МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра физики горных пород и процессов

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

СД.Ф.06.02. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

Цель преподавания курса – формирование у студентов необходимого уровня знаний в области физической сущности термодинамических процессов горного производства, позволяющих обеспечить творческий подход к решению проблем горного производства при одновременном повышении безопасности и комфортности труда и уменьшении отрицательного воздействия горных работ на окружающую среду.

Главная задача изучения курса – формирование у студентов умения и навыков в оценке параметров термодинамических процессов горного производства и их влияния на эффективность ведения горных работ и окружающую среду.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КУРСА

В результате освоения курса студент должен обладать уровнем знаний, который обеспечит не только принятие грамотных технических решений в области термодинамических процессов горного производства, но и будет достаточным для изучения в дальнейшем соответствующих профильных дисциплин, а также самостоятельного повышения квалификации в будущем. При этом студент должен знать:

1. Физическую сущность процессов, происходящих в горных породах и породных массивах при тепловом воздействии на них с различной степенью интенсивности.

2. Характер влияния тепловых свойств разрабатываемых горных пород, горно-геологических условий их залегания и состояния окружающего породного массива на параметры термодинамических процессов горного производства.

3. Современные тенденции и перспективные пути развития термодинамических процессов в горной промышленности с учётом максимального использования современных достижений фундаментальных и прикладных дисциплин из разных областей науки и техники.

4. Современные технические средства реализации термодинамических процессов горного производства при добыче и переработке полезных ископаемых, обеспечении безопасных и комфортных условий труда при ведении горных работ, повышении их экологической безопасности.

После изучения курса студент должен уметь:

1. Оценивать эффективность и принимать оптимальные решения при руководстве технологическими процессами горного производства в конкретных горно-геологических условиях ведения горных работ.

2. Выбирать наиболее эффективные технику и технологию ведения горных работ.

3. Разрабатывать технико-экономические требования на создание технических средств и технологий разработки полезных ископаемых.

В процессе изучения курса студенты получают практические навыки:

1. Основ эксплуатации ряда технических средств, реализующих соответствующие процессы в горном деле.

2. Основ проектирования технических средств и технологий разработки полезных ископаемых с использованием различных методов теплового воздействия на горные породы при их добыче и переработке.

3. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА 3.1. ОБЪЁМ КУРСА И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ № Курс Се- Виды учебной работы и их п/ местр объём в часах Лекции ПЗ* п ЛР КР 1. Термодинамические процессы 7 34 17 - * ПЗ – практические занятия, ЛР – лабораторные работы, КР – курсовая работа 3.2. РАЗДЕЛЫ КУРСА И ВИДЫ ЗАНЯТИЙ № Раздел курса Вид занятий и их п/ учебная нагрузка в п часах Лекции ПЗ лообмена и распространения тепла в горных породах тых горных работах земных сооружений технологических методах добычи полезных ископаемых переработке полезных ископаемых Раздел 1. Стационарные и нестационарные процессы теплообмена и распространения тепла в горных породах Основы законов Фурье, Ньютона-Рихмана, Фика. Основные закономерности Распространения тепла в массиве горных пород при стационарной и нестационарной теплопроводности. Основные закономерности стационарной теплопередачи. Основы конвективного и лучистого теплообменов.

Раздел 2. Добыча и использование тепла земных недр Термодинамические параметры земной коры. Источники тепла земных недр. Процессы теплопереноса в массивах горных пород. Использование тепла земных недр. Методы расчёта температурных режимов при эксплуатации породных теплообменников. Основные конструктивные элементы геотермальных станций.

Раздел 3. Тепловой режим подземных горных работ Характеристика теплового режима шахт, рудников и подземных сооружений. Методы комплексной оценки и регламентация параметров микроклимата шахт и рудников. Влияние их теплового режима на безопасность горных работ и производительность труда.

Формирование теплового режима горных выработок. Источники тепла в горных выработках. Температурное поле массива и тепловой режим выработок. Коэффициент нестационарного теплообмена. Влияние влагообмена на формирование температуры рудничного воздуха в выработках. Основные закономерности изменения температуры рудничного воздуха при его движении по вертикальным, наклонным и очистным выработкам. Системы регулирования теплового режима горных выработок Раздел 4. Промерзание рыхлых и связных пород на открытых горных работах Проблемы разработки рыхлых и связных горных пород в период отрицательных температур. Методы расчёта глубины сезонного промерзания рыхлых и связных пород при наличии теплоизоляционного покрытия и без него. Технология нанесения получения теплоизоляционных покрытий и их нанесения на поверхность разрабатываемых горных пород.

