Математическое моделирование устойчивости копров вертикальных стволов глубоких алмазодобывающих рудников в многолетней мерзлоте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, доктор технических наук Мордовской, Сергей Денисович
- Специальность ВАК РФ05.13.18
- Количество страниц 232
Оглавление диссертации доктор технических наук Мордовской, Сергей Денисович
Введение.
1. Обзор проблем перехода на подземную добычу алмазов и методов математического моделирования процессов тепломассообмена в массивах многолетнемерзлых горных пород.
Ы.Проблемы перехода на подземную добычу и пути их решения.
1.1.1. Климат и криологическое состояние вмещающих пород алмазоносных трубок.
1.1.2. Проблемы перехода на подземную добычу и пути их решения.
1.2.0бзор методов математического моделирования процессов тепломассообмена в массивах многолетнемерзлых горных пород.
1.2.1.Использование системного подхода при моделировании горно-технологических объектов
1.2.2. Обзор математических моделей процесса промерзания-протаивания многолетнемерзлых горных пород.
1.2 3. Построение разностных схем для фронтовой задачи.
1.2.4. Модель образования двухфазной зоны.
Выводы по главе 1.
2. Разработка двумерных и трехмерных численных моделей тепломассообмена в
ММГП.
2.1. Осесимметричная модель теплообмена для вертикального ствола.
2 2. Модель с произвольным расположением замораживающих устройств.
2 2.1. Постановка задачи и алгоритм численного решения.
2.2 2. Проведение тестовых расчетов.
2 3. Развитие моделей тепломассообмена в ММГП.
2 3.1. Учет влияния фазового состава поровой влаги.
2 3 2 Трехмерная модель с произвольным расположением ОУ.
2.4. Программный комплекс для решения многомерных задач теплообмена.
2.4.1. Требования к программному комплексу и описание программы.
2.4.2 . Тестовые расчеты по программе.
Выводы по главе 2.
3. Моделирование термомеханического состояния ММГП при проектировании замораживающих систем рудника "Интернациональный".
3.1. Прогноз динамики температурного поля основания скипового ствола в горизонтальном сечении.
3.1.1. Данные инженерно-геологических изысканий и варианты расчетов.
3.1.2. Анализ работы системы охлаждающих устройств шатрового копра.
3.1.3. Анализ работы системы охлаждающих устройств нестандартного копра.
3.1.4. Анализ работы системы охлаждающих устройств укосинного копра.
3.2. Прогноз температурного поля основания скипового ствола в вертикальной плоскости.
3.2.1. Расчет температурного поля основания шатрового копра.
3.2.2. Расчет температурного поля основания укосинного копра.
3.3. Несущие способности свай основания для вариантов копров скипового ствола рудника "Интернациональный".
3.3.1. Результаты расчета несущей способности свай основания шатрового копра
3.3.2. Результаты расчета несущей способности свай фундаментов укосинного копра.
Выводы по главе 3.
4. Организация натурных измерений температуры в ММГП.
4.1 Анализ особенностей измерения температуры in situ.
4.1.1. Условия измерения и требования к измерительным устройствам.
4.1.2. Влияние факторов на точность измерений.
4.2. Численный анализ влияния обсадной трубы на ошибки измерения температуры.
4.2.1. Математическая модель теплообмена в массиве с теплопроводящим включением.
4.2.2. Методика численного решения и необходимые дополнения.
4.2.3. Расчет теплообмена для обсаженных вертикальных скважин.
4.2.4.Горизонтальные шпуры.
4.3. Натурные измерения температуры в основании копров рудника "Интернациональный".
4.3.1. Организация измерительной системы и проведение измерений.
4.3.2. Статобработка и анализ результатов измерений.
Выводы по главе 4.
5. Восстановление трехмерного температурного поля по данным натурных измерений.
5.1. Постановка задачи и методы решения.
5.2. Программа восстановления температурного поля.
5.2.1. Описание программы "TRIANGULATION".
5.2.2. Описание программного комплекса NESVA.EXE.
5.3. Результаты тестовых расчетов.
Выводы по главе 5.
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», 05.13.18 шифр ВАК
Разработка научно-обоснованных технических и технологических решений для управления устойчивостью копров вертикальных стволов глубоких алмазодобывающих рудников2004 год, доктор технических наук Крамсков, Николай Петрович
Обоснование оптимального технологического способа сохранения устойчивости копров в криолитозоне: На примере скипового ствола рудника "Интернациональный"1999 год, кандидат технических наук Апросимова, Екатерина Петровна
Разработка методов и средств управления термомеханическим состоянием копров вертикальных стволов алмазодобывающих рудников в многолетней мерзлоте2002 год, кандидат технических наук Филатов, Александр Павлович
Физико-техническое обоснование теплового режима горных выработок криолитозоны2006 год, доктор технических наук Хохолов, Юрий Аркадьевич
Методы расчета температурного и вентиляционного режимов нестационарной сети горных выработок криолитозоны2009 год, кандидат технических наук Соловьев, Дмитрий Егорович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование устойчивости копров вертикальных стволов глубоких алмазодобывающих рудников в многолетней мерзлоте»
Актуальность проблемы. Специфические климатические условия Севера ставят перед наукой задачи, связанные с проблемами строительства и эксплуатации различных горнотехнических сооружении, а так же ведения горных работ В настоящее время карьеры трубок «Интернациональная», «Мир», «Айхал» достли предельных глубин, карьер трубки «Удачная» близок к этому, поэтому АК AJIPOCA переходит при разработке этих месторождений на подземный способ добычи кимберлитовой руды. Основной способ организации подземной добычи это вскрытие рудников вертикальными стволами, поэтому копры являются наиболее ответственными надземными сооружениями подземных рудников, устойчивость которых определяет само существование рудника
Особое отношение к себе требуе1 проблема усюйчивости фундаментов копров в силу того, что в основании noci роенных, строящихся и проектируемых копров лежат породы, полностью теряющие прочность при оттаивании. Основной особенностью теплового режима основания рассматриваемых копров является наличие горизонтальных тепловых потоков от стенок ствола, где круглогодично поддерживаегея положительный тепловой режим воздуха Обеспечение устойчивости фундаментов копров требует решения целого ряда задач, связанных с регулированием термомехапического состояния массива, тепло- и тепломассопереноса в системе: промерзающие (проминающие) горные породы -инженерное сооружение-окружающая среда 11аиболее эффективным способом поддержания прочности основания, предложенным самой природои, является замораживание Неоднородность, нарушенность сфуктуры и засоленность, характерные для пород оснований копров, требуют использования искусственной проморозки грунтов с использованием охлаждающих устройств сезонного и круглогодичного действия
Одной из задач является оптимизация проектных решений охлаждающей системы фундаментов копра. Она включает определение оптимальных режимов работы системы, обеспечивающей устойчивость фундаментов при условии снижении затрат Решение этой задачи требует детального прогноза динамики температ урною поля во вмещающем массиве, с учетом растепляющего влияния ст пола, конструкции и режимов работы замораживающей системы.
