Особенности тепловых расчетов горных выработок в условиях искусственных температурных аномалий

Исследована проблема формирования отрицательных или положительных термических аномалий в условиях горных выработок. Рассмотрены примеры возникновения искусственных термических аномалий, выполнена их классификация по характеру воздействия на рудничный воздух (нагревающее или охлаждающее). На основе вышесказанного предложена физическая модель формирования температурных полей в горном массиве, окружающем горные выработки, при нагреве или охлаждении его части, после чего дана методика расчета температуры воздуха, позволяющая учитывать теплофизические особенности формирования теплового режима горных выработок. Более подробно рассмотрены условия формирования теплового режима горных выработок в условиях нефтяных шахт, выполнена классификация факторов, определяющих тепловой режим выработок, отдельно выделены специфические источники теплоты, характерные для термошахтного способа добычи. На основе результатов натурных исследований получены закономерности изменения температуры поверхностей горных выработок буровых галерей. В дифференциальном уравнении теплового баланса дополнен механизм учета теплопоступлений, заложенный в коэффициенты А, В и g, которые зависят от показателей, определяющих теплообмен в системе «рудничный воздух, неоднородный породный массив, нефтесодержащая жидкость в лотках и поступающая из горного массива влага». Предлагаемая методика верифицирована путем сопоставления результатов натурных исследований теплового режима горных выработок и результатов расчета.

Фазылов И. Р., Гендлер С. Г., Прохорова Е. А. Особенности тепловых расчетов горных выработок в условиях искусственных температурных аномалий // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 2. – С. 86–100. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_2_0_86

Фазылов Ильдар Робертович¹ — канд. техн. наук, ассистент, e-mail: FazylovIR@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-7975-9471,
Гендлер Семен Григорьевич¹ — д-р техн. наук, профессор, e-mail: Gendler_SG@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-7721-7246,
Прохорова Елизавета Александровна¹ — канд. техн. наук, ассистент, e-mail: Prokhorova_EA2@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-5018-1773,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Фазылов И.Р., e-mail: FazylovIR@mail.ru.

1. Зайцев А. В., Семин М. А., Паршаков О. С. Особенности формирования теплового режима в воздухоподающих стволах в холодный период года // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 562—568. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.9. 

2. Семин М. А., Гришин Е. Л., Левин Л. Ю., Зайцев А. В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246. — С. 623—632. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.4.

3. Alabyev V. R., Rudakov M. L., Korobitcyna M. A. Peculiarities of heat-mass-exchange processes in faces developing steep coal seams // International Journal of Pure and Applied Mathematics. 2017, vol. 114, рp. 349—400. DOI: 10.12732/ijpam.v114i2.18.

4. Фомин А. И., Грунской Т. В. Методические рекомендации по оценке риска развития профессиональных заболеваний у подземного персонала при термошахтном способе добычи высоковязкой нефти // Вестник Научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. — 2019. — № 1. — С. 82—89. DOI: 10.25558/VOSTNII.2019.18.99.008.

5. Прищепа О., Халимов Э. Трудноизвлекаемая нефть: потенциал, состояние и возможности освоения // Нефтегазовая вертикаль. — 2011. — № 5. — С. 24—29. 

6. Alabyev V. R., Kruk M. N., Bazhina T. P., Semenov A. S., Demin V. I. Economic efficiency of the application of artificial air cooling for normalization of thermal conditions in oil mines // Scientia Iranika. Transactions E: Industrial Engineering. 2020, vol. 27, no. 3, pp. 1606—1615. DOI: 10.24200/SCI.2018.50549.1753. 

7. Galevskiy S., Ponomarenko T., Tsiglianu P. The impact of self-sufficiency in basic raw materials of metallurgical companies on required return and capitalization: the case of Russia // Journal of Risk and Financial Management. 2025, vol. 18, no. 6, p. 318. DOI: 10.3390/jrfm18060318.

8. Жихарев С. Я., Цыганков В. Д., Родионов В. А., Исаевич А. Г. Оптимизация процессов пылеподавления при ведении подземных горных работ на основе данных натурных экспериментов и моделирования в программе ANSYS Fluent // Горный журнал. — 2023. — Т. 11. — С. 70—75. DOI: 10.17580/gzh.2023.11.11. 

9. Гендлер С. Г., Фазылов И. Р., Абашин А. Н. Результаты экспериментальных исследований теплового режима нефтяных шахт при термическом способе добычи нефти // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-1. — С. 248—262. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_248.

10. Тимонина Н. Н., Пьянков В. В. Ярегское месторождение тяжелой нефти: история разработки и перспективы развития // Вестник Института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. — 2018. — № 7(283). — С. 41—48. DOI: 10.19110/2221-1381-2018-7-41-48.

11. Kornev A. V., Korshunov G. I., Kudelas D. Reduction of dust in the longwall faces of coal mines: problems and perspective solutions // Acta Montanistica Slovaca. 2021, vol. 26, no. 1, pp. 84—97. DOI: 10.46544/ams.v26i1.07.

12. Сытник С. С., Маринин С. Ю. Результаты исследования состояния пожарной безопасности на нефтеперерабатывающих объектах // Научные труды КубГТУ. — 2019. — № 7. — С. 370—386.

13. Шувалов Ю. В., Васильев А. П., Родак В. П. Тепловой режим шахт и рудников // Уголь. — 1994. — № 2. — С. 16—17.