Раздел 5. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений Сущность способа искусственного замораживания грунтов и область его применения при подземном строительстве. Основные закономерности формирования одиночных ледопородных цилиндров и ледопородных ограждений. Основные закономерности формирования их температурного поля. Технология и технические средства замораживания грунтов при проходке вертикальных и горизонтальных выработок. Разработка ресурсосберегающих технологий замораживания.

Раздел 6. Тепловые и термохимические процессы при геотехнологических методах добычи полезных ископаемых 6.1. Подземная выплавка серы Свойства серы и серных руд. Принципы и условия применения подземной выплавки серы (ПВС) Тепловой баланс процесса ПВС. Технология ПВС, основные принципы расчёта оптимальных технологических параметров.

Основные требования к вскрытию и подготовке месторождений серы при ПВС. Способы вскрытия месторождений. Конструкция скважин и технология их проходки. Исследование работоспособности скважин и их кислотная обработка. Технико-экономи-ческие показатели процесса ПВС.

6.2. Сжигание и газификация угля в подземных условиях Свойства угля как сырья для его подземного сжигания и газификации.

Физико-химические основы процессов горения и газификации угля. Частичная и полная газификация. Понятие угольного канала. Основные закономерности формирования состава и температуры продуктов сгорания и газификации угля в нём.

Материальный и тепловой балансы процессов сгорания и газификации угля в угольном канале. Методы расчётов статей этих балансов. Влияние на формирование этих статей горно-геологических факторов. Методы расчёта выходной энергетической мощности, необходимой длины угольного канала и тепловых потерь при движении продуктов сгорания и газификации угля в газоотводящей скважине (выработке).

Технологические параметры угольного канала, способы его образования в угольных пластах. Способы вскрытия угольных пластов и схемы подземных газогенераторов и блоков сжигания. Технология этих процессов.

Станции подземного сжигания и газификации угля. Переработка продуктов подземной газификации угля на химическую продукцию. Техникоэкономические показатели и перспективы развития способов подземного сжигания и газификации угля.

Раздел 7. Термические методы разрушения горных пород Физические основы разрушения горных пород при тепловом воздействии. Хрупкое разрушение, разрушение путём плавления.

Термическое бурение и расширение шпуров и скважин в скальных породах. Физическая модель процесса. Поля температур и термических напряжений. Условия хрупкого термического разрушения горных пород.

Методы расчёта основных показателей. Влияние физических свойств, состояния массива, параметров теплового воздействия на показатели термического бурения и расширения шпуров и скважин.

Термическое бурение мёрзлых связных и рыхлых горных пород. Физические основы процессов разрушения в режимах хрупкого разрушения и оттаивания с последующей абляцией. Расчёт показателей процесса и их взаимосвязь с физическими свойствами пород и состоянием массива.

Термическое дробление, резание и поверхностная обработка блочного камня. Сущность способов. Физические модели процессов. Взаимосвязи их показателей с физическими свойствами пород, их состоянием и параметрами теплового воздействия.

Технические средства для термического разрушения горных пород.

Классификация. Основные конструктивные схемы термоинструментов с использованием углеводородного горючего и плазмотронов. Принципы конструирования термоинструментов и методы расчёта их конструктивных параметров. Тепловой паспорт термоинструментов и КПД ввода тепловой энергии в разрушаемые породы в различных методах их термического разрушения.

Основные конструктивные схемы буровых станков и установок для бурения и расширения шпуров и скважин, термического дробления негабаритов, резании и поверхностной обработки камня. Технология процессов, основные технико-экономические показатели. Основы техники безопасности и охраны окружающей среды.

Термодинамическое разрушение намёрзших и налипших на рабочие поверхности горнодобывающих машин и транспортных средств связных и рыхлых горных пород. Физические основы процессов разрушения. Основные принципы расчётов параметров воздействия и показателей разрушения.

Технические средства, технология, основные технико-экономические показатели.

Раздел 8. Процессы сушки горных пород при их добыче и переработке Физические основы и условия протекания процессов сушки влажных материалов. Внешний и внутренний тепло- и массообмен в процессах сушки. Поверхностное подсушивание кусков горной массы. Понятие теоретической и действительной сушек. Техника и технология сушки горных пород в процессах их добычи и переработки. Технико-экономические показатели, основы техники безопасности и охраны окружающей среды.

Раздел 9. Термодинамические процессы при обогащении полезных ископаемых Необходимость окускования руд и концентратов. Термообработка брикетов. Агломерация руды и обжиг окатышей. Восстановительные и окислительные процессы при агломерации и обжиге окатышей из железосодержащих руд и концентратов. Окислительные процессы при агломерации свинцовых, цинковых, медных и никелевых руд. Магнетизирующий обжиг руд. Техника, технология, техника безопасности, технико-экономические показатели, охрана окружающей среды.

