Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

76 страниц

Купить Пособие к СНиП 2.01.55-85 — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

  Скачать PDF

Оглавление

Введение

Условные обозначения

Числа подобия

1. Основные термины и определения

2. Выбор исходных данных для тепловых расчетов подземных сооружений

3. Определение тепло- и влаговыделений от стационарных источников

4. Определение коэффициентов тепло- и массоотдачи

5. Определение коэффициентов нестационарного тепло- и массообмена между воздухом и породами

6. Тепловые расчеты выработок ПС при продольной схеме проветривания

7. Тепловые расчеты выработок ПС при поперечной и продольно-поперечной схемах проветривания

8. Тепловые расчеты ПС при отсутствии специально организованного проветривания и размещения теплотехнического оборудования непосредственно в выработках

9. Расчет полей температур и влагосодержания в породном массиве, окружающем выработки ПС

10. Примеры тепловых расчетов выработок ПС

Приложение 1. Параметры воздуха в складских и автотранспортных объектах

Приложение 2. Тепло- и влагофизические характеристики горных пород

Приложение 3. Термодинамические свойства воздуха

Приложение 4. Исходные данные для расчета коэффициентов массоотдачи

Приложение 5. Значение полного эллиптического интеграла II рода Е(К)

Приложение 6. Значение коэффициентов

Показать даты введения Admin

Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

Институт технической теплофизики АН УССР

Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова Минвуза РСФСР

Справочное пособие к СНиП

Серия основана в 1989 году

Теплофизические расчеты объектов народного хозяйства, размещаемых в горных выработках

Москва Стройиздат 1989

ББК 38.113 Т 34

УДК 697.1.536.2 (035.5)

Рекомендовано к изданию Ученым советом Института технической теплофизики АН УССР.

Редактор-М.А. Жарикова

Теплофизические расчеты объектов народного хозяйства, Т 34 размещаемых в горных выработках / Ин-т техн. теплофизики АН УССР Ленингр. горный ин-т им. Г.В. Плеханова. — М.: Строй-издат, 1989. — 80 с.: ил. — (Справ, пособие к СНиП).

ISBN 5-274-01424-0

Разработано к СНиП 2.01.55—85 "Объекты народного хозяйства в подземных горных выработках ". Содержит рекомендации по выбору исходных данных для расчета теплового режима подземных сооружений производственно-складского назначения, справочный материал по теплофизическим и влагофизическим свойствам горных пород, а также методики определения параметров систем регулирования теплового режима.

Для инженерно-технических работников проектных, научно-исследовательских и строительных организаций.

3302000000 - 245

П---——------Инструкт.-нормат. 11 выл.-36—89    ББК 38.113

047(01) -89

ISBN 5-274-01424-0

© Институт технической теплофизики АН УССР, Ленинградский горный институт им. Г.В. Плеханова, 1989

Рис. 3. Расчетные схемы для определения параметров систем регулирования теп* лового режима ПС

а — продольная схема проветривания; б — поперечная схема проветривания; в — продольно-поперечная схема проветривания; г — отсутствие специально организованной схемы проветривания;/ —теплотехническое оборудование; 2 — воздуховод для подачи воздуха; 3 — воздуховод для удаления воздуха

2.8. Выбор расчетной схемы при определении продолжительности предэксплу* атационного периода и необходимой мощности теплотехнического оборудования осуществляется в зависимости от принятой схемы проветривания и места установ* ки оборудования:

11

при продольной схеме проветривания и размещении оборудования у устья выработок или равномерно по их длине (рис, 3, а);

при поперечной и продольно-поперечной схемах проветривания, использующих систему воздуховодов, установленных в выработках, и размещении оборудования у устья выработок или равномерно по их длине (рис. 3, б, в);

при отсутствии специально организованного проветривания и размещении оборудования в выработках ПС (рис. 3, г).

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛО- И ВЛАГОВЫДЕЛЕНИЙ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

3,1. Тепловыделения от стационарных источников тепла определяются потребляемой Nnorp или установленной Муст мощностью и зависят от коэффициента полезного действия двигателя г} и коэффициента, характеризующего степень их загрузки кзагр* Величина кзаГр принимается равной 0,5—0,7.

(10)

Тепловыделения при работе электрооборудования рассчитываются по формуле

^эл тэл ^пот

где лп эл—коэффициент электрических потерь, величина которого принимается равной для трансформаторов — 0,05; для осветительных приборов — 1; для кабелей — 0,01 на 1000 м длины кабеля.

Тепловыделения при работе насосов составляют:

°нас    (1,)

(12)


= q А эл тр


Q

эл.тр


! ± 9,81 АтрДН,


Теп новы деления при работе транспорта на электрической тяге вычисляются по формуле

где Агр — средняя за сутки масса транспортируемого в единицу времени груза, кг/с; цэл — удельные тепловыделения от работы электровозного транспорта, составляющие для электровозов 0,63 — 0,83 Дж/(кг-м); для ленточных конвейеров 2,5 Дж/(кг*м); АН — разница между глубинами расположения начала и конца выработки, м; знак "+" принимается при перемещении груза вниз, и знак " вверх.

(13)

Тепловыделение при погрузочно-разгрузочных работах устанавливается: при погрузочных работах (складирование груза)

Qnor"k3arPNnoT-4'9ATPAh'

при разгрузочных работах

Cl = к _ N +4,9 A Ah раз загр пот ' тр

(14)

где Ah — средняя высота погрузки (разгрузки), м.

(15)

Тепловыделения при работе транспортных машин с двигателями внутреннего сгорания вычисляются по формуле

Q = k G а дв.сг загр топ топ

где GTon — часовой расход топлива, кг/с; <ц.оп — удельные тепловыделения при сгорании (теплотворная способность) топпива, Дж/кг:

бензин ........................... 43750

керосин ............................ 42960

дизельное

автотракторное........................ 42620

соляровое масло....................... 42630

моторное топливо...................... 41370

Тепловыделения от одновременно работающих в ПС людей составляют:

Qn"Vn'    ,16>

где — количество работающих людей, чел.; — удельные тепловыделения человека, составляющие при легкой работе 120—140 Вт; при работе средней тяжести 210—290 Вт; при тяжелой работе 410—580 Вт.

Пример . Рассчитать общее количество теплоты, выделяемое в ПС при работе: трансформатора, потребляющего мощность 100 кВт, осветительных приборов, мощностью 5 кВт, электровоза, транспортирующего по горизонтальней выработке, длиной 1000 м груз в количестве 20 кг/с; электропогрузчика, потребляющего при разгрузке с высоты Ah = 3 м груза в количестве 10 кг/с мощностью в 10 кВт

ч4(1Л =0,6); и 5 рабочих, выполняющих работу средней тяжести, ззгр

Решение.

По формулам (10), (12), (13) и (16) имеем

Q______ =0,05*100*103 = 5000 Вт;

эл/гран

<3    „„„    =    1-5 -103 = 5000 Вт;

эл.осв

С> _ = 0,83-20-1000 = 16600 Вт; эя.тр

°эл погр = 0.6W+4.9-10*-5860 Вт; Qn * 290-5 = 1450 Вт.

13

Общее количество теплоты 2 Q будет равно

2 0= 5000 + 5000 + 16600 + 5850 + 1450^ 33900 Вт = 34 к Вт

3.2. Влаговыделения от людей, оборудования, хранимых грузов и т.п. в Пр определяются по методикам, используемым для условий аналогичных наземных сооружений (см. СНиП 2.04.05-86), а также ведомственные нормы технологического проектирования).


4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛО- И МАССООТДАЧИ


4.1. Коэффициент теплоотдачи от воздуха к горным породам при скорости движения воздуха, большей 0,5 м/с, рассчитывается по формуле


а — 0,029 е


Vd3K


Re


0,8

(17)


где величина коэффициента шероховатости принимается в соответствии с данными работы и составляет (1,2 — 1,5), a d „ выбирается по соотношению d_ =

ЭК    эк

= 4f /и выр выр

При скорости движения воздуха менее 0,5 м/с коэффициент теплоотдачи следует принимать равным 4—8 Вт/ (м2« °С).

4.2. Коэффициент массоотдачи от поверхности горного массива к воздуху вычисляется по формуле


В = Ufl нп мквод


(18)


где Д — безразмерный параметр, величина которого зависит от типа пород и температуры и приведена в прил. 4 (табл. 2);    —    коэффициент    массоотдачи    с    по

верхности чистой воды, рассчитываемый по критериальной зависимости.


Nu


m


- A Re Pr Gu


0,43л    0,135


вод


m


в


*мок + 273


(19)


где значения коэффициентов А* и п приведены в табл. 1, а величина температуры

воздуха по мокрому термометру t _ определяется в зависимости от t и отно-

мок    сух

сительной влажности воздуха у? по психрометрической диаграмме, приведенной в прил. 4 (рис. 1).


