The radius of thermal influence of the chambers of underground structures of the cryolithozone

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The subject of research is the underground structures of the cryolithozone (permafrost zones). The design of such structures, in particular the choice of space-planning solutions, methods and means of fastening rocks, unlike structures located not in frozen rocks, has a number of features and is associated with the need to take into account the zone of thermal influence of chambers operated with different thermal conditions constantly or periodically. For example, when changing the type of thermal regime in the chambers in cases of natural or man-made accidents and catastrophes. The purpose of the research was to determine the zone of thermal influence of a single chamber of an underground cryolithozone structure, depending on the type of fastening used (in the presence and absence of a thermal protective layer) and the duration of the operational period, using various calculation formulas. To achieve this goal, three types of formulas were studied that determine the dependence of the dimensionless radius of thermal influence of chambers on Fourier and Bio criteria. Multivariate calculations were performed using the formulas, which are presented in the form of 3D graphs. The analysis of the performed calculations showed that the calculations for all three formulas give similar results in a fairly wide range of changes in the initial parameters. Moreover, the formula, which does not take into account the influence of the Bio number on the radius of thermal influence, gives a certain calculated margin. In general, it is shown that the higher the value of the Bio number, the less its effect on the depth of the thermal influence zone of the underground chamber. Small values of the Bio number (up to 5-6) are typical for cameras that are fixed with sprayed concrete or have special heat-protective coatings.It is established that when choosing space-planning solutions for underground structures to assess the influence of the thermal factor, it is quite acceptable to use an approximate formula to estimate the radius of the thermal influence of a single chamber. The scientific novelty lies in establishing the scope of the studied formulas for predicting the radius of the zone of thermal influence of cameras with various types of fastening and thermal protection.

References

  1. Аренс В.Ж., Дмитриев А.П., Дядькин Ю.Д. и др. Теплофизические аспекты освоения ресурсов недр. Л.: Недра, 1988. 344 с.
  2. Куваев В.А., Кузьмин Г.П. Подземное криохранилище семян растений на вечной мерзлоте //Геология, география и глобальная энергия. 2018. № 4. С. 150-155.
  3. Кузьмин Г.П. Подземные сооружения в криолитозоне. Новосибирск: Наука, 2002. 176 с.
  4. Шац М.М. Сохранение биоразнообразия культурных растений в криохранилищах, расположенных в условиях вечной мерзлоты//Использование и охрана природных ресурсов в России. 2018. №1. С. 41-48.
  5. Рекомендации по строительству, реконструкции и эксплуатации подземных холодильников Якутской АССР. Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1982. 50 с.
  6. Шувалов Ю.В., Галкин А.Ф. Теория и практика оптимального управления тепловым режимом подземных сооружений криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2010. № 8. С. 365-370.
  7. Галкин А. Ф. Оценка энергетической эффективности подземных камер складов и холодильников// Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 4 С. 14-16. doi: 10.18635/2071-2219-2019-4-14-16
  8. Галкин А.Ф. Эффективность применения теплоизоляции в подземных сооружениях криолитозоны// Энергобезопасность и энергосбережение 2021. № 4. С. 18-21. doi: 10.18635/2071-2219-2021-4-18-21.
  9. Плотникова Ю.А., Майбенко Н.И., Мартынов А.А. Теплоизоляция стенок горных выработок как способ регулирования тепловых условий в глубоких шахтах // Научные труды КубГТУ. 2019. № 3. С.421-430.
  10. Сучков А.Н., Шведик П.П. Технология изоляции стенок подземных выработок//Уголь Украины. 2000. №1. С. 20-22.
  11. Аминов В. Н. .Термоизоляция подземного пространства при отработке подкарьерных запасов в условиях длительного действия низких отрицательных температур. Петрозаводск : Verso. 2013. 51 с.
  12. Скуба В. Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты. Новосибирск: Наука, 1974. 118 с.
  13. Дядькин Ю.Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера. М.: «Недра», 1968. 256с.
  14. Воронов Е. Т., Бондарь И. А. Влияние температурного фактора на безопасность и эффективность ведения подземных горных работ в криолитозоне // Вестник ЧитГУ. 2010. № 5 (62). С. 85-93.
  15. Галкин А. Ф. Расчет параметров теплозащитных покрытий подземных сооружений криолитозоны // «Известия ВУЗов. Горный журнал». 2008. № 6. С. 81-89.
  16. Галкин А. Ф., Курта И. В. Влияние температуры на глубину оттаивания мерзлых пород. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 2. С. 82–91. doi: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-82-91.
  17. Галкин А. Ф. Расчет критерия Фурье при прогнозе теплового режима талых и мерзлых дисперсных пород// Арктика и Антарктика, 2022, №3. С.1-10. doi: 10.7256/2453-8922.2022.3.38555 URL: https://e-notabene.ru/arctic/article_38555.html
  18. Щербань А.Н., Кремнев О.А., Журавленко В.Я. Руководство по регулированию теплового режима шахт. М.: Недра, 1977. 359 с.
  19. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). М.: Высшая школа. 1982. 415 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).