Эффективным методом исследования сложных cucicm является метод математического моделирования с применением вычисчигельнои техники. Для оценки теплового и механического состояния массива горных пород матемашческое моделирование является практически единственным и широко применяется в последние годы. Несмотря на развитость теоретических основ моделирования, в научной пракшке широкое распространение получили одномерные и двумерные модели 1еиломассообмена на основе решения уравнения переноса тепла и зачастую ни модели предназначены для решения узкого класса задач. Использование таких моделей имеет ограниченную ценность в виду неполноты описания реальной ситуации, которая требует решения трехмерных задач и учета взаимовлияния разнообразных объектов определяющих тепловой режим Другим недостатком существующих математических моделей являйся ю, что основной целыо большинства исследований выступает описание процессов, а не единой сиаемы взаимодействующих объектов. Задачи прогноза состояния реальных объектов со сложной геометрией диктуют необходимость организации комплексов, дополняющих друг друга (агрегатированных) математических моделей, что позволяет моделировап> основные пространственные особенности тепломассообмена. Однако проектирование и строительство горно-геологических объектов в настоящее время требуе1 значительно более детальных прогнозов термомеханического состояния вмещающего массива, коюрые невозможно получить в рамках одномерных и двумерных моделей Таким образом, имеется насгоя1ельная необходимость в разработке трехмерных математических моделей тепломассообмена
Для достижения адекватности матемашческих моделей моделируемым объектам и обеспечения высокой точности прогнозов iah/ке необходимо решение проблем полноты описания процессов, сбалансированности и управляемое i и моделей. Особое место занимают и вопросы методики проведения вычислительных жеиеримептов и обработки их результатов.
Таким образом, разрабо1ка и совершенствование методов математического моделирования тепломассообменных и механических процессов, включая и численное решение задач теплообмена в трехмериои постановке, предсгавляе1 собой актуальную научную и практическую задачу.
Большое значение имее1 также проведение натурных исследований и инструментального контроля состояния массива Во-первых, экспериментальные данные, полученные in situ, являются исходным материалом для теоретических исследований физических процессов и основой разработки и адаптации математических моделей и получения необходимых эмпирических парамефов Во-вторых, измерение температуры в массиве горных пород, как средство инструментального конфоля, обеспечивает полноту прогноза неблагоприятных изменений его состояния на основе знания реального положения и позволяет оперативно принимать меры необходимые для поддержания безаварийной работы объектов. Организация и проведение массовых измерений требует разработки автоматизированных средств и программ сбора и обработки полученных данных, позволяющих за короткое время проанализировать значительные объемы информации. Для целей мониторинга устойчивости копров наиболее важным являс1ся знание прочностных свойств несущих пород фундамента. В связи с этим актуальным также являекя развитие алгоритмов и разработка программных продуктов для оперативного восстановления трехмерного поля температуры по данным точечных измерений
Цель работы - разработка матемашческих моделей термомеханического состояния оснований фундаментов копров, алгоршмов и пакеюв прикладных программ для решения задач, возникающих при проектировании и эксп 1уатации систем обеспечения устойчивости копров глубоких алмазодобывающих рудников в многолетней мерзлоте.
Идея работы заключаемся в комплексном использовании математических моделей термомеханического состояния массива мнотлетнемерзлых горных пород для проведения вычислительных экспериментов при проекшровании замораживающих и термометрических систем, представляющих собой собственно систему управления устойчивостью копра, применении новых матемашческих методов и алюришов при интерпретации данных натурного эксперимента (термокошроля основания копров) применительно к горногеологическим и геокриологическим условиям конкретнпх месюрождений
Задачи исследовании Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
-разработать двумерные и фехмерные математические модели температурного состояния массива многолетнемерзлых юрных пород, вмещающих устьевые части вертикальных стволов, с учетом взаимного влияния теплообмена на дневной поверхности, на стенках ствола и охлаждающих устройств различною типа,
-выбрать эффективные методы численнои реали5ации математических моделей термомеханического состояния массивов многолетнемерзлых горных пород;
-разработать комплекс ПЭВМ-программ для пропюза двумерного и трехмерного температурного поля основания фундаментов копров для проектирования систем управления их устойчивостью;
-определить устойчивосп,, скорость сходимости н точность расчетных процедур, предельные значения параметров моделей, 1раницы применимости допущений, принятых при составлении моделей, эртномичность и управляемое ib npoipaMM,
-провести массовые многовариаптные вычислишчьнме эксперименты для исследования теплообменных процессов в массиве горных пород в устьевой части вертикальных стволов и оценки несущей способности свай фундаментов копров подземных рудников;
-сравнить различные конструкции копров и варианты расположения охлаждающих устройств копра скипового ствола рудника "Интернациональный",
-разработать математические модели влияния консфуктивных особенностей измерительной системы на точность измерения температур и определить на основе анализа результатов вычислительных экспериментов основные требования к системе термометрического контроля;
-разработать комплекс ПЭВМ-программ обрабопси результатов и восстановления трехмерного температурпото поля по данным ишерепии и интерпретации результатов термометрического контроля и виде наиболее информативных для оперативного мониторинга показателей
Методика исследовании включает анализ и обобщение выполненных теоретических и экспериментальных исследований, математическое моделирование, обработку данных натурных измерений и адаптацию математических моделей па основе использования аналитических и численных меюдов прикладной математики
