автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Мониторинг термомеханического состояния многолетнемерзлого массива горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых на Севере

российская академия наук

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СЕВЕРА

На правах рукописи

САМОХИН АНАТОЛИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

УДК 622:551.34: [51.001.57}

мониторинг термомеханического состояния мн0г0летнемерзл0г0 массива горных пород при разработке месторождении полезных ИСКОПАЕМЫХ НА СЕВЕРЕ

Специальность: 03. 15. И - "Физические процессы горного

производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово 1994

Работа выполнена в Институте горного дела Севера СО РАН

Научный консультант: доктор технических наук, профессор В.Ю.Изаксон

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Г.И.Кулаков

Ведущее предприятие - Институт ЯкутНИИПРОАлмаз Акционерной

компаниии "Алмазы России - САХА"

на заседании Специализированного Совета Л.003.57.01 при Институте Угля СО РАН (650610, г.Кемерово, ГСП-610, ул. Рукавивникова, 21, телетайп 215113 ыликА)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Академик АН Республики САХА (Якутия), доктор технических наук, профессор С.А.Батугин

доктор технических наук, профессор А.В.Бираков

Завита состоится 1994 г. в ^

часов

Автореферат

Ученый Секретарь Специализированного Совета, доктор техн. наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Развитие горнодобывающих отраслей промышленности России в -значительной мере зависит от успешного -освоения месторождений полезных ископаемых, расположенных в зоне развития криолитозоны. Здесь в настоящее время добывается 98% алмазов, более 60% золота, около 50% олова, имеется около трех четвертей российских запасов каменных углей, железная руда, разведаны запасы нефти и газа, драгоценных и редких металлов и др. Освоение северных и северо-восточных районов России и эксплуатация их недр сопряжены- с большими затратами и трудностями, вызванные отдаленностью этих районов от крупных промышленных центров, суровыми климатическими условиями, острой нехваткой рабочей силы, сложными горнотехническими и геокриологическими условиями разработки месторождений полезных ископаемых.

В связи с этим, для обеспечения эффективного развития горнорудной промышленности требуются новые подходы и методы оперативного, краткосрочного и долгосрочного прогнозов термомеханического состояния (ТМС), без чего невозможно

принимать квалифицированные решения при производстве горных работ в многолетней мерзлоте.

Экспериментальные наблюдения за термомеханическим состоянием (температурные наблюдения, а также измерения смещений и напряжений) длительны и трудоемки и не могут охватить всего природного многообразия. Срок службы станций для наблюдений за ТМС горных пород из-за тяжелых условий работы (низкая температура, наличие засоленной воды, содержащей агрессивные ингредиенты) составляет не более трех лет, что значительно меньше срока службы горного предприятия. Восстановление наблюдательных станций трудоемко и дорого, а в отдельных случаях (в вертикальных стволах, например) невозможно. Применение для прогноза термомеханического состояния эмпирических формул, полученных обработкой результатов наблюдений, не удается в случае изменения режима вентиляции, сечения выработки, систем разработки и т. д.

Эффективность решения исследуемой проблемы во многом определяется привлечением математического аппарата для решения задач термомеханики горных пород. Развитие горной науки,

особенно в последнее время, сталкивается с несовместимостью точных методов анализа горных задач и практики ведения открытых и подземных работ.

. Ярким примером подобной ситуации _ являются успехи, достигнутые в геомеханике горных пород, когда напряженно-деформированное состояние массива горных пород может быть просчитано с учетом множества факторов (объемного характера задачи, неоднородности и анизотропности массива, с учетом его реологических свойств и др. ) и почти полного отсутствия технологических предложений или практических . решений.

Возникает ощущение психологического дискомфорта, когда, получив в результате изощренного математического программирования поля напряжений и деформаций, и имея возможность улучшить и даже усилить решение, оказываемся перед невозможностью применить его для практических задач горного дела (устойчивость выработки, расчет крепи, безопасность, определение технологических параметров и т. д.).

В связи с этим приобретает актуальность научная проблема разработки мониторинга термомеханического состояния массива при освоении месторождений полезных ископаемых, решение которой позволит учесть особенности поведения многолетнего мерзлого массива при технологическом воздействии й поднять на качественно новый уровень прогноз ТМС.

Диссертационная работа непосредственно связана с научным направлением ИГД Севера СО РАН "Исследование тепловых и механических процессов в массивах мерзлых горных пород и создание методов разработки месторождений полезных ископаемых Севера на основе управления этими процессами" и текущими планами НИР по темам-. "Разработка научных основ крепления и поддержания капитальных и подготовительных выработок в условиях многолетней мерзлоты" (Ы 80070053); "Моделирование результатов технологических воздействий на многолетнемерзлые породы" (ы 0187. 0096035)! "Разработка методов исследования состояния и структуры массивов многолетнемерзлых горных пород для создания нетрадиционных технологий отработки месторождений Севера" (01920013890).

Цель работы - повышение устойчивости мерзлых обнажений при технологических воздействиях на основе развития методов прогнозирования и управления термомеханическими процессами.

Идея"" работы " - заключается в установлении и использовании факта изменения термомеханического состояния, свойств и поведения многолетнемерзлнх горных пород под влиянием климатических и технологических факторов при выполнении мониторинга. *

Основные задачи исследований:

1. Выявить закономерности поведения многолетнемерзлого массива горных пород (ММГП) при разработке месторождений полезных ископаемых.

2. Провести анализ применения мониторинговых систем в геомеханике и, на этой основе, разработать концепцию мониторинга термомеханического состояния массива.

3. Разработать алгоритм и универсальную программу получения тепловых и механических параметров массива, в основу которых положены экспериментальные данные о его состоянии.

4. Разработать методику проведения измерений температур и напряжений при исследованиях термомеханического состояния массива в экстремальных условиях Крайнего Севера и предложить поправки к показаниям фотоупругих датчиков.

5. Выявить особенности протекания термомеханических процессов вокруг горных выработок, пройденных по многолетнемерзлым породам, и развить решение упругой задачи о напряженно-деформированном состоянии в приконтурной части массива с учетом формирования ореола протаивания.

6. Разработать расчетный метод определения типа и параметров крепи капитальных выработок и их сопряжений для угольных шахт Северо-Востока России, находящихся в эксплуатации при положительном, знакопеременном и отрицательном тепловых режимах.

7. Оценить влияние тепловых процессов на устойчивость вмещающих многолетнемерзлнх пород вокруг устьевых частей вертикальных стволов, оснований фундаментов башенных копров и разработать эффективные способы по сохранению этих пород в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации.

8. Исследовать динамику процессов протаивания-промерзания вмещающих пород вокруг устья вертикальных стволов и разработать методику выбора оптимальных параметров замораживающего комплекса на период эксплуатации рудника, учитывающую наличие теплоизолирующего слоя в кессонах тюбинговой крепи.

9. Установить закономерности динамики температурного состояния массива под теплоизолирующими покрытиями, выполненными из вспененных пластмасс и разработать метод выбора параметров этих покрытий, учитывающего основные климатические и технологические факторы.

Методы исследований.

В работе использован комплекс методов, включающий: -натурные исследования температур, смещений и напряжений на шахтах, рудниках и карьерах Северо-Востока России для получения данных о состоянии массива при технологических воздействиях;

-моделирование на эквивалентных материалах процессов теплообмена на сопряжениях горных выработок для расчета величины протаивания в трехмерной постановке,-

-анализ экспериментального материала с применением методов математической статистики;

-математическое моделирование тепловых и механических процессов на ПЭВМ;

-опытно-промышленная проверка разработанных методов, методик и рекомендаций на шахтах и рудниках Северо-Востока России.

Научные положения, выдвигаемые на защиту:

1. Геокриологические условия при разработке месторождений полезных ископаемых в криолит'озоне сложны и разнообразны и поэтому при выполнении прогноза ТМС необходим дифференцированный подход, учитывающий изменение напряженно-деформированного состояния массива при технологических воздействиях.

2. Прогноз напряженно-деформированного состояния мерзлого массива обеспечивается дифференцированным подходом, включающим учет типа теплового режима, величины ореола протаивания, изменение прочностных и упругих характеристик пород в нем. При этом рассматривается высокая устойчивость мерзлых обнажений при сохранении отрицательной температуры массива.

3. Результативность математического моделирования

термомеханического состояния возрастает с использованием экспериментальных данных, полученных в конкретной обстановке, для выбора тепловых и механических характеристик массива.

________4. Тепловые и механические характеристики массива горных

пород, необходимые для выполнения прогноза ТНС, определяются симплексным методом, использующим экспериментальные данные о состоянии массива и обладающим простотой реализации на - ЭВМ, универсальностью и возможностью применения при малых и различных по разным осям градиентах функций.

5. Взаимовоздействие тепловых и механических процессов в приконтурной части массива приводит к тому, что нагрузка на крепь горных выработок, пройденных по многолетнемерзлым породам, преимущественно формируется только со стороны кровли, при незначительных проявлениях бокового горного давления. В то же время интенсивность смещений мала и находится в пределах технологической- податливости жестких крепей.

6. Нагрузку на крепь при отрицательном тепловом режиме следует определять как массу пород в пластической зоне, подсчитанную с учетом изменения прочности в приконтурном массиве. При положительном и знакопеременном тепловых режимах нагрузка на крепь формируется в пределах глубины протаивания и наилучшей моделью, описывающей взаимодействие крепи и пород, является жесткопластическая модель, определяющая расчетную схему.

