Прогноз температурного режима массива горных пород борта карьера «Удачный» в районе расположения вентиляционных скважин | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 октября, печатный экземпляр отправим 23 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (23) декабрь 2010 г.

Статья просмотрена: 246 раз

Библиографическое описание:

Соловьев, Д. Е. Прогноз температурного режима массива горных пород борта карьера «Удачный» в районе расположения вентиляционных скважин / Д. Е. Соловьев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2010. — № 12 (23). — Т. 1. — С. 36-39. — URL: https://moluch.ru/archive/23/2378/ (дата обращения: 10.10.2024).

Приводятся результаты исследований температурного режима массива горных пород вокруг вентиляционных скважин, пройденных с уступа борта карьера на горизонте +115 строящегося рудника "Удачный".

В настоящее время месторождение "Удачная" отрабатывается открытым способом и одновременно ведется его подготовка к подземной отработке. Для проветривания наклонного съезда с уступа борта карьера на горизонте +115 строящегося рудника были пройдены вентиляционные скважины. Специальным проектом предусматривалось бурение двух скважин диаметром 1020 мм с горизонта +115 на отметку -188 м длиной 303 м каждая, что обеспечит выработки необходимым количеством свежего воздуха. Наклонный съезд предусматривается проветривать комбинированным способом, при этом вентиляторы располагают на отметке -188 м в устье вентиляционных скважин. При проходке свежий воздух поступает с отметки +115 м до отметки -180 м по вентиляционной скважине и далее с помощью вентиляторов местного проветривания по наклонному съезду поступает в забой. В проекте сделан расчет количества воздуха, необходимого для проветривания наклонного съезда, которое составило 49 м3/с, т.е. на одну скважину приходится примерно 25 м3/с. Также предусматривался подогрев подаваемого воздуха в зимний период до -10 0С с помощью электрокалориферов. Расстояние между скважинами составляет 5 м, а крайняя скважина пройдена на расстоянии 12 м от кромки уступа борта карьера. Угол откоса равен 70º.

Поскольку вентиляционные скважины расположены близко к откосу уступа, их тепловое влияние в летний период может негативно сказаться на его устойчивости. Для прогноза температурного режима была разработана трехмерная математическая модель [1]. Схема расчетной области приведена на рисунке 1.

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема расчета теплового взаимодействия вентиляционных скважин и откоса борта карьера.

 

Математическая модель описывается трехмерным уравнением теплопроводности с учетом фазовых переходов влаги в породах, уравнениями сохранения энергии в выработках, граничными и начальными условиями:

                     (1)

где T – температура горных пород, °С; С, l – соответственно объемная теплоемкость (Дж/(м3×К)) и коэффициент теплопроводности (Вт/(м×К)) горных пород; Lф – скрытая теплота фазовых переходов, Дж/кг; w – весовая влажность пород, д.е.; ρ - плотность пород, кг/м3; Т* – температура фазовых переходов, °С; d(T-T*) – дельта-функция Дирака.

На границах теплового влияния области W потоки тепла отсутствуют. На дневной поверхности теплообмен происходит по закону Ньютона:

                                                (2)

где a1- коэффициент теплообмена поверхности земли с атмосферным воздухом, Вт/(м2×К); T2 - температура наружного воздуха, °С.

Уравнение сохранения энергии для воздуха в первой выработке имеет вид:

                       (3)

где T3 – температура воздуха в первой выработке, °С; S – площадь сечения  выработки, м2.

Аналогичный вид имеет уравнение сохранения энергии для воздуха во второй выработке.

Начальные распределения температур в окружающем массиве пород и в выработках, а также значения температуры воздуха на входе в выработку – задаются.

Коэффициент конвективного теплообмена поверхности грунта с атмосферным воздухом рассчитаем по формуле [2]:

                                              (4)

где vв - скорость ветра, м/с.

Численная реализация математической модели осуществлялась конечно-разностным методом суммарной аппроксимации, который сводит многомерную задачу к последовательному решению одномерных задач. Одномерные задачи аппроксимировались неявными разностными схемами сквозного счета, при этом учет теплового взаимовлияния соседних выработок осуществляется методом итераций.

Были проведены численные расчеты на период до 10 лет эксплуатации скважин при естественном тепловом режиме и подогреве поступающего в скважины воздуха в зимний период до -10 0С. Параметры горных пород следующие: естественная температура –4 0С; теплопроводность талых и мерзлых пород соответственно 1,5 и 1,52 Вт/(м×К); теплоемкость сухой породы 980 Дж/(кг×К); плотность 2525 кг/м3; влажность 2%.

В качестве примера на рисунке 2 показаны температурные изолинии на конец лета 10-го года эксплуатации вентиляционных скважин при естественном тепловом режиме. Как видно из графиков, к концу лета происходит протаивание пород со стороны склона борта и вокруг вентиляционных скважин на глубину до 3 м, а ореолы протаивания вокруг скважин смыкаются и температура пород в средней части составляет примерно 0 - +1 ºС. Горные породы между I-й скважиной и бортом карьера находятся в мерзлом состоянии с температурой -5 ºС.