На защиту выносятся:
1. Эффективные численные алгоритмы решения многомерных задач теплообмена при математическом моделировании 1епломассообменпых и механических процессов в многолетнемерзлых массивах горных пород, вмещающих устьевые части вертикальных стволов с учетом взаимного влияния теплообмена па дневной поверхности, на крепи ствола и охлаждающих устройств раншчною тина,
2. Численные алгоритмы решения мноюмерных фронтовых задач типа Стефана, учитывающих влияние процессов миграции влати и диффузии примесей на процесс теплообмена во вмещающем горные выработки массиве мпоюлегнемерзлых горных пород, соответствующим понижением температуры фаювого перехода поровой влаги,
3. Математическое и программное обеспечения мониторинга термомеханического состояния оснований фундаментов копров и вмещающих i орных пород для обеспечения устойчивости вертикальных стволов и копров глубоких апмазодобывающих рудников в многолетней мерзлоте,
4. Программный комплекс численного моделирования температурного поля оснований фундаментов копров вертикальных сшочов подомных рудников «Мир» и «Интернациональный»;
5. Математические модели и программы процесса теплообмена в устьевой части измерительных скважин и выявленные при их помощи погрешности в измерениях температуры;
6. Основные научные поюжепия и выводы, включающие
1) Наиболее эффективным численным методом при моделировании процессов теплообмена в многолетнемерзлых юрных порогах являе1ся метод конечных разностей, который позволяет строить экономичные и бысфые алгоритмы численной реализации математических моделей теплообмена при расщепчении на основе суммарной аппроксимации многомерных задач с фазовыми переходами на наборы одномерных задач, решаемых методом сквозного счета;
2) При протекании теиломассообменных процессов в реальных дисперсных средах с неполной насыщенностью пор влияние примесей, рас торенных в поровой влаге проявляется в снижении температуры фазовою перехода и не приводит образованию протяженных областей фазовых превращении, ню дает возможность строить математические модели процессов теплообмена в фронтовой посиновке,
Научная новизна заключается в юм, что
-математическим моделированием процессов промер зания-протаивания пористых сред в рамках модели образования двухфазной юны, доказано, чю при неполном насыщении пор влагой при фазовых переходах перераспределение влаги незначительно, а наличие растворенных примесей не приводит в образованию прожженных областей фазовых переходов и влияет в основном па понижение температуры фазовых переходов;
-разработаны и численно реализованы новые, двумерные и трехмерные, математические модели процесса тепломассообмена вертикальною ствола с массивом вмещающих многолетнемерзлых горных пород,
-впервые предложен и реализован меюд построения разностных схем сквозного счета для задач теплоперепоса с учеюм произвольно распочоженных нелинейных источников тепла, в том числе и в трехмерной задаче,
-на основе метода триангуляции разработаны и представлены в виде комплекса программ оригинальные алюритмы воссшновления трехмерного температурного поля по данным измерений с интерпретацией резулыаюв в наиболее информативном виде карт изолиний несущих способности свай фундамешов копров
-при измерении температур в многолетней мерзлоте обсадные трубы вносят существенные искажения в показания терморезисюров Для уменьшения ошибок устье термометрических скважин следус1 1еплоизолирова[ь с термометрическим сопротивлением не менее 2 град/(Вт м),
Обоснованность и достоверное!ь научных потожеиий, выводов и рекомендаций обеспечивается
-использованием при выборе и уточнении ма1емашческих моделей фундаментальных физических законов;
-применением современных эффективных и 1еоретически обоснованных вычислительных методов;
-проверкой работоспособности разрабоинныч а поритмов на тестовых задачах со сравнением с известными решениями,
-экспериментальным сопровождением гсорешческих исследований и адаптацией большинства применяемых мспсмашческих модели к конкретным условиям разработки кимберлитовых месторождении,
-согласованностью ре*учьгатов с эксперимента п.ными данными и натурными наблюдениями, а также с резулыатми других авюров Личный вклад автора состоит в
-разработке математических моделей теплообменных процессов в массиве горных пород в устьевой части вертикального ствола, в том числе и фехмерпых,
-разработке численных методов решения многомерных шдач теплообмена, с учетом работы произвольно расположенных охлаждающих уст роист и сложной геометрии теп-лообменивающихся полостей, на основе эффеминных иычислшсльных алгоритмов и конечно-разностных схем,
-отладке, тестировании программных комплексов и проведении массовых вычислительных экспериментов с исполыованием разрабоинпых ма1емашческих моделей;
-разработке программных комплексов, обеспечивающих необходимый уровень эр-гономичности на базе WINDOWS-chcicm и пригодных д 1я инженерною использования;
-разработке программных комплексов для ПЭВМ обработки результатов натурных измерений, восстановления ipex мерного темпера iурною поля и интерпретации результатов термоконтроля в виде пока ?ai елей несущих способностей сваи фундаментов;
-обработке и анализе данных 1шурных измерении температур горных пород в приустьевой части вертикальных стволов рудника "Интернациональный"
Практическая ценное! ь дисссртациопнон рабопл заключается в ее прикладной направленности, поскольку все про1раммпые проекты внедрены в автоматизированные системы проектирования и >ирав1ения экснл>аициси копров глубоких алмазодобывающих рудников. Программный комплекс восстановления фехмериого поля температуры по данным термоконтроля, с ин1ерпретацией результатов в виде карт изолиний несущих способностей свай фундаментов «1RIANGULATION» приюден для любых конструкций термометрических систем и в настоящее время насiроен на обработку данных термоконтроля башенного копра клетевого стола рудника "Интернациональный". В дальнейшем, по мере ввода в эксплуатацию копров друюх стволов, буде! исполыоваться на скиповом стволе рудника "Интернациональный", при подземной оiработке трубок «Мир», «Айхал» и «Удачная».