7. Тепловые процессы в устьевой части вертикальных стволов наиболее интенсивны, т.к. формируются в результате взаимного влияния теплообмена на земной поверхности и внутри ствола. Вмещающие породы представлены высокольдистыми трещиноватыми породами','теряющими "свою ' прочность при протаивании, поэтому требуется'их сохранение в мерзлом состоянии на всех стадиях строительства и эксплуатации.

8. Устойчивость' оснований фундаментов' башенных копров вертикальных стволов достигается: созданием искусственной замораживающей системы, поддерживающей вмещающие породы в мерзлом состоянии,- возведением теплозащитного слоя на стенках крепи в устьевой части, снижающей теплообмен между рудничной атмосферой и крепью.

9. Тепловые потоки со стороны ствола и со стороны замораживающих скважин — уравновешиваются " ' (нулевая'" " изотерма

<

^находится на контакте порода-крепь): величиной термического сопротивления теплоизоляции и температурой воздуха, подаваемого в рудник, количеством замораживающих устройств, их диаметром и температурой хладоносителя.

10. Криогенные процессы ( протаивание, промерзание, растрескивание, физическое и химическое выветривание, диспергирование и т. д.) при обнажениях мерзлых пород на бортах карьеров приводят к осыпям, вывалам и сползанию бермы. Главным фактором, интенсифицирующим эти процессы является сезонный перепад температур. Тепловая защита, выполненная из вспененных пластмасс типа РИП0Р-6ТН, снижает температурное воздействие в 5-7 раз, уменьшает величину протаивания в два раза и создает поверхностное упрочнение пород..

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснован новый подход к прогнозу термомеханичского состояния мерзлого массива при технологических воздействиях, отличительной чертой которого является:

-получение тепловых и механических параметров массива на основе экспериментальны:: данных о его состоянии для чего разработан алгоритм и универсальная программа,-

-применение методики измерения температур и напряжений, учитывающей экстремальные условия Крайнего Севера.

2. Установлены закономерности изменения термомеханического состояния в окрестности выработки и взаимовлияние тепловых и механических процессов в пределах ореола протаивания. Введено новое понятие "коэффициент влияния неоднородности", позволяющее учесть изменение напряженного состояния в окрестности выработки за счет изменения упругих и прочностных параметров в результате изменения температуры в приконтурной части.

3. Разработан метод расчета нагрузок на крепь капитальных горных выработок и их сопряжений для угольных шахт Северо-Востока России, в основу которого положен метод упругого наложения , с привлечением выявленных зависимостей : упругих и прочностных свойств пород от температуры, величины протаивания и параметров теплового режима.

4. Обоснован и разработан комплекс мер по управлению тепловыми процессами во вмещающих породах вокруг устья вертикальных стволов, включая автоматическую работу

замораживающего комплекса в оптимальном режиме, что достигается постоянно действующей системой термометрического контроля.

5. Разработан и реализован численный алгоритм прогноза термомеханического состояния-^ массива ММГП ___ вокруг устья вертикальнных стволов, основанного на учете: моделирования любого числа скважин и их взаимного влияния ,- зависимости физических параметров среды от температуры,- влияния на динамику температурного поля массива температуры воздуха в стволе, при этом температура может задаваться по любому, наперед заданному закону.

6. Разработан новый метод расчета параметров тепловой защиты откосов глубоких карьеров кимберлитовых месторождений, учитывающий альбедо поверхности откоса, географическое расположение месторождения, влажность и температуру пород, а также переменную толщину теплоизоляционного покрытия.

7. Предложена технология нанесения вспененных пластмасс на откосы карьеров при низких температурах в ранневесенний период,

,обеспечивающая высокие механические, теплофизические и адгезионные свойства теплоизолирующих экранов из вспененных пластмасс.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

подтверждается:

-большим объемом экспериментального материала,полученного автором на 11 горнодобывающих предприятиях Северо-Востока России в течение 15 лет-,

tí

-сравнением прогнозных нагрузок, расчитанных по разработанной методике, с несущей способностью крепи для 120 выработок протяженностью 41000 м., находящихся в эксплуатации, показавшим хорошую сопоставимость,- 1

-удовлетворительным совпадением значений температур: в кровле горных выработок подземного холодильника, устьевых частей скипового и клетьевого стволов рудника "Интернациональный", откосах карьера "Мир", полученных адаптированной моделью с экспериментальными наблюдениями,-

-положительными результатами внедрения методик, методических указаний и рекомендаций для угольных шахт Якутиий, Магаданской области, горных предприятий АК "Алмазы России-Саха".

Личный вклад автора заключается В:

-разработке теоретических положений, развивающих перспективное направление терыонеханики мерзлых горных пород -мониторинг термомеханического состояния, включающий формирование информации о состоянии массива, разработку математических моделей и их адаптацию по экспериментальным данным, выполнение прогноза ТМС при технологических воздействиях, организации, проведении исследований и опытных работ в производственных условиях,-

-выявлении особенностей, связанных с разработкой методики проведения измерений температур и напряжений при исследованиях термомеханического состояния массива в экстремальных условиях Крайнего Севера,-

-установлении характера протекания термомеханических процессов вокруг горных выработок, пройденных по много-летнемерзлым породам, учитывающего изменение упругих и прочностных характеристик пород в пределах ореола протаивания;

-разработке методики определения типа и параметров крепи капитальных горных выработок и их сопряжений для угольных шахт, находящихся в эксплуатации при положительном, знакопеременном и отрицательном тепловых режимах,-

-установлении влияния тепловых процессов на устойчивость вмещающих многолетнемерзлых горных пород вокруг устьевых частей вертикальных стволов и разработке мероприятий по сохранению их в мерзлом состоянии на всех стадиях строительства рудника ;

-исследовании динамики температурного поля во вмещающих породах вокруг устьевых частей вертикальных стволов с помощью вычислительного эксперимента в зависимости от: величины термического сопротивления теплоизоляции, температуры рудничной атмосферы, количества замораживающих устройств и их диаметра, а также температуры хладоносителя,-

-выявлении закономерностей динамики протаивания-промерзания в процессе управления температурным режимом с помощью теплозащитного покрытия переменной толщины и разработке рекомендаций по его возведению на откосах карьеров кимберлитовых месторождений при низких температурах,-

-разработке и внедрении с получением реального экономического эффекта на предприятиях горнодобывающей промышленности

Северо-Востока' России рекомендаций по совершенствованию крепления различных горных выработок для угольных, россыпных и кимберлитовых месторождений.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты исследований позволяют:

-методически обеспечить ведение мониторинга при разработке месторождений полезных ископаемых в условиях многолетней мерзлоты, позволяющего выполнять оперативный, краткосрочный и долгосрочный прогнозы термомеханического состояния на более высоком качественном уровне,-

-вести расчет параметров крепи по нормативным документам, учитывающим специфические особенности проведения и поддержания горных выработок в многолетней мерзлоте;

-выбрать параметры тепловой защиты откосов, карьеров и вести работы по нанесению вспененных пластмасс при низких температурах с производительностью не менее 60 м2 в смену,-

-реализовать в производственных условиях бесцеликовую технологию разработки угольных пластов средней мощности пологого залегания,-

-реализовать мероприятия по укреплению оснований башенных копров вертикальных стволов рудника "Интернациональный" путем искусственного поддержания вмещающего массива в мерзлом состоянии, что обеспечивает их работоспособностость в течение всего срока службы при термометрическом контроле.

Реализация работы. Результаты работы переданы горнодобывающим предприятиям Северо-Востока России в виде:

-рекомендаций по креплению выработок с применением негорючей стеклотканевой затяжки в условиях ПО "Северовостокуголъ" (1982 г.), которые внедрены шахтой "Анадырская" (фактический экономический эффект 30,3 тыс.руб);

- рекомендаций по бесцеликовой подготовке угольных пластов (1983), утвержденных ПО "Якутуголь" и принятых к внедрению вахтой "Сангарская" (фактический экономический эффект 92,2 тыс. руб) ;

- методических указаний по определению нагрузок на крепь капитальных горных выработок и их сопряжений для угольных шахт области многолетней мерзлоты. -Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1984.- 32

с., утвержденных в МУП СССР и используемых в угольных пахтах ■ Северо-Востока России и институте "Дальгипрошахт" (фактический экономический эффект 64,6 тыс. руб.);

- методических рекомендаций по расчету параметров крепления и теплоизоляции вскрывающих выработок россыпных шахт области многолетней мерзлоты. - Якутск: ЯФ СОАН СССР, 1988.- 20 е., утвержденных ПО,"Якутзолото" и принятых к внедрению ГОК "Джугджурзолото" (фактический экономический эффект на один ствол - 21, 1 тыс. руб. ) ;

- рекомендаций по строительству подземного холодильника в г. Мирном (1990), переданных на рудник "Интернациональный";

- технического задания на . проектирование системы термометрического контроля в горных породах вокруг устья

I вертикальных стволов (1991), переданных тресту "Шахтспецстрой" и использованных при составлении проекта;

- рекомендаций по нанесению теплоизоляционного покрытия из вспененных пластмасс на откосы карьера "Мир" (1992), переданных ГОКу "Мирный" (ожидаемый экономический эффект 3,2 млн. руб.);

- мероприятий по поддержанию оснований башенных копров вертикальных стволов рудника "Интернациональный" в работоспособном состоянии в течение всего срока службы (1992), переданных институту "Якутнипроалмаз" (фактический экономический эффект 1,2 млн. руб.);

- методики выбора параметров замораживающих устройств для сохранения в мерзлом состоянии оснований фундаментов башенных копров вертикальных стволов (1992), переданных институту "Якутнипроалмаз" (фактический экономический эффект 15 млн. руб.).

