Учет инфильтрации атмосферных осадков и фильтрации влажного рудничного воздуха при накоплении льда в слое породной предохранительной подушки в условиях криолитозоны

Для отработки подкарьерных запасов трубки ҺУдачнаяһ принята система этажного обрушения с одностадийной выемкой под породной предохранительной подушкой. Для безопасного выпуска руды подушка должна сохранять сыпучие свойства в течение всего периода существования рудника. Для изучения процесса льдонакопления разработана общая математическая модель теплои массопереноса, учитывающая три процесса, происходящие в породной подушке: инфильтрация жидкой влаги за счет атмосферных осадков, фильтрация влажного воздуха и теплоперенос с фазовыми переходами влаги. Рассмотрено воздействие атмосферных осадков и рудничного воздуха на льдонакопление в предохранительной подушке. Математическая модель позволяет рассчитать образование льда в пустотах материала подушки за счет инфильтрации воды и конденсации влаги из влажного рудничного воздуха. Рассмотрена породная подушка толщиной 30 м. Численные расчеты проведены для хорошо проницаемых и слабопроницаемых горных пород. Разработанные математические модели теплои массообмена и программы расчета температурно-влажностного состояния предохранительной подушки при фильтрации влаги могут служить основой для прогноза интенсивности смерзания и для управления процессом безопасного равномерного опускания подушки For the extraction of mineral reserves of Udachnaya Pipe under the open pit bottom, the system of one-stage caving under a safety cushion is accepted. To ensure the mine safety, the cushion should preserve looseness within the whole mine life period. Developed for the analysis of ice accumulation, the general mathematical model of heat and mass transfer takes into account three interfering processes running in the safety rock cushion, namely, seepage of moisture from atmospheric precipitation, leak of moist air and heat transfer during phase transformations of moisture. It is analyzed how atmospheric precipitations and mine air affect the process of ice accumulation in the safety cushion. The mathematical model allows calculating ice formation in voids of the cushion owing water seepage and condensation of moist mine air. The model efficiency is discussed in terms of the calculations for a rock safety cushion 30 m thick. The calculations are performed for readily and weakly permeable rocks. For the readily permeable rocks, the maximum ice content is 0.1 at a depth of 1.5 m in the first summer and 0.15 at a depth of 2.2 m in the first winter. In the second summer, the maximum ice content is also observed at the depth of 2.2 m; moreover the ice content grows, which blocks pores. In case of the weakly permeable rocks, ice accumulates at a depth of 1.9 m. At the bottom of the cushion, rocks gradually thaw under leakage of air from the mine irrespectively of the season. In addition, ice accumulates in the cushion owing to condensation of moisture from the mine air. The ice content curve contains a characteristic “hump” which drifts toward the upper boundary of the cushion with time. The hump drifting is less intensive in the weakly permeable rocks. The developed mathematical models of heat and mass transfer and the programs for calculating temperature and moisture content of the safety cushion under moisture seepage can be used to predict rate of adfreesing in rocks and to control safe and uniform subsidence of the cushion. The calculation results will help develop guidelines on making safety cushions, maintaining their year-round flowability and permeability, as well as improving safety of underground extraction of diamond pipe reserves