Способы снижения холодопроизводительности систем кондиционирования воздуха в глубоких рудниках на основе концепции «охлаждение по требованию»

Увеличение глубины ведения горных работ сопровождается повышением температур в горных выработках, что требует применения систем кондиционирования воздуха. Однако их высокие холодопроизводительность и энергопотребление снижают рентабельность проектов. С целью снижения холодопотребления и энергозатрат предложен новый принцип управления – «охлаждение по требованию», заключающийся в подаче охлажденного воздуха в рабочие зоны только во время выполнения определенных технологических операций и в объеме, соответствующем реальным потребностям. Рассмотрены методы оптимизации условий работы воздухоохладителей, включая локальное охлаждение рабочих зон, применение систем «вентиляции по требованию», использование самоходного оборудования с кабинами, оборудованными системами кондиционирования воздуха, а также теплоизоляцию воздухоподающих выработок и трубопроводов. Проведенный на примере медно-никелевого рудника расчет показал, что внедрение предложенного комплекса мер позволяет снизить суммарную требуемую холодопроизводительность с 41,8 МВт до 2,8–3,5 МВт. Дополнительно обоснована целесообразность размещения холодильной машины и градирен на поверхности, что обеспечивает наименьшие капитальные и эксплуатационные затраты за счет использования технологии «Free-cooling». Полученные результаты подтверждают, что комплексное применение предложенных решений значительно повышает энергоэффективность шахтных систем кондиционирования.

Ольховский Д. В., Зайцев А. В., Паршаков О. С., Пересторонин М. О. Способы снижения холодопроизводительности систем кондиционирования воздуха в глубоких рудниках на основе концепции «охлаждение по требованию» // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 8. – С. 5–17. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_8_0_5.

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

Ольховский Дмитрий Владимирович¹ — канд. техн. наук, научный сотрудник, e-mail: demexez@gmail.com, ORCID ID: 0009-0009-6370-149X, 
Зайцев Артем Вячеславович¹ — д-р техн. наук, зав. лабораторией; профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 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, 
Пересторонин Максим Олегович¹ — аспирант, инженер, e-mail: maksim.o.perestoronin@yandex.ru, ORCID ID: 0009-0003-0203-9304,
¹ Горный институт Уральского отделения РАН, лаборатория Развития горного производства.

Ольховский Д.В., e-mail: demexez@gmail.com.

1. Kuyuk A. F., Ghoreishi-Madiseh S. A., Hassani F. P. Closed-loop bulk air conditioning: A renewable energy-based system for deep mines in arctic regions // International Journal of Mining Science and Technology. 2020, vol. 30, no. 4, pp. 511—516. DOI: 10.1016/j.ijmst.2020.05.011.

2. Zhang G., Jiang Z., Wang H., Jing X., Si M., Zeng F., Yang B., Yang X., Feng R. The coupled cooling effect of ventilation and spray in the deep-buried high-temperature tunnel // Case Studies in Thermal Engineering. 2023, vol. 45, article 103011. DOI: 10.1016/j.csite.2023.103011.

3. Li X., Chen Z., Huang L., Li B., Yan J., Zhang P., Liu Z. Life cycle dynamic formation temperature response and thermal energy extraction of mine geothermal system considering groundwater flow // International Journal of Mining Science and Technology. 2025, vol. 35, no. 1, pp. 1—17. DOI: 10.1016/j.ijmst.2024.12.011.

4. Ghoreishi-Madiseh S. A., Sasmito A. P., Hassani F. P., Amiri L. Performance evaluation of large scale rock-pit seasonal thermal energy storage for application in underground mine ventilation // Applied Energy. 2017, vol. 185, pp. 1940—1947. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.01.062.

5. Wang T., Wei Y., Ou S., Jin L., Wang S., Liu J., Zhang G., Zhou Y., Lin M. Multistage cooling system for temperature reduction of the working face in deep coal mines: A technical-economic evaluation // Case Studies in Thermal Engineering. 2023, vol. 45, article 102908. DOI: 10.1016/j.csite.2023.102908.

6. Цейтлин Ю. А. Проектирование и эксплуатация шахтных систем кондиционирования воздуха. — М.: Недра, 1983. — 261 с. 

7. Цейтлин Ю. А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах. — М.: Недра, 1974. — 168 c.

8. McPherson M. J. Subsurface ventilation engineering. Berkeley, 2007, 834 p.

9. Алабьев В. Р. Основные направления развития способов и средств охлаждения воздуха в угольных шахтах Украины // Вестник Забайкальского государственного университета. — 2014. — № 6. — C. 35—46.

10. 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. — С. 72—79. DOI: 10.7242/echo.2020.1.16.

11. Круглов Ю. В. Теоретические и технологические основы построения систем оптимального управления проветриванием подземных рудников: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. — Пермь, 2012. — 42 с.

12. Исаевич А. Г., Шалимов А. В., Александрова М. А. Перспектива снижения запыленности в очистном забое и увеличения коэффициента извлечения в условиях калийного рудника при камерной системе разработки // Безопасность труда в промышленности. — 2021. — № 12. — С. 37—43. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-12-37-43.

13. Kuyuk A. F., Ghoreishi-Madiseh S. A., Sasmito A. P., Hassani F. Designing a large-scale lake cooling system for an ultra-deep mine: A Canadian case study // Energies. 2019, vol. 12, no. 5, article 811. DOI: 10.3390/en12050811.

14. Belle B., Biffi M. Cooling pathways for deep Australian longwall coal mines of the future // International Journal of Mining Science and Technology. 2018, vol. 28, no. 6, pp. 865—875. DOI: 10.1016/j.ijmst.2018.02.001.

15. Cluff D. L., Kennedy G. A., Foster P. J. Liquid air for energy storage, auto-compression, compressed air and ventilation in deep mining / Deep Mining 2014: Proceedings of the Seventh International Conference on Deep and High Stress Mining. Australian Centre for Geomechanics, 2014, pp. 757—770. DOI: 10.36487/ACG_rep/1410_54_Cluff.

16. Семин М. А., Колесов Е. В., Газизуллин Р. Р., Мальцев С. В. Оценка влияния суточных колебаний термодинамических параметров атмосферного воздуха на распределение его температуры в воздухоподающих стволах калийных рудников // Записки Горного института. — 2026. — № 277. — С. 94—106.

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

18. 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.

19. Zhang G., Jiang Z., Chen J., Chen J., Yang B. Study of the convection heat transfer law and temperature prediction of the duct in high-temperature tunnels // Case Studies in Thermal Engineering. 2022, vol. 36, article 102208. DOI: 10.1016/j.csite.2022.102208.

20. Дунаева А. В., Логунова Т. С., Кононова М. С. О целесообразности применения жидкой изоляции в тепловых сетях / Строительство–2016. Материалы II Брянского международного инновационного форума. Т. 1. — Воронеж, 2016. — С. 43—47.