Теплоемкость горных пород (часть 2)

Следовательно, удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы породы (1 кг) на 1 град. Единицей удельной теплоемкости является Дж/(кг∙К). Таким образом, теплоемкость характеризует способность пород поглощать тепловую энергию. Она имеет существенное значение для разрушения пород при тепловом воздействии (термическом бурении, комбинированных термомеханических способах разрушения горных пород), при решении вопросов, связанных с высокими температурами в горных выработках и на забое глубоких и сверхглубоких скважин, а также при расчетах технологических параметров обогащения и переработки горно-металлургического сырья.
Удельная теплоемкость различных горных пород находится в относительно узком интервале. Для большинства пород этот интервал равен 0,4...2 кДж/(кг∙К); для металлов — 0,125 (золото, свинец), ... 0,46 кДж/(кг∙К) (железо). Соответственно рудные минералы имеют низкую теплоемкость, а рудосодержащие породы — пониженную по сравнению с безрудными.
Наличие в породах межзернового пространства, заполненного воздухом, водой, растворами солей, нефтью или льдом, оказывает существенное влияние на все теплофизические свойства.
Объемная теплоемкость пористой породы, кДж/(м3∙К) может быть определена из выражения:

где с и со — объемные теплоемкости пористой и плотной породы; ρ и ρо — соответствующие плотности; Р — пористость породы в долях единицы.
Влияние влажности на теплоемкость горных пород гораздо больше, чем пористости. Это вызвано тем, что удельная теплоемкость воды равна 4,19 кДж/(кг∙К) при температуре 15° С, что значительно больше соответствующих показателей основной массы пород. Для влажной породы удельную теплоемкость определяют по формуле

где со — удельная теплоемкость сухой породы; W — влажность породы в долях единицы.
Из анализа формулы (6.5) следует, что наибольшее влияние влажность оказывает на теплоемкость сильно пористых насыщенных водой пород. Их теплоемкость может увеличиваться в два и более раз. Влияние текстурных и структурных особенностей строения породы (слоистость, сланцеватость, размер и форма зерен) на теплоемкость ничтожно.
Определение удельной теплоемкости осуществляется чаще всего калориметрическим методом.
Калориметр — теплоизолированный прибор, снабженный термометром и заполненный дистиллированной водой. Тщательно взвешенный образец породы нагревают до определенной температуры, а затем опускают в сосуд калориметра. Когда температура воды будет равна температуре образца, фиксируют показания термометра.
Среднюю удельную теплоемкость с, Дж/(кг∙К), определяют по формуле:

где А — количество теплоты, необходимое для нагревания калориметра на 1° С в исследуемом интервале температур (А имеет фиксированное значение для каждого калориметра); Т2 — конечная температура прибора; T0 — начальная температура жидкости; T1 — температура нагретого образца; m — масса образца, кг.

---