Количественные и качественные особенности теплового режима горных выработок в зоне многолетней мерзлоты

Обеспечить условия по температурному фактору для подземной разработки месторождений в условиях многолетней мерзлоты воз­можно двумя путями: 1) поддержанием температуры рудничного воздуха выше 273 К (0°С) по всему пути его следования, при этом необходимо усилить крепь и обеспечить теплоизоляцию стенок выработок с целью уменьшения ореола оттайки; 2) подогревом руднич­ного воздуха до температуры выше 273 К (0°С) непосредственно перед рабочими участками с сохранением допустимой отрицатель­ной его температуры в остальных выработках.

При подземной разработке месторождений в условиях много­летней мерзлоты Севера рациональная температура подогрева воз­духа, подаваемого в шахты и рудники, выбирается в каждом конкретном случае с учетом особенностей горных работ. В этом случае суще­ствует нормативно допустимая низкая температура рудничного воз­духа (в том числе и отрицательная). Для тупиковых забоев и камер эта температура рассчитывается по эмпирической зависимости:

T≥2V-8, а для остальных выработок Т≥2V-15

где V – скорость движения рудничного воздуха, м/с.

Коэффициенты теплообмена между стенками выработок и

Рудничным воздухом

При проветривании возможны следующие случаи взаимодейст­вия вентиляционной струи в шахтной выработке с окружающим массивом:

1) стационарный режим теплообмена (при непрерывной вентиляции выработок); При этом температура воз­душной струи и стенки выработки в заданном ее сечении остаются постоянными, но изменяются по длине выработки.

2) нестационарный режим теплообмена (проветривание осуществляется непостоянно или же с периодическим реверсированием вентиляци­онной струи). При этом случае температура воздушной струи и стенки выработки изме­няются не только по длине выработки, но и во времени в любом заданном ее сечении.

Для практических расчетов пользуются следующей формулой для определения коэффициента теплоотдачи, Вт/(м²∙К):

где G_в– расход воздуха, кг/с;

П_в – периметр выработки, м;

F_в– площадь поперечного сечения выработки, м².

Если выработка закреплена всплошную кирпечем, бетоном или деревом, то коэффициент теплоотдачи необходимо определить по формуле

где δ_к – толщина крепи , м;

λ_к– теплопроводность материала крепи, Вт/(м∙К).

В обводненных шахтах и рудниках из-за испарения воды с боков выработки процесс теплообмена интенсифицируется. В этом случае необходимо пользоваться приведенным коэффициентом теплоотдачи α_пр, Вт/(м∙К), который определяется по формуле

где β – коэффициент массоотдачи, кг/(м²∙с∙Па);

Р_с – парциональное давление паров при температуре поверхности выработки Т_с, Па;

Р_в – парциональное давление паров при температуре воздуха Т_в, Па;

r^* - теплота парообразования

При нестационарном теплообмене для оценки температурного поля вокруг выработки необходима поправка коэффициент не­стационарного теплообмена а_τ, который измеряется количеством тепла, отданного массивом (или полученного массивом при его нагреве) рудничному воздуху с 1м² поверхности выработки в течении 1 с при разности температур между глубинными неохлажденными породами и воздухом, равном одному градусу.