Способ измерения температуры горных пород в шпурах

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности за счет сокращения выдержки датчика в шпуре. Для этого используют датчик с двумя идентичными чувствительными элементами. Предварительно оценивают значение измеряемой т-ры. Вводят в шпур датчик т-ры. Осуществляют контакт его чувствительного элемента с поверхностью горных пород на замерном участке.Выдерживают датчик в шпуре и регистрируют т-ру чувствительного элемента. Затем один из чувствительных элементов нагревают , а другой охлаждают соответственно выше и ниже значения т-ры горных пород на участке замера на равные величины относительно предварительно оцененного значения т-ры. Определяют разность предконтактных значений т-ры чувствительных элементов. Время контакта их с горными породами в шпуре определяют по ф-ле, полученной в результате решения модельной задачи изменения т-ры двухслойной пластины, при-, веденной в контакт с полуграничным массивом . Регистрируют усредненное значение т-ры чувствительных элементов, по которому судят о т-ре горных пород в шпурах . 7 ил. о (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5В 4 Е 21 В 47 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4112146/22-03 (22) 03.09.86 (46) 15.05.88. Бюл. № 18 (71) Институт технической теплофизики

АН УССР (72) Л. В. Гурьянов и П. Г. Кунцевский (53) 622.241.8.05 (088.8) (56) Руководство по проведению тепловых съемок в угольных шахтах. Макеевка-Донбасс: РТП МакНИИ, 1982, рис. 4,5; 4,6. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРНЫХ ПОРОД В ШПУРАХ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение производительности за счет сокрашения выдержки датчика в шпуре. Для этого используют датчик с двумя идентичными чувствительными элементами. Предварительно оценивают значение измеряемой т-ры. Вводят в шпур датчик т-ры. Осушествляют

„„SU„„1395819 А 1 контакт его чувствительного элемента с поверхностью горных пород на замерном участке.Выдерживают датчик в шпуре и регистрируют т-ру чувствительного элемента. Затем один из чувствительных элементов нагревают, а другой охлаждают соответственно выше и ниже значения т-ры горных пород на участке замера на равные величины относительно предварительно оцененного значения т-ры. Определяют разность предконтактных значений т-ры чувствительных элементов.

Время контакта их с горными породами в шпуре определяют по ф-ле, полученной в результате решения модельной задачи изменения т-ры двухслойной пластины, приведенной в контакт с полуграничным массивом. Регистрируют усредненное значение т-ры чувствительных элементов, по которому судят о т-ре горных пород в шпурах. 7 ил.

1395819

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении температуры горных пород в шнурах, пробуренных из подземных сооружений.

Цель изобретения — повышение производительности за счет сокращения выдержки датчика в шпуре.

На фиг. 1 приведен график измерений температуры горных пород; на фиг. 2 схема расположения чувствительных элементов в замерном участке шпура; на фиг. 3— схема размещения чувствительного элемента в. конструкции датчика; на фиг. 4 — блоксхема устройства для измерения температуры горных пород в шпурах; на фиг. 5— блок-схема вспомогательного подогревного устройства; на фиг. 6 и 7 — графики для определения коэффициентов, учитывающих радиус шпура и диаметр тепловоспринимающей. пластины чувствительного элемента.

Способ реализуют с помощью шпурового датчика, построенного по типу известного, снабженного прижимными устройствами для двух идентичных чувствительных элементов 1 и 2 (фиг. 3), вмонтированных между тепловоспринимающими пластинами 3 и теплоизоляционными подложками

4. Чувствительные элементы I и 2 включе; ны (фиг. 4) в цепь стабилизатора 5 тока и измерительного усилителя 6, выход которого подан на вход индикатора 7. Вспомогательное устройство (фиг. 5) для нагрева или охлаждения чувствительного элемента содержит термоэлектрический тепловой насос 8, смонтированный»а теплоемком теле (не показано) и через блок 9 ключей подключенный к источнику 10 питания (например аккумулятор НКГК вЂ” 1IД).

Способ реализуют следующим образом.

После бурения и выстойки шпура предварительно оценивают ожидаемую температуру горных пород в замерной зоне шпура.

