Способ управления горным давлением в теплообменной выработке Советский патент 1989 года по МПК E21D11/38 

1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть .((.пользовано для управления горным давлением в теплообменной выработке, пройденной в трещиноватых и пористых породах.

Целью изобретения является повышение устойчивости выработки.

На чертеже представлена схема, пояс- няюш,ая 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 тампо- нажного раствора можно использовать обык иовенную цементно-песчаную смесь с добавлением алюминиевой пудры, которая, выделяя газы при схватывании раствора, увеличивает ее теплоизоляционные свойства. Для создания теплоаккумулирующего слоя 5 между теплоизоляционным слоем 4 и крепью 2 вокруг выработки 1 пробуриваются скважины 6 и по ним нагнетается раствор, у которого теплоемкость 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 эксплуатации теплообменной выработки толщина теплоизоляционного слоя должна быть такой, чтобы не допустить протаивания массива горных пород за ним.

4

to

о:

CXD С5

Теплоизоляционный слой уменьшает объем горных нород, участвующих в теплообмене.

Сумма толщин обоих слоев не должна превышать допустимую глубину ореола про- таивания, соответствующую несущей способности крепи.

В условиях многолетней мерзлоты способ реализуется следующим образом.

Пример 1. Естественная температура массива пород в шахте . Коэффициент теплопроводности смещающих пород Вт/{м.К.). Подача в теплообменную выработку вентиляционной струи с положительной температурой способствует увеличению струи с положительной температурой способствует увеличению ореола про- таивания и приводит к разрущению крепи.

Управление горным давлением в тепло- обменной выработке предлагаемым способом осуществляется следующим образом. В теплообменную выработку с радиусом ,5 м подают теплый воздух, например, / 8°С. При достижении ореолом протаива-, ния допустимой глубины м, соответствующей несущей способности крепи, вокруг выработки создают теплоизоляционный и теплоаккумулирующий слои. Толщины этих слоев определяют в следующем порядке.

Если температура стенки выработки /ст 7°С и коэффициент теплоотдачи от вентиляционной струи к стенке выработки а 3 Bт/(), то получим ,66 .

Допустим, что коэффициенты теплопроводности слоев соответственно составляют ,11 Вт/(м-К) и ,1 Вт/(м-К). Тогда получим значение толщины теплоак- кумулирующего слоя ,68 м.

При этом теплоемкость теплоаккумули- рующего слоя при продолжительности срока :аккумулирования мес должна довлет- ворять условию

С лк 2% |5-Т- 912 кДж/(м К).

о )Олк

При ,68 м для толщины теплоизоляционного слоя получаем ,32 м.

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

0,,23

о л к

В ЭТОМ случае оптимальному соотношению толщин отвечает верхний предел, так как нижнему пределу соответствует выпол- пение требования по теплоаккумулирующей способности с запасом. Подставляя исходные данные, получим

,41 м; йт„л;0,33 м.

Пример 3. Исходные данные такие же, как и в примере 1, кроме теплоемкости: Слк 3 10 кДж/(). При этих данных верхний предел меньше нижнего предела. Подставляя исходные данные, получим, что бдк 3,295 м. В таком случае необходимо увеличить А, что равнозначно увеличению

несуц),ей способности крепи. Расчет нагрузок на крепь показывает, что при ,295 м необходимо применение металлической арочной крепи с плотностью 3 рамы на 1 м. Поскольку на щахте нет такого количества крепи, выбираем первый вариант, т. е. увеличиваем Слк, например принимаем Х10 кДж/{м -К). Подставляя исходные данные, получаем:

,52 м, 8г,яйО,32 м.5

Формула изобретения

Способ управления горным давлением в теплообменной выработке, включающий создание в массиве вокруг выработки теп0 лоизоляционного слоя и подачу в нее теплого вентиляционного воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости выработки, теплоизоляционный слой создают на расстоянии не больщем, чем допусти5 мый ореол протаивания, а между ним и контуром выработки устраивают теплоаккумулирующий слой, при этом соотношение между тс.тщинами этих слоев составляет

8,,, -. / А

ATM

k..

бп .,., /

v./-

0 ЯАКЙНт ХтиА) 5ftK

Л1к

гдеА. , Вт/м-К;

А 4гА V K/Bт; 5а{4-Д-т)

А.™ - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м-К);

X;iK - коэффициент теплопроводности теплоаккумулирующегослоя,

43Вт/(м-К);

допустимая глубина ореола про- таи.вания, м;

йги - толщинатеплоизоляционного

слоя, м;

бак -толщина теплоаккумулирую;;;его 45слоя, м;

RO - радиус выработки, м;

К„ - коэффициент теплопроводности массива горной породы, Вт/(м-К);

т - продолжительность времени теплоаккумулирования, с;

50 Сак-объемная теплоемкость теплоаккумулирующего слоя, Дж/(м К):

ст - температура стенки выработки, С;

to - естественная температура массива горных пород, °С;

а - коэффициент теплоотдачи от вен- 55тиляционного воздуха к creiiKe

выработки, Вт/();

/3 - температура вентиляционного воздуха, °С.

-4

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.