Обоснована необходимость использования численных методов в формате 3D для расчета формирования ледопородных ограждений (ЛПО) при разработке проектной документации на проходку и строительство шахтных стволов с применением искусственного замораживания горных пород. Описаны возможности прикладной программы Cryos 3D для расчета теплового режима и энергетических затрат на примере проекта строительства стволов Нивенского горно-обогатительного комбината (ГОК) (Россия). Прикладная программа Сryos 3D основана на консервативной расчетной схеме с использованием численного аналога дифференциального уравнения теплопроводности в дивергентно-энтальпийной форме. При этом учитывается функция зависимости количества незамерзшей воды от температуры. Приведено сопоставление наиболее приемлемого приближенно аналитического расчета времени формирования ЛПО необходимой мощности и разработанного численного расчета. Установлено, что для предварительных оценок приближенным аналитическим расчетом можно пользоваться при формировании ЛПО в пределах 4–6 м. При мощности ЛПО более 8 м могут наблюдаться погрешности, достигающие 60 и более суток. Приближенные аналитические решения можно использовать только для предварительных оценок динамики формирования ЛПО, а также в области их применимости для проверки корректности использования новых прикладных программ при решении соответствующих задач. Показано, что, используя прикладную программу Сryos 3D и соответствующее информационное обеспечение по теплофизическим характеристикам горных пород замораживаемого горного массива, на стадии предварительного проектирования можно оперативно рассчитать несколько вариантов контура замораживания, радиус расположения замораживающих колонок, их диаметр и количество, режимы замораживания, а затем оценить время формирования ЛПО необходимой мощности и энергетические затраты. Это позволит выбрать оптимальный вариант, позволяющий сэкономить время и материальные затраты на создание ЛПО без ущерба его надежности.

1. Бровка Г.П., Агутин К.А., Мучко М.В., 2017. Совершенствование аналитических и численных моделей расчета температурных полей в промерзающих грунтах. Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации, Материалы Тринадцатой Общероссийской конференции изыскательских организаций, Москва, 2017, с. 313–319.
2. Бровка Г.П., Иванов С.Н., 2004. Расчет температурных полей в грунте с фазовыми переходами вода-лед в спектре температуры. Инженерно-физический журнал, Том 77, № 6, с. 112–119.
3. Бровка Г.П., Пяткевич К.В., Шилович Н.Н., Агутин К.А., 2016. Прикладная программа для расчета процессов искусственного замораживания грунтов трубчатыми теплообменниками. XV Международный форум по тепло- и массообмену, Тезисы докладов и сообщений, Том 1, Минск, 2016, с. 291–295.
4. Гишкелюк И.А., Станиловская Ю.В., Евланов Д.В., 2015. Прогнозирование оттаивания многолетнемерзлых грунтов вокруг подземного трубопровода большой протяженности. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов, № 1(17), с. 20–25.
5. Литвин А.З., Поляков Н.М., 1974. Проходка стволов шахт специальными способами. Недра, Москва.
6. Трупак Н.Г., 1979. Замораживание грунтов при строительстве подземных сооружений. Недра, Москва.
7. Федюкин В.А., 1968. Проходка стволов шахт способом замораживания. Недра, Москва.
8. Esch D.C. (ed.), 2004. Thermal analysis, construction, and monitoring methods for frozen ground. Publishing house of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA.
9. Thermal Modeling with TEMP/W 2007. An Engineering Methodology, 2nd edition. Publishing house of the GEO-SLOPE International Ltd, Calgary, Alberta, Canada.
10. Официальный сайт программного комплекса Борей 3D, 2020. URL: https://www.boreas3d.ru/ (дата обращения: 21.08.2020).

