Теплопроводность и температуропроводность пород (часть 2)

Теплопроводность горных пород, являющихся многофазовыми полиминеральными системами, зависит от минерального состава, текстурных особенностей (сланцеватость, слоистость, трещиноватость, пористость), от влажности и других факторов. Горные породы являются плохими проводниками тепла. Их теплопроводность изменяется в пределах от 0,1 до 7,5 Вт/(м∙К).
В слоистых осадочных и метаморфических породах наблюдается анизотропия в отношении теплопроводности — по нормали к напластованию она ниже, чем вдоль слоев. Отношение составляет 1,1—1,5 для большинства пород; для графита оно достигает 2, а для слюды доходит до 6.
На теплопроводность пород значительное влияние оказывает пористость. Поры могут быть заполнены воздухом, водой, льдом, нефтью или газом. Перенос тепла в таких породах осуществляется как за счет теплопроводности зерен и межзерновой среды, так и за счет конвективной теплопередачи в газообразной или жидкой среде. Из всех заполнителей пор лишь лед имеет теплопроводность того же порядка, что и горные породы, а остальные обладают еще более низкой теплопроводностью (табл. 6.1), поэтому теплопроводность пористых пород меньше, чем плотных.

Влажность оказывает существенное влияние на теплопроводность пористых пород. Так как λ воды больше λ воздуха, то при насыщении пористых пород водой или растворами солей их теплопроводность повышается.
Температуропроводность горных пород характеризует скорость выравнивания температуры в породе при нестационарном процессе теплопередачи, т. е. скорость нагрева самой породы. Эта скорость зависит не только от теплопроводности, которая характеризует интенсивность передачи тепла от нагретых частей к холодным, но и от удельной теплоемкости и плотности, т. е. от объемной теплоемкости. Температуропроводность α(м2/с) определяется по формуле: α=λ/(срρо) и для горных пород она изменяется в пределах 10в-6 — 10в-7 м2/с.
Тепло- и температуропроводность характеризуют теплоизоляционные свойства пород — они тем лучше, чем ниже значения λ, и α. Теплопроводность определяет также тепловой режим в глубоких выработках, где за счет высокой температуры окружающих пород температура рудничной атмосферы может превысить допустимые пределы. В зоне вечной мерзлоты теплоемкость и теплопроводность оказывают существенное влияние на устойчивость выработок, так как, поглощая теплоту из рудничного воздуха, породы могут оттаивать и терять прочность и устойчивость.