Оценка теплоизоляционных свойств фибро-армированных торкрет-бетонных покрытий в условиях глубокой россыпной шахты криолитозоны в летний период эксплуатации

Защита подземных горных выработок россыпных шахт криолитозоны от растепления многолетнемерзлых дисперсных пород в летний период эксплуатации– необходимая мера, поскольку данное явление представляет прямую угрозу устойчивости породного массива и безопасности ведения горных работ. Цель исследования – количественная оценка влияния толщины итеплопроводности фиброармированного торкрет-бетона повышенной морозостойкости на глубину протаивания дисперсных горных пород, вмещающих воздухоподающую выработку. В работе использован комплекс лабораторных и расчетных методов. Результаты лабораторных исследований показали, что введение искусственных волокон в матрицу легкого бетона D900 увеличивает его плотность до марки D1000, однако теплопроводность при этом возрастает незначи тельно, с 0,67 до ≈0,7 Вт/(м⋅K). В сухом состоянии коэффициент теплопроводности исследуемых составов теплозащитного бетона варьирует в пределах 0,23±0,02 Вт/(м⋅K). Численным моделированием установлено, что при отсутствии теплоизоляции глубина протаивания многолетнемерзлых пород вокруг горной выработки в ее устьевой части достигает 2 м, а это может привести к растеплению и обрушению дисперсных горных пород, нарушению целостности возведенной крепи. При 100 % влажности воздушной среды в летний период и толщине теплозащитного бетона 5–20 см ореол протаивания устьевой части ствола со ставляет 1,85–1,5 м. В сухом состоянии возведенная теплозащитная крепь снижает ореол протаивания в два раза, с 2 до 0,95 м. Применение фиброармированной теплозащитной торкрет-бетонной крепи позволяет снизить нагрузку на крепь более чем в 2 раза. Результаты расчетов ореолов протаивания мерзлых пород вокруг выработок в летний период показали, что применение теплозащитной фибробетонной крепи и техники с электрическим приводом снижает нагрузку от оттаявших пород, повышает безопасность и эффективность ведения работ.

1. Шапошник С.Н., Шапошник Ю.Н., Крупник Л.А., Нуршайыкова Г.Т. Обоснование эффективности применения набрызгбетонной крепи горных выработок в криолитозоне. Вестник Восточно-Казахстанского государственного технического университета им. Д. Серикбаева. 2020; (1):84–89. https://10.51885/15614212_2020_1_86.– EDN: DVKQSZ

2. Галкин А.Ф., Киселев В.В., Курилко А.С. Набрызг-бетонная теплозащитная крепь. Якутск: ЯНЦ СО РАН; 1992. 164 с.

3. Авксентьев И.В., Скуба В.Н. Теплоизоляция горных вы работок в условиях многолетней мерзлоты. Новосибирск: Наука; 1983. 176 с.

4. Курилко А.С, Хохолов Ю.А, Соловьев Д.Е. Математическая модель для расчета количества циклов замораживания-оттаивания горных пород в выработках криолитозоны. Горный информ.-аналит. бюллетень. Тематическое приложение «Физика горных пород». 2006;211–220.

5. Леонович И.А. Прочностные свойства фибробетонов с заполнителем из микросфер при ударном нагружении. Вестник Белорусско-Российского университета. 2008;19(2): 129–136. https://doi.org/10.53078/20778481_2008_2_129. EDN: OKFHAX

6. Харун М., Коротеев Д.Д., Дхар П. и др. Физико-механические свойства базальто-волокнистого высокопрочного бетона. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018;14(5):396–403. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-5-396-403.– EDN: YQJVAL

7. Соболев Г.М., Зотов А.Н. Морозостойкость и водонепроницаемость модифицированного мелкозернистого бетона с полипропиленовой фиброй. Вестник научных конференций. 2018;33(5-2):89–91.

8. Алексеев К.Н., Захаров Е.В. Влияние циклов замораживания-оттаивания на прочность и характер разрушения теплоизоляционного вермикулитобетона армированного искусственной фиброй. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2024; (29):93–103. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2024-29-93-103.– EDN: MZMKZX

9. Курилко А.С., Шкулев С.П., Киселев В.В. Натурные исследования температурного режима горных выработок и вмещающего массива рудника «Айхал». Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005; (S1):91– 101. EDN: NDLQCJ

10. Дядькин Ю.Д., Зильберборд А.Ф., ЧабанП.Д. Тепло вой режим рудных, угольных и россыпных шахт Севера. М.: Наука; 1968. 172 с.

11. Самарский А.А. Теория разностных схем: уч. пособие. М.: Наука; 1983. 616 с.

12. Хохолов Ю.А., Соловьев Д.Е. Математическое моделирование тепловых процессов в горных выработках шахт и рудников Севера. Новосибирск: Гео; 2013. 185 с. EDN:WCKABI

13. Никольский А.М., Ордин А.А., Курилко А.С. Бесцеликовая технология подземной разработки россыпных залежей Якутии. Новосибирск: Наука; 2014. 276 с.– EDN: PIAXIU

14. Шерстов В.А., Скуба А.Н., Лубий К.И., Костромитинов К.Н. Подземная разработка россыпных месторождений Якутии. Якутск: ЯФСОАНСССР; 1981. 188 с.– EDN: SESPEP

15. Изаксон В.Ю., Мороз В.Ф., Андреев В.С. и др. Методические указания по определению нагрузок на крепь ка питальных горных выработок и их сопряжений для угольных шахт области многолетней мерзлоты. Якутск: ЯФ СО АН СССР; 1984. 188 с.

16. Гребенюк В.А., Пыжьянова Я.С., Ерофеева И.Е. Справочник по горнорудному делу. М.: Недра; 1983. 816 с.