Обоснование Технологических Параметров Термометрического Контроля Состояния Ледопородного Ограждения

Abstract

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.

Determination of technological parameters of rock freezing systems based on the condition of maintaining design thickness of ice wall

“…Как и ранее [5,10], аварийный режим работы системы замораживания связан с отключением (выхода из строя) одной из замораживающих колонок в момент перехода на пассивный режим замораживания. Отключение замораживающей колонки моделируется посредством задания нулевого коэффициента теплоотдачи на временном промежутке, начиная с момента перехода на пассивный режим замораживания.…”

“…В результате получено, что при небольших длительностях активного замораживания массива (менее 100 сут) уменьшение толщины ЛПО ∆E существенно нелинейно зависит от длительности активного замораживания, что связано с особенностями теплопереноса вблизи внутреннего и внешнего фронтов ЛПО. В настоящей работе мы сосредоточим внимание на другом интересном факте о критерии (10). При больших длительностях активного замораживания массива (более 100 сут) величина ∆E уменьшается с ростом длительности стадии активного замораживания пород и в конечном счете обращается в нуль -как для случая безаварийной работы системы замораживания, так и в аварийном случае при поломке одной из замораживающих колонок.…”

“…4 следует вполне закономерный факт: критерий ∆E является монотонно возрастающей функцией расстояния между соседними замораживающими колонками. Чем больше время активного замораживания, тем сильнее успевает охладиться и заморозиться породный массив и тем меньше значение критерия (10) и меньше отрицательный эффект от внезапного выхода из строя замораживающей колонки. В целом функциональный вид критерия ∆E(a) существенно нелинейный.…”

“…Для 50 сут активного замораживания при всех рассмотренных расстояниях между замораживающими колонками наблюдались ненулевые уменьшения толщины ЛПО. При этом для 150 сут активного замо-раживания критерий (10) обратился в нуль для всех рассмотренных расстояний, кроме 1,68 м. Для наиболее распространенных на практике расстояний между замораживающими колонками (от 1,1 до 1,3 м) толщина ЛПО будет уменьшаться, если время активного замораживания составляет менее 130 сут. Как отмечалось в работе [5], толщина ЛПО по изотерме фактического замерзания воды (около 0 °С) не уменьшается и сохраняет положительную скорость роста на протяжении всего периода пассивного замораживания, независимо от длительности активного замораживания.…”

“…В большей степени такое снижение толщины ЛПО характерно для второго способа выбора граничных изотерм ЛПО. Снижение толщины ЛПО наблюдается при пассивном замораживании как в нормальном режиме работы замораживающей станции, так и в аварийном режиме, который может заключаться в выходе из строя одной или нескольких замораживающих колонок [10].…”