Таблица 1


Пределы изменения критерия Re

П 1

[__:1

0,315-104

0,83

0,55

0.315 Ю4 - 2,2-104

0,49

0,61

2,2 104 - 31,5-104

0,0248

0,90

14


Для ориентировочной оценки коэффициента массоотдачи от пород, данные о значении параметра м которых отсутствуют в табл. 2 прил. 4, может быть использована формула

*

- « —-- (20)

4.3. Коэффициенты массоотдачи с поверхности мороженых продуктов А _п -    -    л    я    прод

и льда следует определять в соответствии с данными табл. 1 прил. 4.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА МЕЖДУ ВОЗДУХОМ И ПОРОДАМИ

5.1. Величину коэффициента нестационарного теплообмена для ПС щелеобразной формы следует вычислять по формуле

k = a [l — f ,(z) ],    (21)

щ

где 2 - а / \п V ап т, а значения функции f (z) приведены в табл. 2.

Таблица 2

2

1* 1

*“ II

1*

1«« 1

LiJ

f (z)

0,0

0,0000

2,5

0,7928

11

0,9487

40

0,9859

0,1

0,1036

3,0

0,8207

12

0,9530

45

0,9875

0,2

0,1910

3,5

0,8454

13

0,9566

50

0,9887

0,3

0,2654

4,0

0,8634

14

0,9597

60

0,9906

0,4

0,3202

4,5

0,8777

15

0,9624

70

0,9919

0,5

0,3843

5,0

0,8872

16

0,9647

80

0,9929

0,6

0,4323

5,5

0,8974

17

0,9668

90

0,9937

0,7

0,4741

6,0

0,9060

18

0,9686

100

0,9944

0,8

0,5109

6,5

0,9132

19

0,9703

110

0,9949

0,9

0,5435

7,0

0,9194

20

0,9718

120

0,9953

1,0

0,5724

7,5

0,9248

22

0,9744

130

0,9957

1,2

0,6214

8,0

0,9295

24

0,9765

140

0,9960

1,4

0,6614

8,5

0,9336

26

0,9783

150

0,9962

1,6

0,6975

9,0

0,9373

28

0,9799

160

0,9964

1,8

0,7217

9,5

0,9406

30

0,9812

180

0,9968

2,0

0,7434

10,0

0,9436

35

0,9839

200

0,9971

При значениях коэффициента теплоотдачи а, превосходящих 30 Вт/ (м2*°С), для определения к рекомендуется использовать формулу

тщ

15

Рис. 4. Номограмма для определения коэффициента нестационарного теплообмена


= Х/у/ ТГа т. п    п


(22)


к

щ


5.2. Для цилиндрической выработки ПС с круговой формой поперечного сечения величину к следует определять по номограмме, приведенной не рис. 4,

тц

или рассчитывать по формулам: при г<г|кп

k = a[l-Bi/Bi'f(z)] ;    (23)

ц

(24)

при г > г/кп

Гц 1 + Bi In (1 + V t'F,,

где Bi = Bi + 0,375; z = Bi \J F0, а значения функции f (z) устанавливаются по дан. ным табл. 2, значения параметра приведены ниже:

Bi......... 0,2    0,5    1    2,5    10    00

У.........Ь8    2    2,2    2,5    2,9    7Г

16

6


Рис 5. Номограмма для определения поправки к коэффициенту нестационарного теплообмена t>r, учитывающей отклонение геометрической формы поперечного сечения от круговой


При а > 30 8т/(м2-°С) расчет можно выполнять с использованием зависимости    и

к    _

к “    (0,375 + 1 / V ?rF0 } -    (25)

гц г

ЭК

5.3. Коэффициент нестационарного теплообмена для выработок ПС с поперечным сечением эллиптической формы следует определять по формуле


k - b к    (26)

гэл г тц

где Ьт поправка к коэффициенту нестационарного теплообмена, учитывающая отклонение геометрической формы поперечного сечения от круга с радиусом эк и определяемая по номограмме на рис. 5 или по формуле


Ь = т


(пб


ln|^M [ 1 + 0,25Ng + l] + \/м[1 + 0,25 N* - l] }


(27)


1 - k

где M =----Ш- : N = (62

2(1 +k)