Результаты исследований используются при чтении курсов в Якутском государственном , университете: "Технология и комплексная механизация подземной разработки месторождений полезных ископаемых" и "Проведение и крепление горных выработок" по специальности 0202. ■

Апробация работы. Материалы исследований докладывались и были одобрены: на УП Всесоюзной конференции по механике горных поро'д (г.Днепропетровск, 1981г.), на Всесоюзной конференции "Проблемы механики подземных сооружений" (г.Тула, 1982г.), научно-технической конференции "Проблемы освоения минеральных

ресурсов Якутии" (г.Якутск, 1982г.), на П семинаре по горной геофизике (г.Сухуми, 1983г.), на УШ, IX и XI Всесоюзных семинарах " Исследования горного давления и способов охраны капитальных и подготовительных выработок" (г. Якутск, 1982 г., г.Новосибирск, 1984г., г.Кемерово, 1986г.), на научно-технической конференции "Новые направления и методы при поисках и разведке полезных ископаемых" (г. Якутск, 1986г. ), на У Международной конференции по мерзлотоведению (Норвегия, г. Трондхейм, 1988г.), на Всесоюзной конференции по развитию производительных сил Сибири (г. Улан-Удэ, 1990г.), на X Всесоюзной научной конференции ВУЗов СССР "Физические процессы горного производства" (г. Москва, 1991г.).

Отдельные разделы диссертации докладывались на технических совещаниях: ПО "Северовостокуголь", ПО "Якутуголь", АК "Золото Якутии", АК "Алмазы России-Саха", ГОКа "Мирный", треста "Шахтспецстрой", проектных институтов "Дальгипроиахт", "Днепрогипрошахт" и "Якутнипроалмаз".

Диссертация докладывалась на техническом совещании ГОКа "Мирный" и на расширенном семинаре ИГД СО РАН г.Новосибирска.

Публикации. Содержание диссертации отражено в 30 печатных работах, включая 1 монографию, 2 препринта, 3 методических разработки.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и списка использованной литературы из 192 наименований, расположенных на 282 страницах машинописного текста, включая 41 рис. , 29 табл. , а также приложения на 64 стр.

В проведении вычислительных экспериментов принимал участие В. И. Слепцов. Автор благодарен руководителям горнорудных предприятий Северо-Востока России: ■ В. И. Андриенко, Р. С. Бадмаеву, А. А. Бохану, М. В. Ганченко, В.Ц. Гухману, Н. И. Красько, В. Н. Леоненко, В. Ф. Морозу и др., внимание которых обеспечило выполнение настоящей работы. Автор признателен докт. техн. наук Н. К. Звонареву и чл. -корр. РАН В. Л. Яковлеву за ценные советы и замечания, которые способствовали улучшению качества работы. 1

Часть первая. Разработка научно - методических основ мониторинга термомеханического состояния многолетнемерзлого массива.

1. Изученность, анализ и проблемы мониторинга термомеханического состояния многолетнемерзлого массива при разработке месторождений полезных ископаемых.

В последнее пятнадцатилетие подходы при проведении мониторинга - антропогенных (или иных) изменений окружающей среды углубляются и охватывают разнообразные отрасли народного хозяйства: геомониторинг гидротехнических комплексов (В. В. Енишин, И. В. Демизов, 1979); мониторинг экзогенных геологических процессов (А.И. Шеко, 1984); инженерно-геологический мониторинг быстрорастущих городов нефтегазоносных районов Западной Сибири (Захаров D. Ф, 1983); инженерно-геологический мониторинг в районах деятельности горнодобывающих комплексов (Буткин М. Н., Зайцев A.C., 1984).

Под термином "мониторинг термомеханического состояния" мы понимаем наблюдение, оценку и прогноз полей механических напряжений и температур массивов многолетнемерзлых горных пород.

Отдельные фрагменты мониторинга геомеханического состояния массива развиваются многие десятилетия, в том числе: экспериментальные исследования , методы расчета, модели массива, математическое и физическое моделирование. Значительный вклад в развитие этих разделов внесли Ш. М. Айталиев Н. С. Булычев, И. М. Батугина, Ю. А. Векслер, С. А. Батугин,

Б. В. Власенко, В. Н. Вылегжанин, Г. И. Грицко, А. Н. Динник,

П. В. Егоров, Ж. С. Ержанов, Н. А. Жданкин, Ю. 3. Заславский, В. D. Изаксон , С. Б. Колоколов, Г. Н. Кузнецов, М. В. Курленя, Г. И. Кулаков, С. Г. Лехницкий, Ю. М. Либерман, В. И. Мурашов, Г. Н. Савин, Е. И. Рогов, Е. И. Шемякин, и др.

Важным вкладом в существующие подходы при выполнении мониторинга антропогенных или технологических воздействий на окружающую среду является использование экспериментальных данных, положенных в основу адаптации математических моделей.

Первые аналитические исследования, в которых были

использованы экспериментальные данные выполнены под руководство^ Г. И. Грицко с участием его учеников В. С. Акимова, Б. В. Власенко, В. Е. Миренкова, В. В. Севостьяновой, А. Ф. Терешкина,

A.Г.Шадрина, Ф. М. Эрлихмана и др. . Идея метода заключается в __ возможности использования экспериментальных данных в качестве граничных условий при решении конкретных задач практики горного дела в рамках механики сплошной среды.

Некоторые аспекты развития мониторинга термомеханического состояния многолетнемерзлого массива горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых рассматривались в работах А. Д. Андросова, С. А. Ватутина, Э. А. Бондарева, К. Ф. Войтковского, В. Г. Гринева, М. М. Дубины, Ю. Д. Дядькина, Н. К. Звонарева, Н.С.Иванова, • В. Ю. Изаксона, Ф. М. Киржнера, Э. С. Костина, Г. 3. Перлыптейна, Е. Е. Петрова, Д. П. Сенук,

B. Н. Скубы, А. Е. Слепцова, Ю. В. Шувалова и др.

Проведенный аналитический обзор позволяет сформулировать концепцию мониторинга термомеханического состояния многолет-немерзлого массива при разработке месторождений полезных ископаемых на Северо-Востоке России, состоящую из четырех этапов.

I Этап. Формируется банк' исходных данных, путем изучения геологической, термомеханической, маркшейдерской и геокриологической и др. обстановок. На базе полученной информации выполняется предварительная оценка

термомеханического состояния.

П Этап. Создается служба термомеханического контроля горного предприятия за состоянием массива и крепи. Разрабатываются методики измерений, выбираются объекты и средства, а также способы измерений, оптимальные схемы размещения датчиков и регистрирующей аппаратуры. Формируется банк экспериментальных данных.

Ш Этап. Выбирается или конструируется математическая модель термомеханических процессов, производится адаптация ее по ранее полученным экспериментальным данным с помощью симплексного метода. При необходимости модель может тлеть управляющий параметр, который будем измерять на IV этапе. Осуществляется выбор методов решения и програмных средств. Выполняется контрольный вычислительный эксперимент, оценивается адекватность модели.

IV Этап. Проводится массовый вычислительный эксперимент. На основании анализа полученных результатов осуществляется прогноз (оперативный, краткосрочный, долгосрочный) термомеханического состояния при технологических воздействиях и разрабатываются мероприятия по управлению этим состоянием.

2. Симплексный метод адаптации математических моделей

Первый этап мониторинга связан с накоплением информации, когда с определенной частотой производится опрос датчиков.

Пусть у нас имеются средства просчитать в измерительных точках значения параметра, за которым ведутся наблюдения. Обозначим вычисленные значения Y. Очевидно, что Y= f(x, у, z, хх, x2,...xq), где х, у, 2- координаты,- х1# х2,...х -коэффициенты, учитывающие условия эксперимента (характеристики объекта исследований). Безразмерное среднеквадратическое отклонение измеренных и вычисленных параметров запишется так

здесь nm- зависящее от времени число работающих датчиков на

наблюдательной станцииY^ - среднее значение параметра по серии измерений в i-тый момент времени.

Заметим, что оптимизация (адаптация) математической модели заключается в подборе коэффициентов хх, х2,...х из условия s => S . .

min

Нами при решении оптимизационных задач используется симплексный метод и главным доводом в его пользу является возможность применения при малых градиентах функций, и особенно, когда градиенты резко отличаются по разным аргументам. Кроме того он обладает простотой в реализации на ЭВМ, универсальностью и допускает наглядное пространственное представление. Недостатком симплексного метода (впрочем, присущим почти всем методам) является необходимость предварительной локализации области экстремума.

S =

i=i (nm-i)Y32

(1)

ш

Разработана универсальная программа адаптации математических моделей симплексным методом теплового и механического состояний горных пород при разработке

месторождений полезных ископаемых.____В_ качестве_____примера,

демонстрирующего работоспособность предлагаемого подхода, использовались экспериментальные данные, полученные в подземном холодильнике в г. Мирном. С помощью симплексного метода были получены следующие теплофизические параметры мерзлых и талых пород:

лн- 2,68 [ Вт/и °С], Ат= 2,08 [Вум °С];

См= 465.7 [ Вт ч/и3 °С], Ст- 567,5 [ Вт ч/и3 °С],

о = 25779,3 [ ВТ Ч/и3], =< - 4,4 [ Вт/иг °С].

Для прогнозирования температуры по этим теплофизическим параметрам была составлена программа и проведен вычислительный эксперимент. Результаты натурного эксперимента и математического моделирования показали, что в вычислительном эксперименте при табличных теплофизических параметрах, характерных для пород подземного холодильника, среднее

отклонение температур от измеренных значений составило 44,7%, 'а при параметрах, полученных путем адаптации моделей, среднее отклонение составило 13,07%.

При отработке золоторудного месторождения "Бадаран" возникла необходимость прогноза устойчивости потолочин камер и целиков на горизонте 120м при разных технологических схемах отработки - горизонта 100м. " Для прогноза " напряженно-деформированного состояния массива была адаптирована математическая модель геомеханического состояния по экспериментальным данным, полученных с помощью- фотоупругих датчиков. Измеренный прирост составил после отработки двух-1,09, трех-1,68, четырех-1,93 и пяти камер-2, 09 МПа.

Адаптация математической модели осуществляется по программе, в которой на основе формулы оптимизации (1) реализуется симплексный метод', и, в результате, определяются начальные значения коэффициента бокового распора л и интенсивности горного давления Р. В результате -адаптации

математической модели получены средние значения х-0,72 и Р=15,15 МПа. Проведены расчеты для сравнения измеренных и расчетных значений напряжений (табл. 1), при этом среднеквадратичное отклонение равно 0,233 МПа, а коэффициент вариации равен 0, 137. /

Таблица 1

Сравнение результатов измерений и счета по адаптированной и неадапитрованной моделям

Число отработан ных камер Измеренное напряжение МПА Вычисленное ] напряжение, МПа Разность, МПа

Без адапта ции модели С адаптацией. модели'

2 -1,099 -0,2238 -1,13^0 -0,0320

3 -1,68 -0,2407" -1,2896 +0,3904

4 -1,93 -0,2835 -2,0802 -0, 1502

5 -2,095 -0,3147 -2,1415 -0,0565

По скорректированным параметрам ' а и Р в целях выявления опасных проявлений горного давления спрогнозировано изменение геомеханического состояния массива горных пород при различных порядках выемки и закладки камер (рис. 1). Для защиты отработанных камер от проявлений горного давления рекомендовано применять полную закладку смерзающимися смесяйи. При этом на эффективность управления горным давления при отработке запасов руды на горизонте в значительной степени оказывает влияние порядок закладки отработанных камер - закладка в первую очередь выработанного пространства ' центральных камер .более предпочтительна. '

3. Разработка методик экспериментов по исследования термомеханического состояния

Важное место при проведении мониторинга ТМС занимает методика и техника экспериментальных работ по измерению температур и напряжений. Все исследователи, занимающиеся экспериментами, без исключения отмечают особенности методики и техники эксперимента в условиях Крайнего Севера.

О 5 10 15 0 5 10 15 0 5 10 15 0 5 10 0 5 1015 МПа

Рис. 1. Напряжения бх и в потолочинах камер (а) и б в целиках (б). Порядок выемки руды из камер нм 7, 8, 9, 10, 11.

Значительный вклад в развитии методики и техники измерений температур при экспериментальных исследованиях криологических процессов в мерзлых горных породах, внесла научная школа под руководством В.Т.Балобаева. Общие положения измерения напряжений разработаны Г.И. Кулаковым, а некоторые особенности применительно к условиям многолетней мерзлоты рассмотрены в работах Д. П Сенук. Нами в этой части работы систематизированы и переработаны изложенные в публикациях различных авторов особенности методик измерения температур и напряжений в мерзлых породах.

Учитывая, что при работе с фотоупругими датчиками в условиях многолетней мерзлоты, особенно в устьях горных выработок, где возникают большие перепады температур в 'течение сезона или суток, различие упругих характеристик породы и материала датчика ведут к значительным погрешностям, предложены поправочные коэффициенты к их показаниям, учитывающие изменения

температуры.

В* отдельных случаях математическую модель создать не всегда удается из-за недостаточной изученности месторождения, отсутствия аналогов, незнания геокриологической или другой обстановки и др. В этом случае целесообразно воспользоваться физический моделированием из эквивалентных материалов и качественно оценить протекающие процессы. В работе приводится такой пример, когда было необходимо при подготовке методических указаний по расчету нагрузок на крепь выполнить прогноз величины протаивания на сопряжениях горных выработок, где требовалось решение объемной • теплофизической задачи. При выполнении • этой работы потребовалось значительное усовершенствование методики и техники физического моделирования применительно к горным выработкам, несмотря на то, что основные подходы к физическому моделированию широкого класса теплофизических задач были разработаны Н.С. Ивановым и его учениками.

Таким образом, подготовлены научно-методические основы мониторинга термомеханического состояния, позволяющие применить его при решении практических задач горного производства.

Часть вторая. Практическая реализация мониторинга термомеханического состояния многолетнемерзлого массива при разработке месторождений полезных ископаемых на Севере

4.Разработка методики прогноза нагрузок на крепь горных

выработок

В СНиП и-94-84. "Подземные горные выработки", а также в "Руководстве по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи" и других нормативных документах отсутствуют разделы по расчету нагрузок на крепь для выработок пройденных по многолетнемерзлым породам.

Проведенное сравнение по расчету Нагрузок на крепь наклонного ствола шх. "Сангарская", пересекающего все зоны многолетней мерзлоты (мерзлая, переходная и подмерзлотная),по формулам различных авторов, показало большой разброс результатов, что свидетельствует о невозможности их применения, так как они не учитывают остаточной прочности горных пород при протаивании, давая тем самым избыточный запас прочности крепи в 2-12 раз.

Поскольку, смещения в выработках, пройденных по многолетнемерзлым породам, невелики, нагрузка на крепь создается лишь породами в объемах, отделившихся от массива. Учитывая это и возможность применения упругих моделей при решении задач механики мерзлых горных пород, для отыскания контура зон нарушения сплошности (ЗНС) воспользуемся методом предложенным В.Ю: Изаксоном. Метод является приближенным, так как не учитывает изменения напряженного состояния вне контура ЗНС, в то же время ясная физическая основа, простота расчетных формул и распространенность коэффициентов, положенных в основу метода, позволили использовать его при разработки методики расчета нагрузок на. крепь _для шахт области многолетней , мерзлоты. Для учета изменения напряженного состояния в крепких породах, обусловленного наличием ореола протаивания вокруг горной выработки решена гидростатическая задача и введено понятие о коэффициенте влияния неоднородности (п„), который представлен следующим соотношением

___Е м (2)

Пт" <в*-1)* п 7(1-2*)' П'

где 9Т- радиус зоны протаивания.

Для определения напряжений в зоне протаивания с учетом

изменения модуля упругости можно рассматривать однородную

задачу с уменьшенными в 17 раз напряжениями на бесконечности в2=пк?н и <упк?Н.

В разработанной математической модели остались два

неопределенных параметра: а - безразмерная прочность

поверхностей ослабления, л - коэффициент бокового давления.

Для определения этих параметров воспользуемся симплексным

методом. Оптимизационная функция строилась п

[ [Рнс-£(А,а0)]2 =» тШ, (3)

где р - несущая способность крепи находящейся в эксплуатации.

Для расчета несущей способности было выполнено

обследование вскрывающих выработок всех шахт региона.

Фиксировались: тип крепи и размеры ее элементов, высота и

ширина выработки, протяженность, состояние крепи, параметры

теплового режима. При этом считалось, если р - максимальная

тах

нагрузка на крепь, то очевидно, что при хорошем состоянии крепи Р__< р„„. Поскольку параметры крепи, находящейся в

тах но

эксплуатации (плотность и диаметр элементов) назначены опытными специалистами, то разность (р„, - р„„) не должна быть большой.

ШаХ НС

В результате вычислительного эксперимента установлено, что все обследованные выработки по интенсивности проявлений горного давления четко разделяются на две группы: выработки предприятий, расположенных в центральной, платформенной части Якутии, где минимум функции (3),получен при коэффициенте бокового давления х=1, и выработки предприятий, расположенных на границах платформенных образований, в сейсмически неспокойных районах, где минимизация функции (3) достигалась при х =1,8. Не имея оснований для обобщений, хочется отметить, что значение коэффициента бокового давления во втором случае близко к предельному (равному 2,05), полученному ранее из общетеоретических соображений. Пользуясь этим же подходом, для всех шахт Северо-Восточного региона России был получен безразмерный показатель прочности а0 (табл.2).

Таблица 2. Безразмерный показатель прочности ап

--- — - Шахты Среднее С. к. о.

~ значение от среднего

Сангарская для мерзлоты 0,27 0, 03

для таликов 0,75 0,06

Джебарики-Хая 0, 28 0,04

Омсукчанская 0,35 0, 04

Кадыкчанская 0,40 0,08

Кедровская 0,40 0,03

Шахты "Анадырская"- и "Беринговская" отнесены к третьей группе месторождений, так как прочность вмещающих пород при протаивании значительно изменяется (Ем/ Ет > 2). В этом случае нагрузка на крепь формируется трапециевидным сводом, образующимся в кровле горных выработок, причем крутизна боков стенок свода (угол обрушения) зависит, прежде всего, от размеров ореола протаивания. Величина угла обрушения определена с использованием подхода, описанного при определении а0 и Л0-После соответствующей обработки получена формула:-

Ъд5 =

О, 77 при < 0, 3

2,58 при 0,3 < 1,2 <4)

3, 10 при > 1,2.

Важным является то, что отдельно проведенный статистический анализ влияния на нагрузку глубины заложения выработок дал отрицательный результат, то есть показал, что в пределах многолетнемерзлой толщи нагрузка на крепь горных выработок от глубины заложения не зависит.

Для создания средств прогноза размеров зон нарушения сплошности вокруг горных выработок, пройденных по многолетнемерзлым породам, выполнены многовариантные расчеты на -ПЭВМ.

При разработке инженерного метода прогноза величины ЗНС в кровле горных выработок, учитывались: ширина и высота выработки, угол падения поверхности ослабления, форма сечения и тип выработки, тектоническая обстановка, размер ореола протаивания и учет изменения упругих свойств пород в нем с изменением температуры. Алгоритм расчета нагрузок на крепь

представлен на рис. 2. Имеющиеся в формулах коэффициенты Ьтах, v п2, х , х2 номографированы и представлены в безразмерном виде.

Значительная часть горных выработок, пройденных. в многолетней мерзлоте, особенно в россыпных шахтах, эксплуатируются при отрицательном тепловом режиме, когда в течение срока службы выработки температура воздуха не бывает положительной. Как правило, она выше естественной температуры массива горных пород. В связи с увеличивающимися сроками службы таких выработок становится актуальной задача прогноза нагрузок на крепь и констатация условий, при которых выработка может эксплуатироваться незакрепленной. Для этой цели была рассмотрена осесимметричная задача теории упругости. Зависимость модуля упругости от температуры Т принималась линейной Е - Eq - AT, где EQ - модуль упругости при Т - 0°С. Нагрузка на крепь определялась как вес пород в пластической зоне, подсчитанной с учетом изменения прочности в приконтурном массиве

рн= V (Ql- 1) rt , (5)

где д., г.-радиусы пластической зоны и выработки, м.

1д с

Для условий, наиболее часто встречающихся в практике крепления горных выработок, просчитаны радиусы пластической зоны в зависимости от температуры массива, категории устойчивости, глубины заложения выработки.

При использовании традиционных материалов для

межрамного ограждения (дерево, железобетон, металл) расчет на прочность не производится. Весьма перспективным для северных условий является применение межрамных ограждений из армированных стеклопластиков (ACT), поскольку:

-малая масса и относительно невысокие транспортные расходы делают этот материал конкурентоспособным по стоимости с традиционными;

-трудоемкость установки в 2,5-3 раза меньше, чем, например, деревянной затяжки, что немаловажно при дефиците рабочей силы на горных предприятиях Севера.

Расчет затяжки заключается в определении усилий и прогибов и в удовлетворении условий прочности Nmax * gp ' и

жесткости fjj,^« [f ], где qp= q/n -расчетное сопротивление затяжки,- [f]-допускаемый прогиб, принимаемый в расчете равным

Тип те/ио(ого режима

отрицателшкый

положительный

знакопеременный

Тип пороры

Слабые Крепкие

л*т<\

нет 9*

+ - ав

■ Хг

Сопряжение

нет }а

те

л /гг ?

9я нет.

,р

Рис.2. Алгоритм расчета нагрузок на крепь

толщине верхняка крепи.

Расчетное сопротивление получают делением предела прочности на растяжение q на коэффициент запаса п, который обычно представляют в виде произведения частных коэффициентов, отвечающих за отдельные факторы, влияющие на прочность п-п1( п2, п3.....

Для определения влияний температур хранения и эксплуатации АСТ затяжки при различных температурах и воздействия агрессивной воды на шх. "Анадырская" был проведен эксперимент, в результате которого установлено: хранение материалов в неотапливаемом помещении возможно только две зимы (прочность при этом падает примерно на 10%), а третья зима вызывает резкое уменьшение прочности на 70%; трехлетнее содержание материала при постоянной температуре мало сказывается на прочности, влияние разности температур на хранение не ощутимо,- влияние агрессивной воды более значимо и прогрессирует.

По результатам исследований с помощью симплексного метода установлены значения частных коэффициентов запаса п.^1,4; п2=2,0; п3 = 1, 15 и п4=1,25, учитывающие соответственно неоднородность нагрузки, длительный характер приложения нагрузки, температуру хранения в неотапливаемом' помещении и воздействие агрессивной воды.

Выработки в зоне влияния очистных работ обычно эксплуатируются при значительных смещениях контура сечения и поэтому требуют податливой крепи. Однако, в условиях Севера при охране выработок в целиках смещение не превышает 50 мм, то-есть меньше технологической податливости крепи любого типа и поэтому могут применяться жесткие крепи, параметры которых могут определяться по приведенной выше методике.

При бесцеликовых методах охраны без податливых крепей не обойтись. Несущая способность таких крепей определяется ожидаемой нагрузкой, приложенной в режиме заданной силы. При назначении требуемой податливости нужно знать ожидаемое смещение контура сечения, поэтому при внедрении бесцеликовой технологии отработки шахтных пластов в условиях многолетней мерзлоты, одной из главных задач, стояло исследование смещений контура выработок. Эксперименты были организованы на шх. "Сангарская" и "Джебарики-Хая". Шахта "Джебарики-Хая" работала по бесцеликовой технологии (способ охраны -сохранение выработки

в выработанном пространстве), а шахта "Сангарская" работала с целиками и по нашему предложению переходила на бесцеликовую технологию.

По результатам выполненных исследований на шх. "Сангарская" была внедрена бесцеликовая технология отработки шахтных пластов и установлено, что в выработках, находящихся в зоне влияния очистных работ при бесцеликовых способах охраны смещения кровли достигают: в присечной выработке - 90мм, в сохраняемой- 160мм.

5. Разработка мероприятий по поддержанию оснований фундаментов башенных копров и устьевых частей вертикальных стволов рудника "Интернациональный" в работоспособном состоянии в течение всего срока службы.

В нормативных документах по проектированию и расчету крепи вертикальных стволов в устьевой части, а также' оснований фундаментов надшахтных сооружений отсутствуют разделы, учитывающие специфические особенности эксплуатации таких сооружений, заложенных в многолетнемерзлых горных породах. Работы, выполняемые в институте Типрошахт" Минтопэнерго РФ (г.Санкт-Петербург), не восполняют этого пробела, поскольку практически не учитывают влияние на устойчивость оснований фундаментов надшахтных сооружений тепловых потоков со стороны ствола и со стороны дневной поверхности. Наибольшую опасность представляют высокольдистые мерзлые отложения распространяющиеся на большую глубину, какими являются места заложения вертикальных стволов при разработке алмазных месторождений в Якутии. Такие горные породы при обнажениях обладают высокой устойчивостью, но с повышением температуры их прочность снижается и при достижении 0°С теряется полностью.

Устьевые части вскрывающих выработок являются, с точки зрения устойчивости, наиболее уязвимыми по следующим причинам:

- сезонный и суточный перепад температур в этой части выработок максимален и поэтому криогенные процессы наиболее интенсивны,- нарушение почвенно-растительного слоя в местах закладки выработок формируют в их окрестности более глубокое протаивание, тем самым создаются предпосылки интенсивной фильтрации надмерзлотных, паводковых и дождевых вод в устьевую

часть,- температурное поле в устьевой части формируется в результате взаимного влияния теплообмена на земной поверхности и внутри выработки, в результате многократного процесса промерзания-протаивания с участием воды и льда трещиноватость прогрессивно развивается,- в верхней части геологического разреза, как правило, сложенного дисперсными и интенсивно-трещиноватыми породами, трещины и поры которых за и :чены льдом, прочность такого массива при протаивании резко снижается,-

В таких условиях основным требованием, предъявляемым к тепловому режиму устьевых частей вскрывающих выработок, заложенных в породах, теряющих свою прочность при протаивании, является сохранение естественно-мерзлого состояния.

Верхняя часть геологического разреза в районе заложения вертикальных стволов рудника "Интернациональный" представлена на 40% глинистыми высокольдистыми породами, протаивание их

допустить нельзя даже и в небольших объемах, так как это может вызвать следующие необратимые последствия:

-переход пород в пластическое состояние при протаивании вызовет образование пустот, а затем неравномерную осадку фундаментов копров,-

-разрыхление и увеличение проницаемости пород в приконтур-ной зоне ствола может привести к проникновению вдоль ствола подмерзлотных агрессивных вод с катастрофическими последствиями для крепи стволов и фундамента копров,-

-неравномерные просадки и деформации вмещающего массива могут вызвать деформации крепи ствола, нарушение технологических зазоров, искривление его оси.

Для надежного поддержания стволов, эксплуатации башенных копров и исключения перечисленных нежелательных последствий необходимо поддерживать тепловой режим так, чтобы на контакте крепь- порода находилась нулевая изотерма.