Реализация резулыаюк:
-результаты расчетов по двумерным программам расчета температурного поля устьевой части массива горных пород были использованы при выборе оптимального решения при проектировании системы управления устойчивоеibio скипового ствола рудника «Интернациональный»,
-результаты расчетов, выполненных с применением про1раммного комплекса «HEAT3D», используются при проектировании сисчемы управления устойчивостью скипового и клетьевого стволов рудника «Мир»,
-ПЭВМ-программный коми ickc «STVOI д hi магматического моделирования трехмерного температурного поля при произвольно расположенных охлаждающих устройствах передан в институт Якутнипроалмаз (лаборатория III Р) и используется при проектировании систем обеспечения устойчивости копров,
-рекомендации по обеспечению контроля за режимом работы замораживающей системы на клетьевом стволе рудника «Инонациональный» приняты АК AJIPOCA и используются службами рудника,
-программный комплекс восстановления ipewiepnoio поля температур с интерпретацией результатов термокошроля и виде карт нзочипии несущих способностей свай внедрен в лабораторию ПГР инежтуы Якутнипроалмаз н используется для оперативного мониторинга устойчивости копров вертикальных стволов рудника «Интернациональный»;
Апробация работы Основные положения и резу 1ыаты работы обсуждались на VII конференции научной молодежи «Вопросы гсокриолопш» (Якутск, 1986), на X Всесоюзном семинаре «Исследование горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок» (Кемерово, 1986), на Международной конференции по математическому моделированию (Якутск, 1994), на Международной конференции «Геомеханика в горном деле-96» (Екатеринбург, 1996), на II Междунаро щой конференции по математическому моделированию (Якукж, 1997), на Всероссийской конференции "Неделя горняка" (Москва: 1998), на Международной конференции по моделированию тепломассообмена (Фамагуста, Кипр, 1999), на III Международной конференции по математическому моделированию (Якутск, 2000), на ученых советах Якутнипроалмаз (1995, 1997, 1998, 1999), ИГДС СО РАН (1990, 1992, 1994, 1996, 1999-2002)
Публикации. Основные положения и результант диссертации опубликованы в 32 работах, в том числе в 2-х монографиях и учебном пособии
Структура диссещации. Диссертация состойi из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литера^ры, приложении и вк-iuviaei 232 страницы текста, 19 таблиц, 68 рисунков и библиографический список 120 наименований
Исследования выполнялись Институте математики и информатики Якутского государственного университета им МК Аммосова в течение 1994-2002 гг при выполнении плановых заданий госбюджет ных ПИР по теме «Экспериментальные и натурные исследования температурных полей в трных породах» (№ юс Pei 38 65 17) и в рамках выполнения НИР по теме федеральной целевой про1раммы "Ишсчрация" 1997-1999 гг. "Комплексное исследование термомсхапического сосюяпия мпоголе1 немерзлых горных пород" (№ госрег 1.71), по грантам РФФИ №00-022-96201 «Научно-технические основы систем подземной разработки кимбер шювых руд Якуши» и №00-02-96202-р98арктика «Разработка математической модели ien твою вмимодеиивия зданий, имеющих различные типы подполий, с вечномерзлыми гр>нтами» и в мбораюрии 1еомеханики многолетнемерзлых горных пород Института юрпого дела Севера СО РАН по 1еме 5 115 «Исследование физических процессов горного производства в условиях многолетней мерзлоты и разработка эффективных способов и средств управления ими для совершенствования перспективных нетрадиционных тсхпочо1ий и технических систем при освоении недр Севера, учитывающих экологические особенности pei иопа»( №i ос pei 01 0960 009247)
Похожие диссертационные работы по специальности «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», 05.13.18 шифр ВАК
Теоретические и технологические основы ресурсосберегающих систем воздухоподготовки рудников2010 год, доктор технических наук Левин, Лев Юрьевич
Методика оптимального регулирования температурного режима подземных сооружений Севера: на примере подземных холодильников2008 год, кандидат технических наук Романова, Елена Константиновна
Ресурсосберегающие технологии управления климатическими параметрами рудников: На примере калийных рудников2001 год, доктор технических наук Казаков, Борис Петрович
Управление геотехническими системами газового комплекса в криолитозоне: прогноз состояния и обеспечение надежности2005 год, доктор технических наук Попов, Александр Петрович
Обоснование технологии закладки выработанного пространства при разработке кимберлитовых трубок в криолитозоне2006 год, доктор технических наук Монтянова, Антонина Николаевна
Заключение диссертации по теме «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ», Мордовской, Сергей Денисович
Основные выводы, конкретные научные и практические результаты выполненных исследований и разработок заключаются в следующем:
1. На основе анализа опыта разработки и эксплуатации горнодобывающих систем в условиях криолитозоны выявлена актуальность решения многомерных задач тепломассообмена для обеспечения устойчивости копров вертикальных стволов. Дано обоснование методологии математического моделирования тепло-массообменных и механических процессов в многолетнемерзлых горных породах с учетом взаимного влияния теплообмена дневной поверхности, стенок ствола и охлаждающих устройств различного типа. Сравнительный анализ численных методов и существующая вычислительная практика показывают, что для решения поставленных задач достаточно эффективным является метод конечных разностей. Данный метод позволяет разрабатывать эффективные численные алгоритмы многомерных задач теплообмена, гарантирующие высокую точность прогноза и не требующие для своей реализации значительных вычислительных ресурсов.
2. Разработаны математические модели теплообмена устьевой части массива вмещающих ствол горных пород с произвольным расположением охлаждающих устройств, основанные на решении задачи теплообмена в трехмерной постановке, позволяющие рассчитывать температурные поля при наличии неосесимметричных теплообменивающихся полостей, в частности, при примыкании к стволу вентиляционного канала. В тепломассообменных процессах в реальных дисперсных средах влияние примесей, растворенных в поровой влаге, проявляется в снижении температуры фазового перехода и не приводит к образованию протяженных областей фазовых превращений. Это дает возможность строить математические модели процессов теплообмена в фронтовой постановке.
