В холодный период года для обеспечения требуемого теплового режима в подземных горных выработках подаваемый в рудник воздух нагревается при помощи систем воздухоподготовки. В дальнейшем термодинамическое состояние подготовленного потока воздуха при опускании его по шахтному стволу изменяется за счет влияния ряда факторов. При этом особый интерес вызывают процессы тепло- и массообмена между поступающим воздухом и окружающей его средой, которые напрямую зависят от начальных параметров нагретого воздуха, глубины воздухоподающего ствола и наличия водопритоков в шахтный ствол. На основании полученных экспериментальных данных и проведенных теоретических исследований выполнен анализ влияния различных тепло- и массообменных факторов на формирование микроклиматических параметров воздуха в воздухоподающих стволах рудников Норильского промышленного района. Показано, что в условиях присутствия внешних водопритоков из закрепного пространства ствола микроклиматические параметры воздуха в стволе определяются теплоотдачей от поступающего потока воздуха к подземной воде, стекающей по крепи воздухоподающего ствола. Результаты исследования позволили описать и объяснить эффект понижения температуры воздуха, поступающего в подземные выработки глубоких рудников.
Освоение месторождений, залегающих в сложных геологических и гидрогеологических условиях, часто связано с необходимостью применения специальных способов проходки шахтных стволов. Наиболее надежным и универсальным способом проходки стволов является искусственное замораживание горных пород – создание ледопородного ограждения вокруг запроектированной горной выработки. Под защитой искусственно созданного сооружения в дальнейшем ведутся горнопроходческие работы. При этом проходка подземных горных выработок разрешается только после образования замкнутого замороженного контура проектной толщины. Кроме того, за состоянием замораживаемых горных пород должен быть организован систематический контроль. Опыт строительства рудников в сложных гидрогеологических условиях способом искусственного замораживания показывает, что современные технологии точечных и распределенных измерений температуры горных пород в контрольных скважинах не позволяют установить фактические параметры ледопородного ограждения. Современные теоретические модели и методы расчета теплового режима породного массива при его искусственном замораживании также не позволяют получить корректный прогноз параметров ледопородного ограждения в случае высокой погрешности исходных данных модели. В работе предлагается система контроля, которая осуществляет синтез экспериментальных измерений и теоретических расчетов параметров ледопородного ограждения. Такой подход позволяет провести сравнение измеренных в экспериментах и теоретически рассчитанных температур породного массива в контрольных скважинах и вычислить рассогласование между ними. На основании рассогласования температур уточняются параметры математической модели замораживаемого породного массива. Уточнение модельных параметров осуществляется посредством постановки обратной задачи Стефана, ее регуляризации и дальнейшего численного решения.
