книги / Совершенствование разработки калийных месторождений

Рис.		Схема климатической камеры: 1 - лечебная пала­
та ; 2		- соляные блоки; 3 - герметичное помещение;
4	-	зазоры для вентиляции;	S - шлюзовая камера;
6	-	герметичные двери; 7 -	воздуходувка; 8 - ре­

гулятор давления;					9 - глушитель шума; 10 - конди­
ционер;	//	-	дозатор кислорода; 12 - дозатор			угле­
кислого	газа;		13 -		соляной фильтр-насытитель;	# -
дробленая		соль;		15-19 - система трубопроводов;
20 - регулятор				давления; 2/ - заслонка; 22-29-		систе­
					ма вентилей

где п - количество больных в лечебной палате, чел .; £ - норма расхода воздуха на одного человека, м3/ с ;

Z- необходимое время контакта воздуха с кусками калийной соли в фильтре-насытителе, рекомендуется принимать рав­

ным 0 ,1 5 -0 ,2 с;

р- пустотность (внешняя пористость) рыхлой массы калийных соляных пород в фильтре-насытителе, дол.ед.

2. Внутренние поверхности лечебной палаты выполняются из

горных пород калийных рудников	толщиной не менее 50-60 см [ I ]		,
т .е . по сорбционным и радиационным характеристикам эквивалентной
массиву горных пород данного рудника "бесконечной" толщины.
3 . Скорость движения воздуха вдоль		соляных поверхностей вы­
бирается ниже щятической, что исключает		срыв крупных частиц соли
и унос их в зону нахождения больных [ 2 ]		. При этом размер кусков
соли в фильтро-на сытителе 13	должен исключать их нахождение		во
взвешенном состоянии и образование пыли.
Приведенная к поперечному сечению фильтра-на сытите ля ско­

рость движения воздуха должна быть ниже литической скорости, ис­

ключающей существование		кипящего слоя,	которое может быть опреде­
лено по	методике И.М. Федорова [ 3 ] .
4.	Лечебная палата	и герметичное	помещение 3 изолированы

друг от друга, что исключает попадание аллергенов, других раздра­ жающих и вредных частиц с поверхностей герметичного помещения в лечебную палату.

5. С помощью устройств и приборов автоматического регулиро­ вания в лечебной палате поддерживаются близкие к условиям рудника температура, относительная влажность воздуха, барометри­ ческое давление, содержание кислорода и углекислого газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Старцев В .А ., Вишневская Н.Л., Баранников В .Г ., Дон­ ской Б.П. Радиологические исследования соляного пласта "АБ" ка­ лийного рудника / / Вопросы комплексного освоения недр и совер­ шенствование технологии горных работ на предприятиях Западного Урала: Теэ.докл.научно-техн.конференции. - Пермь, 1983. - С. 21-22.

2. Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Борьба с пылью на калий­ ных рудниках. - М.: Недра, 1977. - 192 с .

I I I

3.	Сыромятников Н.И., Волков В.Ф. Процессы в кипящем слое.
Свердловск,	1959. - 18? с.

УДС 622.4

В.Ю. Григорьев, В.Н. Бобровников

УЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА С ОКРУЖАЮЩИМ ВОЗДУХОМ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

(Ленинградский горный институт)

Цри изучении вопросов проветривания горных выработок после взрывных работ широко попользуется гидромоделирование. Особенно большое значение оно приобретает для выработок большого объема, весьма распространенных на калийных рудниках, проводить производ­ ственные наблюдения в которых достаточно сложно. Для визуализации процесса в качестве материала для модели используются различные виды стекла. Однако толщина стенки выбирается исследователями только исходя из условия прочнооти модели без учета особенностей протекающих в ней процессов.

После взрывных работ ядовитые газы формируют зону отброса и температура их существенно превышает температуру воздуха в вы­ работке и температуру окружающих пород. При проветривании газы расцространяются по выработке и, перемешиваясь с воздухом, осты­ вают. При этом теплообмен между газовым облаком и стенками выра­ ботки принципиально отличается в натуре и на модели, поскольку при моделировании возникают конвективные токи в окружающем мо­ дель воздухе, значительно искажающие процесс.

