Эволюция кинетики тепломассопереноса в трещиновато-пористой структуре углевмещающих пород и обоснование технологии извлечения тепловой энергии из самовозгорающихся отходов угледобычи. Разработка теоретических основ эволюционирующего тепломассопереноса в трещиновато-пористой структуре углевмещающих пород, склонных к самовозгоранию

Объект исследования: процессы тепломассопереноса в трещиновато-пористой структуре углепородного отвала. Цель работы: изучение самонагревающегося углепородного отвала применительно к разработке технологии извлечения теплоты такого техногенного образования. Методы исследований: анализ и обобщение научной литературы, посвященной сегрегации, пирометаморфической трансформации и тепломассопереносу в складируемых отходах угледобычи. Результаты НИР. Выполнено обобщение известных представлений о гравитационной сегрегации и пирометаморфической трансформации пород отвалов. Проведен анализ теорий распространения тепла в углепородном массиве, формируемого за счет внутреннего источника тепловыделения, а также солнечного нагрева поверхности углепородного массива. Выполнен анализ и обобщение существующих моделей формирования углепородных отвалов, а также анализ и обобщение существующих моделей самонагревания и последующего самовозгорания углепородных отвалов. В результате проведенных аналитических исследований установлено, что факторами, влияющими на процесс самонагревания и последующего самовозгорания отвальных масс, являются форма, размеры и генетическая структура отвала, окислительные реакции, жизнедеятельность тионовых бактерий, нерассеянная теплота складированных отходов угледобычи, размещение отвала в геодинамической зоне, водно-воздушная эрозия отвальных масс, а также сезонные перепады температур. При этом указанные факторы обусловлены горно-геологическими, горнотехническими и природно-климатическими условиями ведения горных работ. Разработан междисциплинарный подход к изучению эволюционирующего тепломассопереноса в самонагревающемся углепородном отвале. В соответствии с данным подходом углепородный отвал рассматривается как элемент природно-технической системы, инженерное сооружение, содержащее «тепловой котел», и техногенное образование, повышенной экологической опасности. Обоснование технологии извлечения теплоты самонагревающегося углепородного отвала включает определение критериев выбора пригодного для длительного извлечения теплоты техногенного образования угольного типа. Для определения таких критериев разработан алгоритм оценки геодинамической позиции и генетической структуры самонагревающегося углепородного отвала. Данный алгоритм включает установление типа расположения отвала относительно геодинамически активной зоны, идентификацию класса разлома и определение ширины области его влияния, установление генетической структуры отвала и его ярусное опробование, выявление наличия в отвале пород, находящихся в самонапряженном состоянии, и присутствия измененных флюидизированных углей, выбор параметров геодинамического полигона, установление влияния природно-климатических факторов на появление и функционирование «тепловых котлов» отвала, а также контроль теплового состояния отвала. Разработана физико-математическая модель эволюционирующего тепломассопереноса в трещиновато-пористой структуре углевмещающих пород, склонных к самонагреванию и последующему самовозгоранию. Предлагаемая модель будет полезна при выполнении предварительной оценки эффективности нагрева теплоуловителя, размещенного в приповерхностной зоне самонагревающегося углепородного отвала.