Variations of rock temperature in Ostrava - Karviná Coalfield

• Autorzy: Taufer A. , Dolezal L. , Galik D.

Warianty tytułu

PL

Zmiany temperatury skał w Ostravsko-Karwińskim zagłębiu węglowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes the distribution of temperature fields of deep mines in the selected part of Ostrava-Karviná Coalfield and provides the partial explanation of causes of temperature variations at the same depth in the Upper Silesian Basin. Horizontal differences - variations in original temperatures of rocks (henceforth referred to as PTH) are for example in the CSA Mine up to 5°C and up to 10°C in the area between the Ostrava and the Karvina partial basin. This work is based on the methods of calculations of original rock temperatures. PTH and a database of thermal conductivities of sedimentary rocks form basic input information for thermodynamic calculations in mining aerology. The article tries to disconfirm the hypothesis of previous authors (Brudnik, 1956; Suchan, 1970; Taufer, 1987) on interrelations between the observed horizontal variations in temperature and the disturbance of temperature field during tectonic movements. The accurate determination of PTH has a substantial influence on the mathematical modeling of a mine ventilation system with respect to a natural depression (Dziurzynski at al., 2007) and the determination of cooling performance. This publication also increases the level of knowledge in issues of thermal conductivity of sedimentary rocks and its measurement in the laboratory and in situ.

PL

W miarę postępowania robót górniczych na coraz większe głębokości, dochodzi także do wzrostu temperatury masywu skalnego otaczającego wyrobiska górnicze. Pomimo tego, że intensywność dopływu ciepła na określonej głębokości z upływem czasu zmniejsza się do pewnego stałego poziomu to jego oddziaływanie ma decydujący wpływ na kształtowanie się warunków klimatycznych w kopalniach. Pierwotna temperatura skał jest limitującym czynnikiem wyznaczającym głębokość wydobycia złóż węgla w Ostravsko-Karwińskich kopalniach (OKD). Kształtowanie się pierwotnej temperatury skał jest wynikiem długotrwałej termicznej ewolucji Ziemi. Istnienie wyrobisk w kopalni w tej skali czasu można uznać za stałe. Dla badania kształtowania się pierwotnej temperatury skał w czeskiej części Zagłębia Górnośląskiego w OKD, była opracowana w Instytucie Górnictwa Akademii Nauk w Ostrawie metoda określania pola temperatury (Taufer et al., 1987). W oparciu o wyniki opracowanej metody stwierdzono, że pierwotne rozkład temperatury koreluje w odniesieniu do tektonicznej budowy badanego górotworu. Stwierdzono również, że w części górotworu karwińskiego (germanotype structure) OKD na tej samej głębokości zmierzono wyższe temperatury (do 10 C) niż w części górotworu ostrawskiego (mediotype structure). Na podstawie uzyskanych wyników opisano rozkład pola temperatury skał w wybranych częściach OKD, a uzyskane wyniki stanowią częściowe wyjaśnienie przyczyn zmian temperatury na jednakowych poziomach głębokości Zagłębia Górnośląskiego. Zmiany na kolejnych poziomach i wariacje zmian pierwotnej temperatury skał (zwanej dalej PTH) zostały przypisane tektonicznej budowie niecki. Przykładowo w kopalni CSA w Karwinej istnieją znaczne różnice wynoszące do 5 C. Artykuł ten stara się obalić hipotezę poprzednich autorów (Brudnik, 1956; Suchan, 1970; Taufer, 1987) w kontekście obserwowanych zmian poziomu temperatury spowodowanych ruchami tektonicznymi. Aby wyjaśnić te różnice, co stanowi główny cel prezentowanego artykułu, zastosowano dwuwymiarowy model matematyczny opisujący rozkład pierwotnej temperatury skał. Według obliczeń opartych na tym modelu można stwierdzić, że poziomy wahań temperatury skał Zagłębia Górnośląskiego w pobliżu zaburzeń tektonicznych można wyjaśnić zmiennym dopływem ciepła spowodowanym różną zawartością węgla w warstwach przesuniętych. Odmienne rozkłady temperatury pierwotnej ostrawskiej i karwińskiej niecki można też wytłumaczyć różnymi grubościami pokładów węgla kamiennego. Dokładne określenie PTH ma znaczący wpływ na modelowanie matematyczne w sieci wentylacyjnej kopalni i wyznaczenia naturalnej depresji oraz prognozowania warunków klimatycznych (Dziurzyński et al., 2007; Szlązak et al., 2008) lub wydajność urządzeń chłodzących. Publikacja ta zwiększa także poziom wiedzy w zakresie wartości współczynnika przewodnictwa cieplnego skał osadowych wyznaczanego na podstawie badań w laboratorium i w wyrobiskach. Znajomość PTH oraz baza danych o przewodnictwie cieplnym skał osadowych stanowi istotny czynnik dla obliczeń warunków klimatycznych w wyrobiskach kopalń.