Предлагается метод расчета необходимой толщины стенки моде­ ли, при которой практически исключается конвективное движение окружающего модель воздуха.

В феноменологической теории теплопроводности предполагает­ ся, что скорость распространения тепла является бесконечно боль­ шой Г 1 3 . Поэтому в лабораторных условиях при любой толщине отенки теоретически будет существовать малый тепловой поток к окружа­ ющему модель воздуху. Однако целесообразно задаться верхним пре­ делом учитываемого изменения температуры стенки модели. В этом случае задача сводится к нахождению радиуса теплового влияния в стенке модели. Считая априори толщину стенки больше радиуса теплового влияния, а начальную температуру стенки равной темпе­

ратуре окружающего воздуха, можно перейти к теплофизической моде­ ли полуограниченного тела*

Кроме того, принимаются следующие допущения:

начальным моментом времени считается подача подогретого ими­

татора в	модель;
вводится среднеинтегральная температура газового облака,
контактирующего со стенкой модели,
		(I)
		О
где t(X )~	текущая температура газового облака;
Xоп -	продолжительность	опыта;
материал стенки модели		изотропен и однороден по теплофизичес-

ким свойствам.

Для определения допустимого верхнего предела изменения темпе­ ратуры стенки модели Т^оп , контактирующей с окружающим воздухом, введем относительную погрешность, величина которой задается экс­

периментатором:

Ц°п~Тр

£ =	( 2)
t - r .
где TQ - начальная температура стенки модели и окружающего	воз­
духа.

Решение задачи на нагревание полуограниченного тела при гра­

ничных условиях первого рода (рис.			I) имеет			вид [ I ]
Т (х ,г ) - Т '	_			/			(3)
Г - Г	- ezf c 2			^		7 ’
где T(xtZ)~ текущая температура в		точке		с	координатой х		в момент
времени X ;
Тс - температура поверхности тела,					в	нашем случае	Tc = t ;
F o X	ах
		х	г

а - коэффициент температуропроводности материала стенки. Обозначим исколю толщину стенки модели через R . Учиты­

вая (2) и (3 ), можно записать

ИЗ

Рис. I . Распределение		Рис. 2. Зависимость толщи­
температуры по толщине		ны стенки модели от отно­
нагреваемого	полуогра-	сительной погрешности
ничеиного	тела

e z f c	R	(4)
	2 V C C To n	'
Пусть
6	--------£ =	Г г
	2 у/a т
	Oft
тогда
еш2ёу/*топ

На рис. 2 приведены 1рафики изменения необходимой толщины стенки модели в зависимости от допускаемой похрешности при ис­ пользовании в качестве материала для модели обыкновенного стекла (пунктирные линии), органического стекла (сплошные линии) и газо-

стекла	(штрихпунктирные линии) для различной цродолжительности
опыта	(семейства кривых 1,2,3 соответствуют Z оп = 60;30;

15 мин). Теплофиэические свойства материалов приняты по данным [2 ] . Из графиков видно, что наиболее приемлемым.материалом для модели по теплофизическим параметрам является органическое стек­ ло. Использование обыкновенного стекла иди газостекла потребует

при прочих равных условиях увеличения толщины стенки модели соот­ ветственно в 1,8 и 3 раза. Для снижения допускаемой погрешности с 17$, до 7$ толщина стенки модели должна быть увеличена на 64£.

114

Анализ кривых позволяет сделать следующие выводы:

1. Материал и толщина стенок модели оказывают существенное влияние на почетность эксперимента.

2. Уменьшить толщину стенок модели можно путем сокращения продолжительности теплообменных процессов в результате измене­ ния масштаба моделирования или следует рассчитать ее по приве­ денной вш е методике.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967. - 600 с .

2. Теплофизические свойства веществ: Справочник / Под ред. Н.Б. Варгафтика. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1956. - 368 с .

