Цифровая модель увеличит надежность строительства калийных шахт.

Ее создали российские ученые, чтобы упростить расчет заморозки грунта при создании подобных сооружений.
Российские ученые создали цифровую модель для расчетов деталей процесса заморозки грунта при строительстве шахт. Благодаря этому можно повысить их безопасность, защитив от затопления и разрушения. Результаты работы опубликовал Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, кратко об этом пишет пресс-служба Российского научного фонда.
Калийные соли используются во множестве отраслей промышленности: электрометаллургии, фотографии, медицине, пиротехнике, для производства минеральных удобрений, при выделке кожи и изготовлении стекла, мыла и красок. Строить для их добычи вертикальные стволы шахт трудно и опасно, поскольку залежи калийных солей часто располагаются под рыхлыми обводненными грунтами. Благодаря современным технологиям последние можно заморозить на длительный срок.
"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. В нашей работе мы предложили термогидромеханическую модель, которая позволяет предсказать, как определенный тип грунта поведет себя при заморозке и бурении, а также как на него повлияет приток подземных вод", – рассказал один из авторов работы Олег Плехов.
В новой работе ученые из Института механики сплошных сред и Горного института УрО РАН, создали математическую модель, которая точно предсказывает изменения, происходящие в разных типах грунта при замораживании и проходке шахт. В основе модели лежат уравнения, описывающие пористость, температуру и перемещение породы.
Ученые дополнительно учли и то, что вода при замерзании увеличивается в объеме, движется в направлении фронта фазового перехода из жидкого в твердое, а замороженный грунт медленно деформируется под воздействием постоянной нагрузки. Свои предположения они проверили математическим моделированием, основанным на данных с реального рудника по добыче калийных солей в Белоруссии, а также сравнили результаты расчетов с экспериментальными измерениями.
Также исследователи вывели несколько закономерностей в зависимости от типа грунта. Так, в песке пористость после заморозки ожидаемо повышается на 9%. А вот в пучинистых глинистых грунтах вода стремится в зону заморозки, и пористость возрастает на 21%. При образовании льда грунт становится практически водонепроницаемым, но из-за дополнительного давления, возникающего при кристаллизации воды, смещение стенки шахтной выработки в песчаных грунтах может увеличиваться на 27%, а в глинистых - на 47%.