рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Термодинамические параметры земной коры

Термодинамические параметры земной коры - раздел Производство, Термодинамические и газодинамические процессы горного производства   Верхняя Толща Горных Пород Земли Называется Земной Корой. Зем...

 

Верхняя толща горных пород Земли называется земной корой. Земная кора простирается от поверхности Земли до границы Мохоровичича, которая отделяет земную кору от мантии Земли. Мощ­ность земной коры в среднем колеблется от 7-10 км под дном океана и до 35-40 км на континенте. Ниже земной коры располагаются верхняя и нижняя мантии Земли, далее следует внешнее и внутрен­нее ядра Земли.

Средняя плотность Земли составляет 5,52×10 кг/м3, а средняя плотность земной коры 2,73×103 кг/м3. Плотность Земли возрастает с глубиной, на поверхности она равна 2,7×103 кг/м3, а во внутреннем ядре, т.е. на глубине 5100-6371 км, составляет (12-12,3)×103 кг/м3. Это связано с увеличением давления Р по мере приближения от поверхности Земли к ее центру, которое можно рассчитать по следу­ющей формуле:

(1.1)

где r — текущее значение радиуса Земли, м;

g — ускорение свободного падения, м/с;

γ — текущее значение плотности, γ = γ(r) кг/м ;

Г— гравитационная постоянная, Г = 6,67×10-11 м3/(кг×с );

m — масса сферы радиусом r, кг.

Согласно выражению (1.1), давление в центре Земли должно составлять около 3,5×105 млн Па.

С позиции ведения горных работ интерес представляют термодинамические параметры земной коры и то лишь в ее верхних слоях.

Температура земной коры в слое пород, непосредственно приле­гающем к поверхности Земли, зависит от времени суток и года. Глу­бина, до которой прослеживается влияние атмосферных колебаний температуры, достигает не более 20 м (чаще всего эта глубина состав­ляет 6-7 м). Ниже этой глубины температура пород повышается. Таким образом, существует слой породы, в котором температура остается постоянной в любое время года. Этот слой называется ней­тральным. Глубина залегания нейтрального слоя Н0 (м) не одинако­ва для различных районов Земли, но постоянна для данного района.

С увеличением глубины Н ниже нейтрального слоя температура горных пород земной коры увеличивается приблизительно по линей­ному закону:

Т = То + Гr(Н-Н0), (1.2)

где Т0 — температура нейтрального слоя, К;

Гr — геотермический градиент, , К/м.

Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью ().

Согласно выражению (1.2), геотермический градиент Гr (К/м) и геотермическая ступень Гс (м/К) соответственно равны

(1.3)

. (1.4)

Среднее значение геотермического градиента составляет 0,032 К/м. Геотермический градиент изменяется от 0,008 до 0,1 К/м. Сред­няя его величина в районе Кольского полуострова составляет около 0,008-0,01 К/м, в Средней полосе России ~ 0,02 К/м, а в районах локальных термо­аномалий Камчатки и Кавказа она достигает 0,2 К/м.

На некоторых горнодобывающих предприятиях, особенно в рай­онах с большими значениями геотермического градиента, на глуби­нах более 1,5-2 км температура горных пород превышает санитарные нормы, что требует применения специальных технико-ги­гиенических мероприятий для обеспечения нормальных условий труда.

При среднем геотермическом градиенте, равном 0,032 К/м, температура на глубине 5 км составит около 433 К (160°С). Количество тепла, аккумулированное в 1 км3 горных пород при их объемной теплоемкости, равной (0,8-1,2)·103 кДж/(м3·К), на этой глубине составит около (12-20) ·1013 кДж, что эквивалентно теплу, получаемому при сжигании (4,3-7,1)∙106т условного топлива (теплота сго­рания условного топлива равна 29,3·103 кДж/кг). Для сопоставле­ния интересно отметить, что суммарная теплота сгорания всех миро­вых запасов топлива составляет примерно 16∙10 кДж.

