Совершенствование методов прогнозирования состояния ледопородного ограждения строящихся шахтных стволов с использованием распределенных измерений температуры в контрольных скважинах

L Yu Levin,M A Semin,O S Parshakov

doi:10.31897/pmi.2019.3.274

Abstract

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.

Highlights

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
Plastic Design Theory of Frozen Wall Thickness in an Ultradeep Soil Layer Considering Large Deformation Characteristics / B.Zhang, W.Yang, B.Wang // Mathematical Problems in Engineering

Summary

Использование оптоволоконной термометрии для контроля формирования и

При этом опыт строительства рудников в сложных гидрогеологических условиях способом искусственного замораживания показывает, что современные технологии точечных и распределительных измерений температуры горных пород в контрольных скважинах не позволяют установить фактические параметры ледопородного ограждения [8, 18]. Особенность предложенной системы контроля заключается в том, что ее структурные элементы позволяют хранить все данные геологических и теплофизических свойств горных пород, осуществлять сбор параметров работы замораживающих станций стволов и обрабатывать данные экспериментальных измерений температуры породного массива в различные моменты времени (рис.). При помощи данной системы производится математическая интерпретация результатов термометрии скважин, на основании которой определяется температурное поле породного массива в условиях искусственного замораживания. В основу данного способа контроля ЛПО положено экспериментальное измерение температуры горных пород по всей глубине контрольных термических скважин с помощью оптического волокна [9]. Основными элементами системы являются волоконно-оптический регистратор и оптоволоконный кабель, при помощи которых производится распределенное измерение температуры.

Данные замораживающих станций стволов

Nc t