Особенности процессов тепло- и массообмена, происходящих в предохранительной подушке при подземной доработке подкарьерных запасов

Приведены результаты исследований на математической модели и выявлены особенности процессов тепло-и массообмена в предохранительной подушке, отсыпанной на дне отработанного карьера, которые определяют ее подвижность и фильтрационные свойства в ходе эксплуатации при подземной доработке подкарьерных запасов кимберлитовой трубки системами с обрушением. Приведены распределения температуры и влажности (льдистости) по глубине предохранительной подушки при различных значениях депрессии (разности давлений) на ее верхней и нижней границах, в условиях восходящего потока теплого рудничного воздуха. Подчеркивается ведущая роль теплои массообменных процессов и необходимость их регулирования для устойчивого функционирования предохранительной подушки. Для различных значений толщины предохранительной подушки рассчитаны необходимые значения депрессии воздуха между верхней и нижней отметками, исключающие накопление льда в пустотах горных пород. Утверждается, что одним из способов стабилизации подвижности и фильтрационных свойств предохранительной подушки при отрицательных температурах среды и пород может быть ее искусственное засоление природными высокоминерализованными водами подмерзлотных горизонтов месторождения. Приведены примеры расчета депрессии воздуха при различных температурах фазовых переходов влаги и значениях толщин предохранительной подушки.

Хохолов Ю. А. Особенности процессов тепло-и массообмена, происходящих в предохранительной подушке при подземной доработке подкарьерных запасов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2020. – № 2. – С. 13–21. DOI: 10.25018/02361493-2020-2-0-13-21.

Хохолов Юрий Аркадьевич — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник,
e-mail: khokholov@igds.ysn.ru,
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН.

1. Колганов В. Ф., Акишев А. Н., Дроздов А. В. Горно-геологические особенности коренных месторождений алмазов Якутии. — Мирный: Мирнинская городская типография, 2013. — 568 с.
2. Соколов И. В., Смирнов А. А., Антипин Ю. Г., Кульминский А. С. Отработка подкарьерных запасов трубки «Удачная» в сложных климатических, горнои гидрогеологических условиях // Горный журнал. — 2011. — № 1. — С. 63—66.
3. Соколов И. В., Смирнов А. А., Антипин Ю. Г., Никитин И. В., Тишков М. В. Обоснование толщины предохранительной подушки при отработке подкарьерных запасов трубки «Удачная» системами с обрушением // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2018. — № 2. — С. 52—62.
4. Шубин Г. В., Заровняев Б. Н., Курилко А. С., Дмитриев А. А. Технологические свойства руд и вмещающих пород Удачнинского месторождения. — Новосибирск: Наука, 2017. — 160 с.
5. Коваленко А. А., Тишков М. В. Оценка подземного способа отработки месторождения трубки «Удачная» с применением системы с самообрушением // Горный информационноаналитический бюллетень. — 2017. — № 4. — С. 117—128.
6. Kurylyk B. L., MacQuarrie K. T. B., McKenzie J. M. Climate change impacts on groundwater and soil temperatures in cold and temperate regions: implications, mathematical theory, and emerging simulation tools // Earth-Science Reviews, 2014, vol. 138, pp. 313—334. DOI: 10.1016/j.earscirev.2014.06.006.
7. Karra S., Painters S. L., Lichtner P. С. Three-phase numerical model for subsurface hydrology in permafrost-affected regions (PROTRAN-ICE v.1.O) // The Cryosphere. 2014, vol. 8, pp. 1935—1950. DOI: 10.5194/tc-8-1935-2014.
8. Wu M., Jansson P.-E., Tan X., Wu J., Huang J. Constraining parameter uncertainty in simulations of water and heat dynamics in seasonally frozen soil using limited observed data // Water. 2016, vol. 8(2), pp. 64. DOI: 10.3390/w8020064.
9. Sjöberg Y., Coon E., Sannel A. B. K., Pannetier R., Harp D., Frampton A., Painter S. L., Lyon S. W. Thermal effects of groundwater flow through subarctic fens: a case study based on field observations and numerical modeling // Water Resources Research. 2016, vol. 52, no 3, pp. 1591—1603. DOI: 10.1002/2015WR017571.
10. Painter S. L. Three-phase numerical model of water migration in partially frozen geological media: model formulation, validation, and applications // Computational Geosciences. 2011, vol. 15, pp. 69—85.
11. Zhou Y., Zhou G. Numerical simulation of coupled heat-fluid transport in freezing soils using finite volume method // Heat and Mass Transfer. 2010, vol. 46, no 8, pp. 989—998. DOI: 10.1007/s00231-010-0642-2.
12. Голубев В. Н., Фролов Д. М. Особенности миграции водяного пара на границах раздела атмосфера—снежный покров и снежный покров—подстилающий грунт // Криосфера Земли. — 2015. — Т. XIX. — № 1. — С. 22—29.
13. Заровняев Б. Н., Шубин Г. В., Курилко А. С., Хохолов Ю. А. Прогноз температурно-влажностного состояния предохранительной подушки при отработке подкарьерных запасов руды в условиях криолитозоны // Горный журнал. — 2016. — № 9. — С. 33—36.
14. Неустроев А. П., Хохолов Ю. А. Влияние инфильтрации атмосферных осадков на температурно-влажностный режим породной подушки в условиях Севера // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — СВ 24 Геомеханические и геотехнологические проблемы освоения недр Севера. — С. 310—318.
15. Неустроев А. П., Хохолов Ю. А. Учет инфильтрации атмосферных осадков и фильтрации влажного рудничного воздуха при накоплении льда в слое породной предохранительной подушки в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 12. — С. 39—47. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-12-0-39-47.