БРОВКА Г.П.*
Институт природопользования НАН Беларуси, г. Минск, Белоруссия, brovka_gp@tut.by
Адрес: ул. Ф. Скорины, д. 10, г. Минск, 220076, Белоруссия
АГУТИН К.А.
Институт природопользования НАН Беларуси, г. Минск, Белоруссия, kirill.agutin@gmail.com
МУЧКО М.В.
Институт природопользования НАН Беларуси, г. Минск, Белоруссия, muchkom@gmail.com
ЛИПНИЦКИЙ Н.А.
ООО «СПб-Гипрошахт», г. Санкт-Петербург, Россия, lipnickii.nikita@mail.ru
Адрес: ул. Чапаева, д. 15а, г. Санкт-Петербург, Россия

The necessity of numerical methods using in 3D format for ice wall forming calculation at elaboration of project documentation on passing and construction of mine shafts with application of artificial freezing of rocks is proved. The possibilities of the Cryos 3D application software for computation of the thermal regime and energy costs on an example of the project of building of shafts of Nivensky ore mining and processing plant (Russia) are described. The Cryos 3D application software is based on a conservative calculation scheme using a numerical analog of the differential heat equation in the divergent-enthalpy form. This takes into account the function of the dependence of the amount of unfrozen water on temperature. The comparison of the most acceptable approximate analytical calculation of the time of the ice wall forming of the required capacity and the developed numerical calculation is given. It is established that for preliminary estimates, an approximate analytical calculation can be used for the formation of ice wall within 4–6 m. When the power of the ice wall is more 8 m, errors can be observed that reach 60 and more days. Approximate analytical solutions can be used only for preliminary estimates of the dynamics of ice wall forming, as well as in the field of their applicability to check the correctness of using new application programs in solving the corresponding problems. It is shown that using the Cryos 3D application software and the corresponding information support on the thermophysical characteristics of rocks of the frozen rock mass at the preliminary design stage it is possible to quickly calculate several variants of the freezing contour; the radius of locations of the freezing columns, their diameter and number, freezing modes, and then estimate the time of ice wall forming of the required power and energy costs. This will allow choosing the best option that allows saving time and material costs for the creation an ice wall without compromising its reliability.

1. Brovka G.P., Agutin K.A., Muchko M.V., 2017. Improvement of analytical and numerical models for calculating temperature fields in freezing soils. Prospects for development of engineering survey in Russian Federation, Materials of the 13th All-Russian Conference of prospecting organizations, Moscow, 2017, pp. 313–319. (in Russian)
2. Brovka G.P., Ivanov S.N., 2004. Calculation of temperature fields in the ground with water-ice phase transitions in the temperature spectrum. Inzhenerno-Fizicheskiy Zhurnal, Vol. 77, No. 6, pp. 112–119. (in Russian)
3. Brovka G.P., Pyatkevich K.V., Shilovich N.N., Agutin K.A., 2016. An application program for calculating the processes of artificial
soil freezing with tubular heat exchangers. XV International Forum on heat and mass transfer, Abstracts of reports and messages, Vol. 1, Minsk, 2016, pp. 291–295. (in Russian)
4. Gishkeluk I.A., Stanilovskaya Yu.V., Evlanov D.V., 2015. Forecasting of permafrost thawing around an underground cross-country pipeline. Nauka i Tekhnologii Truboprovodnogo Transporta Nefti i Nefteproduktov, No. 1(17), pp. 20–25. (in Russian)
5. Litvin A.Z., Polyakov N.M., 1974. Driving mine shafts using special methods. Nedra, Moscow. (in Russian)
6. Trupak N.G., 1979. Freezing of soils during the construction of underground structures. Nedra, Moscow. (in Russian)
7. Fedyukin V.A., 1968. Driving mine shafts by freezing method. Nedra, Moscow. (in Russian)
8. Esch D.C. (ed.), 2004. Thermal analysis, construction, and monitoring methods for frozen ground. Publishing house of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA.
9. Thermal Modeling with TEMP/W 2007. An Engineering Methodology, 2nd edition. Publishing house of the GEO-SLOPE International Ltd, Calgary, Alberta, Canada.
10. The official site of the Borey 3D software, 2020. URL: https://www.boreas3d.ru/ (accessed: 21 August 2020). (in Russian)

GENNADY P. BROVKA*
Institute for Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus; Minsk, Belarus; brovka_gp@tut.by
Address: Bld. 10, Skorina St., 220076, Minsk, Belarus
KIRILL A. AGUTIN
Institute for Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus; Minsk, Belarus; kirill.agutin@gmail.com
GENNADY P. BROVKA*
Institute for Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus; Minsk, Belarus; brovka_gp@tut.by
Address: Bld. 10, Skorina St., 220076, Minsk, Belarus
KIRILL A. AGUTIN
Institute for Nature Management, National Academy of Sciences of Belarus; Minsk, Belarus; kirill.agutin@gmail.com