Так как с увеличением глубины ниже нейтрального слоя темпе­ратура горных пород повышается, то, согласно второму закону тер­модинамики, тепло движется из глубинных слоев земной коры к ее поверхности. Удельный тепловой поток Земли при этом можно оп­ределить из выражения

(1.5)

где λ — теплопроводность горных пород, Вт/ (м∙К).

Знак минус в формуле (1.5) свидетельствует о том, что геотер­мический градиент направлен снизу вверх, а глубина — сверху вниз.

Средний удельный тепловой поток из недр Земли к ее поверх­ности составляет qср = 7·10-2Вт/м. Общее количество тепла, выде­ляемое с поверхности Земли при данном удельном тепловом потоке, составляет 8-1020 Дж/год, что эквивалентно теплу, получаемому при сжигании 27 млрд т условного топлива или примерно 1,9∙1010 т нефти.

В области древних щитов удельный тепловой поток минимален, q = (3,3-4,6)·10-2 Вт/м, в районах молодых горных образований он достигает до 8·10-2 , а в районах современных вулканов — до (16-32)·10-2Вт/м2

Из-за малой величины удельного геотермического потока его использование в практических целях весьма сложно. Значительно больший практический интерес с точки зрения энергетических ре­сурсов будущего представляет использование глубинного тепла, сконцентрированного в горных породах на глубине до 3 км, в том случае, если их температура превышает 393-423 К (120-150°С). Эти условия соответствуют районам Крыма, Предкарпатья, Закарпатья. В настоящее время практический интерес представляет тепло­вая энергия парогидротерм и термальных вод. Парогидротермы име­ются на Камчатке, Курильских островах и в других районах с давле­нием пара в устье скважин до (5-6)∙105 Па. Термальные воды обна­ружены во многих районах Кавказа, Сибири, Средней Азии и других с дебитом до 50-60 м3/ч, что позволяет использовать их для теплофикации ряда городов, развития парникового хозяйства.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Термодинамические и газодинамические процессы горного производства

Государственное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования.. Кольский филиал Петрозаводского государственного университета..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Термодинамические параметры земной коры

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Источники тепла земных недр
  Тепловое поле земной коры формируется в результате процесса теплообмена при наличии источников тепла. Теплообмен в земной коре осуществляется посредством теплопроводности, конвекции

Процессы теплопереноса в недрах Земли
  Как было отмечено ранее, теплообмен в горных породах осуществляется теплопроводностью, конвекцией и излучением. Применительно к задачам горного производства весьма важной является з

Использование тепла земных недр
  Геотермальные ресурсы разделяют на повсеместно распростра­ненные и локализованные. Повсеместно распространенные гео­термальные ресурсы представлены те

Приближенные методы расчета температурных режимов при эксплуатации породных теплообменников
  Если принять, что вода, фильтрующая в породном теплообмен­нике, нагревается только за счет тепла, заключенного в его объеме, а потеря тепла в нем компенсируется за счет подпитки теп

Разработка связных пород в период с отрицательными температурами
  В России около 25-30% ежегодных объемов разрабатываемых рыхлых и связных пород на карьерах приходится на периоды года с отрицательными температурами. Еще больший объем земляных ра­б

Месячные колебания температуры внешней среды
  Для определения зависимости изменения температуры в зим­ний период используем значения среднемесячной температуры в данном районе. Обозначим среднемесячные температуры с октября по

Расчет глубины промерзания связанных пород
  Рассмотрим случай промерзания связной породы при открытой разработке месторождений. Сформулируем задачу: на поверхности полупространства в момент времени t=0 устанав

Полное предотвращение промерзания грунта при использовании теплоизоляционных покрытий
  Рассмотрим случай, когда теплоизоляционное покрытие обес­печивает полное предотвращение промерзания грунта. Для определения толщины теплоизоляционного покрытия (d) и

Промерзание грунта на допустимую глубину при использовании теплоизоляционного покрытия
  Для решения данной задачи рассмотрим модель «теплоизоляци­онное покрытие-промерзший грунт-талый грунт», изображенную на рис. 2.3.