УДК 622.257

Б.Н. Толмачев

ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ПЩРОИЗОЛЯЩОНБЫХ РАБОТ В СТВОЛЕ J* 2 РУДНИКА ИМ. С. М.КИРОВА

ПЕРВОГО СОЛИКАМСКОГО КАЛИЙНОГО РУДОУПРАВЛЕНИЯ (П/о "Уралкалий")

Грузолюдской ствол Л 2 Первого Соликамского рудоуправления

глубиной 286,8 м	и диаметром в	свету 5	м проходили в 1928-1932 г г .
Ствол оборудован	двухклетевым	подъемом	и лестничным отделением,

армировка его деревянная.

До глубины трех метров ствол закреплен бетоном, а ниже, до глубины 134,4 м, - чугунными тюбингами Бельгийской фирмы "Эмиль Энрико Курт". Высота тюбинга 1,5 м, толщина 30-50 мм. В стволе установлено 87 тюбинговых и 5 опорных колец, из которых 2 кейлькранца (Т -4, Т -5). В каждом кольце 10 тюбингов. В интервале глу­ бин 134,4-249,98 м ствол закреплен кирпичной крепью, толщина ко­ торой 250-500 мм.

Ствол проходили методом замораживания, которое осуществляли через 28 скважин, расположенных вокруг ствола по окружности диа­ метром 9 м.

Контакт с соляными	породами был вскрыт на глубине 101,5 м.
В массиве каменной соли	ниже контакта были обнаружены трещины,

максимальное раскрытие которых составляло 12 мм. На глубине 108110 м из шпуров и трещин под давлением 0,9 МПа выделялся карналлитовый рассол. На глубинах II5-I29 м из карналлитового прослоя

выделялся рассол с газом. На глубине	130 м был установлен	кейль-
кранц.
В 1930 г . впервые зафиксировано	просачивание рассола	в
ствол из кирпичной кладки на глубине 131 м с дебитом 0,17		л/мин.
Течь через кирпичную кладку и ее увлажнение наблюдались в		1934,

1935, 1940 и 1947 годах. В 1935 г . на глубине 132,8 м был соору­ жен дополнительный кейлыфанц и установлены два тюбинговых кольца.

Течь ликвидировали путем цементации закрепного пространства. За период 1934-1947 гг . расход цемента составил более 1100 т, при этом на гидроизоляционные работы было затрачено около двух лет.

В 1951 г . были выполнены гидроизоляционные работы методом

битумизации		через замораживающие			скважины,		в результате		чего	в о -
доприток	ликвидирован. В январе				1952 г .	отмечалось		выделение		рас­
сола через		крепь на глубине		161 м с дебитом			6 л/ч,	которое посте­
пенно уменьшалось и совсем прекратилось.
Через		30 лет (в 1981 г .) водоприток в					стволе	возобновился.
Дебит рассола между расстрелами Л 52 и 53 составлял в среднем
II л/ч,	а в	отдельные	дни достигал 21,6			л/ч. В период течи с
1981 по	1986 г . состав		рассола,		текущего из кирпичной крепи ство­
ла, менялся как по плотности				(с	1,345 до	1,251 г/см 3),			так и по
содержанию		М$се2 (с 430 до		285	г /л ).

Для проверки герметичности кейлысранцев и выяснения путей движения рассола в затюбинговом пространстве в тюбинг Л 4 тюбин­

гового кольца Л 65 в сентябре 1985 г . запустили 1фаоитель#			кото­
рый через	некоторое время был обнаружен в тюбинговом кольце		Л 74,
в тюбинге	Л 5, там вскрыли цробку и поставили превентор	(рисунок).
Повторный запуск красителя был произведен в конце марта		1986 г .

в тюбинг Л 4 тюбингового кольца Л 83, расположенный под кейлыфанцем Т-4. Краситель обнаружили 2 апреля в кирпичной крепи ствола под 50-м расстрелом.

