Введение к работе
Актуальность проблемы. С каждым годом в нашей стране и за рубежом подземное строительство приобретает все возрастающее значение во всех отраслях народного хозяйства и в первую очередь в развитии сырьевой базы металлургической, топливной и химической промышленности, а также при сооружении гидроэлектростанций, метрополитенов, баз и хранилищ различного назначения.
Основой любых работ по подземному строительству является проходка горных выработок, то есть еоорууние различных полостей Сскважин, шахтных стволов, тоннелей и т.д.) в недрах Земли. В большинстве случаев проходка горных выработок осуществляется в сложных геологических и гидрогеологических условиях. Это связано с тем, что, как правило, работы ведутся в водоносных грунтах и кроме того, в настоящее время проходка осуществляется в условиях Крайнего Севера и Антарктиды. В этой связи наряду с учетом особенностей, накладываемых на традиционные методы проходки теми или иными осложняющими условиями, возникает необходимость в разработке специальных способов сооружения горных выработок, таких как искусственное замораживание горных пород, оттаивание грунта, бурение плавлением.Успешное решение этих задач невозможно без правильного, научного понимания процессов, происходящих при проходке горных выработок. Так как проведение натурных экспериментов и контрольных измерений связано со значительными техническими и материальными затратами, то роль теоретических исследований в этой области особенно велика.
Возможность применения тех или иных способов проходки зависит от условий, в которых сооружается горная выработка. Важнейшее значение с этой точки зрения имеют температурные и гидродинамические процессы, сопровождающие практически все этапы строительства подземных сооружений. Кроме того, эти процессы в условиях Крайнего Севера и Антарктиды, а также при использовании /помянутых специальных методов проходки осложнены фазовыми превращениями. Все это в конечном итоге и определяет актуальность тематики диссертации.
Цель работы: теоретическое исследование термогидродинамических процессов с фазовыми переходами, происходящих при проходке горных зыработок, анализ на этой основе возможностей рациональной реализации специальных способов проходки: бурения плавлением замораживания горных пород и эффективного сооружения скважин-в
-4-мерзлых породах.
Основные задачи исследования:
на основе механики сплошных сред разработать теорию процесса бурения плавлением, учитывающую нелинейные свойства плавящегося материала;
основываясь на общих уравнениях гидроаэромеханики, построить математическую модель термогидродинамических процессов в циркуляционной системе скважины, учитывающую возможные фазовые переходы как в самой скважине, так и в окружающих породах;
разработать и развить эффективные методы решения задач с неизвестными границами и, в частности, задач Стефана;
используя полученные теоретические результаты, решить конкретные задачи, возникающие при бурении плавлением, бурении скважин в мерзлых породах, проходке шахтных стволов методом замораживания.