Сделана оценка отечественного и зарубежного опыта эксплуатации подземных сооружений в условиях Арктики. Особое внимание уделено проблемам эксплуатации подземных холодильников в арктической зоне Республики Саха (Якутия). Поставлены основные задачи повышения энергоэффективности и безопасности эксплуатации подземных сооружений Арктики различного назначения.
Assessment of domestic and foreign experience of operation of underground constructions in the conditions of the Arctic is made. Special attention is paid to problems of operation of underground refrigerators in the Arctic zone of the Republic of Sakha (Yakutia). The main objectives of increase in energy efficiency and safety of operation of underground constructions of the Arctic of different function are set.

Работа посвящена решению задачи обеспечения устойчивости бортов карьера криолитозоны путем управления теплообменными процессами на поверхностях уступа с применением гидро- и теплоизоляции. Разработана двухмерная математическая модель теплообменных процессов в фильтрующем горном массиве уступа карьера, учитывающая фазовый переход влаги и перенос теплоты фильтрацией воды. Математическая модель позволяет прогнозировать процесс формирования температурного поля в массиве горных пород уступа карьера в зависимости от таких параметров, как климатические условия (динамики изменения температуры атмосферного воздуха, толщина снега, скорость ветра, интенсивность дождя), теплофизические и фильтрационные свойства горных пород, конструктивные особенности уступа (геометрические размеры уступа, угол откоса склона), теплофизические свойства и геометрические размеры теплоизоляции поверхностей уступа. Разработанная математическая модель решается численным методом, а именно конечно-разностным методом, и реализована в виде приложения для ОС Microsoft Windows. Приведены результаты исследования влияния параметров гидро-теплоизоляции бровки уступа на сокращение разрушающего температурного и влажностного воздействия окружающей среды на уступ карьера. Исследования показали, что управляя параметрами гидро-теплоизоляции бровки можно сохранить в течение года мерзлое состояние массива горных пород под бровкой уступа.
The work is dedicated to cryolitezone pit wall stability problem solution by heat mass exchange processes controlling on quarry face surface with hydro and thermal isolation application. Two-dimensional mathematic model of heat exchanging processes in filtration quarry face rock mass is worked out, considering moisture phase change and heat transfer by water filtration. Mathematical model allows to forecast temperature field forming process in quarry face rock mass depending on parameters: climatic conditions (ambient air temperature change dynamics, snow thickness, wind speed, rain intensity), rock thermophysical and filtrational properties, quarry face constructional features (quarry face geometry, slope angle), thermophysical properties and geometrical dimensions of quarry face surface thermal isolation. Developed mathematical model solved by numerical method, namely finite-difference method, and realized in the form of Microsoft Windows OS-based application. The research results of bench edge hydro-thermal insulation parameters influence to reduction of wrecking temperature and humidity influence of environment to opencast bench are presented. Studies showed, that by controlling of edge hydro-thermal insulation parameters it is possible to keep frozen state of rock mass under bench edge during a year.

Приведены результаты исследования влияния наружной и внутренней теплоизоляции устьевых частей подземных сооружений криолитозоны на их тепловую устойчивость. Проведен сравнительный анализ наружней и внутренней теплоизоляции по повышению теплоустойчивости вскрывающей выработки.
The results of the study of the influence of external and internal thermal insulation of the estuaries of the underground structures of the permafrost zone on their thermal stability are presented. A comparative analysis of the external and internal thermal insulation to increase the heat resistance of the opening working out is carried out.

Описано решение задачи обеспечения эффективности и безопасности эксплуатации карьера криолитозоны путем повышения устойчивости уступа. Обосновано ведущее значение комплексного учета климатических и гидрогеологических условий месторождения при выборе рациональных технических решений по обеспечению устойчивости бортов карьеров. Так же обоснована необходимость проведения исследований на математических моделях по выявлению количественных и качественных особенностей тепловых процессов, происходящих в прибортовых горных массивах карьеров. Подчеркнуто, что основным принципом обеспечения устойчивости бортов карьеров является сокращение растепления в летний период при максимальном ограничении фильтрации вод. Проведены численные исследования на основе разработанной авторами двухмерной математической модели теплообменных процессов в горном массиве уступа карьера, учитывающей фазовый переход влаги и перенос теплоты фильтрацией воды, позволяющей прогнозировать процесс формирования температурного поля в массиве горных пород уступа карьера в зависимости от таких параметров, как климатические и гидрогеологические условия, теплофизические и фильтрационные свойства горных пород, конструктивные особенности уступа, теплофизические свойства и геометрические размеры гидро-теплоизоляции поверхностей уступа. Приведены результаты исследования воздействия надмерзлотных вод на глубину сезонного оттаивания борта карьера в зависимости от различных конструктивных параметров и природно-климатических условий.
The work is dedicated to cryolitezone opencast effectiveness and safety exploitation providing problem solution by bench stability increasing. It is proved the leading role of integrating the climatic and hydrogeological conditions in the field of rational choice of technical solutions to ensure the stability of pit walls. Also, the necessity of research on mathematical models to identify the quantitative and qualitative characteristics of thermal processes in the mountain ranges side quarries. It was stressed that the basic principle of sustainability is to reduce the pit thawing in the summer with a maximum limitation of water filtration. Numerical studies on the basis of the authors' two-dimensional mathematical model of heat transfer processes in the mountain range scarp career, taking into account the phase transition of moisture and heat transfer water filtration that allows to predict the formation of the temperature field in the array of rock ledge career, depending on variables such as climate and hydrogeological conditions, thermal and filtration properties of rocks, ledge design features, thermal properties and geometrical dimensions of the hydro-insulation of the surfaces of the ledge. The results of studies of the impact suprapermafrost water to a depth of seasonal thawing pit wall, depending on various design parameters and climatic conditions. Also, the results of research on the choice of the optimal parameters of the hydro-insulation of the edge of the ledge to reduce the damaging effects of temperature and moisture environ-mental protection to the ledge career. Studies have shown that by controlling the parameters of the hydro-insulation of the edge can be stored for a year of frozen state of rock massif under the curve of the ledge.

Работа выполнена в Институте горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН