Вестник МГТУ. 2020, Т. 23, № 1.

Внутри горной выработки, размещенной в массиве ММГП с начальной температурой -6 °С, расположена встроенная железобетонная конструкция (1), на внутренней поверхности которой задается постоянная температура 50 °С. Между встроенной конструкцией и защитной конструкцией (обделка) выработки имеется радиальный технологический канал шириной 0,6 м с 12-ю отверстиями диаметром 0,25 м в верхней части канала, заполненного воздухом, поступающим с температурой 20 °С за счет естественной конвекции. Материальный состав элементов расчетной модели характеризуют теплофизические свойства, приведенные в табл. 1. Таблица 1. Теплофизические свойства твердых тел Table 1. Thermophysical properties of solids Материал Плотность р, кг/м3 Теплоемкость с, Дж/(кг-К) Теплопроводность X, Вт/(м К) Железобетон 2 500 840 2,00 Теплоизоляция 100 1200 0,03 Бетон 2000 900 1,30 Горная порода 2200 800 1,80 В рамках исследований рассмотрены различные варианты обделки выработки, которые в схематичном виде приведены на рис. 2. Рис. 2. Варианты защитной конструкции горной выработки Fig. 2. Options of protective structure of mine working В качестве инструмента исследований был использован программный комплекс ANSYS FLUENT, позволяющий реализовать численное решение уравнения нестационарной теплопроводности для условий сопряженного теплообмена. Результаты и обсуждение В результате проведения вычислительных экспериментов получены данные по тепловому состоянию породного массива и обделки выработки с течением времени. Установлено, что тепловая нагрузка на контур выработки приводит к изменению температуры горной породы, которое может оказывать негативное влияние на ее физико-механические свойства. Информация, полученная в результате проведения исследования, позволяет прогнозировать влияние зоны оттаивания многолетнемерзлого массива горных пород на устойчивость подземных сооружений и определить время, в течение которого необходимо проведение работ по тепловой защите породного массива. В частности, для модели с обделкой варианта 3 прогнозируемая продолжительность допустимого устойчивого состояния породного массива (до начала оттаивания приконтурной части массива при температуре на контуре выработки выше 0 оС) составляет примерно 4 суток (рис. 3). Очевидно, что с увеличением продолжительности теплового воздействия расширяется область теплового влияния выработки на породный массив. При этом размеры области существенно зависят от параметров защитной конструкции выработки. В качестве примера на рис. 4 показано температурное поле (в центральной плоскости модели) для вариантов 2 и 3 обделки через 183 суток теплового взаимодействия. Говоря об эффективности защитной конструкции горной выработки как элемента пассивной системы тепловой защиты, следует отметить ее влияние на теплообмен в воздушном канале за счет свободной конвекции. Это влияние иллюстрируют расчетные данные по пространственному распределению температуры по линии line (рис. 1), приведенные на рис. 5.