Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны

Соловьев, Дмитрий Егорович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны"

На правах рукописи

0034Ви«^(

СОЛОВЬЕВ ДМИТРИЙ ЕГОРОВИЧ

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО РЕЖИМОВ НЕСТАЦИОНАРНОЙ СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК КРИОЛИТОЗОНЫ

Специальность 25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

2 23иЭ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск - 2009

003480257

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН

Научный руководитель - доктор технических наук Хохолов Юрий Аркадьевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук Кузьмин Георгий Петрович кандидат технических наук Слепцов Василий Иннокентьевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Якутский государственный университет

Защита состоится 18 ноября 2009 г. в 16— часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 003.020.01 при Учреждении Российской академии наук Институте горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН по адресу: 677018, г. Якутск, проспект Ленина, Д.43,

тел/факс 8(4112)33-59-30

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГДС СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить в адрес Института.

Автореферат разослан «/■£ » октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

им. М.К. Аммосова»

канд. техн. наук

Ткач С.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Добыча полезных ископаемых в районах Крайнего Севера сопряжена с целым радом специфических сложностей, основными из которых являются наличие многолетней мерзлоты и крайне жесткие климатические условия. При подземной добыче тепловой режим горных выработок шахт и рудников в этих условиях является одним из основных факторов, определяющих технологию, безопасность и комфортность ведения горных работ.

Проблеме регулирования теплового режима шахт и рудников Севера уделяется большое внимание, разработаны различные методики расчета температурного режима в выработках и массиве горных пород. В то же время анализ методов прогноза температурного режима шахт и рудников Севера показал, что разработанные методы не отличаются универсальностью и предназначены, в основном, для прогноза тепловых условий при постоянных параметрах вентиляционной сети и длины выработок. Однако, как известно, рудник является динамично развивающимся объектом, т.к. идет постоянная проходка новых выработок, происходит ввод в эксплуатацию новых горизонтов и блоков, в вентиляционную сеть вводятся (или из нее выводятся) отдельные ветви, что влияет на формирование температурного и вентиляционного режимов рудника. В связи с этим разработка новых более совершенных методов прогноза температурного и вентиляционного режимов рудников криолитозоны с учетом развития сети выработок является актуальной научной и практической задачей.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГДС СО РАН по проекту 25.2.3 «Особенности деформирования и разрушения геоматериалов в условиях неоднородных температурных и силовых полей», проекту 7.7.1.3 «Исследование влияния силовых и температурных полей на процессы, происходящие в верхних слоях земной коры при техногенном воздействии» (№ гос.рег. 01.2.007 06515) и хоздоговорной темы № 037-07/07 «Обосновать тепловой режим подземного рудника на Накынском поле и степень его влияния на основные производственные процессы», а также поддержана грантом президента РС(Я) для молодых ученых и студентов (№58-РП от 05.02.2008 г.)

Объект исследований: Тепловой режим и воздухораспределение в горных выработках шахт и рудников криолитозоны.

Предмет исследований: Закономерности взаимовлияния процессов теплообмена и воздухораспределения в горных выработках при ведении подземных горных работ в условиях криолитозоны.

Целью работы является разработка методов прогноза температурного и вентиляционного режимов сети подземных горных выработок рудников криолитозоны с учетом динамики развития горных работ, необходимых для разработки рекомендаций по управлению тепловыми процессами.

Идея работы заключается в совместном решении задач теплообмена и воздухораспределения в нестационарной сети горных выработок криолитозоны. Задачи исследований:

1. Провести натурные исследования температурного режима горных выработок и окружающего массива горных пород на рудниках криолитозоны;

2. Разработать математические модели теплообмена в горных выработках с учетом фазовых переходов влаги в рудничном воздухе и горных породах, наличия теплозащитных покрытий;

3. Разработать методику расчета теплового режима и воздухораспределения в шахтах и рудниках криолитозоны с учетом нестационарности сети горных выработок.

Методы исследований - математическое моделирование тепловых процессов в горных выработках и породном массиве; методы вычислительной математики и программирования; методы теории графов; методы натурных исследований температурного режима в горных выработках и окружающем массиве горных пород.

Положения выносимые на защиту:

1. Математическая модель теплообмена в горных выработках криолитозоны, учитывающая температурно-влажностные условия внешней среды, геометрические параметры, взаимовлияние соседних выработок, фазовые переходы влаги в рудничном воздухе и горных породах, позволяющая рассчитать микроклимат в выработках и ореолы протаивания вокруг них.

2. Методика совместного расчета воздухораспределения и теплового режима в нестационарной сети горных выработок шахт и рудников криолитозоны, позволяющая прогнозировать расход воздуха, температуры воздуха и окружающих горных пород, а также их ореолы протаивания во всех выработках сети.

3. Методика расчета температурного режима горной выработки в период проходки с учетом движения забоя, параметров вентиляции и фазовых переходов влаги в окружающем массиве горных пород.

Достоверность и обоснованность полученных автором результатов обеспечивается: строгостью и корректностью математической постановки задач воздухораспределения и теплообмена в горных выработках; использованием хорошо апробированных методов решения задач и экспериментальных исследований; удовлетворительной сходимостью результатов расчетов и натурных наблюдений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана трехмерная математическая модель теплообмена в горных выработках, отличающаяся от известных тем, что учитывает температурно-влажностные условия и геометрию дневной поверхности, а также взаимовлияние соседних горных выработок;

- разработаны методика и программный комплекс совместного расчета венти-

ляционного и теплового режимов на рудниках криолитозоны, новизна которой заключается в том, что учитывается развитие сети горных выработок;

- разработана методика расчета температурного режима горной выработки в период проходки, новизна которой заключается в учете движения забоя и влияния условий проходки на формирование теплового режима.

Практическое значение работы заключается в том, что:

- разработанные методики и программы позволяют прогнозировать температурный и вентиляционный режимы горных выработок, температуру окружающего массива пород и ореолы протаивания в рудниках криолитозоны при развитии горных работ, которые необходимы для обеспечения безопасности и комфортности условий труда, оценки устойчивости выработок, и могут быть использованы при проектировании рудников;

- сделан расчет температурного режима проектируемого алмазодобывающего рудника на Накынском поле с учетом специфических геокриологических и климатических особенностей района, результаты расчетов переданы в институт «Якутнипроалмаз»;

- методика расчета температурного режима тупиковой выработки с учетом движения забоя позволяет выбрать рациональные режимы вентиляции в летний период проходки, при которых сохраняется мерзлое состояние окружающих пород, что способствует безопасности работ.

Личный вклад автора состоит: в разработке математических моделей и методик расчета теплового режима и воздухораспределения в горных выработках шахт и рудников криолитозоны, учитывающих динамику развития горных работ; в создании комплекса программ на основе разработанных математических моделей и методик; в проведении натурных наблюдений за температурным режимом массива горных пород на строящемся руднике «Удачный».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на: семинарах и заседаниях ученого совета ИГДС СО РАН (г. Якутск), научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2006, 2007, 2008 гг.), II Всероссийской конференции «Информационные технологии в науке, образовании и экономике» (г. Якутск, 2007 г.), VIII научно-технической конференции, посвященной памяти профессора Н.С. Иванова «Современные проблемы теплофизики в условиях Крайнего Севера» (г. Якутск, 2007 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность горного производства в РС(Я)» (г. Якутск, 2008 г.), Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов «Математическое моделирование развития северных территорий российской федерации», (г. Якутск, 2008 г.).

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 10 работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в научных изданиях, рекомендованных ВАК России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и двух приложений, изложенных на 161 странице машинописного текста и содержит 61 рисунок, 11 таблиц, список литературы из 129 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен аналитический обзор научных работ, посвященных проблемам математического моделирования процессов теплопереноса в горных породах с учетом фазовых переходов поровой влаги, методам расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников, а также прогноза теплового режима тупиковых горных выработок.

Проблемами регулирования теплового режима шахт и рудников Севера занимались Ю.Д. Дядькин, П.Д. Чабан, Ю.В. Шувалов, В.Н. Скуба, А.Ф. Галкин, А.Ф. Зильберборд, Е.Е. Петров, В.А. Шерстов, В.Ю. Изаксон и др. Анализ их работ показал, что методики расчета температурного режима выработок разработаны для одиночных выработок. Совместное решение задач теплового режима и воздухораспределения в стационарной сети горных выработок рассмотрено в работах Ю.А. Хохолова.

