|
|
|
Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2025 номер ...
2025 год, номер 5
|
А.А. Барях1, Н.А. Самоделкина1, И.П. Бабаянц2, В.О. Михайлов2, Е.П. Тимошкина2
1Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия bar@mi-perm.ru 2Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, Москва, Россия
Ключевые слова: Подработанный породный массив, затопленный калийный рудник, спутниковая радарная интерферометрия, оседания земной поверхности, напряженно-деформированное состояние, математическое моделирование, метод конечных элементов
Страницы: 3-14
Аннотация >>
На примере Верхнекамского месторождения солей показана возможность использования данных радарной интерферометрии для оценки и прогноза изменения напряженно-деформированного состояния подработанного породного массива. Объектом исследований являлся Первый Березниковский калийный рудник, затопленный в 2006 г. в результате аварийного прорыва пресных вод в горные выработки. Вследствие высокой растворимости соляных пород в пределах шахтного поля до сих пор сохраняются достаточно высокие скорости оседания земной поверхности, которые контролируются геодезическими методами по заложенным профильным линиям и площадной радарной съемкой спутником TerraSAR-X с периодом 11 дней. Геомеханическая интерпретация данных радарной интерферометрии основывалась на трехмерном математическом моделировании процесса деформирования подработанного массива. Расчетная схема отражала весь комплекс горно-геологических и горнотехнических условий отработки, а также группу факторов, связанных с прорывом пресных вод в горные выработки. Численные расчеты базировались на полуаналитической схеме метода конечных элементов. В рамках разработанной модификации метода переменных модулей деформаций данные радарной интерферометрии являлись элементом параметрического обеспечения геомеханической модели, определяющей деформирование подработанного массива во времени.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250501 |
|
С.В. Сердюков, Л.А. Рыбалкин, И.М. Сердюк, Т.В. Шилова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия ss3032@yandex.ru
Ключевые слова: Уголь, воздействие жидким азотом, проницаемость, трещиноватость, пористость, кривая падения давления, ядерный магнитный резонанс, оптическая микроскопия
Страницы: 15-27
Аннотация >>
Приведены результаты лабораторных исследований циклического воздействия жидким азотом на мелкопористый слоистый каменный уголь. Проницаемость угольных кернов определялась в режиме нестационарной фильтрации, емкостные свойства - методами ядерного магнитного резонанса и оптической микроскопии. Описаны методические и технические решения, используемые в экспериментах. Исследовано изменение фильтрационных свойств вдоль и поперек слоистости угля в условиях гидростатического сжатия. Установлено, что проницаемость тестируемого угля увеличивается на один-два порядка вдоль и на два-три поперек его слоистости. Снижается анизотропия фильтрационных свойств. Эффект растет с увеличением гидростатического сжатия и насыщенности угля водой. Показано, что эффект обработки жидким азотом связан в основном с образованием в угле трещин разного масштаба при незначительном изменении открытой пористости.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250502 |
|
Л.А. Назарова, Л.А. Назаров, А. Александр
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия larisa.a.nazarova@mail.ru
Ключевые слова: Напряжение, фильтрация, лабораторный эксперимент, блочные образцы горных пород, нарушение сплошности, давление, расход флюида, проницаемость, численное моделирование
Страницы: 28-40
Аннотация >>
Теоретически обоснован и в лабораторных условиях апробирован метод определения проницаемости нарушений сплошности в зависимости от напряжений в породных массивах и коллекторах квазирегулярной слоисто-нарушенной структуры при движении потока флюида вкрест простирания нарушений. В рамках линейной модели получено аналитическое решение задачи о стационарном движении жидкости в средах с нарушениями сплошности, которое позволяет найти проницаемость kJ последних по регистрируемому расходу. Проведены испытания изготовленных блочных образцов песчаника и получена зависимость раскрытия межблочных нарушений h от величины нормального напряжения s. Предложена лабораторная установка для фильтрационных испытаний, когда направления сжатия образца и потока флюида совпадают. В результате проведенных экспериментов по фильтрации газа в блочных образцах, подвергающихся нормальному нагружению, установлена эмпирическая зависимость удельной проницаемости нарушений сплошности kJ/h от напряжения s, которая аппроксимируется двухпараметрической дробно-рациональной функцией.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250503 |
|
И.В. Шатунов1,2, Г.Г. Кочарян1, А.А. Остапчук1,2