пр


+ к

- 1) (1,5V------

1 - к


пр


+ —г5-


1 -к


пр


к


пр


h

b


17


Рис. 6. Расчетные схемы к определению

в — для выработок, пройденных в породах с различными вдоль напластования и перпендикулярно к нему коэффициентами теплопроводности; б — системы вза« имодействия камер в тепловом отношении выработок

Безразмерный радиус теплового влияния 6 = Rt/r    рассчитывав гея по

формулам:    эк

2 64

8 = 0,837 In ' [2,72 (1 — у/у F0 ) ] при 1<F0<50;    (28)

8 = 2,72 (1 + VtTq)    пРи    f0 > 50.    (28а)

5.4. Коэффициент нестационарного теплообмена к^ для выработок ПС, пройденных в породах, имеющих различные значения коэффициентов теплопроводности вдоль напластования \w и перпендикулярно ему (рис. 6, а) вычисляется по формулам (24) — (26) при

где \=0,5U((+ \L ) .

5.5. Коэффициент нестационарного теплообмена для каждой выработки ПС, окруженной другими выработками и отстоящей от них на расстояние b не боль-

выр


Рис, 7, Номограмма для определения поправки с^. к коэффициенту нестационарного теплообмена, учитывающему тепловое взаимодействие выработок


ше, чем их радиусы теплового влияния R ляется по формуле


(рис, 6, б, г), т.е. hBb|p <Rt , вычис-


п


выр


к = к


т,


(31)


где neLiri — число взаимодействующих выработок; к' - рассчитывается по форму-выр    Т    j

лам (24) — (30), а величина поправки с^ , учитывающей тепловое взаимодействие

выработки с температурой tj и эквивалентным радиусом гэк t и выработки с температурой t. и эквивалентным радиусом г , в зоне температурного влияния кото-

I    ЭК    •

I

рой R. — 6. / г    находится первая выработка, устанавливается при г =г

I- I ЭК*    ЭК j    ЭК|

мощью номограммы на рис. 7 или по формуле


с по-


6. In ---- - 0,637 (-~Е + ^!5а_) Е (ki) + !

ГЭК|    r3Kj    ГЭК.

6. In6. +    1    — 6.

I I    I


(32)


где в.


, а В (kt) — полный эллиптический интеграл II рода, определя


емый по прил. 5 при к. =2\/h_./ г /(---Р+1).

1    выр    ЭК    j

r3Kj

5.6. Уточненный расчет коэффициента нестационарного теплообмена с учетом: наличия в горном массиве нескольких незакрепленных выработок; их реальной геометрической формы; наличия в горном массиве естественного температурного поля, зависящего линейно от геотермического градиента; различия теплопроводности массива вдоль и поперек плоскостей напластования пород (анизотропии массива), зависимости коэффициента теплоотдачи от координат расчетного участ-


19


ка поверхности выработки может осуществляться с помощью специальной программы (см. Фонд алгоритмов и программ АН УССР, программа инв. №АП-0079 от 24.12.85).

5.7. Коэффициент нестационарного теплообмена при переменной температуре воздуха, характер изменения которой представлен на рис. 1, следует рассчитывать по формуле


к

т


-н, ------- W----

Т - t    т    -t

е    е


(33)


где        вычисляется    при    полном    времени    существования    ПС по формулам

(23) — (32), а Дк определяется в зависимости от характера изменения температуры воздуха:

для гармонического закона (рис.1,э)


Дкт =[0,75Bi/Bi »1.26<Pd) °'5(Bi/Bi')2]    \I'3K


(34)


при подогреве воздуха в зимний период до положительных температур (рис. 1,6) А к рассчитывается по формуле (23) при значении ы, входящем в

число Pd, равнымет


со = 8760 (1 — 0,63 arc sin


_^ср.г__^срт

*лет “ *ср.г


(35)


где t , t — средняя температура воздуха в наиболее жаркий месяц и средне-лет ср.г    Q    /

годовая температура атмосферного воздуха, С; tCp г — среднегодовая температура воздуха с учетом подогрева в зимний период времени до гПОд


, t т п + 0,67 (t - tnnn) (8760 - г ) '    =    под под ' лет под    под

ср.г

8760


(36)


Значение Дк вычисляется по формуле


зим


Д к = а тзим


где г


зим


Bi


= BiV-----


эк


(37)


значения функции f (*зим ) приведены в табл. 2,


время т отсчитывается от 0 до т

ЗИМ    под


20


ВВЕДЕНИЕ

Подземные сооружения обладают рядом технических преимуществ перед традиционными наземными постройками, в том числе такими, как значительное сокращение расходов строительных и изоляционных материалов, снижение энергетических затрат, увеличение продолжительности эксплуатации, повышение защищенности от внешних воздействий и др.

