Определение скоростной высоты

Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.

Р = _в× h × g,

где _в - плотность воды (т/м³); h – высота столба воды (м); g – ускорение свободного падения (м/с²).

На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давление Р = 100 КПа = 0,1 МПа, которое при расчетах не учитывается.

Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Н_г, представляющий совокупность пьезометрической h_р и геометрической z высот (рис.4).

Рис. 4. Схема образования гидростатического напора в водонасыщенном массиве горных пород: 0 – 0 – плоскость сравнения напоров

Пьезометрическая h_р высота характеризует долю потенциальной энергии, обусловленную гидростатическим давлением. Геометрическая z высота – потенциальной энергией, относительно произвольно выбранной плоскости сравнения.

Н_Г= h_р + z

Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) h_v.

, где u – действительная скорость движения воды.

Тогда величина H_Г = h + z + h_v,

где h – высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случаи от точки А). Она харак-теризует долю потенциальной энергии обусловленную гидростатическим давление.

z – это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случаи от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. Характеризует потенциальную энергию водонасыщенного объёма относительно произволь-но выбранной плоскости сравнения напоров (в нашем случаи плоскости сравнения напоров для группы ТО-1 - +135 м, ТО-2 - +140 м, ТО-3 - +145 м).

Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот – есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива и отражает полную энергию движущегося потока.

В природе существует два вида движения:

- ламинарный (слоистый) – малые скорости, слои жидкости движутся независимо друг от друга не перемешиваясь.

- турбулентный (беспорядочный) – большие скорости перемещения частиц в различных направлениях, слои жидкости перемешиваются.

Для определения режима течения (переход от ламинарного к турбулент-ному) используют число Рейнольдса Re, которое меняется в зависимости от вязкости и плотности жидкости, размеров протоков, т.е. от литологического состава и физического состояния породы. Например, для песков Re @ 50¸60.

Полное (общее) давление, оказываемое столбом породы плотностью g и высотой z₀ на единичную горизонтальную площадку:

,

где s_z – уравновешивается реакцией минерального скелета и гидростатического давления в поровой жидкости: s_z = s_эф + s_н, где s_эф – эффективное (воспринимаемое минеральным скелетом) напряжение; s_н – нейтральное (отвечающее гидростатическому давлению в воде) напряжение.

Пример расчета:

Вода в состоянии покоя при отсутствии внешних сил на свободной поверхности обладает гидростатическим давлением.

Р = _в× h × g = 1,0×12×9,8=117,7 т/м²= 1,177 КПа

где _в - плотность воды (т/м³); h – высота столба воды (м); g – ускорение свободного падения (м/с²).

На поверхности воды, связанной с атмосферой, атмосферное давлении Р = 100 КПа = 0,1 МПа.

Энергетическим показателем воды, которая покоится в порах горных пород, является гидростатический напор Н_г, представляющий совокупность пьезометрической h_р и геометрической z высот. Для безнапорного водоносного горизонта в центральной скважине №16 применительно к выбранной т.А (см.рис.3)

Н_Г= h_р + z = 12 + 13,5 = 25,5 м

Вода при движении обладает и кинетической энергией, доля которой оценивается величиной скоростного напора (или скоростной высотой) h_v.

м, где u – действи-тельная скорость движения воды, размерность которой при расчетах переводится в м/с.

Тогда H_Г = h + z + h_v = 12 + 13,5 +2,79×10^-12 = 25,5 +2,79×10^-12 м,

где h – высота столба воды в выработке с проницаемыми стенками или дном, измеряемая от дна выработки (в нашем случае от точки А), z – это геометрическая высота от дна выработки (в нашем случае от точки А) до горизонтальной плоскости сравнения напоров. В нашем случаи плоскость сравнения напоров +150 м.

Т.к. скоростная высота слишком мала, и стремиться к нулю, то ею можно пренебречь.

Сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высот – есть величина постоянная для данной точки водонасыщенного массива, и отражает полную энергию движущегося потока.