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 контрольнотермических 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 контрольнотермических 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.

The relevance of the study is caused by the lack of regulatory documents for the control of the rock mass in the conditions of its artificial freezing, unified requirements for organization and monitoring of the frozen wall formation. The main aim of the work is to substantiate the optimal technological parameters of the thermal control of the frozen wall. Objects of the research are the rock mass under the conditions of artificial freezing and the freezing system. Methods: experimental study of the temperature dynamics of the frozen rocks, statistical processing and analysis of experimental data; simulation of thermodynamic processes occurring in artificially frozen rock mass. Results. The paper presents the experimental measurements of temperature distribution in control wells in artificially frozen rock mass. The artificial freezing is considered in relation to the problem of mine shaft sinking in flooded rocks. Processing and analysis of experimental data shown the influence of the artificial freezing on local sections of the rock mass. A study was made of the influence of the control well location on the accuracy of the solution of the inverse Stefan problem. It makes possible to adjust the thermophysical properties of the rock mass model and calculate the temperature field in the entire volume of the frozen rock mass. It was determined that the control well should be placed straight between the adjacent freezing wells. The analysis of the emergency failures of the freezing wells showed that the required number of control wells should be at least 30 % of the total number of freezing wells. Performed thermal monitoring allows the substantiation of optimal locations and number of control wells with the necessary spatial resolution of temperature measurements of rock mass in depth. According to the results of the work, a methodology for selecting technological parameters of the method of frozen wall thermal control were proposed.