Наиболее рациональным считается размещение в подземном пространстве сооружений складского назначения, а также некоторых производственных, энергетических и инженерно-транспортных объектов и лечебных учреждений.

Для нормального функционирования подземных сооружений в них должны обеспечиваться и сохраняться в течение всего времени эксплуатации определенные температура и влажность воздуха. Эти параметры состояния воздуха, а также его химический состав, кратность обмена, скорость движения, степень запыленности в основном соответствуют требованиям, предъявляемым к аналогичным наземным объектам. Однако в связи с особенностями физических процессов тепло- и массопереноса здесь требуется особый подход как к выбору исходных величин, так и к методам расчета и способам регулирования термовлажностных условий, определяющих микроклимат. Основным отличием подземного сооружения от его наземного аналога является характер тепло- и массообмена с окружающей средой. В наземных объектах такой средой является воздух с температурой, изменяющейся по закону, близкому к гармоническому. По тому же закону изменяются поля температур и влагосодержаний в наружных ограждениях. При расчете производительности оборудования исходят из наиболее неблагоприятных условий его работы, принимая их стационарными. Из-за сравнительно небольшого объема стен и перекрытий на создание требуемых термовлажностных условий даже в помещениях с низкими температурами требуется в реальных условиях две-три недели.

В подземных сооружениях окружающей средой является массив горных пород с постоянной естественной температурой. В связи с этим формирование в них заданных термо влажностных условий требует значительно большего времени, чем у аналогичных наземных объектов. Изменение температуры воздуха в подземной выработке и температуры горных пород носит выраженный нестационарный характер. При этом если период формирования заданного термовлажностного режима (предэксплуатационный период) характеризуется четко выраженным неустано-вившимся режимом теплообмена, то большая часть эксплуатационного периода удовлетворительно описывается закономерностями, характерными для квази-стационарного режима.

3

При ступенчатом законе изменения температуры воздуха, характеризую* щимся последовательно следующими значениями температур tj, t2, . . tn_^

t в периоды времени т , т , ...,т    *, т (рис. 1, в)

ч    12    п    —    1 п


k' + к" ±!__ *2_ +... + k(rt)


(38)


Те ~ 1п


Т Те-1п


Те-‘п


где к* — определяется по полному времени существования выработки тп , к* —

повремени т -ri,a 1^—повремени т — т л п 1 т    п    п    —    1


Пример. Рассчитать величину коэффициента нестационарного теплообмена для самого жаркого и самого холодного месяцев при гармоническом законе изменения температуры воздуха, характеризующегося значением среднегодо-

и самого холодно-


температуры

вой температуры +3,6° С и температурами самого жаркого го месяцев соответственно равными 17,6 и —10,4° С. Для тех же условий определить значение к в случае подогрева воздуха зимой в течение 5 месяцев


до температуры +2°С. При расчете принять к„ =0,3 Вт/(м - °С);

а = 8 Вт/ (м2-°С); г =2м; а„ = 9,3-1СГ7 м*/с; Л. =2,02 Вт/(м иС).

ЭК    П    п


Те = 12°С;


Решение.


1. Находим числа подобия Bi, Bi и Pd

8'2    '    2*3,14(2)

Bi=^=7,92; Bi =8,3; Pd = —


= 0,857.


2,02    8760*3600-9,3-10    '

По формуле (34) вычисляем величину Дк^

.к,- [0.75-У-2- . ,.»(«№

8,3    8,3    2

= 1,72 Вт/ (м2, °С).

Используя формулу (33) получим значения к^ для летнего и зимнего периодов:


12-3,6


3,6- 17,6


0,3-----— + 1,78 = 4 Вт/(м2*°С) ;


лет


12-17,6


12- 17,6


к

т

зим


0,3


12-_3,6 12+ 10,4


+ 1,78


3,6+ 10,4 12 *10,4


= 1,23 Вт/(м2*°С).


