Прогноз и выбор оптимальных параметров теплового режима при строительстве, эксплуатации и комплексном использовании горных выработок в криолитозоне - Автореферат

Прогноз и выбор оптимальных параметров теплового режима при строительстве, эксплуатации и комплексном использовании горных выработок в криолитозонеКомплексное освоение месторождений полезных ископаемых включает вторичное использование горных выработок для нужд хозяйствующих субъектов, в том числе не связанных с горным производством. Анализ показал, что основная причина низкого коэффициента вторичного и комплексного использования выработок - отсутствие заинтересованности горных предприятий в их сохранении и использовании для целей, не связанных с горным производством. Для подземных сооружений Севера не горного профиля сдерживающим фактором является отсутствие норм проектирования и строительства, учитывающих комплексность использования горных выработок, в том числе при эксплуатации в условиях чрезвычайных ситуаций. Методам прогноза, оценки тепловых условий и разработке способов управления тепловым режимом в подземных сооружениях и геотехнических системах различного назначения посвящен ряд фундаментальных работ, среди которых, наиболее значимыми являются работы А.Н.Щербаня, О.А.Кремнева, А.Ф.Воропаева, В.П. 2.Математическое моделирование горнотехнических систем регулирования теплового режима подземных сооружений при управлении процессами по критерию экономии энергии должно проводиться на основе представления их как систем с распределенными параметрами, характеристики которых изменяются во времени, с использованием методов многомерной оптимизации соответствующих целевых функций затрат на создание нормативных параметров микроклимата.Метод основан на сравнении энергетических затрат на выполнение однотипной работы и позволяет, в частности, определить, насколько теоретически увеличивается общая длительность выполнения рабочих операций, включая время на отдых, при работе в неблагоприятных климатических условиях, по сравнению с выполнением тех же операций при температуре, соответствующей зоне теплового комфорта. 2.Математическое моделирование горнотехнических систем регулирования теплового режима подземных сооружений при управлении процессами по критерию экономии энергии должно проводиться на основе представления их как систем с распределенными параметрами, характеристики которых изменяются во времени, с использованием методов многомерной оптимизации соответствующих целевых функций затрат на создание нормативных параметров микроклимата. В основу расчетных моделей заложена методика прогноза температуры в горных выработках, включающая численное решение системы дифференциальных уравнений в частных производных, а именно: двухмерного уравнения энергии для воздуха и уравнений Фурье для описания теплового поля в талой и мерзлой зоне пород, которые дополнены дифференциальным уравнением Стефана на движущейся границе раздела фаз и уравнением Ньютона на границе «воздух - порода». Для инженерных расчетов получено простое выражение, позволяющее определить целесообразность того или иного способа соединения выработок в единую сеть: , где Z3 - стоимость электрической энергии, руб./КВТ·ч; - длительность периода эксплуатации выработок в году, час/год; Z1 - затраты на проведение и крепление погонного метра выработки, руб./м; E - нормативный коэффициент, 1/год; E1 - нормативный коэффициент, учитывающий часть капитальных вложений, идущих на эксплуатацию теплообменных выработок, 1/год; N’ - мощность вентилятора, затрачиваемая на проветривание одного метра теплообменной выработки в год, КВТ/ м·год. Сложность условий, в которых проходятся выработки в зоне многолетней мерзлоты - наличие термальных вод, высокая интенсивность тепловых процессов, наличие сторонних, не из воздухопроводов, утечек (притечек) воздуха, сложные схемы проветривания и др. обусловили необходимость разработки не конкретной методики прогноза тепловых условий в выработке в период проходки, а обобщенной модели для тепловых расчетов, которая бы наиболее полно учитывала все особенности и возможные варианты проходки выработок в мерзлых породах, и позволяла бы оперативно получить методику прогноза для конкретного способа и условий проходки путем упрощения исходной модели..Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе проведенных комплексных исследований научно обоснованы технические и технологические решения для обеспечения нормативных параметров микроклимата в подземных сооружениях при минимуме энергетических и материальных затрат, имеющие важное хозяйственное значение для рационального, безопасного и эффективного освоения подземного пространства, в частности при строительстве, эксплуатации и комплексном использовании горных выработок в криолитозоне, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны и ее обороноспособности.