1Институт динамики геосфер им. академика М. А. Садовского РАН, Москва, Россия shatunov.iv@phystech.edu 2Московский физико-технический институт, Долгопрудный, Россия
Ключевые слова: Тектонический разлом, сейсмическое действие взрыва, медленные волны Био, коллоиды, поровое давление, проницаемость, скорость флюида
Страницы: 41-56
Аннотация >>
Мелкие частицы, транспортируемые флюидами земной коры, способны осаждаться на поверхностях пор и трещин, формируя коллоидные барьеры, которые радикально снижают проницаемость трещиноватой среды. В разломных зонах, жесткость которых сильно отличается от характеристик вмещающих пород, при прохождении сейсмических волн, образуются медленные диффузионные волны Био, распространение которых может вызвать разрушение коллоидных барьеров, увеличение проницаемости, перераспределение порового давления и изменение напряженно-деформированного состояния разлома. Представлены результаты исследования условий, при которых регулярное воздействие сейсмических колебаний от промышленных взрывов может приводить к радикальному изменению проницаемости разломных зон.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250504 |
|
Е.Н. Шер
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия ensher@gmail.com
Ключевые слова: Взрыв, горные породы, разрушение, шпуровые заряды, контурное взрывание, численное моделирование
Страницы: 57-66
Аннотация >>
Разработаны три расчетные модели для оценки поперечного размера магистральной трещины, образующейся при взрыве шпурового заряда при контурном взрывании: численная для расчета равновесной формы и размеров плоской трещины при взрыве шпурового заряда в трехмерной постановке теории упругости и две аналитические модели для оценки поперечного размера трещины от взрыва в плоской и осесимметричной постановках. По этим моделям на примере взрывания в граните шпуровых зарядов аммонита с разной плотностью заряжания проведены расчеты размеров образующихся магистральных трещин. Сравнение численных расчетов с результатами расчетов в плоской и осесимметричной постановках по приближенным аналитическим моделям позволило установить условия, при которых в аналитических расчетах размеры трещин при взрыве шпурового заряда получены с хорошей точностью, что делает их использование перспективным при проектировании буровзрывных работ при контурном взрывании.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250505 |
|
М.В. Курленя, Л.А. Рыбалкин, И.М. Сердюк, А.Н. Дробчик, С.В. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия ss3032@yandex.ru
Ключевые слова: Гидравлический разрыв, физическое моделирование, трехосное нагружение, взаимодействие разрыва и трещин, полимер, проппант, противофильтрационный экран, измерение давлений и деформаций, аппаратно-программные средства
Страницы: 67-77
Аннотация >>
Приведены результаты физического моделирования гидравлического разрыва крупногабаритных цементных кубических моделей в условиях трехосного нагружения. Описаны лабораторная установка, аппаратно-программные средства, методические и технические решения, используемые в экспериментах. Исследованы давления и траектории разрывов, пересекающих ранее созданные трещины, в том числе расклиненные проппантом, заполненные изолирующим полимером. Экспериментально показана возможность контроля гидроразрывов по деформированию близкорасположенного полого включения, имитирующего горную выработку.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250506 |
|
Е.В. Захаров
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, Якутск, Россия zaharoff@igds.ysn.ru
Ключевые слова: Поверхностно-активные вещества, удельные энергозатраты, разрушение, диапазон температур, карбонатные породы, известняк, доломит, пористость
Страницы: 78-83
Аннотация >>
Приведены экспериментально полученные данные о влиянии лауретсульфата натрия и неонола АФ 9-12 на удельную энергоемкость разрушения доломита трубки “Интернациональная” и известняка карьера “Мохсоголлох” при температурах + 20 … - 30 °C. В интервале положительных температур энергоемкость разрушения доломита, обработанного растворами поверхностно-активных веществ, снижается в среднем на 28 %. С переходом к отрицательным температурам наблюдается рост удельных энергозатрат на разрушение образцов доломита при насыщении их растворами поверхностно-активных веществ. При температурах ниже - 10 °С удельная энергоемкость разрушения доломита превышает энергозатраты, полученные при положительной температуре, в 2.3 - 3.1 раза. Показатели разрушения образцов доломита, насыщенных поверхностно-активными веществами, полностью соответствуют параметрам разрушения водонасыщенных образцов. Энергоемкость дробления известняка, обработанного растворами поверхностно-активных веществ, в интервале положительных температур уменьшается на 5 - 10 %, при температурах ниже - 10°С увеличивается на 8 - 15 % по сравнению с воздушно-сухими образцами.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250507 |
