автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Управление тепловым режимом подземных сооружений глубокого заложения при переменных аэротермодинамических параметрах воздушного потока

?Гб од

На правах рукописи

ГЕНДЛЕР Семен Григорьевич

УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ АЭРОТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА

Специальности: 05.26.01 «Охрана труда»

05.15.11. «Физические процессы горного производства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете).

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КЛЕБАНОВ Феликс Семенович

доктор технических наук, профессор СКУБА Валентин Николаевич

Доктор технических наук, профессор КОВАЛЕВ Олег Владимирович

Ведущее предприятие: АО научно-исследовательский и проектно-изыскательский институт Ленметрогипротраис

Защита диссертации состоится « » Я&ииУ^ 1996 г. в УЗ час. /5" мин. На заседании диссертационного совета Д.063.15.11 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, £1 линия, д.2, в зале №2.

Автореферат разослан ъЗОъМГ.ЩЛ,1996 г.

Ученый секретарь диссертационного лл У /

совета Д.063.15.11, к.т.н., доцент А.Н.Маковский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из путей решения важной экологической проблемы сохранения естественного ландшафта, является заранее планируемое и экономически обоснованное размещение под землей промышленных, транспортных, складских, культурных и других объектов. В этом случае значительно сокращаются размеры земельного отвода и улучшаются объемно-планировочные решения при наземном строительстве, а также повышается защищенность объектов, расположенных в горных выработках от внешних воздействий при одновременном снижении энергозатрат (на 20-30%) на обеспечение в них требуемых параметров микроклимата.

За последние 10-20 лет объемы использования подземного пространства у нас в стране возросли в среднем на 25-30%. В отработанных и специально пройденных горных выработках располагаются холодильники, склады различного назначения, производства по выпуску промышленной и сельскохозяйственной продукции. Только в Российской Федерации успешно функционирует 7 метрополитенов (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Челябинск, Екатеринбург, Новосибирск). Суммарная длина железнодорожных тоннелей только на одной Байкало-Амурской железнодорожной магистрали составляет около 35 км. Длина некоторых из этих тоннелей достигает 7 км (Байкальский тоннель) и 15 км (Северо-Муйский тоннель). На других железных дорогах (Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской, Дальневосточной и др.) суммарная протяженность тоннелей составляет 10-20 км. В подземном пространстве (полостях выработок, водоносных пластах и т.п.) осуществляется хранение органических энергоносителей и аккумулирование тепловой энергии.

Безопасная и эффективная эксплуатация подземных сооружений (ПС) определяется возможностью создания в них необходимых тепловых условий. Это, в первую очередь, связано с обеспечением в подземных объектах санитарно-гигиенических норм, предусматривающих отсутствие необратимых физиологических сдвигов в организме людей, чья деятельность связана с работой, обслуживанием или пребыванием в ПС, а также технологических требований как предотвращающих возникновение аварийных ситуаций, угрожающих здоровью и жизни людей, так и направленных на создание рационального произ-

водственного режима по получению, транспортировке или хранению продукции. К таким требованиям, например, относится предотвращение процесса наледеобразования и разрушения бетонной крепи в транспортных тоннелях или воздухопо-дающих стволах метрополитенов.

Выбор параметров систем управления тепловыми режимами ПС базируется на анализе процессов тепломассопереноса в подвижной системе «флюид — горный массив». Закономерности протекания этих процессов отличаются от аналогичных в наземных сооружениях и в горных выработках шахт и рудников. В первом случае это отличие обусловлено существенной нестационарностью теплообмена с практически неограниченным горным массивом, а во втором - связано с влиянием переменных аэротермодинамических (гидродинамических) параметров воздушного потока (воды), характеризующих условия формирования естественного теплового режима или определяющих выполнение заданных технологических требований.

Научно-обоснованный выбор способов управления тепловым режимом подземных сооружений, позволяющий не только обеспечить безопасный и эффективный режим их эксплуатации, но и приводящий к снижению энергетических, материальных и трудовых затрат на создание необходимых параметров микроклимата в условиях нарастающего дефицита всех видов ресурсов, является актуальной проблемой.

Цель работы - разработка научных основ прогноза и выбора параметров систем управления тепловым режимом, обеспечивающим безопасную и эффективную эксплуатацию подземных объектов глубокого заложения.

Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей динамики процессов тепломассопереноса при выборе способов регулирования теплового режима подземных сооружений глубокого заложения и определении их рациональных параметров, обеспечивающих экономию энергетических, материальных и трудовых ресурсов.

Основные задачи работы заключаются в: - исследовании условий формирования и определении основных факторов, определяющих тепловой режим подземных сооружений производственно-складского, теплоакумулирую-щего и транспортного назначения;

- изучении процессов тепломассопереноса в системе движущийся флюид — горный массив при сложных законах изменения начальной температуры флюида, реальных геометрических формах выработок и их пространственном расположении, анизотропии теплофизических свойств пород, а также при наличии энергетических источником теплоты, имеющих размеры, соизмеримые с размерами выработок и мощность, зависящую от времени и пространственных координат;

- разработке методов термовлажностных расчетов подземных сооружений производственно-складского, теплоакку-мулирующего и транспортного назначения и выбора рациональных способов управления их тепловым режимом, обеспечивающим экономию энергетических и материальных ресурсов;

- определении условий развития процессов наледеобразования в железнодорожных тоннелях, расположенных в районах с суровым климатом и разработке эффективных технических решений по тепловой защите их конструктивных элементов от обмерзания;

- определении рациональных областей применения различных способов управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом;

- обосновании принципов создания энергосберегающих способов регулирования теплового режима подземных сооружений, основанных на использовании природных источников энергии. Разработке и экспериментальной проверке методик выбора параметров каждого из элементов предлагаемых способов.

Основные защищаемые положения.

1. Основными факторами, определяющими особенности формирования и регулирования теплового режима подземных сооружений глубокого заложения, в отличие от шахт и рудников, являются сложные временные и пространственные законы изменения аэротермодинамических (гидродинамических) параметров воздушного (водного) потока, а также нестационарный характер поступления теплоты от транспортных средств и теплотехнического оборудования.

2. Выбор математических моделей для расчета процессов тепломассопереноса в системе «движущийся флюид — горный мае-

сив» должен осуществляться с учетом динамики термодинамических параметров этой системы в различные временные стадии.

3. Сложные временные законы изменения начальных термодинамических параметров воздушного (водного) потока, а также поступления теплоты от энергетических источников при расчете теплового режима подземных сооружений могут быть учтены с помощью аппарата ступенчатых и импульсных функций.

4. Выбор способа и параметров системы управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом, зависит от их длины, степени обводненности, расхода воздуха и определяется величиной энергетических затрат на поддержание условий, обеспечивающих отсутствие наледеобразования и долговечность тоннельных конструкций.

5. Переход к новому поколению энергосберегающих систем регулирования теплового режима подземных сооружений связан с замещением традиционных энергоресурсов природными источниками теплоты и холода (солнечное излучение, геотермальная энергия, атмосферный воздух) при условии осуществления промежуточного аккумулирования энергии.

Научная новизна результатов работы заключается в том, что:

- теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания в протяженных железнодорожных тоннелях, расположенных в суровых климатических условиях, при отрицательной температуре наружного воздуха положительного теплового режима на основе использования компенсационного принципа регулирования.

- выявлены закономерности формирования термовлажност-ных условий в железнодорожных тоннелях, эксплуатируемых как при естественном тепловом режиме, так и при подогреве воздуха зимой до положительной температуры, заключающиеся для первого случая в образовании по длине среднеинтегрального параболического профиля температурного распределения с максимальным значением зимой и минимальным летом в сечении, расположенном ближе к порталу с исходящей вентиляционной струей, вокруг которого происходят пульсации температуры, и для

второго случая - в выравнивании температурного профиля по длине тоннеля.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных методов теоретических исследований и всей совокупностью данных лабораторных и натурных экспериментов, сопоставимостью результатов аналитических решений с физическими (лабораторными) и натурными экспериментами и положительными результатами многолетней реализации предложенных технических решений на сланцевых шахтах и железнодорожных тоннелях, расположенных в районах с суровым климатом.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и научный анализ данных литературных и патентных источников по методам расчета и способам нормализации теплового режима подземных сооружений производственно-складского, теплоаккумулирующего и транспортного назначения, аналитические исследования, лабораторные и натурные эксперименты, опытные и опытно-промышленные испытания способов и средств обеспечения необходимых климатических условий.

Практическая значимость работы заключается в:

- разработке методик тепловых расчетов подземных сооружений глубокого заложения производственно-складского, теплоаккумулирующего и транспортного назначения при их строительстве и эксплуатации;

- обосновании методических основ выбора способов регулирования теплового режима подземных объектов и определении их рациональных параметров, обеспечивающих минимальный уровень энергозатрат;

- создании новых способов и технических средств для управления тепловым режимом подземных объектов;

- разработке рекомендаций по управлению тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом;

- разработке методик выбора параметров систем регулирования теплового режима подземных сооружений, использующей природные источники энергии;

- обосновании принципов комплексного использования минеральных, пространственных и природных энергетических ресурсов для ускоренного освоения подземного пространства.

Диссертационная работа является обобщением НИР, выполненных в период 1979-1996 гг. непосредственно автором или при его научном руководстве. Исследования проводились в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете) по целевым комплексным программам Государственного комитета по науке и технике, Госстроя и Академии наук. № гос. регистрации 01826067834, 01870001012, отраслевым научно-исследовательским программам Министерства транспортного строительства, № гос. регистрации 79052025, 81088540, 01830015787.