Сущность способа и область его применения
  Проведение горных выработок в слабоустойчивых водоносных породах невозможно без специальных мероприятий по их упрочне­нию и понижению водопроницаемости. При строительстве ш

Тепловой расчет формирования одиночного ледопородного цилиндра
  При замораживании вокруг каждой замораживающей колонки формируется температурное поле, изотермы которого представляют собой в плане концентрические окружности. Температура породы не

Параметры образования ледопородных ограждений
  Формирование ледопородных водонепроницаемых ограждений и подпорных стен производят с помощью серии замораживающих колонок, расположенных на равном расстоянии друг от друга. В этом с

Требования к тепловому режиму в подземных выработках
Тепловой режим в подземных выработках характеризуется совокупностью термодинамических параметров воздуха, окружающе­го массива, горной массы, машин и людей. Основными термодинами­ческими

Влияние теплового режима на процессы ведения подземных горных работ
  Влияние теплового режима рудничного воздуха сказывается на производительности труда горнорабочих, обеспечении безопасных условий их труда, поддержании устойчивости горных выработок

Уравнения теплообмена массива с вентиляционной струей в шахтной выработке
  При проветривании возможны следующие случаи взаимодейст­вия вентиляционной струи в шахтной выработке с окружающим мас­сивом: • стационарный режим теплообмена; • не

Теплообмен при проветривании подземных выработок
  Критериальная зависимость для определения параметров теп­лообмена рудничного воздуха со стенками выработок имеет следую­щий вид:

Источники тепла в подземных выработках
  Учет источников тепловыделения в выработках и определение их интенсивности необходимо для составления уравнений теплового баланса, на основании которых производят расчет необходимог

Методы нормализации температурного режима рудничного воздуха
  Мероприятия по нормализации температурного режима руд­ничного воздуха можно разделить на два типа: 1) теплотехнические, основанные на применении различных технически

Проблемы разработки и транспортирования рыхлых и связных пород
  При разработке талых рыхлых и связных пород проблемным является вопрос предотвращения налипания горной массы на рабо­чую поверхность добычного и транспортного горного оборудования и

Термодинамическое разрушение талых рыхлых и связных пород
  Как уже указывалось, что для очистки транспортных сосудов от налипшей горной массы применяют бесконтактный термодинамиче­ский способ. В качестве генератора высокоскоростной газовой

Термодинамическое хрупкое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород
  Этот способ разрушения имеет место при термическом бурении скважин в мерзлых породах, а также при термодинамической очист­ке рабочих поверхностей добычного и транспортного горного о

Термодинамическое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции
  Режим термодинамического разрушения мерзлых рыхлых и связных пород путем оттаивания и абляции имеет место при TTh < 106°С/м в процесс бурения скважин или оч

Техника и технология термодинамического разрушения талых и мерзлых пород при их разработке и транспортировании
  Термодинамическое разрушение талых и мерзлых рыхлых и связных пород применительно к очистке добычного и транспортного горного оборудования от налипшей и намерзшей горной массы в нас

Коэффициенты диффузии
  В выражениях для диффузионных газовых потоков ко­эффициенты молекулярной и турбулентной диффузии являются единственными параметрами, учитывающими свойства среды. Ес­тественно, что э

Общие положения
  Во многих случаях по­лезные результаты могут быть получены более простым инте­гральным методом. Интегральный метод, или метод усредненных характеристик, ос­нован на том фак

Выработка как объект вентиляции
  Характер проявления газодинамических эффектов в горных выработках существенно зависит от характера движения воздуха в последних. Как известно, в практике шахтной аэрологии воздушные

Ограниченные потоки в системе выработок
  Возникающие в выработках с ограниченными воздушными по­токами газодинамические ситуации зависят от режима вентиляции, вида источника (точечный или линейный), характера газовыделения

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги