Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

Лекция №9
Тема :ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД

(продолжение)

План лекции (с.85-95/1/):

1. 
   Теплопроводность и температуропроводность пород.
   
2. 
   Тепловое расширение Термические напряжения в горных породах
   

1. Теплопроводность и температуропроводность.
Минералы и горные породы, как правило, являются плохими проводниками тепла (λ = 0,1-7 Вт/(м К)).
Большой теплопроводностью – до 30-40 Вт/(м К) обладают лишь некоторые рудные минералы, например, сфалерит.
Исключительно большое значение коэффициента теплопроводности λ наблюдается у алмаза – до 200 Вт/(м К) вследствие небольшого количества дефектов в кристаллической решётке.
Из породообразующих минералов большим значением теплопроводности обладает кварц λ = 7 – 12 Вт/(м К). Поэтому у плотных малопористых безрудных пород наблюдается повышение λ с увеличением содержания в них кварца.
Теплопроводность пород определяется способностью минералов, слагающих породу, проводить тепло.
В слоистых породах наблюдается бơльшая теплопроводность вдоль слоистости λ_║, чем перпендикулярно слоистости λ_┴.
Коэффициент анизотропии теплопроводности слоистых пород в среднем представляет 1,1-1,5.
Передача тепловой энергии в пористых породах может происходить как путём теплопроводности. Так и путём конвекции заполнителя порового пространства (теплоотдачи).
Как известно, теплопроводность воздуха λ_в очень низка, поэтому λ сухих пористых пород всегда ниже теплопроводности непористых пород. Так, например, теплопроводность песка в 6-7 раз меньше, чем теплопроводность плотного песчаника.
Исключительно большую роль играет форма пор в породе. Если поры в породе удлинённые (типа трещин), то теплопроводность значительно уменьшается при расположении пор перпендикулярно тепловому потоку.
Существенен также состав газов, заполняющих поры. Так, водород обладает теплопроводностью в 7 раз большей, чем воздух, поэтому и теплопроводность пород, содержащих водород, больше при той же пористости.
Как правило, происходит уменьшение теплопроводности пород с уменьшением размеров зёрен. Однако это влияние наиболее существенно только при небольших их размерах.
Теплопроводности кристаллических и аморфных минералов значительно различаются, из чего можно заключить, что наличие стекловатой массы в породах понижает их теплопроводность.
Пределы изменения температуропроводности пород – порядка 10^-6 – 10^-7 м²/с.
С увеличением плотности температуропроводность пород незначительно уменьшается.
Температуропроводность пород, как и теплопроводность, зависит от их строения.
Пористость пород приводит к снижению их температуропроводности.