Прогноз водно-теплового режима прибортового и подкарьерного массивов карьеров криолитозоны

DOI: https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4S-73-77

Е.К. Романова
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация
Russian Mining Industry №4S / 2025 p. 73-77

Резюме: Цель работы – установление закономерностей формирования температурного и влажностного режимов прибортового и подкарьерного массивов горных пород карьера криолитозоны в зависимости от геометрических размеров карьера. Компьютерная реализация задачи прогноза водно-теплового режима прибортового и подкарьерного массивов карьеров криолитозоны включает в себя разработку математической модели теплообмена, фильтрации и влагопереноса, решение поставленной задачи с помощью численных методов и компьютерных технологий. Разработана двухмерная математическая модель тепло-влагопереноса в прибортовом и подкарьерном массивах карьера криолитозоны с учетом поступления, испарения, миграции и фазового перехода влаги. Важная особенность этой модели заключается в отсутствии чётко выраженной границы между зонами полного и неполного насыщения водой, что делает её применимой для анализа сложных геологических сред. Основанная на разработанной математической модели компьютерная программа для ЭВМ позволяет сделать многолетний прогноз и провести исследование особенностей формирования температурного и влажностного режимов прибортового и подкарьерного массивов горных пород карьера криолитозоны в зависимости от различных природно-климатических условий и конструктивных параметров карьера. Проведены тестовые расчеты по оценке влияния геометрических размеров карьера на процесс формирования водного и теплового режима прибортового и подкарьерного массивов горных пород карьера.

Ключевые слова: карьер криолитозоны, прибортовой массив пород, подкарьерный массив пород, температурный режим, влажностный режим, влагоперенос

Благодарности: Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема №0297-2021-0021, ЕГИСУ НИОКТР №122011800083-0) с использованием оборудования ЦКП ФИЦ ЯНЦ СО РАН.

Для цитирования: Романова Е.К. Прогноз водно-теплового режима прибортового и подкарьерного массивов карьеров криолитозоны. Горная промышленность. 2025;(4S):73–77. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4S-73-77

Информация о статье

Поступила в редакцию: 08.06.2025

Поступила после рецензирования: 13.08.2025

Принята к публикации: 20.08.2025

Информация об авторе

Романова Елена Константиновна – кандидат технических наук, научный сотрудник, Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Изаксон М.В. Управление устойчивостью уступов глубоких карьеров в многолетней мерзлоте теплоизолирующими экранами [автореф. дис. ... канд. техн. наук]. Кемерово; 2006. 22 с.

2. Романова Е.К., Соловьев Д.Е., Киселев В.В., Львов А.С. Выбор оптимальной защиты верхних бровок уступов карьеров криолитозоны от растепления. Горный журнал. 2024;(2):21–25. https://doi.org/10.17580/gzh.2024.02.03Romanova E.K., Soloviev D.E., Kiselev V.V., Lvov A.S. Selection of optimum thawing protection for bench crests in open pit mines in the permafrost zone. Gornyi Zhurnal. 2024;(2):21–25. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2024.02.03

3. Ткач С.М., Курилко А.С., Романова Е.К. Роль теплофизических исследований в обеспечении эффективности и безопасности эксплуатации глубоких карьеров криолитозоны. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(S56):80–85.Tkach S.M., Kurilko A.S., Romanova E.K. Effect of thermophysical research to cryolitezone deep opencast effectiveness and safety exploitation providing. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2015;(S56):80–85. (In Russ.)

4. Романова Е.К., Курилко А.С., Киселев В.В. Управление устойчивостью уступов кимберлитовых карьеров криолитозоны с помощью теплоизолированного оградительного сооружения. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017;(S24):264–271. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-11-24-264-271Romanova E.K., Kurilko A.S., Kiselev V.V. Cryolitezone opencast bench stability controlling with heat insulated protective structures assistance. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2017;(S24):264–271. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2017-11-24-264-271

5. Зырянов И.В., Акишев А.Н., Бокий И.Б., Шерстюк Н.М. Общий подход к определению параметров нерабочих бортов сверхглубоких карьеров алмазорудных месторождений. Горный журнал. 2021;(2):48–53. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.02.05Zyryanov I.V., Akishev A.N., Bokiy I.B., Sherstyuk N.M. General concept of determining the parameters of non-mining walls of ultra-deep diamond deposits development open pits. Gornyi Zhurnal. 2021;(2):48–53. (In Russ.) https://doi.org/10.17580/gzh.2021.02.05