|
В. Сюнь1,2
1Вуллонгонгский университет, Новый Южный Уэльс, Австралия weixun199022@126.com 2Университет Чанъань, Шаньси, Китай
Ключевые слова: Риск возникновения горного удара, CNN - LSTM, нейронная сеть, рисковый и вероятностный анализ, сочетание микросейсмических показателей и ЭМИ-сигналов
Страницы: 84-97
Аннотация >>
Выполнена оценка вероятности проявления горных ударов посредством применения нейросетевых моделей, включающих сверточную нейронную сеть с долговременной краткосрочной памятью (CNN - LSTM) в комбинации с алгоритмом оптимизации роя частиц (PSO) в рамках обобщенной регрессионной нейронной сети (GRNN). Разработана архитектура системы глубокого обучения на базе CNN - LSTM, осуществляющая комплексный анализ динамических хаотических параметров горных ударов с последующим количественным распределением и прогнозированием вероятности их возникновения. В качестве входных параметров для прогнозирования использованы метрики микросейсмического мониторинга (суточная кумулятивная микросейсмическая энергия, максимальная суточная микросейсмическая энергия, угловая частота, выпукло-вогнутый радиус), а также характеристики электромагнитного излучения (среднесуточная амплитуда, максимальный суточный импульс). Эффективность применения моделей CNN - LSTM и PSO - GRNN для прогнозирования риска возникновения горных ударов экспериментально подтверждена. Сформулированы методологические основы предиктивной оценки сейсмической активности в горнодобывающих условиях.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250508 |
|
Н.С. Батугина1, В.Л. Гаврилов1,2, А.В. Резник2, Е.А. Хоютанов1
1Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, Якутск, Россия batuginan@mail.ru 2Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия gvlugorsk@mail.ru
Ключевые слова: Россыпное золото, месторождение, техногенный объект, арктические районы Якутии, запасы, ресурсный потенциал, освоение месторождений, потери металла, ресурсосбережение
Страницы: 98-106
Аннотация >>
Рассмотрена добыча россыпного золота как важная составляющая социально-экономического развития арктической зоны Дальнего Востока. Изучены особенности строения в криолитозоне целиковых и сформированных после отработки техногенных объектов, являющихся важным ресурсом для пополнения минерально-сырьевой базы отрасли в регионе. Показана целесообразность поэтапной оценки геологического и геотехнологического потенциала россыпных техногенно-целиковых месторождений для последующей ресурсосберегающей отработки выделяемых кластеров. Рассмотрены подходы, которые могут быть использованы при управлении процессами доразведки и добычи на таких объектах для перевода в разряд привлекательных с позиций инвестирования. Сформирована база данных измененных горными работами территорий Усть-Янского района Якутии, построены карты их размещения, изучены условия отработки отдельных объектов.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250509 |
|
Л.В. Городилов, В.Г. Кудрявцев, А.Н. Коровин, А.И. Першин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия gor@misd.ru
Ключевые слова: Гидроударное устройство, рабочий цикл, распределитель, давление задержки, расход, энергия и частота ударов
Страницы: 107-115
Аннотация >>
Представлены результаты испытаний гидроударного устройства с независимо управляемыми характеристиками: энергией и частотой ударов. Частота ударов регулировалась подаваемым к устройству расходом жидкости, энергия - давлением в начале рабочего цикла. Описано гидроударное устройство и представлены методики измерений характеристик гидроударного устройства, в том числе предударной скорости с помощью оригинального датчика положения бойка, состоящего из двух пар свето- и фотодиодов, располагаемых перед плоскостью соударения бойка с ограничителем (инструментом). В результате испытаний установлено, что при помощи регулировок частоту устройства можно изменять в 4 раза, энергию - в 5 раз, ударную мощность - в 20 раз. Приведены экспериментальные осциллограммы динамических характеристик рабочих циклов и зависимости интегральных выходных характеристик от давления начала цикла и расхода подаваемого к устройству жидкости. Разработан экспериментально-аналитический метод оценки предударной скорости бойка на основе применения теоремы об изменении кинетической энергии материальной точки.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250510 |
|
Б.Б. Данилов, А.А. Речкин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия bbdanilov@mail.ru
Ключевые слова: Пневматические ударные машины, упругий клапан, компьютерная модель, имитационная модель, связанная задача, вычислительная гидрогазодинамика
Страницы: 116-123
