ти &(,)о рассчитывают по формулам. 1 ил. ю (Л

,т т . где а температуропроводность твердой

(,)-температура образца горной- фазы образца м7с;

породы под давлением и

вакууме в соответствующих

точках замера. К; .r;i-i, п+О

Ks - единичный размерный коэф-(n-,nt) C(,,-i, ) p(-i,«-n)

фициент площади сечения, 25 Ц(п-, п+1) - плотность теплового потока,

проходящего через образец,

Вт/м

ао - температуропроводность образца,

М-/С.

л, ,, Q(l-l, Д41)

. п+)

Ь(„--1,|)

в приведенном расчете эффективной пористости необходимо учитывать, что согласно методике определения параметров теплопроводность и теплоемкость образца соответственно равны теплопроводности и теплоемкости твердой фазы образца.

Повыщение точности определения эффективной пористости массива горной породы обеспечивается за счет учета при определении пористости образца давления и температуры, при которых горная порода находится в массиве.

Формула изобретения

Способ определения эффективной пористости горных пород, включающий отбор пробы горной породы, изготовление из нее образца, его высущивание при 105-110°С, определение плотности твердой фазы горной породы и расчет эффективной пористости, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, после высущивания образец теплоизолируют со всех сторон, за исключением одной, и помещают в герметичную камеру с подвижными секциями и датчиками давления и температуры, удаляют газ из пор образца

ао - температуропроводность образца,

М-/С.

а(п-|, пч-1) о -

ff«-l , п,1 I S(,,-i,„41)/-(-, (7.,j Т ,,, )

tfnt 1 -ifi-o Ks qr-i-i, «+i

35

0

П - номера точек замера параметров (, 2, 3...);

(п-1, п+1)-интерва.лы осреднения по времени между точками замера;

, n+i) - теплопроводность твердой фазы образца, Вт/(м-К);

С(„-1, :..-) - теплоемкость твердой фазы образца, Вт.с/ (кг-К);

р(п-1, П.Ц) - плотность твердой фазы образца, кг/м ; ffrz-i, П.Ц)-длина образца, м;

t „-1 -t „.ц - интервал времени между соответствующими точками замера, с;

S(,;-., ,,.1) - площадь сечения образца, через

5

50

которую проходит тепловой поток,

Tf,,-i) , Tfn.i) - температура образца в соответствующих точках замера. К; Ks - размерный коэффициент площади сечения, qfn-i, f;+i)- плотность теплового потока,

f-t I

Вт/м-.

10