Для этого используют расчетные зависимости или результаты ранее проведенных измерений. При геотермических исследованиях пользуются формулой

t;=1,+ГН, где Н вЂ” глубина расположения замерного участка шпура от дневной поверхности;

à — геотермическая ступень; 1. — средняя температура земной поверхности геотермического участка, в пределах которого необходимо вести измерения. Значения t. и Г определяют из таблиц.

Чувствительные элементы 1 и 2 имеют температуру, например, t.i ниже предварительно оцененной to. Тогда, например, чувствительный элемент 2. нагревают (фиг. 1) до

tHz. Нагрев прекращают, когда на индикаторе 7 (фиг. 4) установятся показания, соответствующие значению ta. Это соответствует равным отклонениям 1 ь и Ь от (о .

Стабилизатор 5 тока подает на чувствительные элементы 1 и 2 одинаковый ток. Нагрев элемента 2 до температуры t„, приводит к падению напряжения на входе измерительного усилителя 6, соответствующему падению напряжения, если бы значения температуры чувствительных элементов 1 и 2 были одиl наковы и равны to только тогда, когда

55! "2 " — О

Соответствующий этому значению выходной сигнал усилителя 6 индицируется в индикаторе 7. Для нагрева (или охлаждения) чувствительного элемента 2 используют устройство, изображенное на фиг. 5. Для этого с помощью блока 9 ключей на тепловой насос 8 подают ток соответствующей полярности от источника 10 питания. Тепловой насос 8 отводит теплоту от чувствительного элемента 2 посредством их контакта к тепловому телу (не показано).

Датчик вводят в шпур. По мере досылки чувствительных элементов 1 и 2 к замерному участку шпура между элементами 1 и 2 и горными породами в шпуре имеет место теплообмен излучением (для интенсификации теплообмена поверхности тепловоспринимающих пластин 3 должны быть зачернены). В результате теплообмена в течение т (фиг. 1) различие между температурами чувствительных элементов 1, 2 и температурой горных пород to сокращается за счет теплоты горных пород, снимаемой с большой поверхности шпура, температура чувствительного элемента 1 повышается до 1ч, а температура чувствительного элемента 2 понижается до t.>, практически не искажая температурного поля горных пород в шпуре. Причем различие равенства отклонений tHi u tíz от to, имеющие место вследствие to> to, несколько сглаживается за время т> в силу более интенсивного теплообмена с чувствительным элементом 1, имеющим большее отклонение температуры от to, чем чувствительный элемент 2. 3а время т чувствительные элементы I и 2 досылаются в замерный участок шпура, где через тепловоспринимающие пластины 3 посредством прижимных устройств (не показаны) осуществляется их контакт с горными породами с диаметрально противоположными поверхностями шпура (фиг. 2). Перед этим фиксируется разница предконтактных значений температуры (tnq — tn!) чувствительных элементов и 2, для чего может быть использована дифференциальная термопара с расположением спаев у чувствительных элементов 1 и 2. Чувствительные элементы выдерживаются в контакте с горными породами в течение времение, определяемого из выражения т= ((Ьg — 1п ) )

Лср где (tn — Ь ) — разность предконтактных значений температуры чувствительных элементов 2 и I

1395819

Формула изобретения

55 — постоянный коэффициент датчика;

Л вЂ” допустимая погрешность измерения;

К, Кл — коэффициенты, учитываюшие радиус R шпура (фиг. 6) и диаметр D тепловоспринимаюшей пластины (фиг. 7);

carpi — объемная теплоемкость материала чувствительных элементов1и2;

c2p2 — то же, тепловоспринимаюшей пластины 3;

h, hz — толщина чувствительных элементов 1, 2 и тепловоспринимаюшей пластины 3;

1 с р — минимальное значение теплоусваиваемости (произведение теплопроводности на объемную теплоемкость) горных пород, встречающихся в регионе проводимых измерений).

3а время т (фиг. 1) осуществляется теплообмен теплопроводностью между горными породами и чувствительными элементами 1 и 2 через тепловоспринимаюшие пластины 3 и контактное термическое сопротивление между тепловоспринимаюшими пластинами 3 и горными породами. Различие между значениями температуры чувствительных элементов 1, 2 и to сокращается.