Дальнейшее развитие методов расчета и управления тепловым режимом шахт и рудников криолитозоны требует учета не только вентиляционного режима, но и динамики развития горных работ, так как добавление или погашение отдельных, либо совокупности горных выработок, приведет к изменению параметров воздухораспределения и теплового режима во всей сети выработок.

Вопросам прогнозирования теплового режима в тупиковых горных выработках посвящены работы А.Н. Ягельского, А.Ф. Воропаева, А.Е. Величко, А.Н. Щербаня, В.П. Черняка, H.A. Брайчевой, Э.Н. Малашенко, Л.Б. Зимина, А.Ф. Галкина и др. В их работах выработка рассматривалась с неизменяющимися во времени длиной и контуром, не учитывалось влияние скорости проходки выработки на формируемый тепловой режим. В действительности постоянное перемещение груди забоя после каждого проходческого цикла и, соответственно, циклическое обнажение массива горных пород с естественной температурой, а так же регулярное наращивание вентиляционного трубопровода по мере продвижения забоя непосредственно влияют на температуру воздуха в выработке.

Вторая глава посвящена математическому моделированию теплообмена вентиляционного воздуха с окружающими горными породами с учетом наличия теплоизоляции и фазовых переходов влаги в породах.

При расчетах температурного режима сети горных выработок, а также в расчетах количества циклов замораживания-оттаивания горных пород вокруг выработок при наличии комбинированной крепи, применялась осесимметрич-

ная постановка задачи теплообмена воздуха в горных выработках с окружающим массивом пород. Рассматриваемый массив горных пород вокруг выработки представляет собой область в виде полого цилиндра. Уравнение сохранения энергии в выработке имеет вид:

= 0 < х < (1)

Эг & ) Л/ от л-Я] кч

где Т„ -температура воздуха в вьфаботке, "С; Тст - температура стенки выработки, °С; С» - объемная эффективная теплоемкость влажного воздуха, Дж/(м3-К); г - время, с; V -скорость воздуха выработке, м/с; х — продольная координата, м; а - коэффициент теплообмена между рудничным воздухом и стенками выработки, Вт/(м2-К); ц - тепловыделения поступающие в воздушную среду из различных источников тепла расположенных в выработке (Вт/м); Кв и Ь - соответственно радиус и длина выработки, м.

Объемная эффективная теплоемкость воздуха рассчитывается с учетом влажности и температуры по формуле:

С. =с„Р.+(сл+г-п^р„-<р, (2)

где се, рв (ст Рп) - удельная теплоемкость (Дж/(кг-К)) и плотность (кг/м3) соответственно для сухого воздуха (пара); г - скрытая теплота парообразования, Дж/кг; «/- коэффициент, зависящий от температуры, 1/°С; ф - относительная влажность воздуха, доли единицы.

Коэффициент П1 учитывает зависимость влагосодержания, насыщенного водяными парами воздуха, от его температуры:

0,0777 - (Г, + 273,15) -1

Г,+273,15

Плотность пара рассчитывается по следующей формуле:

(3)

_ 600,36-ехр(0,0777-Г.)

Ип (Т, +273,15) ' 1 '

где Я„ - газовая постоянная пара, Дж/(кг-К).

Распространение тепла в слое теплоизоляции описывается следующим уравнением теплопроводности:

о ±

°иР" а я ж.

дг

Я—

+ 0<х<Ь, Яв-Зю <Л<йв, (5)

сх

Ти - температура теплоизоляции, °С; си, ри и Хи - соответственно удельная теплоемкость (Дж/(кг-К)), плотность (кг/м3). и коэффициент теплопроводности (Вт/(м-К)) теплоизоляции; Я - радиальная координата, м; 8т - толщина теплоизоляции, м.

Расчет изменения температуры в слое теплоизоляции в отличие от традиционно принятого подхода, когда изоляция рассматривается как термическое

сопротивление, позволяет учесть инерционность распространения тепла в теплоизоляционном слое.

На границе раздела теплоизоляция - горная порода задается граничное условие IV рода:

" дк

Т =Т

» 1 и 1 >

R = R„

(6)

где Т- температура горных пород, °С; X - коэффициент теплопроводности горных пород, Вт/(м-К).

На поверхности теплоизоляции задается граничное условие III рода:

a(Tcm-T,) = Xu^, R=Re - Sm.

(7)

Процесс распространения тепла в массиве горных пород с учетом фазовых переходов влаги описывается следующим двухмерным уравнением теплопроводности:

Л(Т)■R

¿Т 8R

дх.

МЛ

, 0<X<L, (8)

(9)

с = кр.;г<г*; х\х,-т<т*-,

\с2р2;Т>Т*. [Я2;Т>Т*,

где с/, р1, Я/ (с2, Р2, Яг) - удельная теплоемкость (Дж/(кг-К)), плотность (кг/м3) и коэффициент теплопроводности (Вт/(м-К)) соответственно для мерзлых (талых) пород; Ьф - скрытая теплота фазовых переходов, Дж/кг; со - весовая влажность пород, доли единицы; Т* -температура фазовых переходов, °С; 5(Г-Г*) - дельта-функция Дирака.

Численная реализация математической модели осуществлялась конечно-разностным методом суммарной аппроксимации, который сводит многомерную задачу к последовательному решению одномерных задач. Одномерные задачи аппроксимировались неявными разностными схемами сквозного счета.

Двухмерные модели в цилиндрических координатах не в полной мере учитывают геометрию горных выработок и неоднородность окружающих пород. В отдельных случаях учет трехмерности крайне необходим, например, когда выработки расположены рядом в пределах их теплового взаимовлияния, а также при близком расположении к дневной поверхности.

Разработана математическая модель теплообмена двух близко расположенных горных выработок с окружающим массивом пород, которая также учитывает теплообмен с атмосферным воздухом на дневной поверхности. Схема расчетной области представлена на рисунке 1.

7Т7//

^1/1/1/1/

У'2 Х3 X, Х5 X

Рисунок 1 - Схема расчета теплового взаимодействия двух близко расположенных

выработок.

Математическая модель описывается трехмерным уравнением теплопроводности с учетом фазовых переходов влаги в породах, уравнениями сохранения энергии в выработках, граничными и начальными условиями:

[С(Г) +¿„■»■р-ЖГ-Т'*)}

ду

ИТ)-

дг

Х(Т)

81 ~ дх дТ

ЦТ)

дГ

дх

(х,у,г) е П,

(10)

На границах теплового влияния области О потоки тепла отсутствуют. На поверхности при у=0 задаем следующее краевое условие:

(П)

Л(Т)- — = а1-(Т-Т2), у = 0, 0<,х<х5, 0<гйг2,

где а.\- коэффициент теплообмена поверхности земли с атмосферным воздухом, Вт/(м2-К); Тг - температура наружного воздуха, °С.

Уравнение сохранения энергии для воздуха в первой выработке имеет

вид:

а оу л • + 2 • }[Г(х, ,у,г) + Т(х2 ,у,I) - 2 • Г3]Д},

(12)

где Г3 - температура воздуха в первой выработке, °С; 51 - площадь сечения выработки, м\

Аналогичный вид имеет уравнение сохранения энергии для воздуха во второй выработке.

Начальные распределения температур в окружающем массиве пород и в выработках, а также значения температуры воздуха на входе в выработку - задаются.

Коэффициент конвективного теплообмена поверхности грунта с атмосферным воздухом рассчитаем по формуле:

6.16 + 4.19• V,, 0< V, <5;

«1 Н 1>7» (13)

[7.56-у,0'78, 5 <у, <30; 4

где у„ - скорость ветра, м/с.

Для численной реализации математической модели использовались те же методы, что и в двухмерной модели, при этом учет теплового взаимовлияния соседних выработок осуществляется методом итераций.

В третьей главе представлены методика расчета воздухораспределения и теплового режима сети горных выработок с учетом динамики развития горных работ и разработанный на ее основе программный комплекс, а также результаты численного моделирования температурного и вентиляционного режимов проектируемого подземного алмазодобывающего рудника.

В основу методики положены две математические модели. Первая из них описывает тепловой режим в выработках криолитозоны и приведена во второй главе, а вторая модель описывает распределение воздушных потоков в сети горных выработок с учетом температурных условий (естественной тяги) и работы вентиляторов.

