Математическую модель, предсказывающую изменения в разных типах грунтов при замораживании и во время проходки шахты, создали исследователи из Института механики сплошных сред и Горного института Уральского отделения РАН, 24 ноября сообщают на сайте «Год науки» Минобрнауки РФ.

Как поясняют разработчики модели в своей статье, опубликованной в журнале Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, строительство вертикальных стволов для разработки месторождений калийных солей осуществлять технически сложно из-за гидрогеологических условий.

Отложения солей обычно располагаются ниже водоносных мягких грунтов, которые очень нестабильны и для обеспечения безопасной проходки ствола через толщу грунта в настоящее время применяется метод искусственного промерзания грунта (АПЗ).

Руководитель проекта по гранту РНФ Олег Плехов, профессор РАН, доктор физико-математических наук, замдиректора по научной работе Института механики сплошных сред УрО РАН рассказал: «Искусственное замораживание обводненных породных слоев помогает скрепить рыхлые грунты для проходки. Но этот процесс может изменить свойства самих грунтов, их механическое поведение, что приводит к дополнительным сложностям».

Ученые предложили термогидромеханическую модель (ТНМ), позволяющую предсказать поведение определенного типа грунта при заморозке и бурении и влияние на него притока подземных вод, в основе которой лежат уравнения, описывающие пористость, температуру и перемещение породы и которые в ТНМ решает специальная программа — Comsol Multiphysics.

Также при расчетах были учтены процессы, когда замерзающая вода возрастает в объеме и движется в направлении фронта фазового перехода из жидкого в твердое, а также медленная деформация замороженного грунта под воздействием постоянной нагрузки.

Модель была проверена численным моделированием промерзания и проходки стволов в илово-песчаных толщах Петриковского калийного рудника в Белоруссии.

Один из основных исполнителей проекта, доктор технических наук Лев Левин заявил: «Наша математическая модель предскажет успех применения технологии искусственного замораживания в конкретных условиях и поможет расширить ее использование в промышленном и гражданском строительстве. Главная особенность нашей разработки в том, что она может опираться на экспериментальные данные, полученные в том числе в серии стандартных тестов, которые проводятся в ходе инженерно-геологических изысканий».