3. Разработан пакет прикладных программ, обеспечивающий решение научно-технических задач управления устойчивостью копров вертикальных стволов в широком диапазоне горно-геологических геокриологических условий залегания кимберлитовых трубок Якутии. Пакет программ реализует решение задач теплообмена в горизонтальном и вертикальном сечениях, что позволяет прогнозировать основные особенности трехмерного распределения температурного поля. Программный комплекс решения многомерных задач теплообмена разработан на базе объектно-ориентированного подхода с использованием модульной структуризации задач в среде WINDOWS, что обеспечивает: унифицированные форматы входных и выходных данных, позволяющие возможность обработки их в других средах и поддержку базы данных вариантов решения задач, единую информационную среду, управление подготовкой решения задач и ходом вычислений через общее меню, событийное управление ходом решения задач и интерактивную справочную систему; развитый единообразный графический интерфейс со встроенными командами манипулирования данными; импорт-экспорт данных подготовленных в офисных программах.
4. Комплексы внедрены в институте «Якутнипроалмаз» и применены для разработки проектов систем управления устойчивостью копров на рудниках «Интернациональный», «Мир» и «Айхал», а также для оперативной оценки устойчивости копров на башенном копре клетевого ствола и копре скипового ствола рудника «Интернациональный».
5. Определены основные требования к системе термометрического контроля, которые были впервые использованы при организации измерительной системы башенного копра клетьевого ствола и укосинного копра скипового ствола рудника "Интернациональный". Проектирование систем термометрического контроля копров новых подземных рудников на кимберлитовых трубках «Мир», «Айхал» и «Удачная» также проводится с учетом этих требований. Анализ результатов вычислительных экспериментов процесса теплообмена в устьевой части термометрических скважин показал, что применение стальных теплопроводящих обсадных труб вносит серьезные искажения (до 10°С в отдельные месяцы) в результаты измерений температуры. Для устранения этого явления необходима теплоизоляция устьевых частей термометрических скважин. При этом термическое сопротивление теплоизоляции должно быть не менее 2,0 град/Вт.
6. Статистическим анализом первичных результатов измерений температуры в основании фундаментов башенного копра клетьевого ствола рудника «Интернациональный», выявлены основные закономерности распределения температур пород устьевой части ствола. Установлено, что, хотя датчики имеют номинальную точность измерений температуры 0,1 °С, измерительная система обеспечивает точность только 0,3°С, что тем не менее выше, чем точность представления температурных зависимостей, используемых в СНиП для расчета несущей способности свай.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Мордовской, Сергей Денисович, 2005 год
1. Ананян А.А. О структурных особенностях воды при замерзании тонкодисперсных горных пород. //Мерзлотные исследования. -М.:МГУ, 1977. - Bbin.XV1.- С.184-189.
2. Ананян А.А. О жидкой фазе воды в мерзлых породах// Мерзлотные исследования. -М.: Изд-во МГУ, 1961.-Вып. 1.-С.173Ш77.
3. Апросимова Е.П, Крамсков Н.П, Изаксон В.Ю. и др Проблемы поддержания оснований фундаментов копров алмазодобывающих рудников в работоспособном состоянии во весь срок службы// Труды Межд. Конф. "Мельниковские чтения"-Екатеренбург, 1998.-С.146П 154.
4. Апросимова Е.П., Мордовской СД, Изаксон В.Ю. Термомеханическое состояние многолетнемерзлых горных пород, вмещающих устья вертикальных стволов// Тезисы докл. конференции "Неделя горняка"- М., 1998
5. Баренблатт Г.И., Ентов В.М.,Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. -М.:Недра, 1984. 208 с.
6. Бартоломей А А., Кузнецов Г.В., Юшков B.C. Об одном подходе по учету скорости возведения сооружения на осадку фундаментов// Тюменьский Гос Ун., сентябрь, 1996: Сб. докл., Т. 1.-М., 1996-С. 12П19.
7. Биянов Г.Ф. Плотины на мерзлоте. М.: Энергия, 1975. - 184 с.
8. Биянов Г.Ф., Когодовский О А., Макаров В.И. Грунтовые плотины на вечной мерзлоте/ Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР Якутск, 1989. - 152с.
9. Будак Б.М., Соловьев Е.Н, Успенский А.Б. Разностный метод сглаживанием коэффициентов для решения задач Стефана// Журн. вычисл. математики и мат. физики. -1964. Т.5, №5. - С.828П840.
10. Бухмиров В.В., Крупенников С.А., Созинова Т.Е. Оценка эффективности разностных схем решения задачи теплопроводности // Изв Вузов. Черная металлургия. 1999. -№9. - С. 58-60.
11. Бучко Н.А., Турчина В А Искусственное замораживание грунтов// ОбзорИнформ-энерго.Сер.: Строительство гидроэлектростанций и монтаж оборудования. М.: Энергетика, 1978. - 64с.
12. Васильев В.И. Численное интегрирование дифференциальных уравунений с нелокальными граничными условиями.-Якутск ЯФ СО АН СССР, 1985.-160 с.
13. Васильев В.И., Максимов А А.,Петров Е Е., Цыпкин Г.Г. Теплоперенос в промерзающих и протаивающих грунтах.-М Наука, Физматлит, 1996.-224.
14. Васильев И.С. Реакция термического режима почвогрунтов Якутии на современные изменения климата// Тр 7 Международной конференции по мерзлотоведению по проблемам геокриологии, Канада, СЗТ, Yellowkmfe, июнь, 1998: Сбдокл . Якутск, 1998. С. 40D45.
15. Волков С.А. Численные решения двухфазной задачи Стефана//Вычислительные методы и программирование. М.: ВЦ МГУ, 1967. - Вып. 6. - C.217D230.
