Оценка эффективности пассивной системы тепловой защиты породного массива

Проблема обеспечения устойчивости массива горных пород приобретает особое значение в условиях теплового взаимодействия горных выработок с многолетнемерзлыми горными породами. В статье представлены результаты изучения эффективности пассивной системы тепловой защиты породного массива криолитозоны. На основе численного моделирования с использованием программного комплекса ANSYS FLUENT выполнены исследования теплового взаимодействия большепролетной камерной выработки с массивом многолетнемерзлых горных пород. На примере гипотетической трехмерной модели горной выработки с различными вариациями материального состава защитной конструкции (обделки) выработки и использованием конвективного теплообмена в технологическом канале (воздушном зазоре) проведены расчетные исследования особенностей температурного режима конструктивных элементов обделки. Выполнена оценка прогнозируемой глубины оттаивания горной породы в зависимости от конструктивного исполнения и материального состава обделки и продолжительности теплового воздействия на породный массив. Изучено влияние термического сопротивления защитной конструкции горной выработки на глубину и динамику оттаивания породного массива, которая определяет условия сохранения его криогенного состояния и требования к горнотехническим системам регулирования теплового режима. Установлены температурные градиенты, формирующиеся в конструктивных элементах обделки, которые могут способствовать возникновению термических напряжений, оказывающих негативное влияние на напряженно-деформированное состояние защитной конструкции выработки. На примере принятых модельных представлений технологического канала (температура поступающего воздуха, ширина канала) показано слабое влияние теплообмена за счет свободной конвекции на интенсивность теплового взаимодействия горной выработки и породного массива. Для снижения теплового воздействия на защитную конструкцию горной выработки и массива многолетнемерзлых пород необходимо повышение интенсивности теплообмена в технологическом канале за счет понижения температуры воздуха, поступающего в канал, или использования вынужденной конвекции на основе организации специальной системы вентиляции.