В Горном институте — филиале Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН разрабатывается специализированная программа Frozen Wall для расчетов искусственного замораживания грунтов на соляных и калийных месторождениях. Об актуальности и востребованности этой разработки рассказал заведующий лабораторией математического моделирования геотехнических процессов Горного института УрО РАН доктор технических наук Михаил Семин.

— Искусственное замораживание грунтов уже более века помогает безопасно строить шахты, тоннели и метро: вокруг будущих подземных сооружений создают прочную «ледяную стену», которая укрепляет неустойчивые стенки строящегося подземного сооружения и не дает подземным водам прорваться внутрь и затопить его. Однако новые исследования показали, что если грунт или горная порода заполнены в порах рассолом, эта «ледяная стена» может вести себя совсем не так, как предполагают классические расчеты. В отличие от чистой воды рассол замерзает при более низких температурах, а слой мерзлого грунта, содержащего соли, оказывается заметно слабее, чем такой же слой в породе с пресной поровой водой.

Проблема особенно актуальна сегодня, когда запасы легкодоступных месторождений во многом исчерпаны, и горные предприятия вынуждены уходить на большие глубины (более 800 м) и осваивать месторождения в более сложных горно-геологических условиях. Часто для того, чтобы построить шахтный ствол, соединяющий поверхность с пластом полезного ископаемого, приходится пересекать водоносные толщи пород, где влага представляет собой рассолы хлоридов натрия, калия, магния и кальция. Без научно обоснованной методики углубки стволов через такие рыхлые и обводненные слои ствол может быть затоплен.Авария повлечет многомиллиардные потери — фактический запас прочности «ледяной стены» (или, по терминологии горных инженеров, ледопородного ограждения) окажется ниже расчетного, и она не сможет ни надежно закрепить породу, ни обеспечить необходимую гидроизоляцию до возведения постоянной крепи шахтного ствола.

Пермские ученые предложили именно такую методику, учитывающую влияние солености поровой воды на формирование и прочность ледопородного ограждения. Это поможет научно обосновать безопасность замораживания в соленых грунтах и проектировать шахтные стволы так, чтобы ледяная защита в реальности была такой же надежной, как на бумаге. Ранее проходка стволов через насыщенные рассолами слои пород осуществлялась без строгого научного обоснования, путем проб и ошибок.

Сегодня наша методика и разработанные математические модели уже используются при расчетах искусственного замораживания на ряде соляных и калийных месторождений, он также послужилиосновой проектных рекомендаций для горнодобывающих компаний. В перспективе это позволит снижать риск аварий при проходке стволов и безопаснее осваивать сложные, но крайне востребованные запасы полезных ископаемых.

Подготовила 
Елена ПОНИЗОВКИНА