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.

Development of mineral deposits under complex geological and hydrogeological conditions is often associated with the need to utilize specific approaches to mine shaft construction. The most reliable and universally applicable method of shaft sinking is artificial rock freezing – creation of a frozen wall around the designed mine shaft. Protected by this artificial construction, further mining operations take place. Notably, mining operations are permitted only after a closed-loop frozen section of specified thickness is formed. Beside that, on-line monitoring over the state of frozen rock mass must be organized. The practice of mine construction under complex hydrogeological conditions by means of artificial freezing demonstrates that modern technologies of point-by-point and distributed temperature measurements in test wells do not detect actual frozen wall parameters. Neither do current theoretical models and calculation methods of rock mass thermal behavior under artificial freezing provide an adequate forecast of frozen wall characteristics, if the input data has poor accuracy. The study proposes a monitoring system, which combines test measurements and theoretical calculations of frozen wall parameters. This approach allows to compare experimentally obtained and theoretically calculated rock mass temperatures in test wells and to assess the difference. Basing on this temperature difference, parameters of the mathematical model get adjusted by stating an inverse Stefan problem, its regularization and subsequent numerical solution.