Решение задачи воздухораспределения сводится к решению системы уравнений, составленных на основании первого (14) и второго (15) законов Кирхгофа для шахтных вентиляционных сетей:

!>,•<?;•— = ' = 1,2,...,« — 1, (14)

у=0 Рс

¡ = 12,...,т-п + 1, (15)

Р, у=1 Рс

& = \ =а0+а^ + а2д2 (16)

qj- расход воздуха в ]-й выработке, м3/с; г}- - аэродинамическое сопротивление }-й выработки, Н-с2/м8; р; - плотность воздуха в }-й выработке, кг/м3; ра - стандартная плотность воздуха, кг/м3; hвj - депрессия .¡-го вентилятора, Па; г„, гк -геодезические высоты соответственно в начале и конце ветви, м; § - ускорение свободного падения, м/с2; а, - определяются по характеристике вентиляторов; а,XV, еи - параметры сети.

В отличие от модели, разработанной Ю.А. Хохоловым, в данной работе предлагается методика расчета воздухораспределения и теплового режима рудника, учитывающая развитие сети горных выработок. Блок-схема методики представлена на рисунке 2. Новизна методики состоит в том, что весь расчет-

ный период работы рудника условно разбивается на отдельные этапы. Вначале каждого этапа (г, нач) происходит добавление в сеть новых ветвей и узлов, а в конце этапов (г/ ко„) определенные ветви и узлы исключаются из сети. Добавление и удаление ветвей в корне изменяет состояние сети и, соответственно, изменяются параметры уравнений законов Кирхгофа. Результаты расчетов температурных полей в выработке и окружающем массиве пород в конце ¡-го этапа работы рудника сохраняются и служат исходными данными при расчетах ¡+1 этапа.

Методика реализована в виде программного комплекса, обладающего следующими возможностями: интерактивный ввод теплофизических характеристик горных пород, информации о топологии вентиляционной сети; просмотр рассчитанных данных в табличном виде и их распечатку на принтере; графический просмотр всей сети в двух и трехмерном режиме.

С Начало

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма методики.

С использованием разработанного программного комплекса были проведены расчеты температурного и вентиляционного режимов при проектировании подземного алмазодобывающего рудника на Накынском поле при различных вариантах вскрытия и отработки двух рядом расположенных трубок «Нюрбинская» и «Ботуобинская».

В качестве примера приводится один из вариантов расчета, когда проветривание горных выработок осуществляется по фланговой схеме. Свежий воздух подается по клетевому стволу (КС) основной промышленной площадки рудника, с выдачей исходящей струи через скиповой ствол (СС), а также через вспо-

могательный скиповой ствол (ВСС) расположенный на дополнительной промышленной площадке у трубки «Нюрбинская».

Поскольку в выработках поддерживается положительный температурный режим (не менее +2°С на воздухоподаче ствола КС) и расходы воздуха достаточно большие, происходит прогрессирующее протаивание окружающих мерзлых горных пород. Максимальная глубина оттаивания вокруг стволов на отметке +254 в конце их эксплуатации будет: для ствола КС - 10,5 (рис. 3); для ствола СС - 8,9 м; для ствола ВСС - 8,2 м (рис. 4). Наиболее интенсивное протаивание происходит в первые годы.

Как видно из рисунка 4, интенсивность протаивания вокруг ствола ВСС на отметке +254 снижается в 6, 11 и 17 годы от начала эксплуатации рудника. На отметке -30 снижение интенсивности протаивания наблюдается в 11 и 17 годы. Подобная картина наблюдается и на скиповом стволе. Это связано с введением крупных блоков горных выработок в вентиляционную сеть, например в 6 и 11 годы были введены новые выработки на горизонтах -30 и -130. В результате теплообмена с мерзлыми окружающими горными породами происходит интенсивное охлаждение вентиляционного воздуха, что приводит к временному уменьшению скорости протаивания пород вокруг воздуховыдающих стволов.

12 т-

г 10 - -

-♦-ОТМ.+254 -«- отм+70 -Х-ОТМ.-130 —ж- отм.-230 -•-отм.-ЗЗО -Н—отм.-430

10 15

Время, год

12 -

!-10-

-•- отм. +254 -нотм.-ЗО -*-отм.-130 -«-отм.-230 -А-ОТМ.-330

---. - .

Время, год

Рисунок 4 - Динамика глубины протаивания вокруг ВСС.

Рисунок 3 - Динамика глубины протаивания вокруг КС.

Полученные расчетные значения по глубине оттаивания вокруг вентиляционных стволов и горизонтальных выработок рудника использованы при выборе параметров крепи.

В четвертой главе приведено описание математической модели для расчета температурного режима выработки в период ее проходки. В отличие от существующих моделей теплообмена в тупиковых выработках разработанная модель позволяет учесть изменение ее длины.

В общем виде математическая модель аналогична двухмерной модели описанной во второй главе. Дополнительно учитываются теплообмен между вентиляционным воздухом в выработке и воздухом в вентиляционном трубо-

проводе, а также теплообмен с забоем выработки и транспортируемой по выработке отбитой горной массой.

Уравнения сохранения энергии в вентиляционном трубопроводе и выработке имеют следующий вид:

где 77 и Т: - соответственно температура воздуха в трубопроводе и выработке, °С; Ri и R2 соответственно радиус трубопровода и выработки, м; аг коэффициент теплопередачи от воздуха внутри трубопровода к рудничному воздуху через его стенку, Вт/(м2-К); V/ и v2 - соответственно скорость воздуха в трубопроводе и выработке, м/с; а2- коэффициент теплообмена между рудничным воздухом и стенками выработки, Вт/(м2-К); Тст - температура стенки выработки, °С.

Температура воздуха в выработке при х = L рассчитывается по следующей формуле с учетом теплообмена с забоем выработки:

_CtGT^ + а} (яЯ* + 2яй2/, ) • Тжб % = L 2 Cfi + a^jiRl+lnR^) ' 1 '

где а3 - коэффициент теплообмена со стенкой забоя, Вт/(м2-К); G - расход воздуха, м3/с; li - расстояние между концом трубы и забоем, м; Т1а6- средняя температура стенки забоя, °С.

Алгоритм расчета температурного режима тупиковых выработок следующий: поперечные размеры расчетной области выбираются с учетом теплового влияния вокруг выработки, длина расчетной области превышает конечную длину проходимой выработки на величину теплового влияния. В начальный момент времени первичная длина выработки равна шагу проходки. При этом рассчитываются температуры воздуха в выработке и трубопроводе, а также температура окружающего массива пород с учетом теплообмена с забоем выработки и транспортируемой отбитой горной массой. Перед следующим циклом проходки температуры в массиве горных пород запоминаются, и при расчетах после подвигания забоя используются как начальные данные. Данная процедура повторяется до окончания проходки выработки.

На основе разработанной модели были проведены численные эксперименты по расчету теплового режима тупиковой выработки при различных скоростях подвигания забоя, режимах проветривания, температуры подаваемого в выработку воздуха и свойств пород.

На рисунке 5 показаны глубины протаивания вмещающих пород при различных скоростях подвигания забоя на момент достижения забоем длины 180 м. Расчеты проводились при следующих параметрах: режим проветривания постоянный нагнетательный; расход воздуха 144 м3/мин (принимаемый по фактору разжижения газов после взрывных работ); температура подаваемого в выра-

0,5

0,4

2 о,з

f 0,2 £

0,1 0

-о-1,5 м/смену -в- 2 м/смену 3 м/смену

i г;.;.

/К—. .

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Длина, м

ботку воздуха +10 °С; естественная температура пород -4 °С; теплопроводность талых и мерзлых пород соответственно 1,6 и 2,0 Вт/(м-К); теплоемкость сухой породы 900 Дж/(кг-К); плотность породы 1800 кг/м3; влажность породы 0,1, 0,2 и 0,3 д.е.

При трехсменном (восьмичасовом) режиме работы и скоростях подвига-ния забоя 1,5,2 и 3 м в смену забой выработки переместится на расстояние 180

м соответственно через 40, 30 и 20 суток.

Как видно из графиков, чем выше скорость подвига-ния забоя, тем на большем расстоянии от груди забоя окружающие выработку породы остаются в мерзлом состоянии и тем меньше глубина про-таивания в устьевой части, что положительно влияет на устойчивость выработки. Через 20 суток глубина оттаивания пород вокруг выработки на входе будет при скоростях подвигания забоя: 1,5 м/смену - 0,18 м; 2 м/смену - 0,16 м; 3 м/смену - 0ДЗ м. То есть увеличение скорости подвигания забоя приводит к снижению интенсивности протаивания окружающих горных пород.