При подогреве поступающего воздуха до -10 ºС температура горных пород между скважиной и склоном борта карьера на этот же момент времени будет -3ºС.

В 2007-2008 гг. проведены натурные наблюдения за тепловым режимом на строящемся руднике «Удачный», в том числе за температурным состоянием пород вокруг вентиляционных скважин, расположенных на уступе северного борта карьера. Были пробурены 4 геотермические скважины глубиной 20-40 м, в которых размещались термогирлянды. Замеры температур производились с периодичностью две недели в течение с апреля по декабрь 2008 г. Полученные результаты замеров были использованы для проверки адекватности разработанной математической модели.

Новый рисунок (1)

Новый рисунок (4)

Рисунок 2 – Температурные изолинии в конце лета 10-го года при естественном тепловом режиме: а – вертикальное сечение, b – горизонтальное сечение на глубине 8 м.

Совпадение расчетных и измеренных значений температур было удовлетворительным. В качестве примера на рисунке 3 приведены распределения температуры горных пород по глубине на 01.09.2008, полученные по результатам наблюдений на замерной станции ТС-3-40 (расположена посередине между вентиляционными скважинами) и значений, полученных расчетным путем.

Отклонение расчетных и измеренных температур горных пород на глубине свыше 10 метров находилось в пределах точности измерений температуры. На глубине до 4 метров в зоне интенсивного влияния поверхности отклонение измеренных и расчетных температур не превышало 2 ºС.

 

Рисунок 3 – Температура горных пород на измерительной станции ТС-3-40, расположенной между вентиляционными скважинами по данным замеров и результатам расчетов (01.09.2008).

 

Расхождения между измеренными и расчетными значениями температур объясняются прежде всего тем, что при расчетах годовые изменения температуры атмосферного воздуха задавались по гармоническому закону с усредненными параметрами многолетних наблюдений. В действительности имеют место суточные и месячные отклонения температур от усредненных значений. Поэтому максимальные отклонения на 1-2 0С являются удовлетворительными.

Таким образом, как показали проведенные расчеты на период до 10 лет горные породы между вентиляционными скважинами и бортом карьера сохраняются в мерзлом состоянии круглый год, и наличие скважин в данном случае не оказывает отрицательного влияния на устойчивость уступа, происходит лишь сезонное оттаивание пород.

литература:

1.                  Хохолов, Ю.А. Тепловое взаимодействие мерзлого массива пород и центрально-сближенных скважин, пройденных с уступа глубокого карьера [Текст] / Ю.А. Хохолов, А.С. Курилко, Д.Е. Соловьев // Горн. информ.-аналит. бюллетень. -2008.-№7. - С.234-239.

2.                  Куртенер, Д.А., Чудновский А.Ф. Расчет и регулирование теплового режима в открытом и защищенном грунте [Текст] / Д.А. Куртнер, А.Ф. Чудновский. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 299 с.

Основные термины (генерируются автоматически): скважина, наклонный съезд, порода, атмосферный воздух, выработок, естественный тепловой режим, Температура, уравнение сохранения энергии, зимний период, Тепловое взаимодействие.


Похожие статьи

Применение скважин с боковым стволом при проектировании разработки месторождения N

В работе рассматриваются вопросы, связанные с восстановлением фонда бездействующих скважин и технологией бурения боковых стволов. Также производится оценка технологической и экономической эффективности предлагаемого геолого-технического мероприятия.

Технологические особенности буровых растворов полученных из глин Навбахарского месторождения

В статье рассмотрены композиции глинопорошков для получения буровых растворов. Буровые растворы, приготовленные из композиции глин Навбахарского месторождения, имеют высокоэффективные технологические показатели, которые рекомендованы при бурении глуб...

Обоснование вариантов разработки на нефтяном месторождении

Анализ реализуемой системы разработки показал необходимость ее совершенствования на разбуренных участках залежей за счет формирования системы поддержания пластового давления, бурения боковых стволов, опробования технологии ремонтно-изоляционных работ...

Анализ состояния разработки месторождения Нефт Дашлары (на примере IV блока)

В статье рассматривается анализ состояния разработки месторождения Нефт Дашлары (на примере IV блока). С этой целью был собран и систематизирован фондовый материал скважин, текущие дебиты скважин, технологические показатели разработки, общие сведения...

Результаты промышленного испытания ингибирующего соленасыщенного утяжеленного глинистого бурового раствора на параметрической скважине № 1 площади Учкызыл Республики Узбекистан

В статье приводятся результаты анализа фактического материала по пробуренным скважинам в Сурхандарьинской мегасинклинали Республики Узбекистан, а также сведения о видах осложнений, встречающихся в процессе вскрытия геологического разреза. На основан...

