НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ШАХТНЫХ СТВОЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ СПОСОБА ИСКУССТВЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ ПОРОД

Объект исследований - строительство шахтных стволов, искусственное замораживание для создания ледопородного ограждения (ЛПО) вокруг проектируемой горной выработки. Цель работы - разработать теоретические и технологические основы расчета искусственного замораживания породного массива при строительстве шахтных стволов, направленные на обеспечение комплексной безопасности при ведении горных работ. Методы исследований - предусматривали комплексный подход к решению поставленных задач и включали анализ и обобщение научного и практического опыта, натурные исследования динамики температуры породного массива по глубине контрольно-термических скважин, температуры воздуха и крепи шахтных стволов, уровня подземных вод в гидрогеологических скважинах, обработку экспериментальных данных, теоретический анализ закономерностей протекания различных физических процессов в замораживаемом породном массиве, постановку математических моделей породного массива, их алгоритмизацию и проведение численного моделирования, сравнительный анализ результатов моделирования и экспериментов. Разработана связанная математическая модель системы «замораживающие колонки – породный массив – крепь горной выработки – атмосфера горной выработки» с возможностью дифференцированного учета термогидромеханических и аэрологических процессов, протекающих при искусственном замораживании пород. Предложен подход к определению технологических параметров систем замораживания посредством численного многопараметрического моделирования физических процессов в породном массиве и их оптимизации по критериям безопасности и энергоэффективности. Осуществлена количественная оценка обеспечения проектных параметров ледопородного ограждения в условиях высокой обводненности и гидравлической проводимости породного массива. Определены параметры движения воздушных потоков в вертикальной строящейся горной выработке, рассчитанные с учетом наличия градиента температур и переменной плотности воздуха. Выявлена зависимость расчетной толщины ледопородных ограждений по критериям предельного равновесного состояния и предельных деформаций замороженных пород от таких физических факторов как вертикальная нагрузка вышележащих пород, напряженно-деформированное состояние окружающих незамороженных пород, фактическая неоднородность поля температур и фактические технологические параметры заходки. Определено, что безопасность работ при строительстве горных выработок способом искусственного замораживания достигается за счет развертывания комплексной системы мониторинга теплового режима породного массива, крепи строящейся горной выработки и аэрологических параметров атмосферы горной выработки. Полученные в диссертационной работе результаты могут использоваться при проектировании замораживания горных пород и систем мониторинга формирования ЛПО. В настоящее время система термометрического контроля ЛПО строящихся шахтных стволов запатентована и реализована на руднике Петриковского ГОК и Дарасинском руднике ОАО «Беларуськалий», рудниках Нежинского ГОК ИООО «Славкалий» и Талицкого ГОК ЗАО «ВКК».