Таким образом, 1фвситель, запущенный в тюбинговую 1фепь, через 7 суток вышел в кирпичную крепь, цройдя через водоупорные устройства (кейлькранци) и проделав путь по вертикали в 25 м.

6

7

8

У

/О

7

2

3

3

5

Т.К.64

33

9 6

Р

3

9

/о

7 - 2

3

о

а

*

Г T.KJSS

контакт

1

£

/О

У

9

2.

О

Т.к.66

/а<9

'

г

3 4

5* 6

8

9

/О

/

i.

*

«Г

3

ГХ.6?

1

I 9

1

6

7

S

70

/

S'

тм.68

*

А т _

3 5

1

S' 6

3

9

70

;

7

ГЛ69

i7^

7С

’

*

Г

8

S

/

2

S

+

-*

г

ТК.70

1

9

6

7

8

9

7О

и

3 6

"

'

ГН.77

ч

7

1

/О

У 2J L L L

S

+

+

Т.К.72

*

Г

3 7

/

е

о

70

/

*

*

IS

1 п

£

9

/О

/

о

СJ *

к ° о

Т.н.73

_ L L L

^

1

Л

1 17^

*

Г

Г

£

тм?4

33

70

|

О

Т/5.0

У

7 I

£

1 J

ш

6

?

1

1

/О

/

6

TK7S

* V

I

V

т

г

ГМ.76

s

ti

/ 0

4

т

39

*

4-

4

?

£ I 9

)

ГК?7

с*

°

1

!

1

4

6

7

+

+

8

|9

/

7

V A V 1

4

ТХ.78

ч

4 8

е

? | 8 |i

70

7

4 г

'

П

Т

/22.0

TK.7S

* f22,3

6

/О

f

* 1

Г

ч 4 +

г

Т.Ш

4/

$

4

6

г

г

г

70

г

Г

4

г

ткМ/

6

/6

7

2

4

\

S'

тк&

wUilJim s

в

?

Li J

70

/

1

4

42

ч

м

* Ш

г

т

~Г

/

1

^ 1

/О

2

3

V

*

9

\4

тм84

-1-

ч

4 4 г

6

?

1

9

/'о

/ 7

Г " J

4 7 Г -4 43

4

Р

8

70

/

3

4

S тн£5

ДЯДЯ

f

> ?

6

S

У

/О

7

2

3

4

3

r*J6

Ъ0%

L L l

1 >

1 1

1^м

*

>

I J

1 ^

I4’ /-5- 44

г

+

7

£

9

/

2

3

н н

"Г" ткЯ?

о

ТО

4

Рве. Развертка участка тюбинговой крепи отвода Л 2 СПКРУ-1

Скорость фильтрации раосола составила 3,5 м /сут. Возникла необхо­ димость срочной гидроизоляции участка ствола в покровной каменной соли от первого кейлыранца до контакта с соляно-мергельной тол­ щей в интервале глубин 100-130 м. Трудности осуществления работ заключались в том, что, во-первых, ствол и его крепь находились в интенсивной эксплуатации более 50 лет, а, во-вторых, длитель­

ная остановка работы подъемных устройств в стволе была невозможна из-за необходимости подъема карналлитовой руды из рудника на по­ верхность.

Пэдроизоляционные работы проводили в два этапа* На первом (подготовительном) ствол не останавливали, используя время, цредназначенное для его ежедневного осмотра. Смонтировали деревянные полки в восточной половине ствола на 33-41-М ярусах. На участке, где расположены тюбинговые кольца №634-83, вскрыли 25 тюбинговых пробок. Головки цробок оказались подвержены коррозии (до 7($ пер­ воначального сечения) и трудно поддавались вскрытию. Дальнейшие работы вели при полной остановке ствола. С рабочих полков и кры­ ши клети бурили шпуры длиной от 0,5 до 3,1 м для вздрытия вмещаю­ щих ствол пород. Было установлено, что в заеденном пространстве ствола по всей высоте обводненной зоны старый тампонажный матери­ ал, который встречался как в сухом, так и во влажном состоянии, разложился. Интересно, что в течение 10-20 минут после окончания бурения шпуры были сухими, а затем становились влажными и в их забое скапливается рассол. Штыб от бурения шпуров был пластичным, хорошо мялся пальцами, а цри высыхании становился хрупким и рас­ сыпался при незначительном давлении.