При переменном режиме проветривания на такие технологические операции как бурение шпуров, взрывные работы и уборка породы, подается максимальное из рассчитанных значений расхода воздуха Q„m■ В тоже время при креплении горных выработок и вспомогательных работах достаточно подавать

минимально необходимое его количество Qmtn.

На рисунке 6 приведены графики глубины протаивания при постоянном и переменном режимах проветривания выработки. При переменном режиме проветривания в течении 3,75 ч максимальный расход воздуха

, ПППКПТГЛП 1 АЛ

¿max i

Рисунок 5 - Глубина протаивания пород вокруг выработки при достижении длины 180 м для различных скоростей подвигания забоя. Температура и расход воздуха соответственно +10 °С и 144 м3/мин.

0,5

2 0,4

я X 0,3

ю Л 0,2

0,1 0

Постоянный Q = 144 м3/мин

-в-Переменный Отах = 144м3/мин Qmin = 72 мЗ/мин

ibS-a-i

20 40

60 60 100 120 140 160 180 Длина, м

Рисунок 6 - Глубина протаивания при достижении длины выработки 180 м, скорости подвигания забоя 2 м/смену, температуре поступающего воздуха +10 °С для различных режимов проветривания выработки.

£1тах равнялся 144 м /мин, а в течении 4,25 ч расход воздуха составлял Qmin=12 м3/мин.

Как видно из рисунка 6, при переменном режиме проветривания ореол протаивания пород на входе в выработку уменьшается примерно в два раза с 0,23 до 0,12 м, а длина призабойного участка, породы вокруг которого остаются мерзлыми, увеличивается в два раза с 30 до 60 м по сравнению с постоянным режимом.

Снижение температуры поступающего в выработку воздуха до +5 °С и ниже позволяет сохранить окружающий массив горных пород в мерзлом состоянии при постоянном режиме проветривания при расходах <2 до 144 м3/мин, а при переменном режиме при расходах Qmax до 300 м3/мин.

Таким образом, мерзлое состояние окружающего массива горных пород, а следовательно устойчивость горных выработок и безопасность ведения горных работ при проходке выработок в летний период, можно обеспечить применяя рациональный режим вентиляции, параметры которого могут быть рассчитаны по разработанной модели.

В пятой главе приводятся результаты исследований температурного режима массива горных пород вокруг вентиляционных скважин, пройденных с уступа борта карьера на горизонте +115 строящегося рудника "Удачный". Задача возникла в связи с тем, что вентиляционные скважины расположены близко к откосу уступа, их тепловое влияние в летний период может негативно сказаться на его устойчивости.

Рисунок 7 - Схема расчета теплового взаимодействия вентиляционных скважин и откоса борта карьера.

Для прогноза температурного режима была использована разработанная трехмерная математическая модель, описанная во второй главе. Схема расчетной области для поставленной задачи приведена на рисунке 7.

Расстояние между скважинами составляет 5 м, а крайняя скважина пройдена на расстоянии

12 м от кромки уступа борта карьера. Угол откоса равен 70°. Параметры горных пород следующие: естественная температура -4 °С; теплопроводность талых и мерзлых пород соответственно 1,5 и 1,52 Вт/(м-К); теплоемкость сухой породы 980 Дж/(кг-К); плотность 2525 кг/м3; влажность 2%.

Были проведены численные расчеты на период до 10 лет эксплуатации скважин при естественном тепловом режиме и подогреве поступающего в скважины воздуха в зимний период до -10 °С.

Для примера на рисунке S показаны температурные изолинии на конец лета 10-го года эксплуатации вентиляционных скважин при естественном тепловом режиме. Как видно из графиков, к концу лета происходит протаивание пород со стороны склона борта и вокруг вентиляционных скважин на глубину до 3 м, а ореолы протаива-ния вокруг скважин смыкаются и температура пород в средней части составляет примерно 0 - +1 °С. Горные породы между 1-й скважиной и бортом карьера находятся в мерзлом состоянии с температурой -5 °С.

При подогреве поступающего воздуха до -10 °С температура горных пород между скважиной и склоном борта карьера на этот же момент времени будет -3°С.

В 2007-2008 гг. нами проводились наблюдения за тепловым режимом на строящемся руднике «Удачный», в том числе за температурным состоянием пород вокруг вентиляционных скважин, расположенных на уступе северного борта карьера. Были пробурены 4 геотермические скважины глубиной 20-40 м, в которых размещались термогирлянды. Замеры температур производились с периодичностью две недели в течение с апреля по декабрь 2008 г. Полученные результаты замеров были использованы для проверки адекватности разработанной математической модели.

Совпадение расчетных и измеренных значений температур было удовлетворительным. В качестве примера на рисунке 9 приведены распределения температуры горных пород по глубине на 01.09.2008, полученные по результатам наблюдений на замерной станции ТС-3-40 (расположена посередине между вентиляционными скважинами) и значений, полученных расчетным путем.

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Б5

Рисунок 8 - Температурные изолинии в конце лета 10-го года при естественном тепловом режиме: а - вертикальное сечение, Ь - горизонтальное сечение на глубине 8 м.

Отклонение расчетных и измеренных температур горных пород на глубине свыше 10 метров находилось в пределах точности измерений температуры. На глубине до 4 метров в зоне интенсивного влияния поверхности отклонение измеренных и расчетных температур не превышало 2 °С.

Таким образом, как показали проведенные расчеты на период до 10 лет горные породы между вентиляционными скважинами и бортом карьера сохраняются в мерзлом состоянии круглый год и наличие скважин в данном случае не оказывает отрицательного влияния на устойчивость уступа, происходит лишь сезонное оттаивание пород.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научно-практической задачи прогноза температурного и вентиляционного режимов рудников криолитозоны: разработаны модели, алгоритмы и программы расчета температурного и вентиляционного режимов сети горных выработок криолитозоны, отличающиеся тем, что учитывают развитие сети и динамику проходки выработок, что позволяет повысить точность и информативность расчетов тепловых и вентиляционных режимов шахт и рудников криолитозоны.

Основные результаты и выводы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1. Разработана трехмерная математическая модель теплообмена в горных выработках, отличающаяся от известных тем, что учитывает температурно-влажностные условия и геометрию дневной поверхности, а также взаимовлияние двух близко расположенных горных выработок.

2. Разработаны методика и программный комплекс совместного расчета вентиляционного и теплового режимов сети горных выработок на рудниках криолитозоны, новизна которой заключается в том, что разработанная методика учитывает развитие сети выработок и позволяет прогнозировать динамику изменений расхода и температуры воздуха, а также ореолы протаивания во всех выработках вентиляционной сети.

Рисунок 9 - Температура горных пород на измерительной станции ТС-3-40, расположенной между вентиляционными скважинами по данным замеров и результатам расчетов (01.09.2008).

3. Методика расчета температурного режима горной выработки в период проходки позволяет выбрать рациональные режимы вентиляции выработки в летнее время, при которых сохраняется мерзлое состояние окружающих пород, что положительно влияет на устойчивость выработки.

4. Сделан расчет температурного и вентиляционного режимов проектируемого алмазодобывающего рудника на Накынском поле. Рассчитаны температурные условия и расходы воздуха в выработках, ореолы протаивания вокруг них при поэтапном вводе новых блоков на весь период работы рудника, в частности максимальная глубина протаивания вокруг клетевого ствола за период эксплуатации составит 10,5 м, скипового ствола - 8,9 м, и вокруг вспомогательного скипового ствола - 8,2 м.

5. Проведенные расчеты температурного режима массива горных пород вокруг вентиляционных скважин, пройденных с уступа борта карьера на горизонте +115 строящегося рудника "Удачный" на период эксплуатации до 10 лет, показали, что горные породы между вентиляционными скважинами и бортом карьера сохраняют мерзлое состояние круглый год и наличие скважин в данном случае не оказывает отрицательного влияния на устойчивость уступа, происходит лишь сезонное оттаивание пород. Сравнение результатов расчета температурного режима с данными натурных наблюдений за двухлетний период показало удовлетворительное совпадение, что доказывает адекватность разработанной модели.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: Издания, рекомендованные ВАК Минобрнауки

1. Курилко, A.C. Математическая модель для расчета количества циклов замораживания-оттаивания горных пород в выработках криолитозоны [Текст] / A.C. Курилко, Ю.А. Хохолов, Д.Е. Соловьев // Горн, информ.-аналит. бюллетень. Тематическое приложение «Физика горных пород».-2006. - С.211-220.

