Подразделения. Сотрудники.

Лаборатория математического моделирования геотехнических процессов была создана в 2019 году в рамках национального проекта «Наука». С 2022 года лабораторией руководит доктор технических наук Михаил Александрович Сёмин. Коллектив лаборатории входит в научную школу рудничной вентиляции и горной теплофизики, основанную И.И. Медведевым и А.Е. Красноштейном, которая ведёт свою историю в Перми с 1956 года. Основные направления деятельности лаборатории включают разработку и применение методов математического моделирования аэрологических процессов в рудничных вентиляционных сетях, а также тепломассопереноса в породных массивах, подверженных техногенному воздействию при ведении горных работ. В состав лаборатории входят: 1 доктор наук, 1 кандидат наук и 4 инженера. 

1. Разработка новых подходов и методов моделирования искусственно замораживаемых горных пород и грунтов.

2. Развитие методологии численного трехмерного моделирования процессов тепломассопереноса в атмосфере горных выработок при нестационарном воздействии различных горнотехнических факторов.

3. Математическое обеспечение систем мониторинга вентиляции шахт и рудников, 

4. Разработка методов оптимального управления проветриванием шахт и рудников по критериям минимума энергозатрат и обеспечения требуемых расходов воздуха в рабочих зонах.

Разработанное программное обеспечение:

1. Программа «FrozenWall» (совместно с отделом АТ и лабораторией РГП), предназначенная для моделирования формирования ледопородного ограждения (ЛПО) вертикальных шахтных стволов. Программа учитывает широкий перечень дополнительных физических процессов и технологических факторов, влияющих на состояние ЛПО (твердение бетона, термические сопротивления замораживающих колонок и пр.). В программе реализован уникальный алгоритм, позволяющий настраивать параметры модели на предмет наилучшего соответствия с данными экспериментальных измерений температуры при контроле ЛПО.

2. Программа «TES», предназначенная для расчета процессов конвективно-диффузионного переноса в различных геосредах. В программе возможно моделирование широкого спектра физических процессов в многосвязных 1D и 2D геометрических областях произвольной формы.

3. Программа «S-Freeze» (совместно с лабораторией РГП), предназначенная для моделирования искусственного замораживания влажных грунтов и пород, содержащих минерализованные поровые воды.

1. Разработаны теоретические и технологические основы расчета искусственного замораживания породного массива при строительстве шахтных стволов, направленные на обеспечение комплексной безопасности при ведении горных работ.

2. Разработаны и обоснованы способы управления капельной влагой, исключающих ее накопление в вентиляционных стволах рудников.

3. Предложена методика расчета технологических параметров искусственного замораживания влажных засоленных грунтов для обеспечения устойчивости и безопасности проходки шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях.

4. Разработан новый подход к проектированию систем автоматического управления проветриванием рудников сложной топологии. Он включает многоуровневую структуру управления, выбор оптимальных мест установки регуляторов и определение алгоритмов их работы на основе анализа чувствительности воздухораспределения на отдельных участках–потребителях воздуха к воздействию регуляторов.

5. Предложена математическая модель и алгоритм численного моделирования фильтрации трехфазной смеси пар-вода-нефть в пористом пласте при паротепловом воздействии на него.

6. Разработан новый подход к гидравлическому анализу сложных систем трубопроводов в глубоких шахтах и рудниках при подаче воды через несколько стволов в условиях выраженной нестационарности течения воды и частичного опустошения трубопроводов.

• РНФ, проект № 19-77-30008 “Разработка теоретических основ и практических методов интеллектуального мониторинга сложных горнотехнических объектов”.

• РНФ, проект № 17-11-01204 “Структурно-энергетические модели деформирования и разрушения природных и искусственных материалов в условиях Арктических температур”.

• Проект МИГ № C-26/563 «Исследование влияния миграции минерализованных подземных вод на формирование и механические характеристики ледопородных ограждений строящихся горных выработок».

• РФФИ, проект № 19-35-90076 «Исследование закономерностей конвективного расслоения воздушных потоков в шахтных стволах и его влияния на интенсивность и устойчивость проветривания шахты».

• РФФИ, проект № 19-15-50125 «Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников».

• РФФИ, проект 19–35–90076 «Исследование закономерностей конвективного расслоения воздушных потоков в шахтных стволах и его влияния на интенсивность и устойчивость проветривания шахты».

• Проект Совета при президенте РФ МК-6244.2018.5 «Моделирование сопряженного тепло- и массопереноса в нефтенасыщенном песчанике, окружающем породном массиве и шахтной атмосфере при подземной добыче высоковязкой нефти методами паротеплового воздействия на пласт».