2. При подогреве воздуха в зимнее время в течение 5 месяцев (3600 ч) до +2 С для определения Дк , вычисляем по формулам (36), (35) tcp г и со Тлет


21


Процессы тепло* и массопереноса в системе горный массив — воздушная среда помимо климатических факторов, характеризующихся изменением температуры и влажности наружного воздуха, определяются геолого-геотермическими и горно-техническими факторами.

К первым относятся свойства горных пород, окружающих подземные сооружения (ПС), гидрогеологические условия и температура пород на глубине строительства.

Под горно-техническими факторами понимаются конструктивные параметры выработки подземных сооружений, их геометрическая форма, расположение выработок относительно друг друга и поверхности Земли, а также протекающие в них технологические процессы, связанные с нагревом (охлаждением) и осушением (увлажнением) подаваемого воздуха.

Для расчета микроклимата подземных сооружений нельзя безоговорочно использовать методы, применяемые для прогноза теплового режима шахт, так как особенности формирования в них термовлажностных условий определенным образом отличаются от подземных выработок горнодобывающих предприятий. Эти отличия, прежде всего, обусловлены небольшой глубиной расположения ПС (до 200—300 м), сравнительно низкой естественной температурой пород (до 15—20°С), а также необходимостью обеспечения постоянных значений температуры и влажности воздуха при незначительных их колебаниях. В зависимости от назначения подземного сооружения для обеспечения заданного микроклимата может потребоваться комплексное использование всех видов тепловой обработки воздуха, в к> время, как в шахтах и рудниках применяются главным образом или его нагрев, или охлаждение. Выраженный нестационарный характер процессов теплового взаимодействия воздушной среды ПС с горными породами при постоянстве протяженности и объема подземных выработок приводит к изменяющимся во времени условиям теплообмена и определяет необходимость осуществления непрерывного управления параметрами и системами регулирования теплового режима.

Таким образом, комплекс задач по обеспечению заданного микроклимата в ПС следует рассматривать как самостоятельное направление в горной и строительной теплофизике, а данное Пособие — систематизированным руководством по расчету теплового режима подземных сооружений и определению параметров систем его регулирования.

Разработано Институтом технической теплофизики АН УССР: (д-р техн. наук

В.П. Черняк, кандидаты техн. наук Э.Н. Малашенко, В.А. Киреев, инж. А.С. Полу-

бинский); ЛГИ: (канд. техн. наук С.Г. Гендлер, д-р техн. наук Ю.Д. Дядькин,

канд. техн. наук Ю.р. Шувалов); ВСЕГИНГЕО (канд. техн. наук А.Я. Зильбель-

борд); МолдНИИСТРОМПРОЕКТ (кандидаты техн. наук И.Л. Ладыженский, ФП. Спиваков).

Условные обозначения

а — коэффициент температуропроводности, м2/с;

ат — коэффициент потенциало-проводности (диффузии), м2/с; В — барометрическое давление, МПа;

с — удельная теплоемкость, Дж/

(кг?С);

d - диаметр, м;

F — площадь поверхности, м2; f — сечение, м2;

g — ускорение свободного падения, м/с2;

G - расход воздуха, кг/с;

Н - глубина, м; h - высота, м; i — энтальпия, кДж/кг; j - удельные влаговыделе-ния, кг/(м2# с);

J — влаговыделения, кг/с; к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 0 С) ;

I - длина, м;

L — удельная теплота замерзания воды, Дж/кг (L = 335 кДж/ кг) ;

N — мощность, Вт, кВт;

Р - парциальное давление, МПа; Q — удельные тепловыделения, Вт/м2;

Q — количество теплоты, Вт, кВт; S — удельная теплота испарения (конденсации) воды, кДж/кг;

R0 — универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль*К)

(R0 = 8,314 кДж/ (кмоль-К);

Rt — радиус теплового влияния, м;

г — пространственная координата, перпендикулярная оси выработки,

м;    о

Т— температура пород, °С, К;

t — температура воздуха, °С, К;

U — периметр, м;

V— скорость, м/с;

w — влагосодержание пород, %; доли единиц;

х — влагосодержание, кг/кг, г/кг; у — пространственная координата, направленная вдоль оси выработки м;

а — коэффициент теплоотдачи, Вт/ (м2 *°С);

0 - коэффициент массоотдачи, кг/(м2- с *МПа) ;

5 — безразмерный, радиус теплового влияния;

€щ — коэффициент шероховатости поверхности;

г1 - коэффициент полезного действия;

X — коэффициент теплопроводности, Вт/ (м-° С);