2. Хохолов, Ю.А. Тепловое взаимодействие мерзлого массива пород и центрально-сближенных скважин, пройденных с уступа глубокого карьера [Текст] / Ю.А. Хохолов, A.C. Курилко, Д.Е. Соловьев // Горн, информ.-аналит. бюллетень. -2008.-№7. - С.234-239.

3. Соловьев, Д.Е. Расчет неравномерной теплоизоляции при знакопеременном тепловом режиме в горной выработке криолитозоны [Текст] / Д.Е. Соловьев // Горн, информ.-аналит. бюллетень. -2008. -№10. - С.263-267.

4. Хохолов, Ю.А. Температурный режим многолетнемёрзлого горного массива при ведении проходческих работ [Текст] / Ю.А. Хохолов, Д.Е. Соловьев //Горн. информ.-аналит. бюллетень. -2009. №4,- С. 177-182.

5. Хохолов, Ю.А. Прогноз теплового режима рудника с учетом динамики развития горных работ [Текст] / Ю.А. Хохолов, Д.Е. Соловьев // Горн, информ.-аналит. бюллетень. -2009.-№5. - С.270-275.

Прочие издания

6. Соловьев, Д.Е. Расчет неравномерной теплоизоляции в горной выработке криолитозоны [Текст] / Д.Е. Соловьев // «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых»: 2 Международная научная школа молодых ученых и специалистов, Москва, 3-8 октября 2005 г. - М.:ИПКОН РАН, 2005. - С. 67-69.

7. Соловьев, Д.Е. Программа расчета воздухораспределения и теплового режима сети горных выработок криолитозоны [Текст] / Д.Е. Соловьев // Материалы VII межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, и студентов, посвященной 50-летию Якутского государственного университета им. М.К. Аммосова. - Нерюнгри, 2006. - С.46-47.

8. Соловьев, Д.Е. Расчет воздухораспределения и теплового режима сети горных выработок криолитозоны с использованием ЭВМ [Текст] / Д.Е, Соловьев // «Информационные технологии в науке, образовании и экономике»: материалы II Всероссийской научной конференции, Якутск, 6-8 ноября 2007 г. -Якутск: Изд-во ЯГУ, 2007. - Ч. 2. - С.71-73.

9. Соловьев, Д.Е. Математическое моделирование тепловых процессов в тупиковых выработках шахт и рудников криолитозоны [Текст] / Д.Е. Соловьев, Ю.А. Хохолов // «Математическое моделирование развития северных территорий РФ»: материалы Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, Якутск, 23-25 мая 2008 г. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 2008. - С.43-44.

Ю.Соловьев, Д.Е. Совместное решение задач теплообмена и воздухораспределения в руднике криолитозоны с учетом динамики развития горных работ [Текст] / Д.Е. Соловьев // «Безопасность горного производства в республике Саха (Якутия)»: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию д.т.н., проф., действ, члена АГН РФ E.H. Чемезова. -Якутск, 2008. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 2008. - С.64-66.

Подписано в печать 06.10.2009. Формат 60х 84/16. Гарнитура «Тайме». Печать офсетная. Печ. л. 1,31. Уч.-изд. л. 1,64. Тираж 100 экз. Заказ № 2 Я 5 .

Издательство ЯГУ, 677891, г. Якутск, ул. Белинского, 58.

Отпечатано в типографии издательства ЯГУ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Соловьев, Дмитрий Егорович

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРЕДМЕТ, СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Особенности подземной разработки полезных ископаемых в крио-литозоне.

1.2 Методы прогноза тепловых условий в горных выработках.

1.3 Воздухораспределение в вентиляционных сетях шахт и рудников.

1.3.1 Методы расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях шахт и рудников.

1.3.2 Программные комплексы расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях.

1.4 Методы прогноза теплового режима тупиковых горных выработок

1.5 Постановка цели и задач исследований.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТОКАХ КРИОЛИТОЗОНЫ.

2.1 Двухмерная математическая модель процесса теплообмена в горных выработках криолитозоны.

2.2 Учет теплозащитной крепи на поверхности горной выработки.

2.3 Трехмерная математическая модель теплового взаимодействия мерзлого массива пород и двух близко расположенных выработок.

3 СОВМЕСТНЫЙ РАСЧЕТ ВЕНТИЛЯЦИОННОГО И ТЕПЛОВОГО РЕЖИМОВ'РУДНИКА КРИОЛИТОЗОНЫ С УЧЕТОМ РАЗВИТИЯ СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК.

3.1 Расчет воздухораспределения в вентиляционных сетях.

3.2 Методика расчета вентиляционного и теплового режимов сети горных выработок криолитозоны с учетом динамики развития горных работ

3.3 Программный комплекс расчета воздухораспределения и температурного режима сети подземных горных выработок криолитозоны.

3.4 Прогноз теплового режима подземного рудника на Накынском поле

3.4.1 Общая характеристика и варианты отработки месторождений Накынского поля.

3.4.2 Расчет температурного режима подземного рудника, при варианте вскрытия месторождений с двух промышленных площадок. .•.

4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ^ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТКАХ ШАХТ И РУДНИКОВ КРИОЛИТОЗОНЫ. 864.1 Математическая модель процессов теплообмена в тупиковой выработке с учетом движения забоя. 86.

4.2 Расчет необходимого количества воздуха при^проветривании тупиковых выработок в период проходки. 93'

4.3 Расчет температурного.режима тупиковой выработки с учетом движения забоя.

4.3.1 Постоянный режим проветривания тупиковой горной выработки

4.3.2 Переменный режим проветривания тупиковой выработки.

5 НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯМ А ИЗМЕНЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ' ГОРНЫХ ПОРОД В ВЫРАБОТКАХ РУДНИКА «УДАЧНЫЙ».

5.1 Проведение натурных наблюдений.за температурным-режимом массива горных пород вокруг выработок опережающего вскрытия рудника «Удачный».

5.2 Натурные наблюдения и прогнозтемпературногорежима мерзлого массива пород и центрально-сближенных скважин, пройденных с уступа глубокого карьера.

5.2.1 Математическая модель теплового взаимодействия центрально-сближенных скважин и массива горных пород уступа карьера.

5.2.2 Натурные наблюдения за температурным режимом массива горных пород в районе расположения вентиляционных скважин и сравнение экспериментальных данных с результатами расчета.

5.2.3 Прогноз температурного режима массива горных пород в районе расположения вентиляционных скважин.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны"

Актуальность работы. Добыча полезных ископаемых в районах Крайнего Севера сопряжена с целым рядом специфических сложностей, ос-, новными из которых являются наличие многолетней мерзлоты и крайне жесткие климатические условия. При подземной добыче тепловой режим горных выработок шахт и рудников в этих условиях является одним из основных факторов, определяющих технологию, безопасность и комфортность ведения горных работ.

Проблеме регулирования теплового режима шахт и рудников Севера уделяется большое внимание, разработаны различные методики расчета тем-' пературного режима в выработках и массиве горных пород. В то же время анализ методов прогноза температурного режима шахт и рудников Севера показал, что разработанные методы не отличаются универсальностью и предназначены, в основном, для прогноза тепловых условий при постоянных параметрах вентиляционной сети и длины, выработок. Однако, как известно, рудник является динамично развивающимся объектом, т.к. идет постоянная проходка новых выработок, происходит ввод в эксплуатацию новых горизонтов и блоков, в вентиляционную сеть вводятся (или из нее выводятся) отдельные ветви; что влияет на формирование температурного и вентиляционного режимов рудника. В связи с этим разработка новых более совершенных методов прогноза температурного и вентиляционного режимов рудников криолитозоны с учетом развития сети выработок является актуальной научной и практической задачей.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГДС СО РАН по проекту 25.2.3 «Особенности деформирования и разрушения геоматериалов в условиях неоднородных температурных и силовых полей», проекту 7.7.1.3 «Исследование влияния силовых и температурных полей на процессы, происходящие в верхних слоях земной коры при техногенном воздействии» (№ гос.рег. 01.2.007 06515) и хоздоговорной темы № 037-07/07 «Обосновать тепловой режим подземного рудника на Накынском поле и степень его влияния на основные производственные процессы»,.а также подцержана грантом президента РС(Я) для молодых ученых и студентов (№58-РП от 05.02.2008 г.)

Объект исследований:: Тепловой режим и воздухораспределение в горных выработках шахт и рудников криолитозоны.