• Levin L., Popov M., Semin M., Zhikharev S. Experimental and Numerical Study of Air Flow Reversal Induced by Fire in an Inclined Mine Working // Applied sciences. – 2024. – Vol. 14. – № 15. – P. 1-21. URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/14/15/6840
• Semin M., Faynburg G., Tatsiy A., Levin L., Nakaryakov E. Insights into turbulent airflow structures in blind headings under different ventilation duct distances // Scientific Reports. – 2024. – Vol. 14. – № 1. URL: https://www.nature.com/articles/s41598-024-74671-3
• Трушкова Н.А., Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Учет аэродинамических характеристик вентиляционной сети при определении параметров рециркуляционного проветривания // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2024. – № 9. – С. 5-16. URL: https://giab-online.ru/files/Data/2024/9/09_2024_5-16.pdf

• Levin L., Semin M., Golovatyi I. Analysis of the structural integrity of a frozen wall during a mine shaft excavation using temperature monitoring data // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2023. – Т. 17. – №. 63. – С. 1-12. URL: https://www.fracturae.com/index.php/fis/article/view/3728
• Каменских А.А., Файнбург Г.З., Семин М.А., Таций А.В. Экспериментальные исследования проветривания тупиковой выработки нагнетательным способом при различном отставании вентиляционного трубопровода от груди забоя // Горные науки и технологии. – 2024. – Т. 9. – № 1. – С. 41-52. URL: https://mst.misis.ru/jour/article/view/694
• Стариков А.Н., Мальцев С.В., Исаевич А.Г. Совершенствование подхода к определению относительной газообильности рабочих зон рудников Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2023. – № 9. – С. 99-113. URL: https://giab-online.ru/files/Data/2023/9/09_2023_99-113.pdf

• Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Моделирование, расчет и управление тепловым режимом шахт и рудников при освоении месторождений полезных ископаемых на больших глубинах // Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. – 2022. – Т. 507. – № 2. – С. 363-372. URL: https://sciencejournals.ru/cgi/getPDF.pl?jid=danzem&year=2022&vol=507&iss=2&...
• Isaevich A., Semin M., Levin L., Ivantsov A., Lyubimova T. Study on the Dust Content in Dead-End Drifts in the Potash Mines for Various Ventilation Modes // Sustainability (Switzerland). – 2022. – Vol. 14. – № 5. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/14/5/3030
• Egorova D., Pyankova A., Shestakova E., Demakov V., Levin L., Maltsev S., Isaevich A., Grishin E., Kormshchikov D. Risk assessment of change in respiratory gas concentrations by native culturable bacteria in the air of sulfide ore mines // Environmental Geochemistry and Health. – 2022. – Vol. 44. – № 6. – P. 1751 - 1765. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/14/5/3030

• Levin L., Golovatyi I., Zaitsev A., Pugin A., Semin M. Thermal monitoring of frozen wall thawing after artificial ground freezing: Case study of Petrikov Potash Mine  // Tunnelling and Underground Space Technology. – 2021. – Т. 107. – Статья № 103685. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0886779820306398
• Levin L., Popov M., Kormshchikov D., Zaitsev A. Analytical modeling of fire and irrigation pipelines in mines in AeroSet // Gornyi Zhurnal. – 2021. – № 7. – P. 85-90. URL: https://rudmet.net/journal/2035/article/34137/ 
• Казаков Б.П., Колесов Е.В., Накаряков Е.В., Исаевич А.Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2021. – № 6. – С. 5-33. URL: https://journal.permsc.ru/index.php/echo/article/view/2925 

• Семин М. А., Гришин Е.Л., Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Автоматизированное управление вентиляцией шахт и рудников. Проблемы, современный опыт, направления совершенствования // Записки Горного института. – 2020. – Т. 246. – С.  623-632. URL: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13389?setLocale=ru_RU
• Semin M., Zaitsev A. On a possible mechanism for the water build-up formation in mine ventilation shafts // Thermal Science and Engineering Progress. – 2020. – Т. 20. – Статья № 100760. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451904920302808
• Семин М.А., Левин Л.Ю., Желнин М.С., Плехов О.А. Исследование естественной конвекции в обводненном породном массиве в условиях искусственного замораживания // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2020. – №. 2. – С. 151-163. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43017852

• Левин Л. Ю., Семин М. А., Зайцев А. В. Калибровка теплофизических свойств породного массива при моделировании формирования ледопородного ограждения строящихся шахтных стволов //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. – 2019. – №. 1. – С. 172-184. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37246441
• Levin L. Y., Semin M. A., Parshakov O. S. Improving methods of frozen wall state prediction for mine shafts under construction using distributed temperature measurements in test wells // Journal of Mining Institute. – 2019. – Т. 237. – С. 268-274. URL: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13194?setLocale=en_US
• Semin M. A., Levin L. Y. Stability of air flows in mine ventilation networks // Process Safety and Environmental Protection. – 2019. – Т. 124. – С. 167-171. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0957582018313612