Первая прогнозная оценка температурного состояния вокруг устья вертикальных стволов была выполнена В. Ю. Изаксоном и Е. Е. Петровым. Для принятия окончательного технического решения по сохранению вмещающих пород вокруг устья вертикальных стволов в мерзлом состоянии и поисков альтернативных вариантов потребовалось провести расчеты динамики температурного поля на

контакте порода-крепь в зависимости от: температуры замораживающей жидкости, радиуса расположения замораживающих скважин, температуры воздуха, поступающего в рудник, наличия или отсутствия теплоизоляции на- стенке крепи. Проведение таких расчетов потребовало создать более мощный алгоритм и уточнить теплофизические характеристики вмещающего массива.

Для решения поставленной задачи была рассмотрена одномерная модель теплообмена, позволяющая иметь переменные параметры граничных условий на внутренней поверхйости крепи, а тепловые стоки, имитирующие замораживающие скважины, были "размазаны" по окружности, проходящей через центр сечения скважин.

Задача о температурном поле вокруг вертикального ствола решалась в следующей постановке:

-температура воздуха в стволе подчиняется закону

с0<г) - , и на внутренней границе

принимались граничные условия третьего рода,-

-на внешней границе (я - 32,5 м) граничные условия второго

рода и тепловой поток равен нулю,-

-начальная температура массива Т - -3°С;

- на радиусе гд= 7 м (может меняться при расчете вариантов) имеет сток тепла, моделирующий замораживающие скважины. "Холод" может включаться и выключаться, например, при достижении температуры контакта крепь- порода определенной величины Т ;

- на внутренней поверхности можно изменять термическое сопротивление, имитирующее теплоизоляцию.

Математическая модель теплообмена была адаптирована по экспериментальным данным, полученным при исследованиях температурных полей в выработках подземного холодильника г. Мирный, а также во вмещающем массиве вокруг скипового и клетьевого стволов. Результатами адаптации являются: коэффициент

о

теплообмена на поверхности крепи в( - 6,04 Вт/м К,- коэффициенты теплоемкости массива сдт= 21,80; сдм=19,62 Вт сут/м3К; коэффициенты теплопроводности массива а - 2,04,- л„ - 2,34 Вт/м К.

т м

Вычислительные эксперименты показали, что наиболее эффективно влияет на динамику температурного поля наличие

теплоизоляции на стенке ствола, менее эффективно, но достичь желаемого результата возможно в случае охлаждения воздуха в летнее время до температуры 8°С и ниже. Все полученные значения динамики температурного поля на контакте порода-крепь при различных вариантах сведены в таблицы, что позволяет проектировщикам выбрать оптимальное решение для поддержания вмещающего массива в мерзлом состоянии.

Вычислительный эксперимент позволил определить оптимальное время работы замораживающей станции: включение при достижении температуры массива -О,5°С и выключение при температуре -9,2°С, при этом инерционное время после включения или выключения составляет 0,5°С (рис. 3). Из рисунка видно, что регулирование работы замораживающей станции приведет к сокращению ее работы на 150-160 суток в году.

Рис. 3. Темература на контакте крепь-порода при регулировании режима замораживающей станции. 1-включение станции при Т =-2°С; выключение при Т =-9.2°С, 2-без регулирования.

На период эксплуатации проектной конторой "Шахтспецстрой"

было предложено использовать замораживающие скважины, которые остались после проходки ствола. Однако оказалось, что воспользоваться "старыми" скважинами невозможно из-за- их непригодности и возник вопрос о их перебуривании. Учитывая вышеизложенное, а также результаты динамики температурного поля на контакте порода- крепь в зависимости от различных факторов, была разработана методика выбора параметров замораживающих устройств на период эксплуатации для сохранения в мерзлом состоянии оснований фундаментов башенных копров вертикальных стволов, для чего было предложена двумерная модель промерзания, при формулировке которой принимались следующие допущения:

- поскольку диаметр замораживающих скважин и толщина крепи значительно меньше диаметра вертикального ствола, то будем считать замораживающие скважины точечными стоками тепла, а крепь

и возможную теплоизоляцию учитывать через термическое сопротивление ;

- замораживающие скважины расположены на одинаковом расстоянии от ствола на вершинах правильного многоугольника,- в связи с интенсивным движением замораживающей жидкости

по скважине температура на стенке постоянна.

При принятых допущениях математическая модель, описывающая процесс распространения тепла вокруг ствола имеет вид:

ат

(сд (т) +бВ (т-Тф))

-л

ат

аг ат

= ^0<тв

аь

-т)

1 а- ат 1 а ат 0

- — Л (Т)Г— — Л (Т> — +- 5(г-г3)5(ф)

г аг г а? аф г

= о,

О < ф <

О < ф <

-X

аг ат

<5ф

ат сКр

= о,

V

ф = б,

я п

t > о

t > О

1: > О

t > О

(6. 0)

= Т0( г, Ф ), г0< г < г., О < Ф < t = 0

г = г

X

г < г < г_, Ф =

т

где сд(Т), а(Т)-функции, описнвающие коэффициент теплоемкости и

теплопроводности массива ММГП,- Тф, Б - температура и скрытая

теплота фазового перехода массива ММГП; г0, г3-радиусы ствола и

расположения замораживающих колонок,- п - количество

замораживающих колонок,- Т - температура воздуха в стволе,- -

в и

коэффициент теплообмена между воздухом в стволе и массивом ММГП,- г.- радиус, на котором влияние ствола и замораживающих колонок не ощущается,- о - модность точечного источника,- б -дельта- функция Дирака;

О - 2лгк ( Т3- Т ) «*3, гк- внешний радиус замораживающих колонок,- а3~ коэффициент теплообмена между охлаждающей жидкостью и массивом ММГП; Т -температура охлаждающей жидкости.

Как и для одномерной модели двумерная модель была адаптирована по тем же экспериментальным данным и полученные значения коэффициентов модели отличались не более, чем на 10 %.

По результатам вычислительного эксперимента разработана методика выбора параметров замораживающих устройств,

учитывающая: температуру замораживающей жидкости, расстояние от стенки ствола до замораживающих скважин, наличие теплоизоляции, количество и диаметр замораживающих скважин. Что позволило рекомендовать уменьшение количества замораживающих скважин с 21 для клетьевого и 19 для скипового стволов до 14 и 13 соответственно.

Учитывая жесткие требования к сохранности оснований фундаментов ■ в мерзлом состоянии и оптимальную работу замораживающей станции, необходимо организовать регулярную информацию о температурном состоянии вмещающего массива. Измерение температур предложено производить на трех уровнях:70, 40, 12 м от поверхности земли. На каждом уровне размещено по 23 датчика в четырех направлениях, соответственно по 7 датчиков в каждом направлении. Термогирлянды по 7 датчиков расположены в шпурах глубиной 2,5 м, расстояние между датчиками 0,5 м, при этом один датчик будет измерять температуру рудничного воздуха в стволе, другой будет размещен на контакте порода-крепь. В связи с засоленностью' и большими водопритоками приняты особые меры к герметизации проводов и контактов. В настоящее время станции смонтированы и проведены первые измерения, которые показали работоспособность предложенной схемы. Установленная аппаратура

в перспективе позволит производить измерения и управлять работой замораживающих станций в автоматическом режиме.

67 Исследование и управление устойчивостью откосов карьера "Мир" с помощью теплоизолирующих покрытий из вспененных пластмасс.

На основе анализа предшествующих работ установлено, что одним из перспективных направлений исследований, позволяющих обеспечить поддержание мерзлых обнажений при открытой разработке алмазных месторождений, является тепловая защита из вспененных пластмасс. Тепловая изоляция мерзлых обнажений уменьшает скорость и амплитуду изменения температурного поля пород, что влечет за собой уменьшение глубины ' протаивания, препятствует развитию процессов выветривания, тем самым значительно ослабляет воздействие криогенных процессов на устойчивость обнажений. Наличие фактических материалов по использованию вспененных пластмасс в качестве

теплоизоляционного материала на шахтах и рудниках страны, за рубежом, на карьерах Севера, а также анализ исследований устойчивости бортов карьеров в АК "Алмазы России -Саха" позволили сформулировать отличительные особенности технологии нанесения вспененных пластмасс на откосы карьеров:

- ведение работ в ранневесенний период, что связано с низкой температурой воздуха и пород,- сжатые сроки, обусловленные тем, что с одной стороны на

откосах не должно быть снега, инея и льда, с другой -необходимо максимально задержать холод, накопленный в зимний период в горных породах,- возможность ведения работ с подъемных устройств на наклонной поверхности (угол 60?..80°, протяженность 40 м. ),-

- сохранность, целостность и технологичность возведения теплозащитных экранов, обладающих малым объемным весом, пластичностью, поверхностным упрочнением пород и хорошими теплофизическими характеристиками.