Реализация работы: Результаты работы использованы при составлении нормативных документов, справочных руководств и пособий («Единая методика прогнозирования температурных условий в угольных шахтах), Макеевка-Донбасс», 1979; «Рекомендации по проектированию дренажных и водоотводных устройств и регулированию теплового режима тоннелей», Москва, 1983; «Теплофизические расчеты объектов народного хозяйства, размещаемых в горных выработках», Москва, 1989; «Пособие по расчету устойчивости подземных горных выработок при размещении в них объектов народного хозяйства», Москва, 1990; «Методика выбора параметров теплоаккумулирующих выработок сланцевых шахт», Ленинград, 1990.

На основании проведенных исследований разработаны и внедрены в проектные и производственные работы рекомендации по управлению вентиляционным и тепловым режимами Байкальского, Северо-Муйского, Кадарского, Дуссе-Алиньского тоннеля Байкало-Амурской железнодорожной магистрали, Нанхчульского тоннеля Красноярской железной дороги, Новороссийского тоннеля Северокавказской железной дороги, Медногорского тоннеля ЮжноУральской железной дороги, а также метрополитена в г.Гавана (Республика Куба). Методики тепловых расчетов и рекомендации по выбору параметров подземных аккумуляторов теплоты использованы институтом ЦНИИПРОМЗДА-НИЙ при разработке энергосберегающих систем кондиционирования воздуха подземных сооружений производственно-складского назначения.

Рекомендации, предусматривающие применение при регулировании теплового режима подземного комплекса по выращиванию шампиньонов, сооружаемого в Мало-Милешской шахте пильного известняка, теплоаккумулирующих выработок, внедрены в институте Молдагропромпроект.

Впервые в практике эксплуатации железнодорожных тоннелей на Байкальском тоннеле внедрен способ регулирования теплового режима, основанный на подогреве воздуха до положительных температур.

Основные научные положения и практические рекомендации используются при чтении курсов «Аэрология горных предприятий», «Термодинамика» и «Безопасность жизнедеятельности», при выполнении курсовых и дипломных проектов в Санкт-Петербургском государственном горном институте (техническом университете).

Личный вклад автора:

- основная идея работы, постановка задач исследований, разработка методологии их решения, научно-методическое руководство исследованиями, результаты которых приведены в диссертационной работе;

- обобщение данных экспериментальных и натурных исследований по вентиляционному и тепловому режимам подземных сооружений и формулировка основных закономерностей динамики процессов тепломассопереноса;

- обоснование физических и математических моделей процессов тепломассопереноса в системе движущийся флюид — горный массив, разработка инженерных методов расчета теплового режима и выбора параметров систем его регулирования для подземных сооружений производственно-складского, теплоаккумулирующего, транспортного назначения;

- разработки рекомендаций по нормализации теплового режима железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях.

Автор выражает глубокую признательность Заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, акад. АЕН РФ, профессору, доктору технических наук Ю.Д.Дядькину, акад. АЕН РФ и ГА, профессору, доктору технических наук Ю.В.Шувалову за постоянную методическую помощь и поддержку, которые оказывались автору в

ходе выполнения работы, а также всем сотрудникам Проблемной научно-исследовательской лаборатории горной теплофизики Санкт-Петербургского горного института и кафедры Рудничной вентиляции и охраны труда, института Ленметрогипротранс, Северобайкальской дистанции пути по обслуживанию тоннелей, в той или иной мере оказывавшим содействие в организации и проведении лабораторных и натурных исследований.

Апробация работы: основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Международном симпозиуме «Тепловой режим глубоких угольных шахт и металлических рудников», Киев, 1977; Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работы в горной промышленности, Донецк, 1991; Международного симпозиума по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства, Санкт-Петербург, 1993; Третьего международного симпозиума «Горное дело в Арктике», Санкт-Петербург, 1994; Международной конференции «Научно-практические аспекты управления качеством воздуха. Воздух-95», Санкт-Петербург, 1995; 1-ой международной конференции «Экология и развитие СевероЗападного региона РФ», Санкт-Петербург, 1995; Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы горной теплофизики», Ленинград, 1973 (I) и 1981 (II); Всесоюзной конференции «Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов», Кохтла-Ярве, 1979; Всесоюзном научно-техническом симпозиуме «Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов», Кохтла-Ярве, 1983; Всесоюзном совещании «Аккумулирование энергии и пути повышения эффективности работы электростанции и экономии энергии», Москва, 1985; IX Всесоюзной конференции по механике горных пород, Фрунзе, 1989; IV Всероссийской научно-методической конференции «Безопасность жизнедеятельности человека», Новочеркасск, 1994; всех семинарах Национального бюро по горной теплофизике, начиная с 1977 года, научных семинарах Проблемной научно-исследовательской лаборатории горной теплофизики Санкт-Петербургского горного института.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 50 печатной работе (в т.ч. трех статьях на английском

языке в журнале Heat Transfer, изд. «Pergamon Press», трудах Stanford University, трех монографиях, пяти справочных руководствах и методиках) и подтверждены 24 авторскими свидетельствами на изобретения.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложена на 389 страницах машинописного текста, содержит 94 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 316 наименований и 6 приложений.

В первой главе показана связь теплового режима с безопасностью и эффективностью эксплуатации подземных сооружений, выполнен анализ особенностей формирования теплового режима подземных сооружений различного назначения и методов его регулирования.

Во второй главе обоснованы физические и математические модели, которые предлагается использовать для исследований процессов тепломассопереноса в рассматриваемых подземных сооружениях в различные временные периоды их эксплуатации.

Третья глава посвящена разработке методик теплового расчета подземных сооружений производственно-складского и транспортного назначения в период строительства и эксплуатации.

В четвертой главе рассматриваются вопросы выбора рациональных параметров систем регулирования вентиляционным и тепловым режимами подземных сооружений производственно-складского, теплоаккумулирующего и транспортного назначения.

В пятой главе приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований по нормализации теплового режима железнодорожных тоннелей, расположенных в районах с суровым климатом.

В шестой главе рассмотрены перспективы использования природных источников энергии для регулирования тепловым режимом подземных сооружений, обоснованы принципы совместного использования минеральных, пространственных и природных энергетических ресурсов.

В заключении обобщены результаты исследований в соответствии с поставленными задачами и даны рекомендации по внедрению перспективных направлений совершенствования и развития способов и систем нормализации микроклимата в подземных сооружениях.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 .Основными факторами, определяющими особенности формирования и регулирования теплового режима подземных сооружений глубокого заложения, в отличие от шахт и рудников, являются сложные временные и пространственные законы изменения аэротермодинамических (гидродинамических) параметров воздушного (водного) потока, а также нестационарный характер поступления теплоты от транспортных средств и теплотехнического оборудования.

Тепловой режим подземных сооружений производственно-складского, транспортного и теплоэнергетического назначения определяется сложным сочетанием климатических, геолого-геотермических и горнотехнических факторов, значимость каждого из которых зависит от типа ПС и особенностей их эксплуатации.

Климатические факторы связаны с температурой атмосферного воздуха (воды), его относительной влажностью, давлением, их изменением в течение годового периода, а также распределением температуры воздуха в приземном слое атмосферы, скоростью и направлением ветра относительно устья вскрывающих выработок (порталов тоннелей). Изменение температуры атмосферного воздуха (воды) в течение годового, месячного или суточного периодов, в общем случае, подчиняется вероятностным законам. Сложный характер изменения начальных тепловых параметров воздуха (воды) определяет динамику термовлажност-ных условий в выработках ПС, где на них дополнительное влияние оказывают геолого-геотермические (температура пород и их свойства, гидрогеологические параметры и т.п.) и Горнотехнические (геометрические параметры выработок, схема проветривания (подачи воды), распределение и мощность энергетических источников теплоты, расположение теплотехнических средств или добычных скважин и т.п.) факторы.

Для ПС производственно-складского назначения при установке теплотехнического оборудования у устья выработок и продольной схеме вентиляции температура и влажность воздуха монотонно изменяются по их длине. При размещении теплотехнического оборудования непосредственно в выработках изменение термовлажностных параметров воздуха, являясь монотонным лишь между соседними теплотехническими установками, в целом по выработкам носит скачкообразный характер. На особенности формирования теплового режима ПС

этого типа оказывает влияние и режим работы теплотехнического оборудования, обеспечивающий выполнение заданных санитарно-гигиенических или технологических норм по производству данного типа продукции.

Еще более сложные условия формирования характерны для теплового режима подземных сооружений транспортного назначения. Для однопутных тоннелей они определяются периодическими изменениями по величине и направлению расходов циркулирующего воздуха, что связано со значительным влиянием естественных факторов и движением транспортных средств, появление которых сопровождается увеличением количества воздуха и выделением значительных количеств теплоты Огр (кВт). Ее величина зависит от веса транспортного средства Ртр (т), режима его движения, профиля трассы тоннеля.

Ртр

(2тр=Ятр—(1)

у к

где: Чтр - величина удельных тепловыделений на горизонтальном участке трассы (яТр — 0,39+0,48 кВт/т), Кук - коэффициент, зависящий от направления движения поезда на наклонном участке трассы или режима торможения и изменяющийся от 0,15 до 1.

