resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)resar-877Research ArticleНауки о ЗемлеEarth sciencesМатематическое моделирование процессов тепломассообмена вентиляционного воздуха с горными породами в протяженных выработках шахт и рудников криолитозоныМатематическое моделирование процессов тепломассообмена вентиляционного воздуха с горными породами в протяженных выработках шахт и рудников криолитозоныХохоловЮрий АркадьевичХохоловЮрий Аркадьевич

ХОХОЛОВ Юрий Аркадьевич – д.т.н., в.н.с., khokholov@igds.ysn.ru;

khokholov@igds.ysn.ruКурилкоАлександр СардоковичКурилкоАлександр Сардокович

КУРИЛКО Александр Сардокович – д.т.н., зав. лаб., a.s.kurilko@igds.ysn.ru.

a.s.kurilko@igds.ysn.ruИнститут горного дела Севера СО РАНРоссияИнститут горного дела Севера СО РАНRussian Federation2015170620252035054Copyright © Хохолов Ю.А., Курилко А.С., 20252025Хохолов Ю.А., Курилко А.С.Хохолов Ю.А., Курилко А.С.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/877

Разработана математическая модель процессов тепломассообмена вентиляционного воздуха с горными породами в протяженных горных выработках шахт и рудников криолитозоны с учетом испарения и конденсации влаги. Принятым допущением массив горных пород вокруг выработки представляем областью в виде полого цилиндра. Внутренний радиус области соответствует радиусу выработки, а внешний радиус выбирается из условия распространения зоны теплового влияния вокруг выработки на расчетный временной период. Математическая модель численно реализована методами конечных разностей. Показано, что летом в устьевых частях горной выработки преобладают конденсационные процессы, а зимой – испарительные. Поступающая в неё влага из вентиляционного воздуха и горного массива интенсифицирует тепломассообменные процессы, что существенно влияет в целом на тепловой режим шахт и рудников. Численная реализация разработанной модели позволяет рассчитать динамику изменений температуры вентиляционного воздуха и его относительной влажности в зависимости от термовлажностных условий выработки, что важно для прогноза теплового режима шахты и обеспечения безопасности ведения горных работ.

Mathematical model of ventilation air and rocks heat mass exchange processes in cryolithozone extensive mine workings, with moisture vaporization and condensation taken into account, is developed. Rock mass around the working by taken assumption is considered in the shape of hollow cylinder. Internal radius of the area corresponds to working’s radius, while outer radius is taken from spreading condition of heat influence zone around the working for taken temporal period. The nathematical model is numerically solved by finite difference method. It is shown, that in mine workings’ mouth parts in summer period condensation processes prevail, while vaporizing in winter period. Moisture from ventilation air and rock mass getting into it, makes heat mass processes intensify, that significantly affect the mines thermal conditions as a whole. The developed model numerical implementation allows to calculate ventilation air temperature and it’s relative humidity variations dynamics subject to working’s hydrothermal conditions, that is important to mines thermal conditions prognosis and mining safety providing.

тепломассообменгорная выработкаматематическая модельиспарениеконденсациякриолитозонаheat and mass transferminingmathematical modelevaporationcondensationcryolithozoneReferencesВенгеров И.Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Т. I. Анализ парадигмы. – Донецк: Норд–Пресс, 2008. – 632 с.Венгеров И.Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Т. I. Анализ парадигмы. – Донецк: Норд–Пресс, 2008. – 632 с.Криворучко А.М. Влияние породного массива на изменение влажности воздуха в выработках глубоких шахт // Материалы семинара по горной теплотехнике. Вып. 5. – Киев: Изд-во Института техн. информ., 1964. – С. 101–103.Криворучко А.М. Влияние породного массива на изменение влажности воздуха в выработках глубоких шахт // Материалы семинара по горной теплотехнике. Вып. 5. – Киев: Изд-во Института техн. информ., 1964. – С. 101–103.Андреев Г.Г., Попков Г.К. Исследование массообменных процессов, происходящих в горном массиве и на поверхности выработок под воздействием рудничного воздуха // Эффективная и безопасная разработка месторождений полезных ископаемых: Труды УЗПИ, вып. 3. – М.: Недра, 1971. – С. 171–176.Андреев Г.Г., Попков Г.К. Исследование массообменных процессов, происходящих в горном массиве и на поверхности выработок под воздействием рудничного воздуха // Эффективная и безопасная разработка месторождений полезных ископаемых: Труды УЗПИ, вып. 3. – М.: Недра, 1971. – С. 171–176.Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985. – 432 с.Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985. – 432 с.Изаксон В.Ю., Слепцов В.И., Бандопадхай С. Математическое моделирование тепломассообмена в горных выработках Арктики. – Новосибирск: Наука, 2000. – 120 с.Изаксон В.Ю., Слепцов В.И., Бандопадхай С. Математическое моделирование тепломассообмена в горных выработках Арктики. – Новосибирск: Наука, 2000. – 120 с.Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1977. – 736 с.Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1977. – 736 с.Охлопков Н.М., Васильев В.И., Попов Ф.С. и др. Численные методы решения задач теплообмена подземных и наземных сооружений с мерзлым грунтом // Методы механики сплошной среды. – Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1977. – С. 5–18.Охлопков Н.М., Васильев В.И., Попов Ф.С. и др. Численные методы решения задач теплообмена подземных и наземных сооружений с мерзлым грунтом // Методы механики сплошной среды. – Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1977. – С. 5–18.Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 784 с.Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. – М.: Едиториал УРСС, 2003. – 784 с.Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1983. – 616 с.Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1983. – 616 с.Самарский А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // Журнал вычислит. мат. и мат. физики. – 1965. – Т. 5, №5. – С. 816–827.Самарский А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана // Журнал вычислит. мат. и мат. физики. – 1965. – Т. 5, №5. – С. 816–827.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.