6. Шполянская Н.А. Особенности открытой разработки месторождений в криолитозоне в условиях континентального климата. Инженерная геология. 2020;15(3):42–52. https://doi.org/10.25296/1993-5056-2020-15-3-42-52Shpolyanskaya N.A. Specific features of opencast mining in the cryolithic zone under continental climate conditions. Engineering Geology World. 2020;15(3):42–52. (In Russ.) https://doi.org/10.25296/1993-5056-2020-15-3-42-52

7. Zairov Sh.Sh., Nomdorov R.U., Ashuraliev U.T. Increasing the stability of the sides of the quarry by forming a concave profile of the slope of a high ledge. Insights in Mining Science & Technology. 2022;3(3):555617. Available at: https://juniperpublishers.com/imst/pdf/IMST.MS.ID.555617.pdf (accessed: 01.07.2025).

8. Равшанов Н., Шадманов И.У., Мирзаева Н.М. Моделирование и визуализация тепловлагопереноса в пористых средах. Проблемы вычислительной и прикладной математики. 2022;(2):72–87. Режим доступа: https://journals.airi.uz/index.php/pvpm/article/view/34 (дата обращения: 01.07.2025).Ravshanov N., Shadmanov I.U., Mirzaeva N.M. Modeling and visualization of heat and moisture transfer in porous media. Problems of Computational and Applied Mathematics. 2022;(2):72–87. (In Russ.) Available at: https://journals.airi.uz/index.php/pvpm/article/view/34 (accessed: 01.07.2025).

9. Шадманов И.У., Шадманова К.У., Фатуллаева М.Ш. Многомерная математическая модель и численный алгоритм решения задач совместного тепловлагопереноса в неоднородных пористых тел. Проблемы вычислительной и прикладной математики. 2022;(S2):254–271. Режим доступа: https://journals.airi.uz/index.php/pvpm/article/view/71 (дата обращения: 01.07.2025).Shadmanov I.U., Shadmanova K.U., Fatullaeva M.Sh. Multidimensional mathematical model and numerical algorithm for solving problems of joint heat and moisture transfer in inhomogeneous porous bodies. Problems of Computational and Applied Mathematics. 2022;(S2):254–271. (In Russ.) Available at: https://journals.airi.uz/index.php/pvpm/article/view/71 (accessed: 01.07.2025).

10. Терлеев В.В., Нарбут М.А., Топаж А.Г., Миршель В. Моделирование гидрофизических свойств почвы как капиллярно-пористого тела и усовершенствование метода Муалема–Ван Генухтена: теория. Агрофизика. 2014;(2):35–44.Terleev V.V., Narbut M.A., Topaj A.G., Mirschel W. Modeling of hydrophysical properties of soil as a capillary-porous medium and modification of the Mualem-Van Genuchten approach: Theory. Agrophysica. 2014;(2):35–44. (In Russ.)

11. van Genuchten M.Th. A Closed-form Equation for Predicting the Hydraulic Conductivity of Unsaturated Soils. Soil Science Society of America Journal. 1980;44(5):892–898.

12. Самарский А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана. Журнал вычислительной математики и математической физики. 1965;5(5):816–827.Samarskii A.A., Moiseyenko B.D. An economic continuous calculation scheme for the Stefan multidimensional problem. USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics. 1965;5(5):43–58. https://doi.org/10.1016/0041-5553(65)90004-2

13. Лычман В.В. Численное решение задач фильтрации и влагопереноса в пористых средах [Дис. ... канд. физ.-мат. наук]. Киев; 1984. 156 с.

14. Кучеров А.Б., Николаев Е.С. Попеременно-треугольный итерационный метод решения сеточных эллиптических уравнений в произвольной области. Журнал вычислительной математики и математической физики. 1977;7(3):664–675.Kucherov A.B., Nikolaev E.S. An alternately triangular iterative method for solving mesh elliptic equations in an arbitrary domain. USSR Computational Mathematics and Mathematical Physics. 1977;7(3):664–675. https://doi.org/10.1016/0041-5553(77)90142-2

15. Xiong J.S. Modified upper and lower triangular splitting iterative method for a class of block two-by-two linear systems. Linear and Multilinear Algebra. 2021;71(1):29–40. https://doi.org/10.1080/03081087.2021.2017833

16. Gregoire M. Professional C++. 5th еd. –Birmingham: Wrox; 2021. 1312 р.

17. Stroustrup B. A Tour of C++. 3rd ed. Reading: Addison-Wesley Professional; 2022. 320 p.