Закономерности распределения температур воздуха по длине тоннеля зависят при прочих равных условиях от их длины (рис.1). Для сравнительно коротких железнодорожных тоннелей (длиной меньше 1000 м) температура воздуха по длине тоннеля изменяется относительно температуры наружного воздуха незначительно (в пределах 3-4СС). В протяженных железнодорожных тоннелях (длина превышает 1000 м) температура воздуха интенсивно изменяется лишь на расстояниях 600-1000 м от порталов, а с приближением к центральной части характерно уменьшение темпа и выполаживание температурных кривых. В центральных частях тоннелей, особенно с увеличением их протяженности, наблюдается смещение среднегодового уровня температуры воздуха в сторону естественной температуры пород. Разница между максимальной и минимальной температурами воздуха в тоннелях при естественном тепловом режиме может составлять 8-15°С. При этом распре-

деление температур по длине тоннеля в общем случае не является симметричным относительно его центральной части.

В железнодорожных тоннелях с регулируемым тепловым режимом при подогреве воздуха до положительной температуры максимальное значение температуры тоннельного воздуха сдвигается по длине к месту подачи подогретого воздуха в тоннель.

На тепловой режим тоннелей метрополитенов основное влияние оказывают циркуляционные потоки, образующиеся между параллельными тоннелями, вследствие действия поршневого аффекта, неравномерный характер выделения теплоты от энергетических источников как по длине перегона, так и в течение суточного периода эксплуатации метрополитена.

Динамика температурного режима ПС теплоэнергетического назначения, таких, как теплоаккумулирующие системы (TAC) или подземные аккумуляторы тепловой энергии (ПАТЭ), зависит от типов TAC (выработки, камеры, выработанное пространство) или ПАТЭ (полости, скважины, трещины, водоносные горизонты), а также от выбранных режимов и схем аккумулирования и извлечения энергии. Во всех случаях, в TAC или ПАТЭ формируется сложное температурное поле, характер которого определяет величину коэффициента извлечения энергии К„зВ, являющегося критерием оценки эффективности данного процесса.

2. Выбор математических моделей для расчета процессов тепломассопереноса в системе «движущийся флюид — горный массив» должен осуществляться с учетом динамики термодинамических параметров этой системы в различные временные стадии.

Изучению закономерностей процессов тепломассопереноса в системе движущийся флюид — горный массив применительно к выработкам шахт и рудников посвящены работы А.Ф.Во-

' у

а

---*i

Рис.1. Температурный режим железнодорожных тоннелей: 1 • 2-й Джебский; 2 • Козинский; 3 - Крольский; 4 - Байкальский; а - среднегодовые температуры тоннельного воздуха; б - среднеян-варские; в - среднеиюльские.

ропаева, А.Н.Щербаня, О.А.Кремнева, Г.В.Дуганова, Ю.Д.Дядь-кина, Б.Б. Кудряшова, В.П.Черняка, В.Н.Скубы, Ю.В.Шувалова, Ф.С.Клебанова, В.Я.ЗКуравленко, А.Н.Саламатина, В.А.Кузина, Л.Б.Зимина, Г.В.Аверина, Ю.П.Добрянского, А.Н.Мала-шенко, А.Ф.Галкина, а также И.Фосса, Ф.Хайзе, О.Каппельма-ера, Е.Мундри, К.Амано, Ю.Хираматсу, А.Стафильда, Ю.Вадла-вика, Т.Стефанова и других авторов.

На основе-этих исследований разработаны методы тепловых расчетов горных выработок и выбора параметров систем регулирования термовлажностных условий, которые вошли в соответствующие нормативные документы и в настоящее время широко используются в практике горно-теплофизических расчетов.

Применительно к выработкам подземных сооружений круг этих исследований ограничен рассмотрением отдельных вопросов, которые в той или иной мере изучались в работах А.Ф. Зильберборда, В.С.Гусева, Б.Ф.Шкурко, Р.Д.Октябрьского, В.А.Киреева, В.Я. Цодикова, В.С.Казакова, Х.Бароу, С.Попа, Г.Данко и др.

Вместе с тем, в этих работах в недостаточной степени были учтены закономерности процессов теплопереноса, свойственные для выработок ПС, а именно переменный характер аэродинамических (гидродинамических) параметров воздушного (водного) потоков, определяющий условия формирования естественного теплового режима и выполнения заданных технологических требований.

В результате обобщения теоретических и экспериментальных исследований в работе установлено, что изучение этих закономерностей следует осуществлять на основе анализа динамики процессов тепломассопереноса в системе «движущийся флюид — горный массив», которые в общем случае описываются уравнениями следующего вида:

Si 9i

(2)

Эх Sx .

P^ + P*V^ = Jvn+JvH' (3)

где i - энтальпия движущегося потока (Дж/кг); х - его влаго-содержание, кг/кг; v - скорость движения потока, м/с; Рф - его

плотность, кг/м3; qvп, и Кп> Ьи - соответственно тепло- и влаговыделения, поступающие в движущуюся среду из горных пород и от других источников, расположенных в выработках ПС, Вт/м3, кг/(м3с).

Выполненные с помощью этих уравнений оценки позволили показать, что процессы тепломассопереноса в системе «движущийся флюид — горный массив» проходят в своем развитии следующие основные стадии: для неограниченного горного массива: существенно нестационарную для флюида и горных пород, квазистационарную для флюида и существенно нестационарную для массива пород, квазистационарную для флюида и массива пород; для горных массивов конечных размеров -существенно нестационарную для флюида и массива пород, существенно нестационарную для флюида и регулярную для пород, регулярную для флюида и пород, стационарную для флюида и пород.

Решение задачи, описываемой уравнениями (2)-(3), для двух первых стадий выполнено с помощью интегральных методов в комбинации с асимптотическим разложением в быст-росходящиеся ряды функций Бесселя, а в квазистационарной стадии - приближенных методов, основанных на использовании радиуса теплового влияния.

Соотношение, определяющее для цилиндрической выработки

кругового сечения при заданной точности расчета 5 длительность

2ч

первой существенно нестационарной стадии (Ро = апт/гэк К получено в результате сравнения решений относительно температуры флюида, описывающих тешхоперенос в первой и второй стадиях: 2<¥о< 0,1(4) где: Ъ = апу/угэк ; К = 2спрп/сфрф; ап, сп, рп . температуропроводность, теплоемкость и плотность пород, м2/с, Дж/кг-°С, кг/м3; гэк - эквивалентный радиус выработки, м; Сф - теплоемкость флюида, Дж/кг-°С; у - расстояние, м.

В том случае, если движущийся флюид представляет собой воздушный поток, при взаимодействии которого с горным массивом происходит испарение влаги, то в неравенстве (4) вместо Сф фигурирует эффективное значение теплоемкости сЭф, учитывающее массообменные процессы.

В существенно нестационарной стадии для описания процессов теплопереноса следует использовать так называемую

«сопряженную» постановку задачи, в которой учитывается темп изменения температуры флюида во времени (дЬ/дх):

а & 2ХП д >5Т(г Д)

РФСФ * + СФРФУ^ = ■& У'* " « Ж + ЧУ„ . (б)

Цу.О) - То, (6)

КОд) = Ь0 (7)

где: Т - температуры флюида и пород, °С, т - время, с; Т0, 1;0 - начальная температура пород и температура теплоносителя на входе в выработки ПС, °С; - теплопроводность пород, Вт/м°С; \ - переменная интегрирования.

Величина ЭТ(гэк, т)/<3г вычисляется из решения задачи о теплообмене флюида с породами, окружающими цилиндрическую выработку бесконечной длины, имеющей круговое сечение. Описание процессов теплопереноса флюида с породными массивами конечных размеров осуществляется аналогичным образом. При этом в регулярной стадии величина ЭТ(гэк, т)/Эг найдена из задачи о теплообмене флюида с породными массивами, имеющими форму пластин, цилиндров или шаров, с помощью метода Бубнова-Галеркина.

Граница между второй и третьей стадиями процесса теплопереноса по данным А.Н.Щербаня для цилиндрической выработки устанавливается значением числа Фурье, соответствующим 1. Описание процессов теплопереноса в этих стадиях представляется возможным осуществлять, принимая равной нулевому значению производную температуры флюида (дЬ/дх = 0), что по сути дела, эквивалентно использованию методологии, основанной на коэффициенте нестационарного теплообмена К,, предложенной акад. А.Н. Щербанем и О.А.Кремвевым и развитой в работах Ю.Д.Дядькина, Б.Б. Кудряшова, Ю.В.Шувалова.

На основе этой методологии вычислены значения коэффициентов нестационарного теплообмена для выработок ПС, имеющих геометрическую форму, отличную от круговой, в случае их расположения в породах с анизотропными теплофизичес-кими свойствами, при тепловом взаимодействии нескольких выработок, находящихся на определенных расстояниях друг от друга. При этом показано, что величина Кт может быть вычислена как произведение коэффициента нестационарного теплообмена для цилиндрической выработки кругового сече-

ния Ктц на поправку Ьх, учитывающую все вышеперечисленные особенности процесса теплообмена.

Кх = КЩЬХ (8)

Значение Ь, найдены с помощью методов, основанных на использовании понятия радиуса теплового влияния выработок.

В случае теплового взаимодействия двух выработок с температурами <;х, находящихся на расстоянии гвыр1 друг от друга и имеющих эквивалентные радиусы гэк1 и гэк1, Ьт рассчитывается по формуле:

Ь =1-

-Т.

I -Т

II Ао

^>^^-0,637

1 —

уКвыр' + г.

