|
Моделювання руху шахтних вод і
тепло-перенесення в умовах закритих шахт
Д.В. Рудаков1, О.В. Інкін2*
1Національний технічний університет
«Дніпровська політехніка», м. Дніпро, Україна
2Національний технічний університет
«Дніпровська політехніка»,
Відділення фізики гірничих процесів Інституту геотехнічної механіки ім.
М.С. Полякова Національної академії наук України, м. Дніпро, Україна
*Відповідальний автор: e-mail:
inkin@ua.fm
Фізико-технічні проблеми
гірничого виробництва, 2022, (24), 82-102.
https://doi.org/10.37101/ftpgp24.01.007
full text (pdf)
ABSTRACT (IN UKRAINIAN)
Метою даної роботи є розробка і верифікація чисельної моделі течії шахтних вод та переносу
тепла у порушеному гірському масиві в зоні впливу геотермальної системи
відкритого типу з прогнозом показників їх енергоефективності відповідно до
існуючих геолого-гідрогеологічних умов та техногенної порушеності
відпрацьованого масиву.
Методика базується на використанні скінченнорізницевою
моделі тривимірною течії шахтних вод та теплоперенесення
через неоднорідне пористе середовище. Обчислювальна реалізація моделі
виконана за допомогою програми ModFlow,
призначеної для рішення рівнянь фільтрації і перенесення у водонасичених породах.
Результати. Для умов шахти № 2 «Новогродівська» визначено діапазон температури шахтних
вод, що пропонується відбирати за умови підтримання безпечного рівня води
для попередження підтоплення й засолення верхнього водоносного горизонту
протягом 25 років можливої експлуатації; оцінений діапазон
18 – 21°С в цілому узгоджується
з показниками геотермальної системи на шахті «Благодатна» у Західному
Донбасі. Показано, що очікується незначне охолодження шахтних вод внаслідок
переважання відбору тепла над припливом геотермального тепла знизу за
механізмом заміщення теплих шахтних вод більш холодними інфільтраційними
водами.
Наукова новизна. Розроблена чисельна тривимірна
модель тепло перенесення, яка відтворює просторову неоднорідність руху
підземних вод і температурних полів навколо геотермальної системи в
затопленій шахті та еволюцію температурного поля при різній інтенсивності
інфільтраційного живлення.
Практична значимість. Запропонована модель теплоперенесення у геотермальних системах дозволяє
визначати і оптимізувати параметри їх роботи за критеріями
енергоефективності, оцінювати зміни теплового стану породного масиву і
шахтних вод за різних умов експлуатації систем при підтримуванні безпечного рівня шахтних вод.
Ключові слова: закрита шахта, геотермальні
системи, шахтні води, фільтрація, теплоперенесення,
моделювання
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Ковалко М.П., Денисюк С.П. (2005). Енергозбереження –
пріоритетний напрямок державної політики України. К.: УЕЗ, 506 с.
2. Inkin, O., Rudakov, D.
(2019). An assessment of technical and economic feasibility to install geothermal well systems across Ukraine. Geotherm Energy
7:17. https://doi.org/10.1186/s40517-019-0134-7
3. Bao, T., Liu, Z. (2019). Geothermal Energy from Flooded Mines: Modeling of Transient Energy Recovery with Thermohaline Stratification. Energy
Conversion and Management 199, 111956 https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.111956
4. Walls, D.B., Banks, D., Boyce, A.J., Burnside, N.M.
(2021). A review of the performance of minewater heating and cooling systems. Energies, 14, 6215. https://doi.org/10.3390/en14196215
5. Рудаков
Д.В., Садовенко І.О. (2006). Прогнозування гідродинамічного режиму при
відпрацьовуванні й затопленні шахтного поля. Вісник ЖДТУ, (1), 151-157.
6. Malolepszy,
Z. (1998). Modelling of
geothermal resources within abandoned coal mines, Upper Silesia, Poland. Report nr. 8. The United Nations University, Reykjavik,
217-238.
7. Diersch
H.-J. (2014). FEFLOW. Finite Element
Modeling of Flow, Mass and Heat Transport
in Porous and Fractured Media. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
996 p. https://doi.10.1007/978-3-642-38739-5
8. Rudakov,
D., Inkin, O. (2022). A method
to evaluate the performance of an open
loop geothermal system for mine water heat recovery. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (1), 5-11. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-1/005
9. Langevin
Ch. D., Hughes
J. D., Banta E. R., Niswonger
R. G., Panday S., Provost
A. M. (2017). Documentation for the MODFLOW 6 Groundwater Flow Model. Chapter 55 of Section A, Groundwater Book 6, Modeling Techniques.
U.S.G.S., https://doi.org/10.3133/tm6A55
10. Краснопольский
Н.А. (2006). Заключение о результатах работы «Прогноз изменения эколого-гидрогеологических условий
в границах горных отводов шахты №2 «Новогродовская», которая ликвидируется, ликвидированной
шахты «Селидовская» и шахты им. Д.С. Коротченко, которая подлежит ликвидации, а также смежных с ними действующих шахт: отчет о
НИР. Артемовск : Артемовская
гидрогеологическая партия,
130 с.
11. Садовенко И.А., Рудаков Д.В. (2010).
Динамика фильтрационного
массопереноса при ведении
и свертывании горных работ. Д.: Нац. горный ун-т, 216 с.
12.
Лялько В.И. (1974). Методы расчета тепло- и массопереноса в земной
коре. Алгоритмы и программы.
К.: Наукова думка, 131 с.
13. Садовенко
І.О., Інкін О.В. (2016). Теоретичні та
геотехнологічні основи розробки природно-техногенних ресурсів вугільних
родовищ. Mining of Mineral Deposits, (Vol. 10), Issue 4, 1-10.
14. Костюченко
М.М., Шабатин В.С. (2005). Гідрогеологія та
інженерна геологія. К.: Видавничо-поліграфічний
центр «Київський університет», 144 с.
15. Пивняк Г.Г., Самуся В.И., Оксень
Ю.И. (2017). Теория и практика теплонасосной утилизации теплоты шахтной воды. Уголь Украины, 6-10.
|
