ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЛЕДОПОРОДНОГО ОГРАЖДЕНИЯ СТРОЯЩИХСЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ ПОСРЕДСТВОМ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ДВУМЕРНОЙ ЗАДАЧИ ДАРСИ-СТЕФАНА

Авторы

  • М.А. СЕМИН Горный институт УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/ECHO.2019.1.17

Ключевые слова:

ледопородное ограждение, численное моделирование, задача Дарси-Стефана, шахтный ствол, искусственное замораживание грунтов

Аннотация

В статье рассмотрена двумерная двухфазная задача Дарси-Стефана применительно к проблеме искусственного замораживания обводненного породного массива при проходке шахтных стволов. Численное решение поставленной задачи получено с использованием метода конечных разностей на регулярной неоднородной сетке. Исследована зависимость времени смыкания ледопородного ограждения от фильтрационных характеристик породного массива и параметров фазового перехода влаги для условий строящихся шахтных стволов рудника Петриковского горно-обогатительного комбината. Определены критические скорости фильтрации грунтовых вод, влияние которых следует учитывать при моделировании замораживания породного массива. Получено, что задаваемые зависимости количества незамерзшей влаги в массиве и проницаемости массива от температуры сильно влияют на поле скоростей грунтовых вод и расчетные параметры ледопородного ограждения.

Поддерживающие организации
Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации в рамках научного проекта № МК-6244.2018.5.

Библиографические ссылки

  1. Нечаенко В.И. Технология строительства вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях: дисс. … канд. техн. наук: 05.15.04. - Тула, 1998. - 204 с.
  2. Alzoubi M.A., Sasmito A.P., Madiseh A., Hassani F.P. Intermittent Freezing Concept for Energy Saving in Artificial Ground Freezing Systems // Energy Procedia. - 2017. - V. 142. - P. 3920-3925. DOI
  3. Holden J.T. Improved thermal computations for artificially frozen shaft excavations // Journal of Geotechnical Engineering. - 1997. - V. 123, № 8. - P. 696-701. DOI
  4. Hentrich N., Franz J. About the application of conventional and advanced freeze circle design methods for the Ust-Jaiwa freeze shaft project // Vertical and Decline Shaft Sinking: Good Practices in Technique and Technology, International Mining Forum, 23-27 february, Poland. - CRC Press/Balkema, 2015. - P. 89-104.
  5. Kim Y.S., Kang J.-M., Lee J., Hong S.-S., Kim K.-J. Finite element modeling and analysis for artificial ground freezing in egress shafts // KSCE Journal of Civil Engineering. - 2012. - V. 16, № 6. - P. 925-932. DOI
  6. Каймонов М.В., Хохолов Ю.А., Курилко А.С., Необутов Г.П. Методика расчета послойного намораживания пород при формировании льдопородного массива в горных выработках // Горн. информ.-аналит. бюл. - 2003. - № 9. - С. 47-49.
  7. Левин Л.Ю., Семин М.А., Зайцев А.В. Решение обратной задачи Стефана при анализе замораживания грунтовых вод в породном массиве // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, №3. - С. 655-663.
  8. Левин Л.Ю., Семин М.А., Паршаков О.С. Математическое прогнозирование толщины ледопородного ограждения при проходке стволов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2017. - № 5. - С. 154-161.
  9. Rodrigues J.F., Urbano J.M. On a Darcy-Stefan problem arising in freezing and thawing of saturated porous media // Continuum Mechanics and Thermodynamics. - 1999. - V. 11, № 3. - P. 181-191. DOI
  10. Sazhenkov S.A. Studying the Darcy-Stefan problem on phase transition in a saturated porous soil // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. - 2008. - V. 49, № 4. - P. 587-597. DOI
  11. Huang S., Guo Y., Liu Y., Ke L., Liu G., Chen C. Study on the influence of water flow on temperature around freeze pipes and its distribution optimization during artificial ground freezing // Applied Thermal Engineering. - 2018. - V. 135, May. - P. 435-445. DOI
  12. Hu R., Liu Q., Xing Y. Case study of heat transfer during artificial ground freezing with groundwater flow // Water (Switzerland). - 2018. - V. 10, № 10. - Номер статьи 1322. DOI
  13. Левин Л.Ю., Семин М.А., Зайцев А.В. Калибровка теплофизических свойств породного массива при моделировании формирования ледопородного ограждения строящихся шахтных стволов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2019. - № 1. - С. 172-184.
  14. Левин Л.Ю., Зайцев А.В., Семин М.А. Контроль теплового режима породного массива на основе применения оптоволоконных технологий мониторинга температур в скважинах // Горное эхо. - 2016. - № 1 (62). - С. 35-37.

Загрузки

Опубликован

12.08.2019

Выпуск

№ 1 (2019)

Раздел

Статьи

Как цитировать

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЛЕДОПОРОДНОГО ОГРАЖДЕНИЯ СТРОЯЩИХСЯ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ ПОСРЕДСТВОМ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ДВУМЕРНОЙ ЗАДАЧИ ДАРСИ-СТЕФАНА. (2019). Горное эхо, 1, 78-83. https://doi.org/10.7242/ECHO.2019.1.17