\

'ЭК1 ЭЙ '

Е(К,) + 1

(9)

где: йу - безразмерный радиус теплового влияния выработки с температурой Е« = ги/гэк1» ^выр = гВЬ1р1/гэк1; а Е(Кг) - пол-

ный эллиптический интеграл И рода

К,=

1 + К

ВЫр! /

При тепловом взаимодействии рассматриваемой выработки с несколькими другими выработками (пвыр) суммарная поправка Ьх, определяется как произведение поправок Ъч, учитывающих влияние каждой из выработок:

^аып

Ьт=КТцПЬхг

(Ю)

¡=2

Правомерность предлагаемого подхода к определению коэффициента нестационарного теплообмена при тепловом взаимодействии выработок подтверждена сопоставлением с данными математического моделирования, осуществленным В.А.Киреевым (рис.2) (разница между результатами расчетов по предлагаемой приближенной методике и математического моделирования не превышает 10%).

В некоторых типах ПС (холодильники, специальные сооружения) требуемые параметры микроклимата достигаются без организации специального проветривания только за счет функционирования теплотехнического оборудования. Диффе-

\

ренциальное уравнение, описывающее изменение температуры воздушной среды для этих типов ПС, записывается в виде:

сафрфдЬ/дх — ^уп + ЧУи (11)

где: qvи - связана с тепловой мощностью используемого теплотехнического оборудования <Зов, соотношением qvи ~ Qoв/Vпc♦ Упс - объем ПС.

Решение уравнения (11), выполненное с помощью преобразования Лапласа, при начальном условии ЦО) = Т0 приводит к зависимости:

«т)-Т0 =

эфРф

2СэфРф

Иг

2 2 СэфРф

/л&пРД* Г2апспрп

■т

(12)

где: - функция, табулированная акад. А.Н.Щербанем

г = ■

ГСпРпл/апТ

эфРф

; Г - параметр, характеризующий геометриче-

ские размеры выработки (Г - 2/1ВЬ1р + + 2/Ьвыр + 2/Ъ^У, Ъвыр,

выр> *ЕЫр

ширина, высота и длина выработки).

3. Сложные

т, мес.

Рис.2. Динамика коэффициента нестационарного теплообмена К, на контуре П-ой выработки - 35°С) при (¡х — 5°С. Начальная температура пород Т0 = 50°С. о - результаты математического моделирования.

временные законы изменения начальных термодинамических параметров воздушного (водного) потока, а также поступления теплоты от энергетических источников при расчете теплового режима подземных сооружений могут быть учтены с помощью аппарата ступенчатых и импульсных функций.

Результаты экспериментальных исследований процессов тепломассопе-реноса в действующих ПС свидетельствуют о слож-

ном характере изменения начальных термодинамических параметров воздушного (водного) потока и пространственно-временного распределения энергетических источников теплоты. Попытки описать этот характер с помощью элементарных или специальных функций, как правило, приводят к конечным результатам, мало пригодным для использования в горно-теплофизических расчетах.

Предлагается использовать для описания динамики начальных термодинамических параметров флюида, а также пространственно-временного распределения энергетических источников теплоты аппарат ступенчатых и импульсных функций. Возможность и правомерность такого подхода подтверждается тем, что, и в действительности, изменение начальных параметров флюида и значений количеств выделяемой теплоты происходит не непрерывно, а скачкообразно, то есть всегда можно установить пространственно-временной промежуток, в течение которого эти величины можно считать постоянными.

Для случая начальной температуры флюида зависимость, характеризующая ее динамику, при этом имеет вид:

t(T) = t1+ÊAtir1(T-Ti), (13)

где: Atj = - t^, t^ t^ - температуры флюида в i, i-1 - временные интервалы; t^ - температура флюида в первый временной интервал; г\(т -tj) - единичные функции Хевисайда, г)(т -тО = 0, при т < т^ г|(т -ti) = 1, при т > Tj.

Соотношение (13) является одним из граничных условий к уравнению типа (5). Если известно общее решение этого уравнения при постоянной начальной температуре движущегося флюида, то, использовав теорему Дюамеля, легко построить его решение и при начальной температуре, удовлетворяющей формуле (13). Это решение в безразмерном виде запишется как: 9 = 9o(Z,Fo) + ei31(Z,Fo-Fo1) + 02âJ(Z,Fo-Fo2) + --- =

А (14)

= S0(Z,Fo) + Xeiôi(Z,Fo-Foi), i

где: & = = t"'~t' ;а вид функций S^Z, Fo - F0i)

Ч ~~ I<> ^ - 10

устанавливается в соответствии с неравенством (4) .или непо-

средственно из уравнения (5), или из его квазистационарного аналога, использующего коэффициент нестационарного теплообмена. Поскольку оказывается, что в большинстве практически интересных случаев значение числа Фурье, удовлетворяющее неравенству (4) находится в пределах 1+2, то вычисление функций 9i(Z, Fo - Fot) во всем временном диапазоне, за исключением последних периодов, можно осуществлять по упрощенным формулам, описывающим квазистационарную стадию. Для последних же периодов значения 9i(Z, Fo - Fôi) вычисляются по зависимостям, полученным из уравнения типа (5), но при возможности упрощения решения в результате асимптотического представления специальных функций, определяющих величину градиента температур 5Т(гэк,т)/Эг, экспоненциальными рядами. Например, для цилиндрической выработки кругового сечения при граничных условиях первого рода $i(Z, Fo - Foi) рассчитывается по формуле:

КZ

S. (Z,Fo - Fo; ) = ехр(-0,375KZ) erfc ,--(15)

2^Fo- FOj - Z

Пространственно-временные распределения энергетических источников теплоты могут быть представлены следующими зависимостями:

а) при размещении источников теплоты в определенных сечениях выработок ПС (случай установки вентиляторов или воздухоохладителей по длине вентиляционного става):

Q = ÊQ,3(y-yi), (16>

1

где: Qi - тепловая (холодильная) мощность i-ro вентилятора (воздухоохладителя), Вт; у^ - расстояние от начала воздуховода до места установки i-ro вентилятора (воздухоохладителя), м;

б) при непрерывном перемещении источника теплоты (например, транспортного средства) по выработке:

«-«.['('-¿Н'-^-Й.

где: v„ и 1и - скорость движения (м/с) и длина (м) источника теплоты.

Решение уравнения (5) с учетом соотношения (17) позволяет рассчитать распределение температур воздуха вслед за дви-

(17)

жущимся транспортным средством на момент его нахождения в выработке. При этом устанавливаются такие характеристики температурного поля, используемые далее для выбора параметров систем регулирования, как зона влияния температур наружного воздуха или максимальное повышение температуры воздуха в выработке при прохождении единичного транспортного средства. На основании сравнения данного решения с зависимостью, полученной из того же уравнения (5), но при условии равномерного распределения источника теплоты по длине выработки, найдено соотношение, устанавливающее величину «фиктивного» источника теплоты с^, который при равномерном распределении приводит к такому же результату, как и в случае движения транспортных средств с интервалом Дт, каждое из которых имеет интенсивность тепловыделений Ои:

-оф^+^э-дгз)]; Ф2 = К

V г2 и эх

И7>\), ^2), - функции, табулированные акад.А.Н.Щер-

банем;

Первым этапом любых тепловых расчетов горных выработок является задание или установление параметров, характеризующих движение воздушных (водных) потоков и их возможные изменения во времени и пространстве. Для выработок ПС производственно-складского и транспортного назначения, имеющих сравнительно малое аэродинамическое сопротивление, установлено, что любое изменение климатических или горно-технологических факторов, как правило, приводит к изменению направления перемещения воздуха и его количества. На

основе предложенной А.Д.Вассерманом физической модели влияния на вентиляционный режим особенностей высотного температурного распределения у мест выхода выработок на дневную поверхность, величин атмосферных давлений, а также температур воздуха в самих выработках, получены зависимости, связывающие при прочих равных условиях, характеризующих географические условия расположения ПС (высота над уровнем моря, хребта, устьев выработок, их ориентировка относительно сторон горизонта), тепловой и барометрический напоры со значениями температур атмосферного воздуха у устьев (порталов) выработок, средней температурой воздуха в выработках и значениями высотного температурного градиента ст. По данным проведенных экспериментальных исследований величина ст находится в пределах 0,76-М),86°С/100м для района расположения Сарыджазского рудника (Кыргызстан) и 0,35ч-0,45°С/100м в зимний период для условий Байкальского хребта (Байкальский железнодорожный тоннель). С помощью полученных зависимостей осуществлен расчет расхода воздуха в Байкальском тоннеле (длина 6698 м, сечение 34-39 м2, высоты над уровнем моря, соответственно хребта, западного и восточного порталов 1080 м, 360 м, 442 м, аэродинамическое сопротивление 0,017 н-с2/м8). Сопоставление результатов вычислений с данными замеров (рис.3) показало удовлетворительное совпадение между ними (в пределах 10-15%), что подтвердило правомерность используемых для вывода расчетных зависимостей допущений.

Для выработок с периодическими изменениями направлений движения воздушного потока и расхода воздуха, а также различной интенсивностью действия энергетических источников теплоты, зависимости, характеризующие распределение температур по их длине, получены на основе дифференциальных уравнений теплового баланса в квазистационарной постановке.

При этом процедура их вывода осуществлялась в несколько этапов. Вначале по известным значениям начальной температуры воздуха, его расхода и тепловыделениям от энергетических источников рассчитывалось некоторое «условное» распределение температуры в одном направлении ^(у, х), затем это распределение учитывалось в уравнении теплового баланса, характеризующего противоположное движение воздуха, на основе которого было получено распределение температур

<;'2(У. х); наконец использование этого распределения в уравнении теплового баланса для нахождения температур при движении воздуха в первоначальном направлении привело к определению распределения температур по длине выработки при периодическом встречном движении воздуха ^(у, г). Аналогичным образом устанавливалось распределение температур по длине выработки в противоположном направлении t2(y, 1). Результирующее значение температуры в каждом сечении выработки находилось как средневзвешенное при известных временах перемещения воздуха в разных направлениях т2:

г. (у,т)т, + ц(у,т)т, Ку,т)= • (19)

X, + т,

а."/с з-*-в

80

60-

ЬО- п [

20- / / /

-6 -2 2 А б в /Ол(;с

20 \

40 •/ \ Д

/

'60

——^т я з-^з

160

Рис.3. Расход воздуха в Байкальском

тоннеле. Сплошные линии - результаты

расчета, точки - экспериментальные

данные, д1 - разность температур меж-

ду значениями температур воздуха у

Западного и Восточного порталов.

Кривые 1, 2, 3, соответствуют разнице

температур воздуха у Западного

портала и в тоннеле, составляющей

-8, -13, -25°С.

Правомерность основных теоретических положений и упрощающих допущений, использованных при выводе предлагаемых зависимостей, подтверждается сопоставлением расчетных данных с результатами натурных наблюдений, проведенных на Крольском, Нанхчульском, Дуссе-Алиньском, Байкальском железнодорожных тоннелях (во всех случаях расхождение между расчетными и замеренными значениями температур не превышало 1,5+2°С). Вместе с тем необходимо отметить, что предлагаемая методика позволяет оценить лишь некоторые средние за выбранный период распределения, относительно которых будут происходить пульсации температуры, вызванные различными

причинами, например, поршневым действием транспортных средств. Расчет амплитуды этих пульсаций осуществляется на основе «сопряженной» постановки, в которой учитываются относительные скорости транспортного средства и воздуха, а также нестационарный характер выделения теплоты.

Расчетные зависимости для тепловых расчетов тоннелей метрополитенов, где поршневое действие поездов приводит к образованию между станциями или сбойками циркуляционных контуров, получены с учетом допущения о подобии распределения термодинамических параметров воздуха в пределах соседних циркуляционных контуров. При этом сами циркуляционные контура разделены на участки с различными расходами воздуха и величинами тепловыделений от поездов. Расчетный анализ, осуществленный по полученным формулам, выполненный в сопоставлении с данными натурных наблюдений на метрополитенах Санкт-Петербурга, Москвы, Киева показал, что предлагаемая методика адекватно отражает основные закономерности формирования теплового режима и позволяет обеспечить высокую точность прогнозных оценок.

Разработанные методические положения по прогнозу тер-мовлажностных условий в тоннелях метрополитенов дали возможность обосновать энергосберегающий способ регулирования их теплового режима при высокой температуре воздушной среды (а.с. № 1567793). В основе этого способа лежат идея максимального использования теплоаккумулирующих свойств пород, окружающих выработки, и возможность управления поршневым эффектом от транспортных средств за счет рационального расположения сбоек по длине перегона.

Изменение аэродинамических условий в выработках ПС в ряде случаев приводит к тому, что для разных периодов времени их существования справедливы различные граничные условия, характеризующие теплообмен воздуха с окружающими породами. Например, для выработок, в которых периоды активной подачи воздуха (длительность т^) чередуются с периодами отсутствия воздухообмена (длительность Т2) (тепло-аккумулирующие выработки, одни из которых поочередно используются для подогрева воздуха, а в других в это время восстанавливается температурное поле) происходит смена граничных условий первого (или третьего) рода на граничные условия второго рода:

„ 5Т(0,т) rt

Т(0,т) = t0) при т ¿ tj, X —-г—- = 0, при т > тг. (20)

п

При данных граничных условиях зависимость относительного теплового потока q при т > ^ может быть представлена в виде:

Решение задачи теплопроводности для полуограниченного пространства с учетом соотношения (21) относительно температуры поверхности пород Т(0, т) дается выражением:

С помощью зависимости (22) устанавливается продолжительность периода восстановления температурного поля в выработке (время тг).

Разработка методики расчета теплового режима выработок ПС в стадии строительства осуществлена с учетом хронологии температурных воздействий атмосферного воздуха, приводящих к тому, что каждый последующий участок тупиковой выработки «наследует» лишь температурное поле, формирующееся в период его проходки, а температурные поля на предыдущих участках определяются тепловыми режимами всех последующих участков. При этом использована система дифференциальных уравнений теплового баланса, описывающая изменение температуры на каждом из участков тупиковой выработки, во время проходки которых начальная температура воздуха остается постоянной. Наличие в выработке «точечных» источников теплоты или холода учитывалось в уравнениях теплового баланса с помощью соотношения (16).

Возможность использования предлагаемой методики для оценки термовлажностных условий при строительстве ПС была подтверждена удовлетворительным совпадением расчетных и экспериментальных данных (расхождение в пределах 1-1,5°С) для условий штольни «Капитальная» Сарыджазского рудника.

4. Выбор способа и параметров системы управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей, расположен-

q

(21)

ных в районах с суровым климатом, зависит от их длины, степени обводненности, расхода воздуха и определяется величиной энергетических затрат на поддержание условий, обеспечивающих отсутствие наледеобразования и долговечность тоннельных конструкций.

Выбор параметров системы управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей в районах с суровым климатом определяется условиями, при которых будет исключено развитие процессов наледеобразования, механизм образования которых включает две стадии. Первая стадия - стадия зарождения трещины реализуется за счет совместного действия на обделку тоннеля напряжений от горного давления и термических деформаций. На поверхности тоннельной обделки, в местах, где растягивающие напряжения, вызванные горным давлением, переходят в сжимающие и наоборот, многократные изменения термических напряжений по знаку и величине, вызванные влиянием переменной температуры воздуха, приводят к снижению прочностных характеристик бетона и созданию условий, благоприятных для появления трещины. В результате натурных исследований показано, что областями, к которым приурочено большинство (около 75%) наледей является пята свода и средняя часть сечения тоннеля. Это совпадает и с данными прогнозных оценок, которые свидетельствуют о том, что именно в этих местах следует ожидать максимального влияния термических деформаций. Вторая стадия связана с собственно развитием наледи. Установлено, что процесс наледеобразования может носить или затухающий или непрерывный характер. В первом случае на поверхности бетонной крепи появляются льдообразования, которые могут иметь форму сосулек (на своде) или наростов (на стенке). Такие особенности образования наледей характерны для переходного (осенне-весеннего) периода. Второй случай имеет место, когда дебит воды достаточно высок, что приводит к ее постоянному поступлению в тоннель. Предложенная на основании обобщения экспериментальных данных физическая модель позволила получить расчетные зависимости, осуществить серию прогнозных расчетов и оценить условия, характеризующие развитие наледей, (рис.4). Например, для температуры воздуха -30°С и времени его воздействия на бетонную обделку 720 час только при дебитах воды ниже 20 л/ч процесс наледеобразования будет носить

-5 40 -15 -20 -25 -50 ^'С

Рис.4. Зависимость критического значения дебита воды от температуры тоннельного воздуха.

затухающий характер. В остальных случаях следует ожидать

непрерывного роста наледи.

Мероприятия по борьбе с наледеобразованием носят как профилактический характер, так и направлены непосредственно на локализацию и устранение наледей. В первом случае речь идет о ликвидации причин, способствующих появлению наледи - образовании трещин и попаданию в них воды.

Мероприятия по локализации и устранению наледей по способу воздействия и применяемым техническим решениям делятся на четыре группы:

1. Первая реализует принцип уменьшения влияния на процесс наледеобразования тоннельного воздуха и основано на использовании чисто вентиляционных способов, создающих в тоннеле требуемый температурный режим (а.с. № 1716164). Ее применение целесообразно при малой обводненности тоннеля (дебит воды не превышает 5 л/ч).

2. Вторая - связана с использованием пассивной тепловой защиты поверхности тоннельных конструкций, по которой движется изливающаяся в тоннель вода, от влияния холодного наружного воздуха.

3. Третья - использует греющие системы различной конструкции (активная тепловая защита). Новые конструкции этих систем (а.с. № 1728225) ранее успешно эксплуатируемые в водоотводных лотках, разработаны и внедрены нами на Байкальском, Нанхчульском, Медногорском и Новороссийском железнодорожных тоннелях.

4. Четвертая - основана на полном или частичном подогреве поступающего в тоннель наружного воздуха, гарантирующем создание в тоннеле положительного теплового режима. Из-за невозможности полного исключения затекания в тоннель холодного наружного воздуха вследствие влияния поршневых эффектов система поддержания положительно-

го теплового режима должна строиться на «компенсационном принципе» (а.с. № 1090886). То есть количество теплоты <5теп, подаваемое в тоннель в интервале между поездами Ат должно быть не меньше количества холода Яхол, вносимого в него транспортными средствами. Для выполнения данного соотношения необходимо удовлетворить, по крайней мере, два условия.

Первое связано с подачей в тоннель после прохождения по нему транспортного средства подогретого воздуха в количестве, достаточном для заполнения участка тоннеля длиной, равной расстоянию Цэтр, на которое проникает в него холодный наружный воздух от поршневого эффекта, к моменту подхода следующего транспортного средства. Второе условие должно определять величину подогрева наружного воздуха ^под> обеспечивающую за интервал времени между следующими друг за другом транспортными средствами полную или частичную компенсацию холода, передаваемого ими породам. Установленная нами из решения уравнения (5) зависимость для вычисления Ьотр имеет вид:

430сзфРфОп

Ь «-" " 1п

отр оси.

0,98( 1-у

(23)

где: - количество воздуха при поршневом эффекте, м3/с; а -коэффициент теплоотдачи, Вт/м2оС; ит - периметр тоннеля, м; I н, ? - значения температур наружного воздуха и средней температуры воздуха в тоннеле на момент входа в него транспортного средства, °С.