16. Вопросы устойчивости обнажений многолетнемерзлых горных пород/ В.Ю.Изаксон, А.В. Самохин, Е.Е. Петров, В.И. Слепцов. Новосибирск: ВО "Наука", Сибирская издательская фирма, 1994. - 165с.
17. Гаврилова М.К. Климат центральной Якутии.-Якутск, 1978.-118 с.
18. Гайдаенко Е.И. Временные рекомендации по проектированию и устройству буронабивных свай в вечномерзлых грунтах. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1979.-39с.
19. Гайдаенко Е.И. О несущей способности буронабивных свай в вечномерзлых грунтах// Основания и фундаменты при строительстве в районах Восточной Сибири и Крайнего севера. Вып.45. Красноярск: Краен ПромстройНИИпроект, 1978 - C.32D40.
20. Гапеев С.И. Укрепление мерзлых оснований охлаждением. JL: Стройиздат, Ленин-градск. отд., 1984. - 156 с.
21. Горский В Ф., Клишевич А.А , Попов Ю.А., Лисицына О.М., Пармузин С.Ю. Гражданское и промышленное строительство// Геокриология СССР. Восточная Сибирь и Дальний Восток. М.: Недра, 1989.-С.457-467.
22. Гринфельд М.А. Методы механики сплошных сред в теории фазовых превращений. -М.: Наука, 1990.-312с.
23. Дарахвелидзе П.Г., Марков Е.П Программрование в Delphi 4.- СПб.:БХВ-Санкт-Петербург, 1999.-864с.
24. Дерягин Б.В. Учение о свойствах тонких слоев воды в приложении к об'яснению свойств глинистых пород. //Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород и методам их изучения АН СССР. -М .Изд-во АН СССР Т.1.-С.45-58.
25. Е.В.Шикин, А.В.Боресков, А А.Зайцев Начала компьютерной графики.-М.:"ДИАЛОГ-МИФИ", 1993.- 138с.
26. Ентов В.М., Максимов A.M., Цыпкин Г.Г. Образование двухфазной зоны при промерзании пористой Среды: Препринт № 269//АН СССР ИПМ. М., 1986. - 56с.
27. Ентов В.М.,Максимов А М., Цыпкин Г Г. Об образовании двухфазной зоны при кристаллизации смеси в пористой среде // Докл. АН СССР, 1986, Т.288, № 3. С.621-624.
28. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. -М.'МГУ, 1979.-214 с.
29. Земляные сооружения. Основания и фундаменты: СНиП 3.02.01 -87. Утв Госстроем СССР. Изд. офиц.-М.: ЦИТП Госстроя СССР.-1988.-128с
30. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах. М.:Наука,1969. -240с.
31. Иванцов Г.П. Диффузное переохлаждение при кристаллизации бинарного спла-ва//Докл.АН СССР, 1951.Т81,№3.-С.179-181.
32. Изаксон В.Ю. Вопросы механики многолетнемерзлых горных пород.-Якутск:ЯНЦ СО РАН СССР, 1991.-211 с
33. Изаксон В.Ю., Петров Е.Е. Численные методы прогнозирования и регулирования теплового режима горных пород области многолетней мерзлоты: Препринт// ИГДС СО РАН. Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1986. - 93с.
34. Инъекционное упрочнение горных пород/ Ю.З. Заславский, Е.А. Лопухин, Е.Б. Друж-ко, И.В. Качан. М . Недра, 1984 - 176с.
35. Искусственное охлаждение грунтов с помощью термосвай// Инженерное мерзлотоведение/ С.С. Вялов, К.А. Александров, Ю.С. Миреноург, Ю.Г. Федосеев . М.: Наука, 1979. - C.72D90.
36. Камбэфор А. Инъекция грунтов. М.: Энергия, 1971. -33с.
37. Каменский P.M. Рекомендации по устройству буронабивных свай в вечномерзлых грунтах. Якутск: Ин-т мерзлотоведения, 1991. - 34с.
38. Каплунов Д.Р., Ломоносов Г.Г. Основные проблемы освоения недр при подземной разработке рудных месторождений// Горный журнал. 1999. - №1. -С 42D45.
39. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. - 527с.
40. Кислан И.С. Системная оценка стойкости фундаментов на вечномерзлых грунтах// Тюменьский Гос.Ун., сентябрь, 1996- Сб докл, Т. 1. М, 1996 - С. 88D91.
41. Коздоба Л.А. Вычислительная теплофизика Киев: Наукова думка, 1992 - 217 с.
42. Козеев А А., Изаксон В.Ю., Звонарев Н К. Термо и геомеханика алмазных месторождений. Новосибирск: Наука, Сиб. изд. фирма РАН, 1995. - 243с.
43. Колесников А.Г. К изменению математической формулировки задачи о промерзании грунта//Докл. АН СССР. 1952. -Т.32, №6. - С. 889D891.
44. Коновалов А. А. К методике расчета сезоннодействующих охлаждающих устройств// Основания и фундаменты в районах Восточнойи Сибири и Крайнего Севера. Красноярск: Красн.ПромстройНИИпроект, 1981. - С .107D114.
45. Коновалов А.Н. Метод фиктивных областей в задачах фильтрации двухфазной несжимаемой жидкости с учетом капиллярных сил//Числ. методы механики сплошной среды, 1972, Т.З, №5, С52-67.
46. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск: АН БССР, 1961.-519с.
47. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1971. - 560с.
48. Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве-Новосибирск Наука, 1985.-158с.
49. Максименко Е.С. Расчет надежности основания здания, возводимого с локальным промораживанием грунтов// Материалы Первой конференции геокриологов России, МГУ им. М,В, Ломоносова, 3-5 июня, 1996: Сб. докл., Кн. 4. М., 1996. - С. 140D148.
50. Максимов A.M., Цыпкин Г.Г Автомодельное решение задачи о протаивании мерзлого грунта//Изв. АН СССР, МЖГ, 1988,№6, С 136-142
51. Максимов A.M., Цыпкин Г.Г Математическая модель промерзания водонасыщенной пористой среды //Ж. вычис. матем. и матем. физ , 1986, Т.26, №11, С. 1743-1747.
