Solution of an Inverse Stefan Problem in Analyzing the Freezing of Groundwater in a Rock Mass

Levin, L. Yu.; Семин, М. А.; Av, Zaĭtsev

doi:10.1007/s10891-018-1782-3

Cited by 12 publications

(7 citation statements)

References 1 publication

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The article did not investigate other possible ways of unambiguous determination of soil thermal properties, for example, other methods of the inverse Stefan problem regularization (by Tikhonov [27][28][29]) or other methods of calculating the discrepancy functional. Also, the change in soil moisture content during freezing and its effect on the discrepancy functional are not studied.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Features of Adjusting the Frozen Soil Properties Using Borehole Temperature Measurements

Семин

Levin

Bogomyagkov

et al. 2021

Modelling and Simulation in Engineering

View full text Add to dashboard Cite

The paper examines the theoretical issues of using borehole temperature survey data to control a frozen wall formed around the sinking mine shafts of the Nezhinsk mining and processing plant potash mine. We consider adjusting the parameters of the mathematical model of the frozen soil based on temperature measurements in boreholes. Adjustment of the parameters of the mathematical model (thermophysical properties of the soil) is usually carried out by minimizing the discrepancy functional between the experimentally measured and model temperatures in the temperature control boreholes. An important question about the form of this functional and the existence of minima remained after the previous studies. The study aimed at this question included analysis of heat transfer in two horizontal layers (sand and chalk) for two shafts under construction using artificial ground freezing. It was shown that the discrepancy functional minimum under certain conditions moves over time or is nonunique. This phenomenon results in ambiguity in adjusting the mathematical model parameters in the frozen soil to fit the borehole temperature survey data. At the stage of the frozen wall growth, the effective thermal conductivity in the frozen zone can be determined ambiguously from the temperature measurements in the boreholes—its value can change over time. At the stage of maintaining the frozen wall, the solution turns out to be dependent on the ratio of effective thermal conductivities in the frozen and unfrozen zones.

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Features of Adjusting the Frozen Soil Properties Using Borehole Temperature Measurements

Семин

Levin

Bogomyagkov

et al. 2021

Modelling and Simulation in Engineering

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The temperature distributions along the depth of the TM wells are used to restore the temperature field in the entire soil volume under the action of AGF. This is usually performed by solving the inverse Stefan problem [8,22] in the enthalpy formulation [2,23].…”

Section: Theoretical Analysis Of Monitoring System Measurementsmentioning

confidence: 99%

Analysis of Temperature Anomalies during Thermal Monitoring of Frozen Wall Formation

Семин

Golovatyi²,

Pugin

2021

Fluids

View full text Add to dashboard Cite

The paper describes a distributed temperature sensing system that was used to monitor the artificial freezing of soils during the construction of a potash mine shaft. The technique of reconstructing the temperature field by solving the inverse problem in the entire volume of frozen soils using the measured temperatures in four thermal monitoring (TM) wells is described. Two local anomalies in temperature distributions in TM wells are described and analyzed theoretically using thermo-hydraulic modeling. The first anomaly concerns the asymmetric temperature distribution in one of the soil layers and is associated with the influence of natural groundwater flow in the horizontal direction. The second anomaly consists of a sharp decrease in water temperature in the section of the TM well located inside the freezing contour. Calculations showed that it is most likely associated with the entry of cold groundwater from the overlying layers of soils through a well filter at a depth of 160 m and the subsequent movement of the water up the well.

show abstract

“…Отличительной особенностью системы контроля является возможность прогнозирования температурного поля во всем объеме участка породного массива на откалиброванной термодинамической модели породного массива. Калибровка параметров модели производится посредством численного решения обратной задачи Стефана с использованием данных экспериментальных измерений температуры горных пород в контрольно-термических скважинах [10]. Система контроля ЛПО реализована на строящихся рудниках Петриковского ГОК ОАО «Беларуськалий», Нежинского ГОК ИООО «Славкалий» и Талицкого ГОК ЗАО «ВКК».…”

Section: экспериментальные измерения температуры горных породunclassified

Обоснование Технологических Параметров Термометрического Контроля Состояния Ледопородного Ограждения

Семин¹,

Зайцев²,

Parshakov³

et al. 2020

IZVESTIYA

View full text Add to dashboard Cite

Актуальность исследования обусловлена отсутствием в нормативных документах, регламентирующих выполнение контроля за породным массивом в условиях его искусственного замораживания, единых требований к организации и осуществлению контроля за формированием и состоянием ледопородного ограждения. Цель работы заключается в обосновании оптимальных технологических параметров термометрического контроля ледопородных ограждений строящихся шахтных стволов. Объектами исследования в настоящей работе являются замораживаемый породный массив и система искусственного замораживания. Методы: экспериментальные исследования динамики температуры замораживаемых горных пород, статистическая обработка и анализ экспериментальных данных; математическое моделирование термодинамических процессов, происходящих в условиях искусственного замораживания породного массива. Результаты. Приведены результаты обработки экспериментальных измерений температуры горных пород в контрольно-термических скважинах строящихся шахтных стволов способом искусственного замораживания. На основании обработки и анализа экспериментальных данных установлена закономерность влияния процесса искусственного замораживания на локальные участки породного массива. Проведено исследование влияния расположения контрольно-термической скважины на точность решения обратной задачи Стефана, позволяющей производить корректировку теплофизических свойств породного массива и рассчитывать температурное поле во всем объеме участка замораживаемого массива горных пород. Определено, что термометрическую скважину следует размещать в замковой плоскости ледопородного ограждения в точке с наименьшей температурой. На основе анализа аварийного выхода из строя замораживающих колонок найдено требуемое количество контрольно-термических скважин, которое позволяет обеспечить всесторонний контроль за состоянием ледопородного ограждения. При осуществлении термометрического контроля для установления достоверных параметров ледопородного ограждения и выполнения дальнейшего адекватного моделирования термодинамических процессов, происходящих в замораживаемом породном массиве, выполнено обоснование оптимального расположения и количества контрольно-термических скважин с необходимым пространственным разрешением измерений температуры горных пород по их глубине. По результатам проведенной работы разработана методика выбора технологических параметров способа термометрического контроля ледопородных ограждений шахтных стволов.

show abstract

Solution of an Inverse Stefan Problem in Analyzing the Freezing of Groundwater in a Rock Mass

Cited by 12 publications

References 1 publication

Features of Adjusting the Frozen Soil Properties Using Borehole Temperature Measurements

Features of Adjusting the Frozen Soil Properties Using Borehole Temperature Measurements

Analysis of Temperature Anomalies during Thermal Monitoring of Frozen Wall Formation

Обоснование Технологических Параметров Термометрического Контроля Состояния Ледопородного Ограждения

Contact Info

Product

Resources

About