В тюбинге М 6 тюбингового кольца J§ 77 пробурили шпур дли­

ной 3,1	м. При этом в интервалах 0 ,0 -0 ,4					м от устья шпура обна­
ружена разложившаяся масса темного цвета						с запахом сероводорода;
0 ,4 -0,7	м -	плотный тампонажный материал;				0 ,7 -1 ,2	м плотный бе­
тон. С 1,2		м наблюдалось истечение рассола, а на					1,3 м буровая
штанга	цровалилась. На 1,35		-	2,40	м обнаружен плотный бетон, на
2 ,4 -2 ,5	м -	битум. На 2 ,5 -3	,0	м -	плотный сухой раствор тампонажно­

го материала. На 3 ,0 - 3 ,I м добурили до карналлита.

При бурении шпуров тюбинговых колец Л 64 и # 65 (контакт покровной каменной соли с ооляно-мергельной толщей) встретили напорное истечение рассола, оно происходило с всасыванием возду­ ха и выбросом твердых частиц. Выделение рассолов в шпурах, про­ буренных через тампонажные отверотия тюбингов и в бетоне заедеп-

ного пространства тюбинговых колец 66-83, имеет характер цросачивания и фильтрации.

Вероятной причиной рассолопроявления является то, что кон­ тактные рассолы по трещинам в покровной соли и через разложив­ шийся тампонажный материал просачиваются и фильтруются вниз в полости карналлитовых цроолоев, где их химический состав пре­ терпевает изменения, насыщаясь солями M<jCt2 , еще больше уве­ личивая пустоты в карналлитовых слоях, доходя до кейлыфанцев, и через неплотности в пикотаже последних просачиваются к кир­ пичной крепи*

Периодичность (3 -5 лет в первые годы эксплуатации) появле­

ния течи	объясняется постепенным разложением цемента, которым
в разное	время цроводили тампонаж трещин околоствольного массива

и пространства за тюбингами* При цроизводстве последующих гидроизоляционных работ в

аналогичных стволах, пройденных 50 лет назад, служба водоподавления столкнулась с невозможностью процесса нагнетания раствора по зажимной схеме* При постоянном расходе раствора в связи с уменьшением скорости движения начинается осаадение твердой и отфильтрование жидкой фаз, мгновенное достижение заданной величи­ ны давления, прекращение нагнетания* По сути дела, необходимо производить не тампонаж трещин вмещающих пород ствола, а восста­ новление бетона в этих трещинах и заполнение образовавшихся пустот в покровной каменной соли*

Тампонажные работы вели снизу вверх* В тюбинг Л 4 тюбинго­ вого кольца Л 83 закачали 15,7 м3 цементного раствора. При нагне­ тании в четвертый тюбинг обнаружили выход раствора во второй и восьмой тюбинги, что говорит о его движении по кольцу. По окон­ чании нагнетания в тюбинг Л 4 продолжали нагнетание в тюбинг Л 8, куда еще закачали 3 м3 цементного раствора* Движение раствора

вверх	в направлении разгрузочных шпуров не обнаружили, но отме­
тили, что течь в тюбинговом		кольце		Л 77 увеличилась* Когда дав­
ление	нагнетания достигло 2	,5	МПа,	перешли к тампонажу тюбингово­
го кольца Л 77, ниже которого			находился второй карналлитовый олой*
Общий расход тампонажного раствора				при нагнетании во второй кар­

наллитовый црослоек через 77 кольцо составил 79,65 м3. Далее пе­ решли к нагнетанию черев 73 тюбинговое кольцо и закачали 1,35 м9, когда давление поднялось до проектного. Большой объем раствора для последующей цементации закачали в тюбинговое кольцо Л 65