Хт - коэффициент массопровод-ности, кг/ (м-с-МПа) ;

V— кинематическая вязкость, м2/с;

£ — безразмерный радиус (глубина) промерзания; р — плотность, кг/м3;

о — геотермический градиент, °С/м ; т — время, с, ч;

^ — влажность воздуха, %, доли единиц;

ф — угол наклона выработки, град.;

со — длительность годового периода, с, ч;

kr — коэффициент нестационарного теплообмена, Вт/ (м2* 0 С); каГр — коэффициент интенсификации теплообмена при агрегатных переходах влаги;

/^—коэффициент нестационарного массообмена, кг (м2« с МПа),

5



Числа подобия

Тепловые:

Nu - Нуссельта ( Nu = ас*экв); Re - Рейнольдса (Re = vd3K!vB);

р    ad

Pr - Прантдля (Pr =__в_ ) . Bi - Био (Bi =---—- } ; F0 - Фурье

ав    ' 2Xn

4a т    л

( f0 =-----)    ;    Pd    — Предводителева ( Pd = tfd3K/(2coa );

d2 эк

Kir—Кирпичева (Ki = *<rd3K/(2Xn); K0 — Коссовича (K0 = wLpnT/fCnMpnMф — tj ));

Массообменные:

Num - Нуссельта ( Num = 0d3K /X^ ); Prm - Прантдля (Prm - vjam) ; Bim — Био (Bim = (3d3K/(2Xm^)); Gu - Гухмана (Gu = (tcyx-

гмок/(*сух + 273)); Fom фурье (Fom ~

d z эк

1. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1.    Подземное сооружение (ПС) — полость в земной коре, образуемая в результате осуществления подземных горных работ, и предназначенная для выполнения производственных процессов различного вида, хранения материалов, изделий, оборудования, перемещения людей, грузов и т.д.

1.2.    Тепловой режим ПС — совокупность термовлажностных параметров воздушной среды (температура воздуха t, влажность воздуха у, влагосодержание воздуха х, теплосодержание воздуха \) и окружающего выработки массива горных пород (температура пород Т, их влагосодержание w).

1.3.    ПС с положительной температурой — подземные сооружения, в которых температура воздушной среды поддерживается выше естественной температуры горных пород или ниже ее, но выше 0° С.

1.4.    ПС с отрицательной температурой — подземные сооружения, в которых температура воздушной среды поддерживается ниже 0° С. Среди ПС с отрицательной температурой выделяются объекты небольшого (до —2, —3°С), среднего (до —20, —30° С) и глубокого охлаждения (ниже —30° С).

1.5.    Предэксплуатационный период — длительность повышения или понижения температуры воздуха и горных пород в ПС от естественной или какой-либо иной начальной температуры до температуры, заданной технологическими или гигиеническими условиями данного сооружения.

1.6.    Эксплуатационный период — длительность функционирования подземного объекта в режиме, характеризующемся постоянно поддерживаемой температурой и влажностью воздуха, а также температурой поверхности горного массива, окружающего подземные выработки.

1.7.    Радиус теплового влияния выработки ПС — расстояние от оси выработки до геометрического места точек в горном массиве с температурой, равной естественной температуре пород.

1.3 Коэффициент нестационарного теплообмена кт“ количество тепла, поступающее от горного массива (воздуха) к воздуху (горному массиву) с единицы поверхности выработки при перепаде температур между естественной температурой пород и температурой воздуха в 1°С.

1.9. Коэффициент нестационарного массообмена 0^ — количество влаги, поступающее от горного массива (воздуха) к воздуху (горному массиву) с единицы поверхности выработки в единицу времени при разнице между парциальными давлениями пара в 1 МПа.

2. ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТОВ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

2,1. Температуру, влажность и скорость движения воздуха в выработках ПС следует принимать при наличии специальных технологических требований или условий хранения продукции — по нормам технологического проектирования, а для отдельных складских и автотранспортных объектов — по прил. 1; при отсутствии специальных требований — согласно ГОСТ 12.1.005-76.

7

Рис 1. Характер изменения температуры воздуха, поступающего в ПС

а — гармонический закон (изменение температуры атмосферного воздуха); б — изменение температуры воздуха при его подогреве до положительной температуры в зимнее время, в — ступенчатый закон изменения температуры воздуха

2.2.    Расчетные параметры наружного воздуха устанавливаются по климатологическим справочникам и СНиП 2.01.01 —82.