Причем общий тепловой баланс горных пород практически сохраняется, так как чувствительный элемент 1 нагревается, а чувствительный элемент 2 охлаждается за счет теплообмена с горными породами, что позволяет интенсифицировать теплообмен, ускорить приобретение чувствительными элементами 1 и 2 значений температуры, близких к to. 3a время контакта т чувствительные элементы 1 и 2 принимают значения температуры соответственно il и 12. В силу более интенсивного теплообмена между горными породами и чувствительным элементом 1 по сравнению с чувствительным элементом 2 вследствие (to — t i))(t — to) отклонение t и t2 от to практически однозначно.

3а искомую температуру (измеренная температура 1-) горных пород в шпуре принимают среднее от этих значений

ti 4-Ь т.е. показания индикатора 7 (фиг. 4) после контакта чувствительных элементов 1 и 2 с горными породами в шпуре в течение т (фиг. 1) и более.

Формула для определения времени контакта т получена в результате решения модельной задачи изменения температуры двухслойной пластины, приведенной в контакт с полуограниченным массивом (горные поро20

45 ды), а коэффициенты К» и Кл(фиг. 6 и 7) найдены экспериментально.

Реализация предложенного способа позволяет сократить выдержку датчика в шнуре за счет исключения необходимости контакта чувствительного элемента с горными породами до полного приобретения чувствительным элементом искомой температуры горных пород.

Это обеспечено использованием усредненных температур двух чувствительных элементов, один из которых всегда имеет температуру выше, а другой — ниже температуры горных пород в шпуре.

Использование при реализации способа двух чувствительных элементов при обеспечгнии одинаковой чувствительности измерительной аппаратуры и взаимозаменяемости датчика и вторичного прибора позволяет снизить не менее чем в 2 раза толшину (1п ) чувствительного элемента, так как номинальное электрическое сопротивление обеспечивается суммой электросопротивлений двух чувствительных элементов (фиг. 4).

Это существенно снижает время приобретения чувствительным элементом температуры горных пород (см. расчетную формулу для продолжительности т контакта) . Следует отметить, что это также приводит к снижению погрешности измерения. вызванной перегревом терморезистивного чувствительного элемента при прохождении измерительного тока. Это об ьясняется увели чением в два раза (условие идентично сти чувствительных элементов) плогцади чув ствительного элемента, рассеиваюшего эти тепловыделения в горные породы, и уменьшением (уменьшение 11 в два раза) термического сопротивления по толщине чувствительного элемента. Напротив, при сохранении одинаковой погрешности от прохождения измерительного тока отмеченное позволяет снизить диаметр терморезистивной проволоки, идущей на изготовление чувствительных элементов, что ведет к дальнейшему снижению толщины (h,) чувствительного элемента и, следовательно, к снижению выдержки датчика в шпуре, к сокращению продолжительности измерения температуры горных пород в шпуре.

Способ измерения температуры горных пород в шпурах, заключающийся в том, что вводят в шпур датчик температуры, осушествляют контакт его чувствительного элемента с поверхностью горных пород на замерном участке, выдерживают датчик в шпуре и регистрируют температуру чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет сокращения выдержки датчика в

1395819 шнуре, используют датчик с двумя идентичными чувствительными элементами, предварительно оценивают значение измеряемой температуры, затем один из чувствительных элементов нагревают, а другой охлаждают соответственно выше и ниже значения температуры горных пород на участке замера, на равные величины относительно предварительно оцененного значения температуры, определяют разность предконтактных значений температуры чувствительных эле- 10 ментов, а время контакта их с горными породами в шпуре определяют по формуле где (1п — 1п ) — разность предконтактных значений температуры чувствительных элементов;

К вЂ” постоянный для датчика коэффициент;

Кш, Кд — коэффициенты влияния радиуса шпура и диаметра тепловоспринимающей пластины чувствительного элемента;

Х с р — минимальное значение теплоусваиваемости горных пород, встречающихся в регионе, и регистрируют усредненное значение температуры чувствительных элементов, по которому судят о температуре горных пород в шпурах.

1395819

3 9

äèã.5

0,8

Об

ОФ у 1 Г 5 9 5 б 7 8 У 10 и

ЦЫ2. б

o.u

О7

Щ о оо3 oт аг3 цг

473 ОД а д2

Составитель Г. Маслова

Реда ктор А. Дол и н и ч Техред И. Верее Корректор Н. Король

Заказ 1968/34 Тираж 531 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4