Введение к работе
Актуальность тепы. При разработке новых эффективных и безопасных технологий и решении инженерных задач, возникающих при разработке полезных ископаемых, строительстве и долговременной эксплуётации подземных сооружений в многолетней мерзлоте необходимо иметь полные и точные сведения о температурном и напряженно- деформированном состояниях массива горных пород. Эта проблема имеет еще большее значение при ведении горных работ в толще многолетней мерзлоты, поскольку механические и теплофизические свойства горных пород значительно зависят от температуры; - а при нарушении режима многолетней мерзлоты возможны опасные проявления горного Давления.
Существующие методы прогноза термомеханического состояния, использующие метод математического моделирования, не обладают необходимой точностью, из - за того, что справочные характеристики математических моделей неадекватно отражают свойства многолетнемерзлых горных пород в конкретных условиях.
Для преодоления этой проблемы предлагается использовать при прогнозировании математические модели теплообмена и механики горных пород, адаптированные на результатах экспериментальных исследований.
Это позволяет:
-значительно повысить точность прогноза термомеханического состояния массивов многолетнемерзлых горных пород,
-производить прогноз термомеханического состояния в изменившейся горно-технической обстановке,
-существенно _ расширить область применения результатов измерений.
Цель диссертации. Повышение точности прогноза
температурного и напряженно- деформированного состояния массива многолетнемерзлых горных пород на основе разработки эффективного способа адаптации математических моделей термомеханического состояния массива многолетнемерзлых горных пород по результатам натурных экспериментов.
Идея работы заключается в использовании при обработке результатов натурных экспериментов методом наименьших квадратов математических моделей наблюдаемого процесса и в дальнейшем
математическое моделирование процесса по адаптированной модели.
Задачи исследований заключаются в следующем :
- проанализировать существующие методы решения обратных
задач теплообмена и механического состояния горных пород, об
щих методов оптимизации с целью выбора универсального метода;
разработать эффективные численные алгоритмы обработки и интерпретации экспериментально полученных результатов измерений в массиве горных пород;
выбрать математические модели термомеханического состояния массива многолетнемерзлых горных пород пригодных для адаптации ;
реализовать алгоритм универсального оптимизационного метода адаптации математических моделей теплообмена и механики для прогнозирования термомеханического состояния горных пород;
прогнозировать термомеханическое состояние массива многолетнемерзлых пород в конкретных условиях и разработать рекомендации по оптимизации технологических параметров.
Методы исследований. Методической основой выполнения диссертационной работы явилось :
аналитический обзор существующих математических моделей, мет< ь расчета температурного поля с учетом фазовых переходов и напряженно- деформированного состояния горных пород;
натурные экспериментальные исследования температурного поля в массиве пород;
обработка и интерпретация результатов натурных наблюдений применительно к адаптации теплового и механического состояний горных пород;
вычислительные эксперименты по адаптации математических моделей к конкретному региону.
Достоверность научных положений подтверждается тестовыми вычислительными экспериментами, сходимостью теоретических и натурных данных, внедрением результатов исследования ь практику горного дела.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые при обработке результатов натурных экспериментов методом наименьших квадратов применены математические модели наблюдаемого процесса. Разработан пакет программ для ЭВМ, позволяющий адаптировать математические модели и, в дальнейшем, осуществлять прогноз термомеханического состояния.
На защиту выносятся :
-
Идея адаптации математических моделей теплообмена и механики горных пород по результатам натурных экспериментов в конкретных геокриологических, геотехнических и горногеологических условиях.
-
Вычислительные алгоритмы и программы, позволяющие проводить обработку и интерпретацию экспериментальных данных, адаптацию математических моделей теплообмена и механики, прогнозирование динамики температурного поля и механического состояния горных пород. .
-
Результаты расчетов, выполненных для конкретных регионов, где проводятся подземные горные работы по добыче полезных ископаемых.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Республиканских конференциях молодых специалистов и аспирантов (Якутск, 1992г., 1993г.), на XXIX научной конференции РУДН (Москва, 1993г.), на научном семинаре лаборатории ГМТП ИТДС ЯНЦ СО' РАН, на объединенном научном семинаре теплофизики ЯГУ.
Реализация я внедрение работы: Разработан комплекс программ для ЭВМ, позволяющий адаптировать математические модели наблюдаемого процесса по результатам натурных экспериментов и осуществлять прогноз термомеханического состояния массивов горных пород,
разработаны рекомендации по повышению устойчивости выработок подземного холодильника в г.Мирном,
получены результаты, позволившие разработать рациональное техническое решение по отработке месторождения "Бадаран" с льдопородной закладкой выработанного пространства.
Публикации. По .теме диссертации опубликовано 6 научных
работ. _ '
Объем и структура. Диссертационная работа состоит из введения , 4 глав, заключения и содержит 16 0 страниц машинописного текста, 28 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 124 наименований и 21 страницы приложения.
Автор выражает искреннюю благодарность заведующему лабораторией ППРМС ИТДС СО РАН, к.т.н. Гриневу В.Г. и н.с. Необутову. Г.П. за постоянную поддержку и внимание к работе.