Анализ мероприятий по увеличению дебита скважин (ПЦО для «Бешкент-Тогапского» месторождения)

В статье проведен анализ эффективности пароциклической обработки скважин, для интенсификации добычи вязких нефтей. Предложена технология ПЦО (пароциклической обработки) на Бешкент-Тогапском месторождении на основе анализов и динамики увеличения добыч...

Обоснование технологии обработки призабойной зоны пласта на месторождении Кумколь в целях поддержания эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии

Статья посвящена вопросу решения важной задачи — обоснование выбора технологии обработки призабойной зоны пласта в целях поддержания эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии. Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — эфф...

Геолого-промысловые особенности разработки Х горизонта газоконденсатного месторождения Бахар

В статье рассматриваются геолого-технологические особенности разработки Х горизонта газоконденсатного месторождения Бахар. С этой целью собраны и систематизированы материалы фонда скважин, текущие дебиты скважин, технологические показатели разработки...

Уплотнение сетки скважин как один из способов повышения нефтеотдачи на Чутырско-Киенгопском месторождении

В данной статье речь идет об особенностях уплотнения сетки скважин в качестве одного из эффективных способов повышения нефтеотдачи на Чутырско-Киенгопском месторождении. Автор дает краткую характеристику месторождения, а также анализирует, каким обра...

Анализ технологических режимов работы добывающего фонда нефтяных скважин Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения

В статье проанализированы необходимые условия для выноса жидкости с забоя газлифтных скважин Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. Описаны технологические режимы работы скважин добывающего фонда.

Похожие статьи

Применение скважин с боковым стволом при проектировании разработки месторождения N

В работе рассматриваются вопросы, связанные с восстановлением фонда бездействующих скважин и технологией бурения боковых стволов. Также производится оценка технологической и экономической эффективности предлагаемого геолого-технического мероприятия.

Технологические особенности буровых растворов полученных из глин Навбахарского месторождения

В статье рассмотрены композиции глинопорошков для получения буровых растворов. Буровые растворы, приготовленные из композиции глин Навбахарского месторождения, имеют высокоэффективные технологические показатели, которые рекомендованы при бурении глуб...

Обоснование вариантов разработки на нефтяном месторождении

Анализ реализуемой системы разработки показал необходимость ее совершенствования на разбуренных участках залежей за счет формирования системы поддержания пластового давления, бурения боковых стволов, опробования технологии ремонтно-изоляционных работ...

Анализ состояния разработки месторождения Нефт Дашлары (на примере IV блока)

В статье рассматривается анализ состояния разработки месторождения Нефт Дашлары (на примере IV блока). С этой целью был собран и систематизирован фондовый материал скважин, текущие дебиты скважин, технологические показатели разработки, общие сведения...

Результаты промышленного испытания ингибирующего соленасыщенного утяжеленного глинистого бурового раствора на параметрической скважине № 1 площади Учкызыл Республики Узбекистан

В статье приводятся результаты анализа фактического материала по пробуренным скважинам в Сурхандарьинской мегасинклинали Республики Узбекистан, а также сведения о видах осложнений, встречающихся в процессе вскрытия геологического разреза. На основан...

Анализ мероприятий по увеличению дебита скважин (ПЦО для «Бешкент-Тогапского» месторождения)

В статье проведен анализ эффективности пароциклической обработки скважин, для интенсификации добычи вязких нефтей. Предложена технология ПЦО (пароциклической обработки) на Бешкент-Тогапском месторождении на основе анализов и динамики увеличения добыч...

Обоснование технологии обработки призабойной зоны пласта на месторождении Кумколь в целях поддержания эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии

Статья посвящена вопросу решения важной задачи — обоснование выбора технологии обработки призабойной зоны пласта в целях поддержания эксплуатационного фонда скважин в работоспособном состоянии. Авторы предлагают в качестве решения такой задачи — эфф...

Геолого-промысловые особенности разработки Х горизонта газоконденсатного месторождения Бахар

В статье рассматриваются геолого-технологические особенности разработки Х горизонта газоконденсатного месторождения Бахар. С этой целью собраны и систематизированы материалы фонда скважин, текущие дебиты скважин, технологические показатели разработки...

Уплотнение сетки скважин как один из способов повышения нефтеотдачи на Чутырско-Киенгопском месторождении

В данной статье речь идет об особенностях уплотнения сетки скважин в качестве одного из эффективных способов повышения нефтеотдачи на Чутырско-Киенгопском месторождении. Автор дает краткую характеристику месторождения, а также анализирует, каким обра...

Анализ технологических режимов работы добывающего фонда нефтяных скважин Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения

В статье проанализированы необходимые условия для выноса жидкости с забоя газлифтных скважин Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. Описаны технологические режимы работы скважин добывающего фонда.

Задать вопрос