52. Максимов A.M., Цыпкин Г.Г. Явление «перегрева» и образование двухфазной зоны-при фазовых переходах в мерзлых грунтах // Докл. АН СССР, 1987, Т.294, № 5. С.1117-1121.
53. Максимова А.М, Цыпкин Г.Г Образование двухфазной зоны при взаимодействии талых и мерзлых пород с раствором соли. Препринт №305//АН СССР ИПМ. М., 1987. -56с.
54. Маркизов Л.П. Устройство фундаментов глубокого заложения в Воркуте// Основания, фундаменты и механика грунтов, 1974 №4. - С.4П7.
55. Математическое моделирование:Методы, описания и исследование сложных систем/Под ред. А. А.Самарского -М'Наука, 1989 -271 с.
56. Меламед В.Г. Тепло- и массообмен в горных породах при фазовых переходах. М: Наука. 1980.-228с.
57. Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981г.
58. Моисеев Н.Н. Математика ставит эксперимент. М.: Наука, 1979. - 224 с.
59. Мордовской С.Д, Петров Е.Е, Изаксон В Ю. Моделирование двухфазной зоны при промерзании протаивании пористых сред. -Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997.— 120 с.
60. Мурашко М.Г. Новые представления о процесе промерзания влажных грунтов//Инж.-физ. журн. 1958. - Т.1, №1. - C.96D99.
61. Наумова JI.A. К оценке охлаждающего эффекта паражидкостных термосвай// Основания и фундаменты при строительстве в районах Восточной Сибири и Крайнего Севера. Вып. 50. Красноярск. Краен Промстройниипроект, 1979. - С.113.
62. Нерсесова З.А. Изменение льдистости грунтов в зависимости от температуры// Докл. АН СССР. 1950. - Т.75, №6. - c.845D846.
63. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред М.: Наука, 1987. 4.1. - 464с.
64. Новиков Ф.Я. Температурный режим мерзлых горных пород за крепью шахтных стволов. М.: Изд-во АН СССР, 1989. - 99с
65. Нустров B.C., Пластинин А.В. Неизотермические процессы фильтрации в деформируемых трещиноватых средах//Тр I Российской национальной конференции по теплообмену, 1994: Сб. докл., Т.7.-М: Изд-во МЭИ, 1994 С.146 □ 150.
66. Определение несущей способности свай, отформованных в грунте пневмопробойни-ками: Препринт №30// ИГД СО РАН/ В.А. Григоращенко, A.JI. Исаков, Ю Б. Рейфи-сов, А.К. Ткачук. Новосибирск, 1989. - 13с
67. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах СНиП 2 02 04-88. Утв. Госстроем СССР. Изд. офиц.-М : ЦИТП Госстроя СССР.- 1990.-52с.
68. Основы геокриологии (мерзлотоведения) М.Изд-во АН СССР, 1959. - Ч.1/-460с.
69. Отчет об инженерно-геологических изысканиях на обьекте рудник "Интернациональный". Копры. Отчет о НИР/ КрасТИСИЗ Мининский компл отдел; Руководители С.Ф. Носыко, Р.Ю. Мусин, B.C. Батюшков. Мирный, 1983 - 78с.
70. Охлопков Н.М. Методологические вопросы теории и практики разностных схем.-Иркутск:изд. Иркутского ун-та, 1989.-256с
71. Павленко О.И., Растегаев И.К. О применении буронабивных висячих свай в вечномерзлых грунтах// Основания и фундаменты при строительстве в районах Волсточной Сибири и Крайнего севера. Вып.45. Красноярск: Красн.ПромстройНИИпроект, 1978 - С.16Г121
72. Павлов А.В. Расчет и регулирование мерзлотного режима почвы. Новосибирск: Наука СО, 1980. -240с.
73. Павлов А.В., Оловин Б А. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей Новосибирск: Наука СО, 1974. - 182с.
74. Петров А.В. Опыт бетонирования буронабивных свай в вечномерзлых грунтах// Основания и фундаменты при строительстве в районах Восточной Сибири и Крайнего севера. Вып.45. Красноярск: Краен. ПромстройНИИпроект, 1978 - С.41 П45.
75. Пилягин А.В. К вопросу определения осадок свайных фундаментов. Тюменьский Гос.Ун., сентябрь, 1996: Сб. докл., Т.1. М., 1996 - С. 105 □ 110.
76. Подземный рудник "Мир" ствол ВВС рекомендации по обеспечению устойчивости фундаментов копра и устьевой части ствола". Отчет о НИР./Институт горного дела Севера СО РАН. Лаб. геомеханики. Руководитель В.Ю.Изаксон.- Якутск, 1996. 50с.
77. Полубелова Т.Н., Слепцов В.И., Изаксон В.Ю. Математическое моделирование процесса теплообмена уступа карьера в вечномерзлых породах// ФТПРПИ 1996. - №3 -C.45D53.
78. Полуэктов В Е. Устройство фундаментов вечномерзлых грунтах. Л.:Стройиздат, Ленинградское отделение, 1982.-111с.
79. Расчет несущей способности свай башенного копра клетьевого ствола рудника "Интернациональный" по результатам измерений температуры в основании фундаментов" Отчет о НИР/Институт горного дела Севера СО РАН. Лаб геомеханики.Руководитель
80. B.Ю.Изаксон.- Якутск, 1997. 57с.
81. Рубинштейн Л.И. Проблема Стефана. Рига: Эвайгэне, 1967. - 456с.
82. Самарский А.А. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент Вестник АН СССР. -1979. №5. - С 38-49.
83. Самарский А.А. Теория разностных схем.-М:Наука,1977 -565 с.
84. Самарский А.А., Моисеенко Б Д. Экономическая схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана// Журн. вычисл. математики и мат. физики. 1965. - Т.5, №5.1. C.816D827.
85. Свайные фундаменты: СНиП 2.02.03-85. Утв. Госстроем СССР. Изд. офиц-М.: ЦИТП Госстроя СССР.-1986 -46с.
