Термодинамическое хрупкое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород
Термодинамическое хрупкое разрушение мерзлых рыхлых и связных пород - раздел Производство, ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Этот Способ Разрушения Имеет Место При Термическом Бурении Ск...
Этот способ разрушения имеет место при термическом бурении скважин в мерзлых породах, а также при термодинамической очистке рабочих поверхностей добычного и транспортного горного оборудования от намерзшей горной массы. Могут быть два режима термического разрушения мерзлых рыхлых и связных пород:
• хрупкое разрушение;
• оттаивание с последующим удалением продуктов оттаивания.
Возможность протекания того или иного режима зависит от скорости теплового нагружения мерзлых пород. Лед и мерзлые породы проявляют упругие свойства, если время приложения нагрузки составляет порядка 10-5÷ 10-4 с. При более медленном нагружении начинают проявляться пластические свойства. Таким образом, для обеспечения хрупкого режима термического разрушения мерзлых пород необходимо увеличить термодинамические параметры теплоносителя до таких значений, при которых бы за время, равное 10-5÷ 10-4 с, температура нагреваемой поверхности мерзлой породы достигла бы, температуры разрушения, т.е.
(5.14)
где Тп — температура поверхности мерзлой породы в момент разрушения,°С; Твн — начальная отрицательная температура мерзлой породы, равная температуре воздуха, °С.
Сделаем оценку величины (Тп - Твн) для чистого льда. Для него имеем σс = 2·106Па; μ0 = 0,35; β = 5,5·10-51/0С; Е = 1010Па. Согласно (5.14), для льда имеем
Тп - Tвн =4,7°С. (5.15)
Согласно (5.15), можно утверждать, что если начальная температура льда Твн ≤ - 4°С, то его можно разрушить термическим способом в режиме хрупкого шелушения, в противном случае разрушение возможно только в режиме плавления. Аналогично рассуждая, можно показать, что это справедливо и для мерзлых рыхлых и связных пород.
Сделаем оценку необходимых термодинамических параметров теплоносителя, при которых бы разрушение мерзлых рыхлых и связных пород происходило бы в режиме шелушения.
Согласно теории теплопроводности, безразмерная температура поверхности нагреваемого полупространства при граничных условиях третьего рода описывается следующим выражением:
(5.16)
где — относительный коэффициент теплоотдачи, 1/м; α — абсолютный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К); λ2 — теплопроводность мерзлой породы, Вт/(м·К); а2— температуропроводность мерзлых пород, м2/с; τ — время нагрева, с.
Величина весьма мала. Поэтому, раскладывая функции и в ряд и пренебрегая малыми высших порядков, из (5.16) получим:
(5.17)
Принимая для льда и мерзлых рыхлых и связных пород а2≈ 10-6 м2/с, τ ≈ 10-5с, (Тп - Твн) ≈ 4°С, из (5.17) получим критерий для оценки термодинамических параметров теплоносителя, при которых разрушение может осуществляться в режиме хрупкого шелушения или же в режиме плавления.
При TTh > 106 °С/м разрушение мерзлых пород с температурой Твн≤ -4°С будет осуществляться в режиме хрупкого шелушения, а при TTh<105°С/м — в режиме плавления.
Государственное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Кольский филиал Петрозаводского государственного университета...
Термодинамические параметры земной коры
Верхняя толща горных пород Земли называется земной корой. Земная кора простирается от поверхности Земли до границы Мохоровичича, которая отделяет земную кору от мантии Земли. Мощно
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
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
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
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
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
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
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?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов