Вестник Кольского научного центра РАН. 2016, №4.

П. В. Амосов, С. В. Лукичев, О. В. Наговицин монографических, справочных и статейных материалах [1-11]. В указанных (список далеко неполный и может быть существенно дополнен) публикациях описаны способы определения технологических параметров скважин, колонок и хладоносителя, прогнозирования скорости формирования ледопородного ограждения (ЛПО) по всему периметру шахтного ствола и его толщины, вопросы ползучести и прочности ЛПО. Вместе с тем, как справедливо указывается в работе [12], эти способы разрабатывались в середине XX в. и основываются, как правило, на упрощенных формулах и эмпирических коэффициентах. Развитие вычислительной техники и современного программного обеспечения открыли новую страницу в исследованиях методами численного моделирования процессов замораживания горных пород, подтверждением чему является появление ряда публикаций российских и иностранных специалистов [12-15]. Не остались в стороне от указанной проблемы и специалисты Горного института КНЦ РАН, предпринявшие на данном этапе попытку исследовать влияние на скорость формирования ЛПО таких параметров, как пористость породного массива и температура хладоносителя. Следует отметить, что определенный опыт численного моделирования процессов, сопровождающихся либо переменным влагонасыщением в пористых средах [16], либо фазовым переходом 1-го рода «лед — вода» [17-20], у авторов имеется. Цель исследования, постановка задачи и модельное представление Достаточно очевидно, что создание полноценной компьютерной модели нестационарного процесса создания ЛПО в водонасыщенном породном массиве в объемной постановке является сложной и трудоемкой задачей. Обсуждаемая модель в общем случае включает в себя набор гео- и теплофизических параметров, перечисленных ниже, выбор численных значений которых на самом деле также является не самой тривиальной задачей. Для цели исследования, заключающейся в оценке влияния пористости влажного породного массива на скорость образования сплошного ЛПО при вариации температуры в охлаждающих скважинах и принятых модельных представлений, рассматривается упрощенный аналог модели, представленной в графическом виде на рисунках работ [11, 12]: в породном массиве имеем проектируемый вертикальный шахтный ствол со слоем обделки и оконтуривающие его замораживающие скважины (рис. 1). При этом исключительно с целью сокращения затрат процессорного времени для моделирования процесса замерзания поровой воды выбирается элемент в форме прямоугольного параллелепипеда изначально влажного породного массива (например песчаника или известняка), ограниченный размерами 50 х 50 х 10 м. у Рис. 1. Схема модели (шахтный ствол и замораживающие скважины) 44 http://www.kolasc.net.ru/russian/news/vestnik1.html