При известной величине Ьотр количество теплого воздуха 03, которое необходимо подать в тоннель в интервале между поездами, следующими в одном направлении, составляет:

О =Ь (24)

1 этр Ат

В свою очередь, необходимый предел подогрева воздуха ^под. равен:

Т -Е1

и = ст: „н, (25)

1-Е

где: Тст.н . требуемая температура поверхности бетонной крепи в конце периода Дх, °С; Е - параметр, характеризующий интенсивность теплообмена воздуха с породами в периоды нахождения и отсутствия в тоннеле транспортных средств. Например, для условий Байкальского и Северо-Муйского тоннелей величина Е соответственно равна 0,2 и 0,4.

На основе вышесформулированных принципов предложен энергосберегающий способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, реализуемый с помощью рециркуляционной схемы вентиляции (а.с. № 1627723). Он предусматривает отбор воздуха с положительной температурой из сечения тоннеля, отстоящего на расстояние, превосходящее ^отр от портала, в который поступает холодный воздух, подачу его по штольне в направлении, обратном действию естественной тяги в тоннеле, дополнительном подогреве в калориферных установках и последующей выпуск в тоннель в зоне поступления наружного воздуха. Установлено, что основными параметрами, определяющими работу рециркуляционной схемы, являются расход рециркуляционного воздуха Оц и его температура Для вычисления этих величин получены соответствующие аналитические формулы.

Эффективность предложенного способа регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей была подтверждена результатами семилетнего опыта его испытаний на Байкальском тоннеле. Энергетические затраты на организацию

необходимого теплового режима при его использовании были снижены более, чем в 2 раза по сравнению с традиционными способами. Это позволило рекомендовать его для применения и в более протяженном Северо-

Муйском тоннеле.

Повышение эффективности описанного способа регулирования теплового режима связано с ограничением поступления в тоннель холодного наружного возду-

ха. Это достигается использованием воздушных завес или установкой вентиляционных затворов.

Лабораторные эксперименты и натурные испытания позволили разработать методику определения параметров вентиляционных завес, предназначенных для установки у порталов тоннелей с площадью сечения 35-40 м2, при действии естественной тяги различной физической природы с величиной, превышающей 200-250 Па. Вместе с тем, показано, что применение воздушных завес связано со значительными энергозатратами. Этого недостатка лишены предложенные оригинальные конструкции вентиляционных затворов (пат. №№ 20113559, 20229872), одна из которых смонтирована на Байкальском тоннеле (рис.5). При этом расход воздуха в тоннеле был снижен на 70%. В результате сопоставления энергетических затрат на обеспечение теплового режима, гарантирующего безопасную эксплуатацию железнодорожных тоннелей, установлены рациональные области использования систем, основанных на осуществлении локального теплового воздействия на горный массив и водоотводящие устройства или предусматривающих подогрев воздуха.

5. Переход к новому поколению энергосберегающих систем регулирования теплового режима подземных сооружений связан с замещением традиционных энергоресурсов природными источниками теплоты и холода (солнечное излучение, геотермальная энергия, атмосферный воздух) при условии осуществления промежуточного аккумулирования энергии.

Несмотря на очевидные преимущества в сравнении с наземными объектами, подземные сооружения являются крупными потребителями энергии (например, запроектированная по нашим рекомендациям система подогрева воздуха на Северо-Муйс-ком тоннеле имеет мощность порядка 3000 кВт). Это в известной мере сдерживает темпы освоения подземного пространства. Решение проблемы энергосбережения следует искать на пути использования нетрадиционных источников энергии. Однако по сравнению с горнодобывающими предприятиями, Имеющими достаточные ресурсы вторичных источников теплоты, при разработке энергосберегающих систем регулирования ПС следует, прежде всего, ориентироваться на природные источники энергии.

Предложенный способ регулирования теплового режима ПС позволяет вовлечь в этот процесс атмосферный воздух, а также солнечную и геотермальную энергии (а.с. № 1705590) (рис.6).

Показано, что важным звеном этого способа является подземный аккумулятор теплоты, позволяющий решить проблемы временного несоответствия максимальной потребности в теплоте и холоде для зимнего и летнего периодов с фактическим наличием энергетических ресурсов, необходимого темпе-

На основании теоретических и экспериментальных исследований, проведенных как в лабораторных, так и в натурных условиях, разработаны методики выбора технологических параметров всех элементов этого способа: систем утилизации солнечной энергии, извлечения теплоты горных пород и подземного аккумулирования энергии. При этом рассмотрены особенности извлечения теплоты пород из коллекторов различных типов: пористых, трещинных или образованных с помощью гидроразрыва пород, а также различные типы подземных аккумуляторов теплоты: бассейные, скважинные, на основе водоносных горизонтов и зон искусственной проницаемости.

Показано, что эксплуатация подземных аккумуляторов теплоты эффективна при коэффициенте извлечения (восстановления) энергии, превышающем 0,75.

ратурного потенциала.

Рис.6. Способ регулирования теплового режима ПС.

1 - ствол; 2 - калориферный канал; 3 - поверхностное здание; 4 - щели для прохода воздуха; 5 - вентилятор; 6 - воздухоохладитель; 7 - калорифер; 8 - солнечные батареи; 9 -подземный аккумулятор теплоты; 10 - геотермальный коллектор.

33

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научную работу, выявлены закономерности процессов тепломассопереноса в выработках подземных сооружений глубокого заложения при переменных аэродинамических параметрах воздушного (водного) потока, разработаны методические основы их тепловых расчетов, дающие возможность осуществлять выбор параметров систем управления климатическими условиями, и дано решение крупной научной и практической проблемы обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации подземных сооружений, позволяющее существенно повысить темпы и объемы освоения подземного пространства.

Наиболее важные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем.

1. Тепловой режим подземных сооружений транспортного назначения является одним из основных факторов, влияющих на эффективность их проветривания, развитие процессов наледеобразования и разрушения бетонной крепи, что определяет безопасные условия эксплуатации подземных сооружений этого типа.

2. Основные отличия в формировании термовлажностного режима подземных сооружений от выработок шахт и рудников связаны с протекающими в них переменными аэротермодинамическими (гидродинамическими) процессами, причинами которых являются сложные законы изменения температуры воздуха (воды), поступающего в выработки (полости, пласты), режимы их проветривания (фильтрации), а также наличие мощных источников теплоты (холода), имеющих размеры, соизмеримые с размерами выработок и мощность, зависящую от времени и пространственных координат.

3. Обоснованы физические модели расчета процессов тепломассопереноса в подземных сооружениях при их строительстве и эксплуатации с учетом различных схем проветривания, пространственного размещения энергетических источников теплоты и переменных начальных аэротермодинамических параметрах воздушного потока.

Получено соотношение, связывающее продолжительность теплообмена в системе «движущийся флюид — горный массив» со временем движения флюида, его теплофизическими свойствами, а также теплофизическими свойствами пород, по-

зволяющее при заданной точности расчета устанавливать область применения физических моделей, основанных на использовании квазистационарного подхода.

4. Показано, что временные и пространственные зависимости температуры, поступающего в подземные сооружения воздуха (воды), тепло- и влаговыделения от расположенных в них энергетических источников, а также изменения граничных. условий в системе «подвижной флюид — горный массив», могут быть описаны с помощью комбинаций функций Хевисайда и Дирака.

5. Доказано, что влияние на величину теплового потока от пород к воздуху в квазистационарной стадии теплообмена сложной геометрической формы выработок, анизотропии теплопроводности горпых пород, взаимного влияния выработок может быть учтено с помощью домножающих поправок к коэффициенту нестационарного теплообмена, вычисленному для цилиндрической выработки с круговым поперечным сечением. Получены аналитические соотношения, позволяющие вычислять эти поправки.

6. Показана возможность построения общего решения относительно температуры движущегося по выработке флюида при сложном законе изменения его начальной температуры в виде алгебраической суммы элементарных решений, справедливых для промежутков времени, отсчитываемых от начала каждого последующего ступенчатого изменения начальной температуры. При этом вид элементарного решения определяется продолжительностью процесса и может описывать либо существенно нестационарную, либо квазистационарную стадии.

7. Установлено, что температурное поле, формирующееся в выработке после прохождения тепловыделяющего транспортного средства и поступления наружного воздуха с температурой, отличной от температуры воздуха в выработке, включает две зоны: первую, характеризующуюся совместным влиянием поступающего воздуха и энергетических источников теплоты, и вторую, связанную только с выделением теплоты от транспортного средства. Получено соотношение, определяющее закон усреднения количеств теплоты от движущихся по выработке энергетических источников, в зависимости от их мощности, времени нахождения в выработке и частоты движения (интервал времени между следующими друг за другом источниками теплоты).

8. Разработаны и проверены в натурных условиях методики теплового расчета подземных сооружений производственно-складского назначения при различных схемах проветривания, однопутных железнодорожных тоннелей при периодических изменениях направления движения воздушного потока и его пульсирующем характере, связанном с перемещением транспортных средств, тоннелей метрополитенов при рециркуляционном движении воздуха и неравномерном выделении теплоты по длине перегона между соседними станциями.

9. Разработана уточненная методика определения параметров теплоаккумулирующих выработок и в широком диапазоне определяющих параметров вычислены длины TAB, обеспечивающие гарантированный подогрев наружного воздуха до +2°С как в период наиболее холодного зимнего месяца, так и в течение наиболее холодной пятидневки. Показана возможность стабильного подогрева воздуха с расходом 40-50 м3/с до 6-8°С в выработанном пространстве сланцевых шахт, имеющем площадь 600x360 м2.

10.Предложена и проверена в натурных условиях гипотеза, описывающая механизм образования наледей в транспортных тоннелях. Показано, что первая стадия - стадия зарождения трещины происходит за счет совместного действия на обделку тоннеля напряжений от горного давления и термических деформаций. Для второй стадии, связанной с собственно развитием наледи, определено сочетание климатических, геотермических, гидрогеологических и горнотехнических факторов, включающих температуру воздуха, температуру пород, количество фильтрующейся воды, расстояние от области питания до поверхности тоннеля, при котором процесс наледеобразования будет носить затухающий характер.

11.Осуществлены в лабораторных и натурных условиях экспериментальные исследования односторонних и двухсторонних воздушных завес, предназначенных для установки у порталов тоннелей с площадью сечения более 35-40 м2 и действии естественной тяги различной физической природы с величиной, превышающей 200-250 Па. Получены эмпирические зависимости, определяющие величину аэродинамического сопротивления, которую способны создавать эти завесы, и найдено соотношение, устанавливающее минимальный уровень энергетических затрат на обеспечение необходимой температуры

воздуха путем совместной работы воздушных завес и калориферных установок при заданной величине расхода воздуха.

12.Разработаны, проверены в натурных условиях и внедрены в железнодорожных тоннелях, расположенных в суровых климатических условиях, энергосберегающие способы управления тепловым режимом, основанные как на обеспечении необходимых расходов воздуха с помощью вентиляционных завес (вентиляционных ворот) и использовании компенсационного принципа при организации подо1рева воздуха в калориферах, так и на осуществлении локального теплового воздействия на горный массив и водоотводящие устройства.

Предложены методики выбора рациональных параметров систем управления вентиляционным и тепловым режимами железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях.

13.Сформулированы принципы создания энергосберегающих способов регулирования теплового режима подземных сооружений, основанных на использовании природных источников энергии: атмосферного воздуха, солнечного излучения и теплоты горных пород.

Основным элементом этих способов является подземный аккумулятор тепловой энергии, позволяющий решить проблему временного несоответствия максимальной потребности систем регулирования теплового режима подземных сооружений в теплоте и холоде для зимнего и летнего периодов с фактическим наличием энергетических ресурсов, необходимого температурного потенциала. Разработаны и проверены в лабораторных и натурных условиях методики выбора параметров систем утилизации солнечного излучения, извлечения геотермальной энергии и подземного аккумулирования теплоты.

14.Показано, что использование выработанного пространства сланцевых шахт для размещения объектов производственно-складского назначения с одновременным аккумулированием в выработках тепловой энергии различного температурного потенциала, позволяет повысить объемы освоения подземного пространства в 2,5 раза по сравнению с традиционным подходом, ориентированным на размещение объектов с термовлажностными условиями, характеризующимися естественным тепловым режимом.

Основные положения и научные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Сравнительная оценка отечественных и зарубежных методов теплового расчета шахт и рудников.//Проблемы горной теплофизики. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции - JL: 1974, С.132-136. (соавторы: Шувалов Ю.В., Цивирицына В.В.).

2. Расчет тепловыделений от породного массива при изменении температуры воздуха в выработке. Межвуз.//Вентиля-ция шахт и рудников, вып.1. 1974. С.101-106. (соавтор: Шувалов Ю.В.).

3. Исследование динамики формирования температурных полей в закладочном и рудном массивах. В кн.: Физические процессы горного производства. Сборник научных трудов, вып.З. - Л.: Изд. ЛГИ, 1976, С.63-67.

4. Исследование процессов плавления льда в модели гидрокалориферной установки.//Физические процессы горного производства. Межвуз. сборник, вып.З, 1976, С.95-99. (соавторы: Дзино A.A., Тимофеевский Л.С., Бопшский П.Я., Шмелев А.П.).

5. Исследование тепловыделений от окислительных процессов.// Известия высших учебных заведений. Горный журнал, №10, Свердловск, 1976. С.46-49. (соавторы: Смирнов Ю.М., Пихлак A.A., Кулинич С.С.).

6. Исследование теплового режима тупиковых выработок.// Межвуз. сб. «Физические процессы горного производства», вып.4. - Л.: 1977. С.80-86. (соавторы: Богинский П.Я., Хуци-швили В.И.).

7. Моделирование температурных полей в массиве твердеющей бетонной закладки.//Известия ВУЗов «Горный журнал», №12. - 1977. С.24-26.

8. Результаты исследования эффективности предварительного охлаждения горного массива.//Материалы международного симпозиума «Тепловой режим глубоких угольных шахт и металлических рудников». - Киев, 1977. - С.126-131. (соавторы Шувалов Ю.В., Близнец Л.А., Андрющенко В.Н.).

9. Определение тепловых нагрузок и оптимизация системы охлаждения очистных забоев глубоких рудников Нориль-ска.//Межвуз. сб. Научн. трудов «Исследование холодильных машин», - Л.: 1978. - С.94-99.

Ю.Исследование влияния теплового фактора на выбор параметров систем разработки глубоких горизонтов Талнахского

рудного узла.//Межвуз. сб. «Физические процессы горного производства», - Л.: 1978. - С.56-59.

11.Единая методика прогнозирования температурных условий в угольных шахтах.//Макеевка-Донбасс, 1979, 196 с. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В., Черняк В.П., Ма-лашенко Э.Н.,Кузин В.А. и др.).

12.0 нормализации теплового режима глубоких рудников Октябрьского месторождения.//Горный журнал, №10, 1978. -С.64-67. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Тимофеевский JI.C., Бо-гинский П.Я., Смирнов Ю.М., Иванов В.К., Костылев П.П.).

13.Тепловой режим глубоких рудников.//Проблемы подземной эксплуатации рудных месторождений на больших глубинах. - М.: 1979. С.111-128. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В.).

14.06 одном методе решения задач теплопереноса в гетерогенной среде.//Инженерно-физический журнал, т.39, №1, 1980, С.161. (соавтор: С.Г., Павлов И.А.).

15.Теплообмен породного массива с воздухом при гармоническом законе изменения температуры.//Межвуз. сб. «Вентиляция шахт и рудников». Вып.7., -JI.: 1980. - С.70-75. (соавторы: Шувалов Ю.В., Энкашев М.М., Болатаева Н.Г.).

16.Особенности и перспективы использования моделирования при изучении процесса извлечения геотермальной энергии.//Межвуз. сб. «Физические процессы горного производства». Вып.9, ЛГИ, 1981. С.100-108. (соавторы: Бережной В.А., Павлов И.А.).

17.0собенности тепловых расчетов горных выработок при системах разработки с твердеющей закладкой.//Известия вузов «Горный журнал», №11, 1981. -С.19-22.

18.Прогноз и выбор параметров регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях.//Межвуз. сб. «Физические процессы горного производства». Вып.11, Изд. ЛГИ, 1982, С.12.0-125. (соавторы: Близнец Л.А., Багров П.Г.).

19.0 границах применимости различных физических моделей расчета процессов теплопереноса в подземных циркуляционных системах.//Сборник научных трудов «Физические процессы при разработке геотермальных месторождений», - Л.: 1983, С.17-22.

20.Особенности тепловых расчетов скважин.//Сб. научн. трудов: «Теплофизические процессы в горной технологии». -Л.: 1984, С.44-48.

21. Некоторые вопросы тепловых расчетов подземных сооружений, используемых для размещения объектов производственно-складского назначения.//Сборник научных трудов «Физические процессы горного производства». Теплоперенос в горных выработках и породных коллекторах. - Л.: Изд. ЛГИ,

1985, С.58-67.

22.Способ определения коэффициента теплоотдачи в горных выработках.//Промышленная теплотехника. Т.8, №3,

1986, С.44-47.

23.Теплофизика процесса извлечения геотермальной энер-гии.//Сборник научных трудов «Геотехнология топливно-энергетических ресурсов». - Киев, Наукова думка, 1986,. С.20-38. (соавторы: Артемьева Е.Л., Павлов И.А.).

24.Технологические типы геотермальных систем.//Сборник научных трудов «Геотехнология топливно-энергетических ресурсов». - Киев, «Наукова думка», 1986, -С.38-53. (соавтор: Дядькин Ю.Д.).

25.Проблемы использования подземного пространства для аккумулирования тепловой энергии.//Материалы Всесоюзного совещания «Аккумулирование энергии, пути повышения работы электростанций и экономии энергии». - М.: Изд. ЭНИНА, 1986, С.56-61. (соавторы: Павлов И.А., Туркина И.Г.).

26.Тепломассоперенос при извлечении геотермальной энергии.//Сборник научных трудов Всесоюзного совещания «Стандартизация геотермических исследований в тектонически активных районах». Махачкала, 1987. - С.57-65 (соавтор: Дядькин Ю.Д.).

27.Инженерный метод расчета параметров ГЦС, образованных с помощью гидравлического разрыва пород.//Сборник научных трудов «Физические процессы горного производства». Инженерно-физические условия гидроразрыва горных пород. - Л.: Изд. ЛГИ, 1987. - С.85-90.

28.Тепловой режим подземных сооружений.//Уч. пособие. Изд. ЛГИ, 1987, 101 с.

29.Тепловой режим железнодорожных тоннелей, расположенных в суровых климатических условиях.//Сборник научных трудов «Прогноз и регулирование теплового режима в

горных выработках». - Якутск, ЯФ СО АН СССР, 1987. С.3-6. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Федоров А.Б.).