2.3.    Температура воздуха, подаваемого в выработки ПС, принимается в зависимости от значений параметров наружного воздуха и использования различных мероприятий по его нагреву (охлаждению) (рис. 1).

2.4.    Температура пород, окружающих выработки ПС, определяется по формуле


Тнн.с + <’<Н-Нн.с)


(1)


Значения температуры пород нейтрального слоя Т , глубины его залегания Н

НвС    н*с

и геотермического градиента а устанавливаются на основании данных инженерногеологических изысканий. При их отсутствии температура пород Т на глубине

о    н.с

Н составляющей 25 м, принимается на 3 С выше среднегодовой температуры

НвС

воздуха в данном районе, а величина а равной 0,03 ° С/м.

2JS. Теплофизические и влагофизические свойства горных пород теплопроводность \п, теплоемкость сп, температуропроводность ап# плотность рп, коэффициент диффузии ат зависят от их происхождения, условий формирования,

п

литологической характеристики, влажности, температуры, особенностей залегания в земной коре и изменяются в широких пределах: \п изменяется от 0,2 до 8,2 Вт/ (м -°С); сп - от 0,5 до 1,2 кДж/ (кг°С); ап - от 10" 7 до 22,5-Ю-7 м2/с;

Рп - от 1100 до 5100 кг/м3; ат -от10“8 до 20-10“8 м2/с.

п

Значения теплофизических и влагофизических свойств горных пород следует принимать в соответствии с данными экспериментальных исследований, проведенных в условиях конкретных климатических зон, горно-промышленных районов или полей. Ориентировочные значения теплофизических и влагофизических свойств некоторых типов горных пород приведены в прил. 2 (табл. 1, 2, рисунок).

2.6. Термодинамические свойства воздуха: плотность р , теплоемкость с ,

В    в

теплопроводность X. температуропроводность а . кинематическая вязкость v , В    В    в

парциальные давления насыщенного Ри„ и ненасыщенного парю Р_„, концентра-

нэс    пэр

ция водяного пара насыщенного воздуха Кндс, концентрация водяного пара ненасыщенного воздуха К, влагосодержание х, удельная теплота парообразование S, энтальпия i устанавливаются в зависимости от температуры t и относительной влажности кр воздуха по данным прил. 3 (табл. 1) и формулам:


Р


нас


1,33*1(Г4 ехр (


36CKja71 236+ t


(2)


Р = </>Р пар ^ нас


нас'


х = 0,622Р / (В-Р ) пар    пар


(3)

(4)

(5) 9



Рис, 2, Геометрические модели формы выработок ПС

(6)

д — щелеобразная; б — цилиндрическая с сечением круговой формы; в — цилиндрическая с сечением эллиптической формы

(7)

S = 2500 - 2,38t ;

i = 1005t + (2500 +1,8068t)x .

Коэффициент диффузии воздуха при нормальных условиях t = 0°С, В =

^ с 9

5,25-10-11 (t + 273) 1,89 В


(8)


а


ть


— 0,101 МПа принимается равным 2,09-10 м /с. Для пересчета коэффициента диффузии на любую температуру и давление следует использовать формулу

Коэффициент массопроводности воздуха Л , кг/(м-с* МПа) в зависимости от тем-

mb

пературы и давления рассчитывается по формуле

1 89

\т = 4,16-Ю-10 (t + 273) '    /В.    (9)

В

2.7. Схематизацию геометрических параметров, характеризующих размеры и форму ПС, следует производить в зависимости от соотношений между длиной I, шириной b и высотой выработок h, а также времени их существования т:

при I/Ь ^2 ПС принимается щелеобразной формы, а горный массив, окружающий его, в виде полуограниченного пространства с плановыми размерами, соответствующими размерам ПС (рис. 2, а);

при 1/Ь>2 геометрическая форма выработок принимается:

в случае г ^ 0,5 г /а — щелеобразной с размерами поперечного сече* эк п

ния, равными ширине и высоте выработки;

в случае г > 0,5 г? /а и b/h ^2 — цилиндрической с круговой фор* эк п

мой поперечного сечения (рис. 2, б);

в случае т >0,5г? /а и b/h >2 — цилиндрической с эллиптической формой

ЭК П

поперечного сечения (рис. 2, в).

В приведенных соотношениях значение г устанавливается по величине пери*

ЭК

метра выработки г = U    / 2Я.

ЭК ВЫР

ю