14. Sidorenko S., Trushnikov V., Sidorenko A. Methane emission estimation tools as a basis for sustainable underground mining of gas-bearing coal seams // Sustainability (Switzerland). 2024, vol. 16, no. 8, article 3457. DOI: 10.3390/su16083457.

15. Дядькин Ю. Д. Методика теплового расчета шахт и рудников в сложных условиях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 1973. — № 5. — С. 92—100.

16. Цхадая Н. Д., Жуйков А. Е., Ягубов З. Х. Критерий оценки оптимальных условий труда в горных выработках нефтяных шахт // Нефтегазовое дело. — 2012. — № 5. — С. 318—325. 

17. Казаков Б. П., Шалимов А. В., Зайцев А. В. Влияние процессов испарения и конденсации влаги на тепловой режим глубоких рудников // Горный журнал. — 2016. — № 3. — С. 73—76. DOI: 10.17580/gzh.2016.03.15.

18. Левкин Ю. М. Использование технологии дистанционного зондирования и математического моделирования для анализа аварийных горных выработок // Уголь. — 2022. — № 6(1155). — С. 32—34. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-6-32-34.

19. Дуркин С. М., Морозюк О. А., Рузин Л. М. Новые термошахтные технологии и оценка их эффективности путем численного моделирования // Нефть. Газ. Новации. — 2013. — № 4. — С. 45—51.

20. Каледина Н. О., Малашкина В. А. Индикаторная оценка надежности функционирования шахтных вентиляционно-дегазационных систем // Записки Горного института. — 2021. — Т. 250. — С. 553—561. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.8.

21. Клюкин Ю. А., Семин М. А., Левин Л. Ю. Исследование влияния способа транспортировки нефтесодержащей жидкости на микроклиматические условия в нефтяной шахте / Материалы X Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых». — Пермь, 2017. — С. 371—373. 

22. Левин Л. Ю., Кормщиков Д. С. Особенности добычи высоковязкой нефти на примере Ярегского месторождения // Научные исследования и инновации. — 2010. — Т. 4. — № 2. — С. 33—36. 

23. Колесов Е. В., Казаков Б. П., Кузьминых Е. Г. Моделирование процесса изменения состава рудничного воздуха в наклонной тупиковой горной выработке // Горное эхо. — 2020. — № 1. — С. 79—84. DOI: 10.7242/echo.2020.1.17.

24. Серегин А. С., Ахтямов К. Д., Фазылов И. Р., Белехов П. А. Влияние расположения вентиляционного трубопровода на эффективность проветривания тупиковой горной выработки при эксплуатации машин с двигателями внутреннего сгорания // Горный журнал. — 2025. — № 5. DOI: 10.17580/gzh.2025.05.09.

25. Круглов Ю. В. Варианты применения закрытой системы сбора нефти, работающей в автоматическом режиме, в нефтяных шахтах // Стратегия и процессы освоения георесурсов. — 2017. — № 15. — С. 329—332. 

26. Калинина А. А., Калинин Е. П. Геолого-экономическая оценка комплексного использования Ярегской тяжелой нефти // Известия Коми научного центра УрО РАН. — 2013. — № 3(15). — С. 110—117. 

27. Галкин А. Ф., Курта И. В., Панков В. Ю., Ильинов М. Д. Влияние нефтяного потока на точность прогноза температуры воздуха в горных выработках // Нефтяное хозяйство. — 2020. — № 4. — С. 98—100. DOI: 10.24887/0028-2448-2020-4-98—100. 

28. Мороз Н. Е., Сидоров Д. В., Соннов М. А. Комплексное геомеханическое моделирование разработки жильных месторождений блочного строения // Горная промышленность. — 2023. — № 6. — С. 71—74. DOI: 10.30686/1609-9192- 2023-6-71-74. 

29. Козырева Е. Н., Шинкевич М. В. Особенности газогеомеханических процессов на выемочном участке шахты // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. — 2010. — № 2. — С. 28—35.

30. Гуляев В. Э., Коноплев Ю. П., Герасимов И. В. Анализ технологических показателей систем термошахтной разработки Ярегского нефтяного месторождения / Проблемы разработки и эксплуатации месторождений высоковязких нефтей и битумов: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. — Ухта: УГТУ, 2011. — С. 1218.

31. Menter F. R. Two-equation eddy—viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598—1605. 

32. Nel A. J. H., Vosloo J. C., Mathews M. J. Evaluating complex mine ventilation operational changes through simulations // Journal of Energy in Southern Africa. 2018, vol. 29, no. 3, pp. 22—32.

33. Смирняков В. В., Лейсле А. В., Магомет Р. Д., Мухортиков С. Г., Пинскер О. В., Анисимов Д. О. Экспериментальные исследования повышения эффективности работы вентиляторов местного проветривания за счет изменения частоты вращения рабочего колеса // Уголь. — 2023. — № 7(1169). — С. 59—67. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-7-59-67.

34. Круглов Ю. В. Разработка закрытой системы сбора нефти, работающей в автоматическом режиме, для условий нефтяных шахт Ярегского месторождения // Стратегия и процессы освоения георесурсов. — 2016. — № 14. — С. 294—297.

35. Климова И. В., Смирнов Ю. Г., Родионов В. А. Моделирование взаимосвязей между условиями труда и состоянием здоровья персонала нефтешахт с использованием нечеткой логики // Безопасность труда в промышленности. — 2022. — № 1. — С. 46—50. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-1-46-50.