3.4. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Расчёт параметров потока высокотемпературного газа в сопле Лаваля.

2. Расчёт параметров температурного поля в полупространстве при теплообмене с граничными условиями 1-го, 2-го и 3-го родов.

3. Расчёт параметров процесса тепло- и массообмена при движении воздушного потока по горной выработке.

4. Расчёт коэффициента нестационарного теплообмена при движении потока теплоносителя по подземному каналу.

5. Расчёт глубины сезонного промерзания рыхлых и связных пород на открытых горных работах.

6. Расчёт времени образования одиночного ледопородного цилиндра при искусственном замораживании связных горных пород.

7. Расчёт линейной скорости движения фронта плавления серы при её подземной выплавке.

8. Расчёт показателей теплового и материального балансов процессов подземного сжигания и газификации угля.

9. Расчёт показателей теплофизических свойств продуктов сгорания серы и угля в воздухе.

10. Расчёт потерь тепла при движении продуктов сгорания и газификации угля в газоотводящей скважине (выработке).

11. Расчёт показателей разрушения скальных горных пород при термическом бурении и расширении шпуров и скважин.

12..Расчёт показателей разрушения скальных пород при термическом дроблении негабаритов, термическом резании и поверхностной обработке блочного камня.

13..Расчёт показателей разрушения налипших и намёрзших рыхлых и связных пород при термодинамической очистке рабочих поверхностей транспортных средств.

14. Расчёт времени и глубины подсушивания кусков горной массы в потоке высокотемпературной газовой среды.

3.5. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

1. Расчёт параметров процесса теплообмена при извлечении тепла земных недр.

2. Расчёт параметров процесса промерзания связных пород на уступах карьеров.

3. Расчёт параметров процесса искусственного замораживания грунтов.

4. Расчёт параметров процесса подземной выплавки серы.

5. Расчёт параметров процесса хрупкого термического разрушения горных пород.

6. Обоснование длины угольного канала подземного газогенератора П-образной формы при подземной газификации углей.

7. Расчёт параметров процесса термодинамического разрушения мёрзлых рыхлых и связных пород в режиме оттаивания с абляцией.

1. Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термодинамические процессы в горных породах: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1990. – 360 с.

2. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология: Учебное пособие. – М.: Изд-во МГГУ, 2001. – 656 с.

3. Гончаров С.А., Каркашадзе Г.Г., Янченко Г.А. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине "Термодинамика".

– М., МГГУ, 1996. – 39 с.

4. Гончаров С.А., Янченко Г.А. Методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплине "Физические процессы горного производства". Раздел "Термодинамические процессы". – М., МГИ, 1983. – 53 с.

5. Янченко Г.А. Руководство к решению задач по физическим методам разрушения горных пород. Часть 1. Термические и термомеханические методы разрушения. – М.: МГГУ, 2003. – 103 с.

б) дополнительная:

1. Закоршменный И.М., Янченко Г.А. Практикум по дисциплинам "Геохимические процессы горного производства", "Термодинамика". – М., МГГУ, 1996. – 93 с.

2. Теплофизические аспекты освоения ресурсов недр / Аренс В.Ж., Дмитриев А.П., Дядькин Ю.Д. и др. – Л.: Недра, 1988. – 336 с.

3. Воропаев А.Ф. Тепловое кондиционирование рудничного воздуха в глубоких шахтах. – М.: Недра, 1979. – 192 с.

4. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера. – М.: Недра, 1968. – 258 с.

5. Кришер О. Научные основы техники сушки: Пер. с нем. / Под ред.

Гинзбурга А.С. – М.: Издатинлит, 1961. – 539 с.

6. Насонов И.Д. Замораживание фильтрующих горных пород. – М.:

Недра, 1968. – 187 с.

8. Насонов И.Д., Ресин В.И. Моделирование физических процессов в горном деле. – М.: Издательство Академии горных наук, 1999. – 343 с.

9. Ржевский В.В. Подземное сжигание углей: Учебное пособие. – М., МГИ, 1990. – 84 с.

10. Селиванов Г.И., Янченко Г.А., Закоршменный И.М. Расчёт параметров газификации и сжигания угля в подземных условиях: Учебное пособие – М., МГГУ, 1994. – - 70 с.

11. Скафа П.В. Подземная газификация углей. – М.: Госгортехиздат, 1960. – 322 с.

Составитель