При создании теплозащитного экрана на карьере "Мир" использовали пенополиизоцианурат "Рипор-бТН", наносимый методом напыления на предварительно подвешенную металлическую сетку. Напыление проводилось с помощью малогабаритной

пеногенераторной установки, которая подавалась на борт карьера в "люльке" автокраном "КАТО". Напенивание производилось сверху вниз в два слоя толщиной по 50 мм. Первый слой наносился на горную породу, второй - на сетное полотно. Откос имеет неровности (в отдельных случаях имеются вывалы в 1 м и более), следовательно, сетное полотно на откосе в одних местах касается горной породы, в других висит на значительном расстоянии. При двухслойном напенивании углубления (вывалы) локализуются и эффективность в таком случае теплоизоляционного экрана значительно возрастает. На экспериментальном участке 600 кв. м были организованы ежемесячные наблюдения, результаты которых представлены на рис.4. При проведении исследований получены следующие результаты:

-при наличии теплоизоляции глубина протаивания на берме не превышает з м, т.е. уменьшается в два раза, а температура пород по всей линии откоса на глубине 2 м имеет устойчивую отрицательную температуру (-0,9°С в летнее время);

-без тепловой защиты глубина протаивания на берме достигает 6м, а температура пород по всей линии откоса на глубине 2м приближается к нулю. Такую ситуацию следует отнести к критической, так как возникают предпосылки обрушения пород, а наиболее опасна верхняя часть откоса;

-анализ распределения температурного поля по скважинам показывает, что теплоизоляция не пропускает не только тепло, но и холод в зимнее время, что является сдерживающим фактором при создании теплозащитных покрытий из вспененных пластмасс на больших площадях;

-важной характеристикой, с точки зрения длительной устойчивости откосов, особенно в условиях Крайнего Севера, является сезонный нагрев и охлаждение горных пород, непосредственно влияющие на криогенные процессы, наличие теплоизоляции уменьшает перепад температур на поверхности в 6-7 раз;

-видимых разрушений теплоизоляционного покрытия на экспериментальном участке не наблюдается, осыпи отсутствуют, следовательно, прочность покрытия достаточна для условий карьера "Мир" и теплоизоляционный экран обладает поверхностным механическим упрочнением, исключающим физическое выветривание.

При больших площадях нанесения теплоизоляционных покрытий

т. г

о 2 « 6 в 10 12 Им

Рис. 4. Динамика температурного поля в уступе откоса без теплоизоляции (а), с теплоизоляцией (б). 1-29.06.91, 2-09.08.91, 3-11.09.91, 4-12.10.91, 5-28. И. Э1, 6-07.02.92

на откосы карьеров важную роль начинает играть экономический фактор (стоимость 1 м2 "Рипор-бТН" при толщине 100 мм. в ценах 1991 года со^авляла 35 рублей). Для снижения расходов химреагентов нами предлагается теплоизоляционное покрытие наносить двойными чередующимися полосами сверху вниз, причем толщина теплоизоляции во второй полосе должна быть меньше,чем в первой. Для выбора параметров оптимальной ширины "щели"(участка с уменьшенной толщиной теплоизоляции) и учета влияния величины альбедо поверхности и влажности горных пород на параметры тепловой защиты была разработана математическая модель процесса теплообмена поверхности, покрытой

теплоизоляцией переменной толщины с атмосферой. Программное обеспечение выполнено на алгоритмическом языке "fortran-77", а математическая модель адаптирована к условиям карьера "Мир", по вышеуказанным экспериментальным данным с помощью

симплексного метода. В результате вычислительного эксперимента удалось установить, следующее-.

а) Если aj = (1...2)а2 , то при южной экспозиции через 100-150 сут., влияние "щели" исчезает, т.е. глубина протаивания

на всем участке выравнивается.

б) Максимальная глубина протаивания определяется неким средневзвешенным термическим сопротивлением.

в) Переход от южной экспозиции к северной уменьшает максимальную глубину протаивания почти в 5 раз.

г) Увеличение влажности в два раза уменьшает глубину протаивания в 1,6 раза.

Кроме этого, по результатам вычислительного эксперимента разработан инженерный метод расчета параметров теплоизоляции со "щелями", учитывающий экспозицию склона, влажность, температуру горных пород, ширину "щели" и толщину теплоизоляции в ней. Рекомендуемые параметры для откосов разной экспозиции приведены в табл. 3. '

На основании экспериментальных и вычислительных работ были разработаны "Рекомендации по нанесению теплоизоляционного покрытия из вспененных пластмасс на откосы карьера "Мир" при низких температурах", которые переданы ГОКу "Мирный" АК "Алмазы России - Саха". Рекомендациями предусматривается покрытие теплозащитными экранами наиболее опасных, с точки зрения устойчивости, участков, ежегодный объем таких работ для карьера "Мир" составит 8000 мг покрытия.

Таблица 3.

Параметры тепловой защиты

Экспозиция Ширина первой полосы, м Ширина второй- полосы, м Толщина теплоизоляции на первой полосе, мм Толщина теплоизоляции на второй полосе, мм Экономия теплоизоляции по сравнению со сплошным покрытием, %

Южная 1,5 0,9 100 50 18,8

Северная 1,5 0,6 25 12,5 13,7

Восточная

или Западная 1,5 0,6 50 25 15,8

Заключение

В диссертации, на основаниии исследований тепловых и механических процессов,происходящих в мерзлых породах вокруг горных выработок, разработаны теоретические положения изменения термомеханического состояния и мониторинга многолетнемерзлого массива, подвергающегося технологическому воздействию при эксплуатации месторождений полезных ископаемых, имеющие важное научное и народнохозяйственное значение для Северо-Востока России.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Концепция мониторинга термомеханического состояния мерзлых пород при технологических воздействиях включает следующую последовательность: проведение экспериментальных исследований; разработку или подбор соответствующей математической модели, адекватно отражающей исследуемый процесс состояния массива,- адаптацию математической модели к конкретным условиям с помощью симплексного метода,- прогноз ТМС в изменившейся обстановке.

2... Особенности поведения ыноголетнемерзлых пород при разработке месторождений полезных ископаемых учитываются установленными изменениями напряженно-деформированного состояния при изменении температурно-влажностного режима, величиной ореола протаивания и изменениями в нем упругих и прочностных характеристик. Кроме того, принимается во. внимание высокая устойчивость мерзлых обнажений при сохранении отрицательной температуры массива. ....

3. Предложенный для адаптации математических моделей термомеханического состояния симплексный метод обладает универсальностью, что позволяет воспользоваться единым алгоритмом и программой для получения тепловых и механических характеристик массива. В результате адаптации математической модели геомеханического состояния к условиям рудника "Бадаран" АК "Золото Якутии" получены значения коэффициента бокового давления и интенсивности горного давления, позволившие улучшить качество прогноза в 5 раз. Прогноз температурного состояния в кровле выработок подземного холодильника (г. Мирный), выполненный адаптированной моделью по экспериментальным данным, показал улучшение качества на 30*.

4. Данные, необходимые для адаптации математических моделей (температуры горных пород и напряжений в них) получены с использованием терморезисторов и фотоупругих датчиков, причем при расчете напряжений вводятся поправки к измеренным значениям в диапазоне отрицательных температур, позволяющие существенно уточнить значения измеряемых напряжений ( разница в значениях может достигать 40%).

5. Мониторинг проявлений горного давления в горных выработках показал, что схема проявления горного давления обычная: после проведения выработки смещения в ней растут со скоростью, которая быстро уменьшается и через 10 ... 20 дней процесс конвергенции прекращается. В одиночных выработках общее смещение не превышает 50 мм, а в большинстве случаев 10 ... 20 мм. В выработках, охраняемых по бесцеликовым способам смещения кровли достигают: в присечной выработке - 90 мм, а в сохраняемой - 160 мм.

6. Для решения задачи о прогнозе нагрузок на крепь горных выработок в многолетней мерзлоте предложена геомеханическая модель напряженно-деформированного состояния приконтурного массива при наличии ореола протаивания и получено теоретическое решение, позволяющее найти степень уменьшения напряжений в протаявших породах. Путем адаптации этой модели по данным обследования 120 выработок общей протяженностью 41000 м получены расчетные параметры механической модели для крепких пород - коэффициент бокового давления х и безразмерный показатель прочности aQ. Данные об aQ получены индивидуально для каждой шахты, а по коэффициенту бокового давления

произведено районирование территории: Центральная Якутия - а -1; Южная Якутия и Колыма - А = 1,8. Для слабых пород установлена зависимость угла обрушения от глубины протаивания.

7.На базе этих результатов разработан метод расчета нагрузок _на крепь - вскрывающих выработок и их сопряжений учитывающий: геокриологическую ситуацию и тектоническую нарушенность массива; угол .падения и азимут простирания поверхности ослабления; форму сечения и пролет выработки,-размер ореола протаивания и изменение прочности горных пород в нем. Сопоставительный анализ прогнозируемой нагрузки, расчитанной по предложенному методу с фактической несущей способностью крепи выработок, находящихся в эксплуатации, дал удовлетворительное совпадение. Исследования реализованы в виде 'Методических указаний по определению нагрузок на крепь капитальных выработок и их сопряжений для угольных шахт многолетней мерзлоты", утвержденных в МУЛ СССР.

8. Устойчивость мерзлых горных пород вокруг устья вертикальных стволов и несущая способность оснований фундаментов башенных копров взаимосвязана, а горнотехнические и геокриологические условия их заложения являются уникальными, не имеющими аналогов в мировой практике.

Теоретические основы управления процессами промерзания-протаивания вмещающего массива вокруг устьев вертикальных стволов, разработанные путем изучения закономерностей поведения мерзлого массива в таких условиях, позволили предложить сохранение вмещающего массива в мерзлом состоянии на протяжении всего срока эксплуатации, что достигается наличием замораживающей системы и теплоизоляции в кессонах тюбинговой крепи. Математическая модель, адаптированная по экспериментальным данным температурного состояния (кровля выработок подземного холодильника, вмещающий массив вокруг скипового и клетьевого стволов), позволила получить: коэффициент тепло-обмена- на поверхности крепи <* - 6,04 Вт/м К; коэффициенты

теплоемкости массива со» 21,80, со.,» 19,62 Вт сут/м К,-

т м

коэффициенты теплопроводности массива Ат= 2,04, ан»2,34 Вт/м К.