Предмет исследований:; Закономерности-: взаимовлияниям процессов, теплообмена и воздухораспределения в горных выработках при* ведении подземных горныхработв условиях криолитозоны. \

Целью работы является разработка.методов прогноза температурного и вентиляционного режимов ; сети- подземных горных выработок рудников криолитозоны^ с. учетом - динамики* развития? горных работ, необходимых для-разработкифекомендаций по управлению тепловыми; процессами:.

Идея работы, заключается* в совместном решении задач теплообмена и воздухораспределения в нестационарной, сети горных выработок криолито- . зоны.

Задачи исследований:.

1. Провести натурные, исследования температурного'режима^горных выработок и окружающего массиваторных пород на рудниках криолитозоны;

2. Разработать математические модели теплообмена в горных выработках с учетом.фазовых переходов влаги в,рудничном воздухе и горных породах, наличия теплозащитных покрытий;

3. Разработать методику расчета теплового режима и воздухораспределения в шахтах и рудниках криолитозоны: с учетом; нестационарности сети горных выработок.

Методы: исследований - математическое моделирование тепловых процессов; в. горных: выработках и породном массиве; методы вычислительной: математики и программирования; методы теоришграфов; методы.натурных исследований температурного режима в^горных выработкахи: окружающем массиве горных пород.

Положения выносимые на защиту:

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны методика и программный комплекс совместного расчета вентиляционного и теплового режимов на рудниках криолитозоны, новизна ко-" торой заключается в том, что учитывается развитие сети горных выработок;

Практическое значение работы заключается в том, что:

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Соловьев, Дмитрий Егорович

Основные результаты и выводы, полученные лично автором, заключаются в следующем:

4. Сделан расчет температурного и вентиляционного режимов проектируемого алмазодобывающего рудника на Накынском поле. Рассчитаны температурные условия и расходы воздуха в выработках, ореолы протаивания вокруг них при поэтапном вводе новых блоков на весь период работы рудника, в частности максимальная глубина протаивания вокруг клетевого ствола за период эксплуатации составит 10,5 м, скипового ствола — 8,9 м, и вокруг вспомогательного скипового ствола - 8,2 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Соловьев, Дмитрий Егорович, Якутск

1. Щербань, А.Н. Руководство по регулированию теплового режима шахт Текст. / А.Н. Щербань, О.А. Кремнев, В.Я. Журавленко. М.: Недра, 1977. - 359 с.

2. Дядькин, Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера Текст. / Ю.Д. Дядькин. М.: Недра, 1968. - 256 с.

3. Дядькин, Ю.Д. Тепловой режим рудных, угольных и россыпных шахт Севера Текст. / Ю.Д. Дядькин, А.Ф. Зильберборд, П.Д. Чабан. М.: Наука, 1968.- 172 с.

4. Воропаев, А.Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах Текст. / А.Ф. Воропаев. М.: Недра, 1966. - 359 с.

5. Шувалов, Ю.В. Регулирование теплового режима шахт и рудников Севера: Ресурсосберегающие системы Текст. / Ю.В. Шувалов. JL: Изд-во ЛГУ, 1988.- 196 с.

6. Ельчанинов, Е.А. Проблемы управления термодинамическими процессами в зоне влияния горных работ Текст. / Е.А. Ельчанинов. -М.:Наука,1989. -240 с.

7. Гендлер, С.Г. Тепловой режим подземных сооружений Текст. / С.Г. Гендлер. Л.: Изд. ЛГИ, 1987. - 102 с.

8. Скуба, В.Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях вечной мерзлоты Текст. / В.Н. Скуба. Новосибирск: Наука, 1974. - 120 с.

9. Изаксон, В.Ю. Математическое моделирование тепломассообмена в горных выработках Арктики Текст. / В.Ю. Изаксон, В.И. Слепцов, С. Бан-допадхай, Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т горного дела Севера. Новосибирск: Наука, 2000. - 120 с.

10. Шерстов, В.А. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии Текст. / В.А. Шерстов, А.Н. Скуба, К.И. Лубий, К.Н. Костромитинов -Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1981. 188 с.

11. Галкин, А.Ф. Тепловой режим подземных сооружений Севера Текст. / А.Ф. Галкин. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 304 с.

12. Галкин, А.Ф. Теплоаккумулирующие выработки Текст. / А.Ф. Галкин, Ю.А. Хохолов, Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т горного дела Севера. Новосибирск: ВО «Наука». Сиб. издательская фирма, 1992.

13. Шерстов, В.А. Тепловой режим россыпных шахт криолитозоны Текст. / В.А. Шерстов, В.В. Киселев, Ю.А. Хохолов. — Якутск: Изд-во ЯНЦ,, СО РАН, 2007. -316 с.

14. Авксентьев, И.В. Теплоизоляция горных выработок в условиях многолетней мерзлоты Текст. / И.В. Авксентьев, В.Н. Скуба, Акад. наук СССР, Сиб. отделение, Якут, филиал, Ин-т горного дела Севера. Новосибирск: Наука, 1984. - 176 с.

15. Изаксон, В.Ю. Расчет крепи горных выработок в многолетней мерзлоте Текст. /В.Ю. Изаксон, Е.Е. Петров, А.В. Самохин, Акад. наук СССР, Сиб/ отделение, Якут, филиал, Ин-т горного дела Севера. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988.- 124 с.

16. Попов, Ф.С. Вычислительные методы инженерной геокриологии Текст. / Ф.С. Попов, Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т физ.-тех. проблем Севера. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1995. -136 с.г

17. Галкин, А.Ф. Набрызгбетонная теплозащитная крепь Текст. / А.Ф. Галкин, В.В. Киселев, А.С. Курилко, Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т горного дела Севера. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. - 164 с.

18. Ершов, Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах Текст. / Э.Д. Ершов. М.: Изд-во МГУ, 1979. - 213 с.

19. Жесткова, Т.Н. Формирование криогенного строения грунтов Текст. /

20. Т.Н. Жесткова. М.: Наука, 1982. - 215 с.

21. Конищев, В.Н., Рогов В.В. Микростроение грунтов, испытавших многократное замораживание и оттаивание Текст. / В.Н. Конищев, В.В. Рогов // Проблемы криологии. М.: Изд-во МГУ, 1977. - Вып. 2 - С. 90-94.

22. Шестернев, Д.М. Криогипергенез крупнообломочных и скальных пород криолитозоны Текст. / Д.М. Шестернев, Ин-т мерзлотоведения СО РАН. -Якутск, 1997. 120 с.

23. Пчелинцев, A.M. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов Текст. / A.M. Пчелинцев. М.: Наука, 1964. - 260 с.

24. Сергеев, Е.М. Инженерная геология Текст. / Е.М. Сергеев. М.: Изд-во МГУ, 1982.-248 с.

25. Шушерина, E.JI. Изменение физико-механических свойств грунтов под воздействием промерзания и последующего оттаивания Текст. / Е.Д. Шушерина // Материалы по физике и механике мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

26. Цытович, И.А. Механика мерзлых грунтов Текст. / Н.А. Цытович. М.: Высш. школа, 1973. - 446 с.

27. Курилко, А.С. Экспериментальные исследования влияния циклов замораживания-оттаивания на физико-механические свойства горных пород Текст. / А.С. Курилко. Якутск: ЯФ ГУ «Изд-во СО РАН», 2004. - 154 с.

28. Круглов, Ю.В. Моделирование систем оптимального управления возду-хораспределением в вентиляционных сетях подземных рудников Текст. / Ю.В. Круглов: автореф. дис. . канд. техн. наук: 25.00.20. Пермь, 2006. - 20 с.

29. Widzyk-Capehart, Е. Agnew gold mine expansion mine ventilation evaluation using Ventsim Text. / E.Widzyk-Capehart, B.Watson // ICEE 2001: 7th International Mine Ventilation Congress June 17-22, 2001. Cracow, Poland, 2001.-P. 345-352.

30. Wallace, K.G., Jr. General operational characteristics and industry practices, of mine ventilation systems Text. / K.G.Wallace, Jr. // ICEE 2001: 7th International Mine Ventilation Congress, June 17-22, 2001. Cracow, Poland, 2001. - P. 229-234.

31. Цой, П.В. Методы расчета задач тепломассопереноса Текст. / П.В. Цой.- М.: Энергоатомиздат, 1984. 416 с.

32. Лыков, А.В. Тепломассообмен: справочник Текст. / А.В. Лыков. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

33. Беляев, Н.М. Методы теории теплопроводности: В 2-х частях Текст. / Н.М. Беляев, А.А. Рядно. М.: Высшая школа, 1982. - Ч. 1. - 327 с.

