Экспериментальное исследование теплового режима в призабойном пространстве тупиковой комбайновой выработки глубокого калийного рудника

Разработка месторождения в условиях больших глубин характеризуется высокими температурами рудничного воздуха в рабочих зонах подземного рудника. Современные подходы к изучению параметров рудничной атмосферы позволяют с достаточной точностью определять основные источники тепловыделения. Однако малоизученным остается вопрос натурного обследования факторов, формирующих рудничную атмосферу, таких как породный массив, а также добычное и вспомогательное оборудование. Перспективным направлением на сегодняшний день является зонирование призабойного пространства и разработка решений по нормализации теплового режима в отдельных участках исследуемой области. Данный подход является менее энергозатратным в сравнении с решениями по охлаждению всей тупиковой выработки. Для реализации предлагаемых решений проведены натурные исследования, направленные на выявление основных источников тепловыделения в призабойном пространстве глубокого калийного рудника. Представлены результаты экспериментов, направленных на изучение факторов, формирующих тепловой режим в исследуемой области. Определена величина геотермического градиента для исследуемого месторождения. Выполнены измерения поверхностей приводов добычного оборудования, вентиляционного оборудования и поверхностей калийного массива (стенок выработок и поверхности забоя). Отдельное внимание уделено влиянию изменения способа проветривания на температуру в тупиковой выработке. По результатам исследования собраны экспериментальные данные, которые в последующем послужат для разработки технических и организационных мероприятий, направленных на снижение температур в отдельных зонах призабойного пространства. Полученные результаты возможно использовать для построения и настройки трехмерной CFD-модели, позволяющей рассчитывать распределения температур в атмосфере тупиковых выработок.

Левин Л. Ю., Суханов А. Е., Мальцев С. В., Пересторонин М. О. Экспериментальное исследование теплового режима в призабойном пространстве тупиковой комбайновой выработки глубокого калийного рудника // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 9. – С. 69–84. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_9_0_69.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания (проекты № 124020500030-7 и 121111800053-1).

Левин Лев Юрьевич¹ — д-р техн. наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделом, e-mail: aerolog_lev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-0767-9207,
Суханов Андрей Евгеньевич¹ — младший научный сотрудник, e-mail: asukhanov@aerologist.ru, ORCID ID: 0009-0002-7960-8344, 
Мальцев Станислав Владимирович¹ — канд. техн. наук, доцент, заведующий сектором, e-mail: stasmalcev32@gmail.com, ORCID ID: 0009-0002-9887-1455, 
Пересторонин Максим Олегович¹ — инженер, e-mail: maksim.o.perestoronin@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0003-0203-9304, 
¹ Горный институт Уральского отделения РАН.

Суханов А.Е., e-mail: asukhanov@aerologist.ru.

1. Шилов В. В. История открытия и роль крупнейшего в мире Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей // Вестник Прикамского социального института. — 2023. — № 2(95). — С. 140—159.

2. Барях А. А., Смирнов Э. В., Квиткин С. Ю., Тенисон Л. О. Калийная промышленность России: проблемы рационального и безопасного недропользования // Горная промышленность. — 2022. — № 1. — С. 41—50.

3. Кудряшов А. И. Верхнекамское месторождение солей. — М.: Эпсилон Плюс, 2013. — 429 с.

4. Старков Л. И., Земсков А. Н., Кондрашев П. И. Развитие механизированной разработки калийных руд. — Пермь: Изд-во ПГТУ, 2007. — 522 с.

5. Ranjith P. G., Zhao J., Ju M., De Silva R. V. S, Rathnaweera T. D., Bandara A. K. M. S. Opportunities and challenges in deep mining: a brief review // Engineering. 2017, vol. 3, no. 4, pp. 546—551.

6. Семин М. А., Исаевич А. Г., Жихарев С. Я. Исследование оседания пыли калийной соли в горной выработке // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2021. — № 2. — С. 178—191.

7. Зайцев А. В., Бородавкин Д. А., Поляков И. В. Обеспечение безопасных условий труда по фактору микроклимата для условий глубокого калийного рудника // Горное эхо. — 2020. — № 1(78). — С. 72—79. DOI: 10.7242/echo.2020.1.16.

8. Li N., Shu H., Sun D. Human thermal comfort indicator in high-temperature environments in deep mining // Journal of Safety and Sustainability. 2025, vol. 2, no. 2, pp. 134—141. DOI: 10.1016/j.jsasus.2025.03.001.

9. Bullard E. C. Historical introduction to terrestrial heat flow // Terr Heat Flow. 1965, vol. 8, pp. 1—6.

10. Bullard E. C. Heat flow in South Africa // Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences. 1939, vol. 173, no. 955, pp. 474—502.

11. Liu Dw., Gu Ds., Dai Tg. Analysis and calculation of thermal conductivity of rock in deep strata // Journal of Central South University of Technology. 2005, no. 12 (Suppl. 1), pp. 114—119.

12. Cho W. J., Kwon S., Choi J. W. The thermal conductivity for granite with various water contents // Engineering Geology. 2009, vol. 107, no. 3-4, pp. 167—171.

13. Gao J., Li S., Wu F., Ma L. Heat transfer model and thermal insulation characteristics of surrounding rock of thermal insulation roadway in a high-temperature mine // Sustainability. 2023, vol. 15, no. 16, article 12555. DOI: 10.3390/su151612555.

14. Ryan A., Eluer D. S. Heat stress management in underground mines // International Journal of Mining Science and Technology. 2017, vol. 27, no. 4, pp. 651—655. DOI: 10.1016/j.ijmst.2017.05.020.

15. Зайцев А. В., Бородавкин Д. А., Бублик С. А., Агеева К. М. Исследование температуры массива горных пород березовского рудника ОАО «Беларуськалий» // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2022. — Т. 333. — № 7. — С. 76—85.

16. Zhang X. He M., Li Z., Jia Y., Gao W. Study on the influence of temperature and water content on the static mechanical properties of sandstone // Materials. 2024, vol. 17, no. 14, article 3399. DOI: 10.3390/ma17143399.

17. Zhang X., Xu M., Liu L., Liu L., Wang M., Ji H., Song K.-I. The concept, technical system and heat transfer analysis on phase-change heat storage backfill for exploitation of geothermal energy // Energies. 2020, no. 13, article 4755. 

18. Ольховский Д. В. Нормализация микроклиматических параметров тупиковых горных выработок глубоких рудников: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — Пермь, 2024. — 21 с.

19. Zaitsev A., Parshakov O., Semin M. Heat emissions from mining machinery: implications for microclimatic conditions in underground workings // Mining. 2024, vol. 4, no. 4, pp. 1075—1092. DOI: 10.3390/mining4040059.

20. Levin L., Semin M., Maltsev S., Luzin R., Sukhanov A. Numerical analysis of the impact of variable borer miner operating modes on the microclimate in potash mine working areas // Computation. 2025, no. 13, article 85. DOI:.10.3390/computation13040085.

21. Левин Л. Ю., Суханов А. Е., Исаевич А. Г., Козунин И. И. Экспериментальные исследования зависимости пылевой обстановки в тупиковой выработке от применяемого способа проветривания при механизированной добыче калийных руд // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 10. — С. 35—50. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_35.

22. Sukhanov A., Maltsev S., Semin M., Isaevich A., Starikov A. Optimization of the combined ventilation system for dust reduction in blind headings of potash mines // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2024, vol. 11, no. 5, pp. 1236—1244. DOI: 10.18280/mmep.110512.