9. На основании установленных закономерностей динамики процессов промерзания-протаивания вмещающих пород вокруг устья вертикальных стволов получены оптимальные параметры замораживающего комплекса: диаметр скважин drK - 150 мм,-

температура охлаждающей жидкости Т3= -25°С,- радиус удаления скважин от стенки ствола R„„„- 4,5 м,- число скважин п - 14 для

VjKD

клетьевого и п. - 13 для скипового стволов.

10. Для повышения эффективности работы замораживающей станции и контроля за Температурным состоянием на случай непредвиденных обстоятельств разработана и смонтирована термометрическая система контроля. Эффективность достигается автоматическим включением замораживающей станции при достижении температуры' массива -2°С и выключением при -9,2°С, что позволяет сократить работу замораживающей станции на 150 ...160 суток в году.

11. Теплозащитные покрытия из вспененных пластмасс на откосах карьера "Мир" АК "Алмазы России-Саха" сокращают величину протаивания в 2 раза, а сезонный перепад температур в 6 ... 7 раз и обладают поверхностным упрочнением. Сравнение измеренных температур и полученных по адаптированной модели показало, что рассеяние уменьшилось в 2,6 раза.

12. Научно обоснован и предложен метод расчета параметров тепловой защиты откосов глубоких карьеров кимберлитовых месторождений, учитывающий альбедо поверхностей, географическое расположение месторождения, влажность и температуру пород. Метод позволяет при больших площадях покрытия назначать переменную толщину его, что ведет к экономии химреагентов от 13 ... 20%.

13. Разработанные методы прогноза и технологические предложения по управлению термомеханическим состоянием многолетнемерзлого массива горных пород обобщены в нормативных документах, методиках, рекомендациях, внедрение которых позволяет обеспечить безремонтное поддержание горных выработок различного назначения на горных предприятиях угольной, золото -и алмазодобывающей промышленности Северо-Востока России, со значительным экономическим эффектом.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Отдельные издания:

1. Пути повышения устойчивости капитальных и подготовительных выработок в условиях многолетней мерзлоты. /Андреев B.C., Изаксон В.Ю., Попков В.Е., Самохин А.В. и др.-Якутск-. ЯФ СО АН СССР, 1982.-47 С.

2. Методика определения размеров ореолов протаивания вокруг горных выработок шахт Северо-Востока СССР при положительном

тепловом режиме. /В.Ю. Изаксон, В.Н. Скуба, Ю.К. Мальков, Е.Е. Петров, A.B. Самохин и др.-Якутск:-ЯФ СО АН СССР,1982.- 26 с.

3. Методические указания по определению нагрузок на крепь капитальных горных выработок и их сопряжений для угольных шахт области многолетней мерзлоты. / В.Ю. Изаксон, В.Ф. Мороз,

A.B. Самохин и др.-Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1984.-31 с. ________

... 4. Опыт применения новых методов расчета крепи выработок в зоне многолетней мерзлоты./В.Ю. Изаксон,В.Ф. Мороз,А.В.Самохин, Ю.С. Тараскин.- Якутск-. ЯФ СО АН СССР, 1985. -18 с.

5. Методические рекомендации по расчету параметров крепления и теплоизоляции вскрывающих выработок россыпных шахт области многолетней мерзлоты. /Е.Е. Петров, A.B. Самохин, M. М. Иудин и др.-Якутск.• ЯФ СО АН СССР, 1988.- 20 с.

6. Расчет крепи горных выработок в многолетней мерзлоте. /В. D. Изаксон, Е.Е. Петров, A.B. Самохин. -Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1988. -123 с.

7. Методическое пособие по мониторингу термомеханического состояния массива мерзлых горных пород при разработке месторождений Севера./А.В.Самохин С.П.Шкулев,- В.И.Слепцов .-М:,1992.-40 С. ДеП. В БИНИ-ТИ 23.06.92, N 2047-В92.

8. Применение симплексного метода оптимизации параметров в горном деле./Изаксон В.Ю., Самохин A.B., Шкулев С.П.-М:, 1992.33 С. ДеП. В ВИНИТИ 23.06.92, N 2048-В92.

Статьи:

9. Изаксон В.Ю., Самохин A.B., Иудин М.М. Моделирование динамики протаивания вокруг Г-образных сопряжений выработок. //БНТИ. Проблемы горного дела,- Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1981.-с.3-6.

Ю. Самохин A.B., Иудин М.М., Шургин Б.В. Установка для ' физического моделирования теплового режима в мерзлых породах вокруг горных выработок.//БНТИ. Проблемы горного дела.-Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1981. - с.15-18.

11. Самохин A.B. О датчиках напряжений при физическом моделировании тепловых и механических процессов в мерзлых породах. //Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. -Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1981. -С.119-122.

12. Сенук Д.П., Самохин A.B. Физическое моделирование термомеханического состояния шахт Севера. //Совершенствование подземной разработки месторождений Крайнего Севера.- Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1982. - С.37-44.

13. Семенов В.Н., Самохин A.B. Автоматическая система регулирования граничных условий I и II рода при моделировании те-плофизических процессов.// БНТИ. Проблемы горного дела.-Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1982. - с.15-19.

14. Изаксон В.Ю., Самохин A.B. Об одном методическом подходе при определении нагрузок на крепь для шахт Севера.// Проблемы механики подземных сооружений.-Тула: Изд-во ТПИ, 1982. - .

С.115-116. ..

15. Изаксон В.Ю., Иудин М.М., Петров Е.Е.,- Самохин A.B. Прогноз температурных полей массива пород вокруг горных выработок шахт многолетней мерзлоты. //Тез.док.научн.семинара по горной геофизике.- Тбилиси: 1983.-С.17.

16.Самохин A.B., Изаксон В.Ю. Устойчивость выработок и нагрузка на крепь в условиях многолетней мерзлоты. //Крепление, поддержание и охрана горных выработок. -Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1983. - с.78-80.

17. Изаксон В.Ю., Ковлеков И.И., Самохин A.B. Влияние термонапряжений на размеры зоны нарушения сплошности многолетне-

мерзлых пород при положительном тепловом режиме. //Горное давление в капитальных и подготовительных выработках.-Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1983.-с.78-80.

18. Иудин М.М., Тараскин Ю.С., Самохин A.B. Определение нагрузок на крепь горных выработок при протаивании многолетне-мерзлых горных пород. // Добыча угля подземным способом. -ЦНИЗИУГОЛЬ, 1983. N 3.- С.25-26.

1э. Изаксон B.D., Стрельников K.M., Самохин A.B. К вопросу о прогнозе устойчивости и расчете крепи шахт и рудников Северо-Востока СССР.//БНТЙ: Проблемы горного дела Севера.-Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1983. - с.9-11.

20. Изаксон В.Ю., Самохин A.B., Стрельников K.M. Применение цифрового тензометрического моста для измерения температуры. //Приборы и системы управления, N3, 1984. - с.32.

21. Изаксон В.Ю., Петров Е.Е., Самохин A.B. Моделирование динамики протаивания многолетнемерзлых горных пород вокруг выработки. //Промышленная теплотехника.-1987.-N 3.-С.36-39.

22. Изаксон В.Ю., Самохин A.B. Матрица метода определения нагрузок на крепь по измеренным смещениям для некоторых стандартных крепей. //Горное давление в очистных и подготовительных выработках.-Новосибирск: 1989.-С.43-46.

23. Иудин М.М., Самохин A.B. Расчет крепи при реконструкции горных выработок.//Физико-технические проблемы освоения месторождений Севера.-Якутск: ЯГУ, 1989.-С.47-52-

24. Изаксон В.В., Петров Е.Е., Самохин A.B. и др. Подземная разработка алмазоносных месторождений, требующая научнообо-снованных решений. //Горно-доб.компл.Сибири мин.-сыр.вая база: М-лы Всес.кон. по разв.пр.сил Сибири.-Улан-Удэ: 1990.-С.15-17.

25. Самохин A.B., Петров Е.Е., Изаксон В.Ю. Поддержание устьевых частей вскрывающих выработок при разработке месторождений в многолетней мерзлоте. //Колыма, 1991, N10. - с.142.

26. Слепцов В.И., Самохин A.B. Математическое моделирование термомеханического состояния массива многолетенемерзлых пород при фазовых переходах поровой влаги.//ФТПРПИ, 1992, N 5.-С.113-115.

27. Самохин A.B., Изаксон В.Ю. Подземные сооружения многоцелевого назначения на Крайнем Севере. // ФТПРПИ, 1992, N 5.-С. 77-82.

28. Самохин А. В. Управление процессами промерзания-про-таивания с помощью вспененных пластмасс //Колыма, N 1, 1993.-С. 22-23.

29. Изаксон В. Ю., Гринев В. Г., Самохин А. В. и др. Оценка геомеханического состояния массива при отработке месторождений в криолитозоне.//ФТПРПИ, 1993, ы 2.-С. 26-29.

30. Izaxon V.J., Petrov Е.Е., Samokhin A.V. Prediction of Permafrost Thawing around Working. //Proc. V Int. Conf. on Permafrost. - Trondheim: 1988. - pp.10-18.