34. Карелоу, Х.С. Теплопроводность твердых тел Текст. / Х.С. Карслоу, Д.К. Егер. М.: Наука, 1964. - 488 с.

35. Брайчева, Н.А. Методы расчета температуры вентиляционного воздуха подземных сооружений Текст. / Н.А. Брайчева, В.П. Черняк, А.Н. Щербань.- Киев: Наукова думка, 1981. 183 с.

36. Дядькин, Ю.Д. Теоретические и экспериментальные основы прогноза теплового режима шахт Севера Текст. / Ю.Д. Дядысин, Ю.А. Буденный // Записки ЛГИ. Л.: Недра, 1968. - Вып. 1, Т. 55. - С. 47-55. - Библиогр.: с. 55.

37. Тихонов, А.Н. Уравнения математической физики Текст. / А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. М.: Наука, 1977. - 736 с.

38. Будак, Б.М. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задач Стефана Текст. / Б.М. Будак, Е.Н. Соловьева, А.Б. Успенский // Журнал вычислит, мат. и мат. физики. 1965. - Т. 5, №5. - С. 828-846.' -' Библиогр.: с. 846.

39. Самарский, А.А. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана Текст. / А.А. Самарский, Б.Д. Моисеенко // Журнал вычислит. мат. и мат. физики. 1965. - Т. 5, №5. - С. 816-827. - Библиогр.: С. 827.

40. Самарский, А.А. Вычислительная теплопередача Текст. / А.А. Самарский, П.Н. Вабищевич- М.: Едиториал УРСС, 2003. -784 с.

41. Васильев, В.И. Тепломассоперенос в промерзающих и протаивающих грунтах Текст. / В.И. Васильев, A.M. Максимов, Е.Е. Петров, Г.Г. Цыпкин -М.: Наука: Физматлит, 1996. 224 с.

42. Павлов, А.Р. Математическое моделирование процессов тепломассопе-реноса и температурных деформаций в строительных материалах при фазовых переходах Текст. / А.Р. Павлов. Новосибирск: Наука, 2001. - 176 с.

43. Охлопков, Н.М. Методологические вопросы теории и практики разностных схем Текст. / Н.М. Охлопков. Иркутск: Изд-во Ирк. гос. ун-та, 1989. - 256 с.

44. Будак, Б.М. Разностные методы решения некоторых краевых задач типа Стефана Текст. / Б.М. Будак, Ф.П. Васильев, А.Б. Успенский // Численные методы в газовой динамике. М.: Изд-во МГУ, 1965. - Вып. 4. - С. 139183. -Библиогр.: с. 183.

45. Васильев, Ф.П. О методике конечных разностей для решения однофазной задачи Стефана Текст. / Ф.П. Васильев // Журн. вычисл. мат. и мат. физики. 1963. - Т. 3, №5. - С. 861-873. - Библиогр.: с. 873.

46. Будак, Б.М. Численное решение задачи типа Стефана для одной квазилинейной параболической системы Текст. / Б.М. Будак, В.Г. Меламед // Вычислительные методы и программирование. М.: Изд-во МГУ, 1967. - Вып. 8. - С. 121-138. - Библиогр.: с. 138.

47. Кудрин, В.Д. Задача Стефана для вещества, помещенного в контейнер конечной длины Текст. / В.Д. Кудрин, О.А. Махоткин // Математические проблемы химии. Новосибирск: Наука, 1970. - С. 57-74. - Библиогр.: с. 74.

48. Петров, Е.Е Разработка численных методов прогнозирования и управления устойчивостью горных выработок в области многолетней мерзлоты Текст. / Е.Е. Петров: автореф. дис. . канд. техн. наук: 01.04.14; защищена 10.02.1984 [ИГДС] Якутск, 1983. - 17 с.

49. Hsiao, J.S. An efficient algorithm for finite-difference analyses of heat transfer with melting and solidification Text. / J.S. Hsiao // Numer. Heat Transfer. -1985. -Vol.8, N 6. P. 653-666.

50. Васильев, В.И. Численное интегрирование дифференциальных уравнений с нелокальными граничными условиями Текст. / В.И. Васильев; Акад. наук СССР, Сиб. отделение, Ин-т физ.-техн. проблем Севера. Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1985. - 159 с.

51. Цой, С. Электронно-вычислительная техника в вентиляционной службе шахт Текст. / С. Цой, С.М. Цхай. Алма-Ата: Наука, 1966. - 235 с.

52. Абрамов, Ф.А., Автоматизация проветривания шахт Текст. / Ф.А. Абрамов, В.А. Бойко. Киев: «Наукова думка», 1967. - 304 с.

53. Акутин,. К.Г. Управление воздухораспределением в шахтной- вентиляционной сети Текст. / К.Г. Акутин, Е.И. Филиппович, JI.A. Шойхет. -М.: Недра, 1977. 128 с.

54. Цой, С. Автоматическое управление вентиляционными: системами шахт Текст. / G. Цой. Алма-Ата, 1975. - 236 с.

55. Мустель, П.И. Рудничная аэрология Текст. / П.И. Мустель. — М.: «Недра», 970. 216 с.

56. Багриновский, А.Д. Электрическое моделирование рудничных вентиляционных сетей, Текст. / А.Д Багриновский, Изд-во АН СССР. М., 1957.

57. Васильеву О.Ф. Газотермодинамический' расчет магистральных и промысловых газопроводов и их систем с помощью ЭВМ1 Текст. / О.Ф. Васильев, А.Ф.Воеводин // Численные методы механики сплошной5 среды. 1976. -Т. 7, №3. - С. 30-44. - Библиогр.: с. 44.

58. Васильев, О.Ф. Неизотермическое течение газа в трубах Текст.' /' О.Ф; Васильев, Э.А. Бондарев, А.Ф; Воеводин, М.А. Каниболотский. Новосибирск: Наука, 1978. - 128 с.

59. Бондарев, Э.А. Термогидродинамика систем добычи и транспорта газа Текст. / Э.А. Бондарев, В.И. Васильев, А.Ф; Воеводин и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - 272 с.

60. Воеводин, А.Ф. Методы решения одномерных эволюционных систем Текст. / А.Ф. Воеводин, С.М. Шугрин; Рос. акад. наук, Сиб. отделение, Ин-т гидродинамики. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1993. - 368 с.

61. Цой, С., Основы теории вентиляционных сетей Текст. / С. Цой, Е.И. Рогов. Алма-Ата: «Наука», 1965. - 283 с.

62. Ушаков, К.З. Аэрология горных предприятий Текст. / К.З. Ушаков; А.С. Бурчаков, JI.A. Пучков, И.И. Медведев; под ред. К.З. Ушакова. Изд. 3-е, перераб^ и доп. - М.: Недра, 1987.-421 с. - Библиогр.: с. 411.

63. Абрамов, Ф.А. Воздухораспределение в вентиляционных сетях шахт Текст. / Ф.А. Абрамов, Р.Б. Тян, В.Я. Потемкин. Киев: Наукова-думка, 1971.- 136 с.

64. Евдокимов, А.Г Потокораспределение в инженерных сетях Текст. / А.Г. Евдокимов, В.В. Дубовский, А.Д. Тевяшев. -М.: Стройиздат, 1979. 199 с.

65. Ушаков, В.К. Численный метод решения нелинейных оптимизационных-" -задач регулирования систем сетевой структуры Текст. / В.К. Ушаков // Горный информационно-аналитический!бюллетень. 2000. - №6. - С. 228-230. -Библиогр.: с. 230.

66. Мохирев, Н.Н. Средняя ошибка отклонения воздухораспределения от расчетного в выработках калийных рудников // Известия вузов. Горный журнал. 1981. - № Ю. - С. 42 - 44.

67. Иванов, В.В. Проветривание шахт и рудников с учетом аэродинамики Текст. / В.В. Иванов, Г.К. Рязанцев; Акад. наук Каз. ССР, Ин-т горного дела.- Алма-Ата: Наука, 1989. 144 с. -Библиогр.: с. 139-142.

68. Хохолов, Ю.А. Расчет температуры и воздухораспределения в сети горных выработок рудника «Айхал» Текст. / Ю.А.Хохолов // Наука и образование. 2005. - №1. с. 25-28. - Библиогр.: с. 28.

69. Sasaki, К. An integrated mine ventilation simulator "MIVENA Ver. 6" with applications Text. / K. Sasaki, C. Dindiwe // Proc. of the North American / Ninth U.S. Mine Ventilation Symposium. Kingston, Canada, 2002. - P. 243-251.