86. Слепцов В,.И., Мордовской С.Д., Изаксон В.Ю. Математическое моделирование теп-лообменных процессов в многолетнемерзлых горных породах. Новосибирск: Недра, 1996.-99с.
87. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем Учеб. для вузов по спец. "Авто-маизированные системы обработки информации и управления".-2-е изд., перераб. и доп.- М.:Высш. шк., 1998.-419.с
88. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник/ Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 560с.
89. Тепловое и механическое взаимодействие инженерных сооружений с мерзлыми грунтами/ М.М Дубина, Б А. Красовский, А.С Лозовский, Ф.С. Попов. Новосибирск: Наука, 1977.-141с.
90. Теплофизические свойства горных пород. М.: Изд-во МГУ, 1984. 204с.
91. Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грун-тов.-М:Недра, 1986.-292.С
92. Термосваи в строительстве на Севере/ С.С. Вялов, Ю.А. Александров, С.Э. Городец-ский, Ю.С. Миренбург, Л.Н. Хрусталев. Л. Стройиздат, Ленинградск отд, 1984 -148с.
93. Тихонов.А.Н.,Самарский А.А , Уравнения математической физики.-М:Наука,1966, 501 с.
94. Торгашев В.В. Особенности работы "свая-оггаявший грунт"// Материалы Первой конференции геокриологов России, МГУ им. М.В. Ломоносова, 3-5 июня, 1996: Сб. докл., Кн.4.-М., 1996.-С. 126D132
95. Тру пак Н.Г. Замораживание грунтов в строительстве (примеры применения). -М.:Изд. лит. по строительству, 1970 -224с.
96. Фазовый состав влаги в мерзлых породах, /под ред. Э Д. Ершова.- М.- МГУ.-1979.- 190 с.
97. Фельдман Г.М. К расчету миграции влаги в грунтах при промерзании// Вопросы инженерной геокриологии 1969. - Вып.22 - С. 89D107.
98. Филипповский С.М. Использование воздуха с естественной отрицательной температурой для замораживания грунтов// Тр. Северного отделения НИИОСПа, 1962. Вып.2. - C.59D65.
99. Хамов А.П. О расчете несушей способности грунта под подошвой сваи// Тю-меньский Гос.Ун., сентябрь, 1996: Сб. докл, Т.1. М , 1996 - C.128D131.
100. Хрусталев Л.Н. Характеристика инженерных способов обеспечения устойчивости зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах// Геокриология СССР. Средняя Сибирь. М.: Недра, 1989.-С 333г1335.
101. Цеева А Н., Бадьянова Л.И. Основные проблемы и пути развития фундаменто-строения в PC (Я)//Ученые записки ЯГУ.-Якутск: ЯГУ 1994 - C.4D 11.
102. Цытович Н.А. К теории равновесного состояния воды в мерзлых грунтах// Изд. АН СССР, Сер. География и геофизика 1945. - Т 9, №5-6 - C.493D502.
103. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. -М.: Высш. шк., 1973. 446 с.
104. Швецов Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1988. - 295с
105. Шестернёв Д М., Ядрищенский Г.Е. Оценка морозостойкости и предела прочности на одноосное сжатие скальных пород Кодаро-Удоканской геоструктурной зоны/горный журнал 1996. - №9-10 - С .48 □ 49.
106. Шкулев С.П., Самохин А.В , Изаксон В.Ю. Адаптация математических моделей термомеханического состояния массива многолетнемерзлых горных пород* Препринт// ИГДС СО РАН. Якутск: Изд-во ЯНЦ, 1993. - 40с.
107. Юшков Б.С., Бартоломей А.А , Иванчин Н.Н. Повышение несущей способности и долговечности свайных фундаментов в условиях Севера// Тюменьский Гос. унт, сентябрь, 1996: Сб. докл., Т.2. М., 1996 - С.51П55.
108. Recent history //Mining Journal 1996.-327, №8405, Suppl. - С 2.
109. Russia //Mining Journal 1996 - 327, №8405, Suppl. - С 6-7.
110. Russia's diamond production/ Rombouts Luc. //Mining Journal 1996. - 327, №8405, Suppl.-C.l2D 13.
111. УТВЕРЖДАЮ Замдиректора по научной работе ин-та ^Е&Тйййвоалмаз», канд.техн.наук
112. Входные данные программного комплекса максимально адаптированы под имеющиеся измерительные системы, что позволяет оперативно прослеживать динамику изменения температурного состояния объектов.
113. Комплекс передан в лабораторию ПГР института Якутнипроалмаз для использования при контроле за состоянием копров вертикальных стволов АК АЛРОСА.
114. От института «Якутнипроалмаз»1. Лобанов В.В.от Исполнителяд.т.н. Изаксон В.Ю.к.т.н. Мордовской С.Д,
115. УТВЕРЖДАЮ: Замдиректора по научной работеанд.техн.наук1. Крамсков Н.П. о$г 1оог г1. АКТвнедрения рекомендаций ИГДС СО РАН по поддержанию оснований копров клетьевого и скипового стволов рудника «Интернациональный»
116. Рекомендации переданы в институт Якутнипроалмаз и используется при проектировании наземных сооружений.вого режима.
117. От института «Якутнипроалмаз»от ИГДС СО РАН1. Лобанов В.В.к.т.н. Слепцов В.И.к.т.н. Мордовской С.Д,д.т.н. Изаксон В.Ю.1. УТВЕРЖДАЮчной работе аз», канд.техн.наук
118. Щ Крамсков Н.П. У,!// (О, О 9.а "у/внедрения программного комплекса "STVOL3D" для математического моделирования трехмерного распределения температурного поля при произвольно расположенных охлаждающих устройствах
119. Комплекс передан в лабораторию 111Р института Якутнипроалмаз и используется при проектировании наземных сооружений.
120. От института «Якутнипроалм*™ от ИГДС СО РАНфайлов.1. Лобанов В.В.д.т.н. Изаксон В.Ю.к.т.н. Мордовской С.Д,
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.