Słowa kluczowe

EN

distribution of temperature fields; original temperatures of rocks; thermal conductivities; temperature changes

PL

rozkład pola temperatury; pierwotna temperatura skał; przewodnictwo cieplne; zmiany temperatury

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 55, no 1
• Strony: 151--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Taufer A.

autor

Dolezal L.

autor

Galik D.

• Inspector of Mines of the Czech Mining Authority

Bibliografia

• Brudník J., 1956. Výzkum tepelného pole v OKR. (Research on thermal fields in the OKR). Ostrava, VVUÚ.
• Čermák V., 1976. Geotermika II. Praha, UK.
• Dopita M., Havlena V., Pešek J., 1985. Ložiska fosilních paliv. (Deposit of fosil fuels) SNTL Praha.
• Dortman N.B., 1976. Spravočnik geofizika. Moskva.
• Dziurzyński W., Kruczkowski J., 2007. Validation of the Mathematical Model Used in the Ventgraph Programme on the Example of the Introduction of the New Headings to the Ventilation Network of Mine. Archives of mining sciences, Volume 52, Issue 2, Kraków.
• Dziurzyński W., Krach A., Palka T., 2009. Method of Regulating Elements of the Methane Drainage Network Using Computer Simulation. Archives of mining science, Volume 54, Issue 2, Kraków.
• Glogar P., 976. Vztah tepelných vlastností hornin k mikroklimatickým poměrum hlubokých dolu. (Relationship of thermal properties of rocks to microclimatic circumstances deep mines) Kandidátská disertační práce. HOÚ ČSAV Praha 1.
• Krause E., 2009. Systematisation of Seams Designed for Extraction in Mines from the Aspect of the Mining-Geological and Gas Recognition Level, Archives of mining sciences, Volume 54, Issue 2 , Kraków.
• Kubík J., Čermák V., 1986. Heat flow in the Upper–Silesian coal basin: Re-evolution of data with special attention to the lithology. Studia geoph. et geod. 30/1986.
• Novotný I., Fojtek A., 1983. Stanovení tepelných parametru pevných látek impulsní metodou. (Determination of thermal parameters of solids using pulsed method) In: Sborník prací VŠB, řada hor.-geol., čl.527, Ostrava 1983.
• Šafanda J., 1985. Calculation of temperature distribution in two-dimensional geothermal profile. Studia geoph. et geod., 29/1985.
• Sabnavis M., 1982. A simple transient technique for the determination of thermal parameters of rock samples. Indian Journal of pure et applied physics. Vol.20, No.7, July 1982.
• Skakun A.P., 1977. Vlijanije temperatury, mineralnogo sostava i plotnosti na teploprovodnost gornych porod., Fiz. proc. gor. proizv., 1977, no 4.
• Szlązak N., Obracaj D., Borowski M., 2008. Methods for Controlling Temperature Hazard in Polish Coal Mines, Archives of mining sciences, Volume 53, Issue 4, Kraków.
• Suchan L., 1970. Rozložení teplotního pole karbonského masívu v OKR. (Distribution of temperature field Carboniferous massif in the OKR) (Výzkumná zpráva, (Research report)), Ostrava, VVUÚ 1970.
• Taufer A., 1985. Rozloženi teplotních polí v OKR. Distribution of temperature fields in the OKR. (Dizertační práce, thesis). Ostrava 1985.
• Taufer A. a kol., 1987. Zjištěni rozložení teplotních polí v OKR do hloubky 1200 m. (Determine the distribution of temperature fields in OKR depth 1200 m) (Závěrečná zpráva, (Final report)), Ostrava. HÚ ČSAV 1987.
• Taufer A., Trojanová J., 1989. Prognózování puvodních teplot hornin v OKR. (Forecasting the original temperatures of rocks in the OKR) in Technicko-ekonomický zpravodaj OKD, Ostrava, 1989, No. 2.
• Trojanová J., Taufer A., 1988. Faktory ovlivňující rozloženi teplotních polí OKR. Factors affecting the distribution of temperature fields OKR In: „Výsledky výzkumu dulního větrání a jejich realizace v praxi“, DT ČSVTS, Ostrava 1988.