70. Heim, G. Grube-V: The special software in a group ware environment Text. / G.Heim, C.Aguilar, R.Hunefeld /ЯСЕЕ 2001: 7th International Mine Ventilation Congress June 17-22, 2001.- Cracow, Poland,2001.-P.325-330.

71. Вассерман, А.Д. Блок «САПР ВС рудника» в системе АИС горного предприятия Текст. / А.Д. Вассерман, В.В. Осинцев // Горный информационно аналитический бюллетень - 2000. - №3. - С. 182-185. - Библиогр.: с. 185.

72. Международной научной конф. посвящ. 275-летию образования Российской академии наук., Апатиты, 23-25 марта, 1999. Апатиты, 2001. - Ч. 1. - С. 9198. - Библиогр.: с. 98.

73. Тюрин, В.П. Поблочный способ создания математической модели сложных вентиляционных систем шахт Текст. / В.П. Тюрин., Н.И. Патюкова // Борьба с авариями в шахтах (Кемерово). 2000. - № 15. - С. 26-29. - Библиогр.: с. 29.

74. Кравченко, Н.М. Решение задач рудничной вентиляции в нормальных и аварийных условиях Текст. / Н.М.Кравченко // Уголь Украины. 2002. - № 6. - С. 34-38. - Библиогр.: с. 38.

75. Кравченко, М.В., Кравченко Н.М. Опыт внедрения программного комплекса «Вентиляция шахт» Текст. / М.В. Кравченко, Н.М.Кравченко // Уголь Украины. 2003. - № 2. - С. 26-28. - Библиогр.: с. 28.

76. Круглов, Ю.В. Расчет сложных вентиляционных сетей на ЭВМ Текст. / Ю.В.Круглов // Изв. вузов. Горный журнал. 2004. - №2. - С. 46-49. - Библиогр.: с. 49.

77. Щербань, А.Н. Методика расчета температуры вентиляционной струи в' тупиковых горных выработках Текст. / А.Н. Щербань, Э.Н. Малашенко, Л.Б. Зимин. Киев: Мпп при КиНХ, 1975. - 66 с.

78. Малашенко, Э.Н., Зимин Л.Б. Методы тепловых расчетов тупиковых горных выработок Текст. / Э.Н. Малашенко, Л.Б. Зимин // Тепловой режим глубоких угольных шахт и металлических рудников. Киев: Наук. Думка, 1977.-С. 101 - 116.

79. Ягелъский, А.Н. Тепловые расчеты вентиляционного воздуха выработок с тупиковым забоем в глубоких угольных шахтах Текст. / А.Н. Ягель-ский. М.: Недра, 1960. - 143 с.

80. Величко, А.Е. Тепловой расчет тупиковых выработок Текст. / А.Е. Величко // Разработка месторождений полезных ископаемых. Киев: Техника, 1978. - Вып. 49. - С. 40 - 44.

81. Воропаев, А.Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах Текст. / А.Ф. Воропаев. М.: Недра, 1966. - 249 с.

82. Щербань, А.Н. Методы расчета температуры воздуха в строящихся горных выработках и воздухопроводах для их проветривания Текст. / А.Н. Щербань, В.П. Черняк, Н.А. Брайчева // ФТПРПИ. 1977. - №5. - С. 69 - 76.

83. Черняк, В.П. Тепловые расчеты подземных сооружений Текст. / В.П. Черняк. Киев: Наук, думка, 1993. - 200 с.

84. Баратов, Э.И., Черняк В.П. Тепловые расчеты и способы охлаждения рудничного воздуха при строительстве глубоких шахт Текст. / Э.И. Баратов, В.П. Черняк. М.: Недра, 1968. - 123 с.

85. Охлопков, Н.М. Численные методы решения задач теплообмена подземных и наземных сооружений с мерзлым грунтом Текст. / Н.М. Охлопков,

86. B.И. Васильев, Ф.С. Попов, Т.А. Капитонова, Е.Е. Петров // Методы механики сплошной среды. Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1977. - С. 5-18. -Библиогр.: с. 18.

87. Лариков, Н.Н. Теплотехника Текст.: учеб. для вузов / Н.Н.Лариков. -3-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1985. - 432 с.

88. Самарский, А.А. Теория разностных схем Текст.: уч. пособие / А.А.Самарский. -2-е изд., исправл. М.: Наука, 1983. - 616 с.

89. Соловьев, Д.Е. Расчет неравномерной теплоизоляции при знакопеременном тепловом режиме в горной выработке криолитозоны Текст. / Д.Е.Соловьев // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. -№10.- С.263-267.

90. Куртенер, Д.А., Чудновский А.Ф. Расчет и регулирование теплового режима в открытом и защищенном грунте Текст. / Д.А. Куртнер, А.Ф. Чудновский. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 299 с.

91. Павлов, А.В. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы Текст. / А.В. Павлов. Новосибирск: Наука, 1980. - 240 с.

92. Яненко, Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики Текст. / Н.Н.Яненко. Новосибирск: Наука, 1967. -196 с.

93. Фомичев, В.И. Вентиляция тоннелей и подземных сооружений Текст. / В.И. Фомичев.- Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1991. 200 с.

94. Хохолов, Ю.А. Прогноз теплового режима рудника с учетом динамики развития горных работ Текст. / Ю.А.Хохолов, Д.Е.Соловьев // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009.-№4. С. 177-182.

95. Подземный рудник на месторождениях тр. «Ботуобинская» и тр. «Нюрбинская». Обоснование инвестиций в строительство подземного рудника. Т 2. Кн 2.: Горно-технологические решения (ОИ 4134-01.ПЗ); Институт «Якутнипроалмаз». Мирный, 2006. - 339 с.

96. Галкин, А.Ф. Регулирование теплового режима при проходке выработок в мерзлых породах Текст. / А.Ф. Галкин // Безопасность труда в промышленности. 2008. - №7. - С. 28-31.

97. Изаксон, В.Ю. Прогноз термомеханического состояния многолетне-мерзлого массива Текст. / В.Ю. Изаксон, Е.Е. Петров, И.И. Ковлеков. — Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. 108 с.

98. Юдаев, Б.Н. Теплопередача Текст. / Б.Н. Юдаев. М., «Высш. Школа», 1973.-360 с.

99. Хохолов, Ю.А. Температурный режим многолетнемёрзлого горного массива при ведении проходческих работ Текст. / Ю.А. Хохолов, Д.Е. Соловьев // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. №5. - С. 270-275.

100. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом: утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 13 мая 2003 г. №30 Текст. / http://www.znakcomplect.ru.

101. Шехурдин, В.К. Проведение подземных горных выработок Текст.: учеб. пособие для техникумов / В.К. Шехурдин, Е.Н. Холобаев, В.И. Несмот-ряев. М.: Недра, 1980. - 205 с.

102. Баранников, Н.М. Стационарные установки рудников и шахт Текст.: учеб. пособие. Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1985. - 196 с.

103. Емельянов, В.И. Подземная разработка многолетнемерзлых россыпей Текст. / В.И. Емельянов, Ю.А. Мамаев, Е.Д. Кудлай // М.: Недра, 1982. 240 с.

104. Лешков, В.Г. Разработка россыпных месторождений Текст. / В.Г. Лешков. М.: «Недра», 1977. - 461 с.

105. Чабан, П.Д. Расчет охлаждения рудничного воздуха в необсаженных ледяных каналах Текст. / П.Д. Чабан, В.П. Афанасьев, В.В. Журкович // Колыма. 1976. - №12. - С. 39-42

106. Проект «Рудник «Удачный». Вскрытие гор. -305 м и -380 м с отм. -170 м карьера. Г-0089.06.01. Основные положения проекта вентиляции и ведениягорных работ при проходке наклонного съезда. ФГУП «Гипроцветмет». М.: 2005.

107. Фельдман Г.М. Пособие по прогнозу температурного режима грунтов Якутии Текст. / Г.М. Фельдман, А.С. Тетельбаум, Н.И. Шендер и др. / Отв. ред. П.И. Мельников. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН СССР, 1988. -240 с.

108. Справочник по климату СССР. Д.: Гидрометеоиздат, 1968. - Вып. 24, Ч. IV. - 348 с.

Информация о работе

Соловьев, Дмитрий Егорович
кандидата технических наук
Якутск, 2009
ВАК 25.00.20

Диссертация

Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы