Определение условий эффективного применения теплоизоляции горных выработок для улучшения параметров рудничного микроклимата

Приведены результаты исследования условий эффективного применения теплоизоляции горных выработок для улучшения параметров рудничного микроклимата. На основе многовариантного математического моделирования теплового режима в АК «АэроСеть» проанализировано влияние ключевых факторов на эффективность теплоизоляции: времени проветривания, расхода воздуха, разности температур «массив – воздух» и термического сопротивления теплоизоляции. Установлено, что максимальная эффективность теплоизоляции достигается в первые 4–5 месяцев существования выработки, а через 4–5 лет ее влияние становится незначительным. Определены критерии выбора выработок для теплоизоляции: расход воздуха не более 60 м3/с, разность температур между массивом и воздухом не менее 7–10 °C, температура воздуха на входе в выработку не более допустимой. Выявлено критическое значение термического сопротивления теплоизоляции 5,2 м2·°C/Вт, превышение которого экономически нецелесообразно ввиду достижения пика эффективности. Разработан инженерный алгоритм выбора участков для теплоизоляции и расчета ее параметров (длины теплоизолируемого участка и термического сопротивления). Предложенные решения позволяют оптимизировать затраты на снижение температуры воздуха в горных выработках и повысить безопасность горных работ в условиях высоких температур и интенсивного тепловыделения от массива.

Пересторонин М.О., Зайцев А.В., Паршаков О.С. Определение условий эффективного применения теплоизоляции горных выработок для улучшения параметров рудничного микроклимата // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 10. – С. 84–100. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_10_0_84.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (рег. номер НИОКТР: 126012716039-2).

Пересторонин Максим Олегович¹ — аспирант, инженер, e-mail: maksim.o.perestoronin@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0003-0203-9304,
Зайцев Артем Вячеславович¹ — д-р техн. наук, профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет; зав. лабораторией, e-mail: artem.v.zaitsev@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-2314-0482, 
Паршаков Олег Сергеевич¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: olegparshakov@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-5545-442X, 
¹ Горный институт Уральского отделения РАН, лаборатория Развития горного производства.

Пересторонин М.О., e-mail: maksim.o.perestoronin@yandex.ru.

1. Казаков Б. П., Зайцев А. В. Исследование процессов формирования теплового режима глубоких рудников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2014. — Т. 13. — № 10. — С. 91—97.

2. Кирсанов А. К., Вохмин С. А., Бархатов Д. Б. Оценка рисков при подготовке к разработке месторождения на глубоких горизонтах (на примере шахты «Глубокая» рудника «Скалистый») // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2025. — № 1. — С. 66—77.

3. Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Моделирование, расчет и управление тепловым режимом шахт и рудников при освоении месторождений полезных ископаемых на больших глубинах // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. — 2022. — Т. 507. — № 2. — С. 363—372. DOI: 10.31857/S2686739722601636.

4. Плаксиенко О. В., Тишин Р. А., Яковенко Е. А., Мащенко А. В., Лотоцкая О. М. О влиянии горнотехнических параметров разработки на тепловые условия в горных выработках антрацитовых шахт Донбасса // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. — 2020. — № 1(48). — С. 34—39.

5. Taggart S. M., Girard O., Landers G. J., Wallman K. E. Heat exposure as a cause of injury and illness in mine industry workers // Annals of Work Exposures and Health. 2024, vol. 68, no. 3, pp. 325—331. DOI: 10.1093/annweh/wxae011.

6. Mapeta T. A. Review of ventilation and cooling systems applied in deep and ultra-deep mines to improve safety and productivity: A case study of South African gold mines: Master’s thesis. Johannesburg: University of Johannesburg, 2020, 120 p.

7. Плотникова Ю. А., Майбенко Н. И., Мартынов А. А. Теплоизоляция стенок горных выработок как способ регулирования тепловых условий в глубоких шахтах // Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». — 2019. — № 3. — С. 421—430.

8. Подвигин К. А., Подвигина Е. В. Комплексная защита шахтера от воздействия нагревающего микроклимата в локальной рабочей зоне / Актуальные проблемы недропользования: Тезисы докладов участников XIX Международного форума-конкурса студентов и молодых ученых, Т. 1. — СПб.: СПбГУ, 2023. — С. 190—192.

9. Qin Y., Hou H., Guo M., Liu Q., Tang F. Simulated and experimental study on effect of thermal insulation layer on temperature field and heat dissipation of roadway surrounding rock // Case Studies in Thermal Engineering. 2024, vol. 53, article 103960. DOI: 10.1016/j.csite.2023.103960.

10. Галкин А. Ф. Эффективность применения теплоизоляции в подземных сооружениях криолитозоны // Энергобезопасность и энергосбережение. — 2021. — № 4. — С. 18—21. DOI: 10.18635/2071-2219-2021-4-18-21.

11. Курилко А. С., Соловьев Д. Е., Киселев В. В., Алексеев К. Н. Прогноз теплового режима горных выработок глубокой золотороссыпной шахты криолитозоны, закрепленных металлической и комбинированной теплозащитной набрызгбетонной крепью // Успехи современного естествознания. — 2023. — № 11. — С. 147—154. DOI: 10.17513/use.38156.

12. Местников А. Е. Метод оценки эксплуатационной эффективности теплоизоляционных материалов в горных выработках криолитозоны // Современные наукоемкие технологии. — 2021. — № 5. — С. 75—80. DOI: 10.17513/snt.38661.

13. Гендлер С. Г. Теплофизические аспекты безопасности и эффективности при добыче полезных ископаемых и эксплуатации подземных сооружений в суровых климатических условиях // Записки Горного института. — 2006. — Т. 168. — С. 64—67.

14. Соловьев Д. Е. Программа расчета неравномерной толщины теплоизоляции методом дихотомии при знакопеременном тепловом режиме в горной выработке криолитозоны. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ: свид. № 2025688550; заявитель и правообладатель ФИЦ ЯНЦ СО РАН, заявл. 10.10.2025; опубл. 21.10.2025.

15. Gilani S. B. U. H. Insulation of deep and hot mines as a means of reducing heat loads // Masters Abstracts International. 2010, vol. 48, no. 05.

16. Xiao Y., Deng H., Xie Z., He W. Application of nanoporous super thermal insulation material in the prevention and control of thermal hazards in deep mining of metal mines // Journal of Nanomaterials. 2022, 10 p. DOI: 10.1155/2022/2390616.

17. Sridharan S. J., Ghimire U., Bheemasetti T., Tukkaraja P. Application of thermal insulation wall surface coatings in underground mines // Journal of Industrial Safety. 2026, vol. 3, no. 1, pp. 1—8. DOI: 10.1016/j.jinse.2025.06.001.

18. Зайцев А. В., Казаков Б. П., Кашников А. В., Кормщиков Д. С., Круглов Ю. В., Мальков П. С., Шалимов А. В. Аналитический комплекс «АэроСеть». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ: свид. № 2015610589; заявитель и правообладатель ГИ УрО РАН № 2014613790, заявл. 24.04.2014; опубл. 14.01.2015.

19. Тарасюк П. Н., Ващенко Д. А., Трубаев П. А., Радченко В. В. Анализ термического сопротивления ограждающих конструкций различного типа по результатам инструментальных измерений // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. — 2015. — № 2. — С. 152—158.

20. Li Y., Wan Z., Yu Z., Shi P., Zhang B., Zhang Y. Numerical simulation research on thermal insulation performance of composite heat-insulation zone structure in hydrothermal high-temperature mine // Scientific Reports. 2024, vol. 14, article 14096. DOI: 10.1038/s41598-024-64702-4.

21. Шалимов А. В. Теоретические основы прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания рудников: автореферат дис. ... докт. техн. наук. — Пермь, 2012.— 34 с.

22. Лискова М. Ю., Воронкова Ю. А., Голик В. И. Основные способы нормализации теплового режима рудника // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. — 2018. — № 4. — С. 85—94.

23. Mesenev P. R. Optimization method for solving the inverse problem of complex heat transfer // Far Eastern Mathematical Journal. 2023, vol. 23, no. 1, pp. 81—84. DOI: 10.47910/FEMJ202307.

24. Лысцев С. А. Принципы и подходы к расчету тепловых параметров воздушных завес и тепловентиляторов с водяными теплообменниками с использованием параметра Cк // Вестник УКЦ АПИК. — 2014. — № 1. — С. 153—156.

25. Галкин А. Ф., Железняк М. Н., Жирков А. Ф., Панков В. Ю., Балута В. И. Экономическая эффективность использования новых теплоизоляционных материалов в холодных регионах // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. — 2025. — Т. 30. — № 3. — С. 404—415. DOI: 10.31242/2618-9712-2025-30-3-404-415.