30.Оценка условий нал'едеобразования в транспортных тоннелях.// Межвуз. сб. Научных трудов «Физические процессы горного производства». - JL: Изд. ЛГИ, 1988, С.80-84.

31.Теплофизические аспекты освоения недр. - Л.: Недра, 1988, 335 с. (соавторы: Арене В.Ж., Дмитриев А.П., Дядькин Ю.Д., и ДР-)-

32.Рекомендации по проектированию дренажных и водоотводных устройств и регулированию теплового режима тоннелей.//Всесоюзный НИИ транспортного строительства МИН-ТРАНССТРОЯ СССР. - Москва, 1989. - 67с. (соавторы: Листов A.M., Громов А.Г., Славин Б.Е., Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В.).

33.Принципы создания теплового режима.//Метрострой, №5, 1989, С.19-20.

34.Теплообмен в технологических процессах при разработке месторождений полезных ископаемых.//Уч. пособие. - Л.: Изд. ЛГИ, 1989, 93 с. (соавторы: Павлов И.А., Смирнова Н.Н.).

35.Разработка геотермальных месторождений. М., Недра, 1989, 222 с. (соавтор: Дядькин Ю.Д.).

36.Теплофизические расчеты объектов народного хозяйства, размещаемых в горных выработках.//Справочное пособие к СНиП. - М.: Стройиздат, 1989, 76с. (соавторы: Черняк В.П., Малашенко Э.Н., Дядькин Ю.Д.).

37.Особенности тепловых расчетов подземных сооружений транспортного назначения.//Межвуз. сб. «Вентиляция шахт и рудников». Интенсификация теплообмена и пылегазообразо-вание в горных выработках. - Л.: 1989, С.77-81. (соавторы: Беспалов С.Е., Соколов В.А., Юшковский Э.М.).

38.Управление тепловым режимом тоннелей в суровых климатических условиях.//Транспортное строительство, №4, -М.: 1990, С. 18-22. (соавторы: Беспалов С.Е., Соколов В.А., Горшков Ю.М., Юшковский Э.М.).

39.Пособие по расчету устойчивости подземных горных выработок при размещении в них объектов народного хозяйствам/Пособие к СНиП, - М.: ЦИТП, 1990. - 69с. (соавторы: Романов И.П., Райский В.В., Нестеров М.П., Спектор Э.М. и др.).

40.Выбор параметров теплоаккумулирующих выработок сланцевых шахт (методика расчета).// - Л.: Изд. ЛГИ, 1990. -37с. (соавторы: Шувалов Ю.В., Фрайман Г.Б. и др.).

41. Энергосберегающая система управления тепловым режимом сланцевых шахт и перспективы освоения их подземного пространства.//Материалы IX Всесоюзной конференции по механике горных пород, 1989. Механика горных склонов, откосов и подземных сооружений. Освоение подземного пространства. Бишкек, 1990, - С.364-370. (соавторы Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В.).

42.Опыт и перспективы использования природных и вторичных источников энергии для нормализации теплового режима шахт и рудников.//Сборник докладов (часть П) XXIV Международной конференции по безопасности работ в горной промышленности, Донецк, 1991, С.367-376. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В.).

43.Управление тепловым режимом тоннелей в суровых климатических условнях.//Транспортное строительство, №11, 1991, С.11-13.

44.Comparison of Thermal Cooldown Estimates in the Russkie Komarovtsy Petrogethermal Reservoir. Preprint, Sixteenth, Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, US, 1991, 7p. (соавторы: Крюгер П., Дядькин Ю.Д., Артемьева Е.Л., Смирнова Н.Н.).

45.Перспективы использования в системах регулирования теплового режима подземных аккумуляторов солнечной энергии.// Сб. научных трудов. «Физические процессы горного производства». СПб., 1992, С.89-95. (соавторы: Туркина Н.Г., Гущин В.В.).

46.Проблемы нормализации климатических условий в горных выработках Сарыджазского ГОКа.//Межвуз. сб. науч. трудов. «Физические процессы горного производства». СПб., 1992, С.102-107. (соавторы: Смирнов Ю.М., Карымшаков М.Э.).

47.Геотермальная теплофизика.//СПб, Наука, 1993, 253 с. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Смирнова Н.Н.).

48.Calculation Methods and Experience of Using Energy Saving System for Controlling Local Climate in Mines, Tunnels and Underground Construction. Comprehensive rock engineering. Vol 5. Pergamon Press LTD, London, UK, 1993, pp.335-357. (соавтор: Дядькин Ю.Д.).

50. Процессы тепломассопереноса в геотермальной технологии.// Доклады международного симпозиума «Проблемы геотермальной энергии». Том.2, СПб, 1995, С.140-148.

51.Использование подземного пространства - одно из направлений обеспечения БЖД Северо-Западного регионам/Доклады Международной конференции «Экология и развитие Северо-Запада РФ», С.-Петербург, 1996, С.169-177 (соавтор: Ю.В.Шувалов).

52.0граждения секции шахтной крепи.//Авт. свид. СССР № 627241. БИ № 37, 1978. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Тимофеев-ский JI.C., Бакушев С.Б., Коротков Ю.А., Леострин Д.Ф., Ло-быничев Т.В.).

53.Гидрокалориферная установка для подогрева воздуха.//Авт. свид. СССР № 617608. БИ. M 28, 1978. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Богинский П.Я., Тимофеевский Л.С., Дзино A.A.).

54.Способ регулирования теплового режима глубоких шахт и рудников.//Авт. свид. СССР № 900019. БИ №3, 23.01.82. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Шувалов Ю.В., Тимофеевский Л.С.).

55.Устройство . для проветривания тоннелей.//Авт. свид. СССР № 949199, БИ №29, 17.08.82. (соавторы: Славин Б.Е., Веденин H.H.).

56.Способ определения коэффициента теплоотдачи ,в горных выработках. Авт. свид. СССР № 1004840. БИ №10, 15.10.83.

57.Устройство для образования теплообменных каналов в твердеющей закладке./Авт. свид. СССР № 1067223. БИ №2, 1984. (соавторы: Шувалов Ю.В., Смирнов Ю.М.).

58.Теплоизоляционная пневмокрепь для горных вырабо-ток./Авт. свид. СССР № 1043313. БИ №35, 1983. (соавтор: Шувалов Ю.В.).

59.Способ регулирования теплового режима железнодорожных тонне л ей./Авт. свид. СССР № 1090886. БИ Xsl 7, 1984. (соавтор: Фисенко А.П.). .

60.Способ теплоизоляции обогреваемых выработок./Авт. свид. СССР № 1168720. БИ №27, 1985. (соавторы: Шувалов Ю.В., Фрайман Г.Б.).

61. Способ получения геотермального тепла./Авт. свид. СССР № 1307176. БИ №16, 1987. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Меджитов О.В.).

62.Способ извлечения геотермальной энергии./Авт. свид. СССР № 1390345. БИ №15, 1988. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Богуславский Э.И.).

63.Способ гидроразрыва пород./Авт. свид. СССР Ка 1435767. БИ №41, 1988. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Пронин Э.М., Севастьянов В.).

64.Способ регулирования теплового режима подземных сооружений./Авт. свид. № 1441075. БИ № 44, 1988.

65.Способ извлечения геотермальной энергии из подземных коллекторов./Авт. свид. СССР № 1446438. БИ №47, 1988. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Артемьева E.JI., Алибеков Р.Г.).

66.Устройство для подогрева воздуха в шахтах./Авт. свид. СССР № 1460330. БИ №7, 1989. (соавторы: Бобровников В.Н., Потылицын JI.A.).

67.Способ регулирования теплового режима тоннелей метрополитенов./Авт. свид. СССР № 1567793. БИ №20, 1990. (соавторы: Быстрова Т.С., Соколов В.А., Юшковский Э.М.).

68.Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей в зимний период./Авт. свид. № 1627723. БИ №6, 1991. (соавторы: Беспалов С.Е., Горшков Ю.М., Соколов В.А., Юшковский Э.М.).

69.Геотермальное устройство./Авт. свид. СССР № 1633237. БИ №9, 1991. (соавторы: Дядькин Ю.Д., Богуславский Э.И., Гайдаров Г.М., Шарафудинов Ф.Ш., Мусаханов Н.Б.).

70.Способ регулирования теплового режима подземных сооружений./Авт. свид. СССР № 1705590. БИ №2, 1992. (соавтор: Гущин В.В.).

71.Дорожная одежда./Авт. свид. СССР № 1728325. БИ №15, 1992. (соавторы: Соколов В.А., Туркина Н.Г.).

72.Способ регулирования теплового режима железнодорожных тоннелей./Авт. свид. СССР № 1716164. БИ №8, 1992. (соавторы: Беспалов С.Е., Соколов В.А., Нам JI.A.).

73.Вентиляционный затвор для железнодорожного тонне-ля./Патент РФ № 20113559. БИ №10, 1994. (соавторы: Горшков Ю.М., Макаров В.А., Хоминский В.А.).

74. Вентиляционный затвор для железнодорожного тонне-ля./Патент РФ № 20229872. БИ №6, 1995. (соавторы: Горшков Ю.М., Макаров В.А., Салан А.И., Соколов В.А., Хоминский В.А.).

75.Устройство для подогрева воздуха в шахтах./Патент РФ №»20229873. БИ №6, 1995. (соавторы: Бобровников В.Н., Васильев А.П., Гановичев А.И., Моисеев Г.Г., Шушаков A.M., Шувалов Ю.В., Ферхо И.А.).

РИЦ СПГГИ. 24.10.96. 3.455. т. 100 экз. 199026 Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2