Аннотация >>
Обоснована имитационная модель пневматического ударного механизма, в котором воздухораспределительным элементом является эластичный клапан. Смоделирован рабочий цикл пневматической ударной машины с эластичным клапаном методом взаимодействия “флюид - твердое тело”. При сравнении полученных результатов с результатами одномерного имитационного моделирования показано, что предложенная модель предпочтительна для данной мультифизической задачи. Определены параметры упругого клапана, при которых он выполняет свою функцию герметизации камеры обратного хода и обеспечивает работу ударного механизма. Найдены зависимости основных физических параметров воздуха в ударной машине на протяжении всего рабочего цикла, а также перемещений и скорости бойка от времени. Оценены перспективы применения предложенного метода при проектировании и исследовании ударных машин.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250511 |
|
Д.О. Чещин, Б.Б. Данилов, В.В. Плохих
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия dimixch@mail.ru
Ключевые слова: Буровой инструмент, одновременная обсадка, скважина, бурение, буровая коронка, прочность, компьютерное моделирование
Страницы: 124-131
Аннотация >>
Рассмотрены условия применения способа сооружения скважин с одновременной обсадкой и представлена схема составного породоразрушающего инструмента. Преимущество такого инструмента заключается в том, что центральное долото соединяется с периферийной коронкой выдвижными кулачками, благодаря чему внутреннее проходное сечение обсадной трубы не уменьшается. Определены наиболее подверженные разрушению элементы предложенной конструкции. С помощью компьютерного моделирования выполнен прочностной расчет элементов инструмента при передаче ударной нагрузки от центрального долота к кольцевой коронке через выдвижные кулачки. Дана оценка надежности работы таких элементов и предложен способ повышения их прочностных характеристик посредством улучшения качества обработки поверхности и оптимизации геометрических размеров наиболее нагруженных участков этой поверхности. На основе результатов проведенных исследований разработан и изготовлен опытный образец составного породоразрушающего инструмента.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250512 |
|
Г.Н. Хан, Е.П. Русин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия gmmlab@misd.ru
Ключевые слова: Трубопроводный транспорт, колено, эрозионный износ, защитные ребра, физическое и численное моделирование, метод дискретных элементов
Страницы: 132-142
Аннотация >>
Проведены физическое и в плоской постановке численное моделирование процесса течения сыпучего материала в колене трубопровода с целью снижения эрозионного износа за счет нового технического решения. Рассмотрена установка защитных пластинчатых ребер, расположенных на внутренней поверхности колена под углом к касательным в точках их крепления. Установлено, что оптимально выбранные размеры, количество, а также расположение ребер могут на два порядка и более уменьшить износ на участках его максимальной интенсивности.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250513 |
|
А.М. Красюк1,2, Е.Ю. Русский1,2, С.А. Колотов1
1Институт горного дела им. Н. А. Чинакала, Новосибирск, Россия krasuk@cn.ru 2Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия
Ключевые слова: Ротор, рабочее колесо, осевой вентилятор, изгибные колебания, прочность, напряжения, собственные частоты, конструктивные параметры
Страницы: 143-151
Аннотация >>
Исследованы изгибные колебания конструкции роторов осевых вентиляторов главного проветривания. Их особенностью является наличие двух рабочих колес, попеременно выполняющих функции спрямляющего и направляющего аппаратов, при этом в активном режиме вращается только одно колесо. Такая конструкция позволяет достичь высокой производительности в реверсивном режиме, сохраняя 90 - 95 % от производительности прямого режима. Наличие двух рабочих колес в роторе влияет на частотные характеристики вентилятора, которые могут меняться в широких пределах в зависимости от ряда параметров, определяющих массовые и геометрические показатели ротора. Представлены результаты анализа частотных характеристик ротора, полученные решением системы дифференциальных уравнений изгиба. Определены зависимости собственных изгибных частот колебаний коренных валов от масс рабочих колес для различных значений присоединенной массы трансмиссионного вала, а также для различных длин участков коренного вала. Показано, что в исследуемом диапазоне длин коренных валов, масс рабочих колес и присоединенных масс трансмиссионного вала, возможна безопасная эксплуатация по фактору вибрационной надежности роторов вентиляторов с двумя рабочими колесами.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250514 |
|
Л.А. Кияница, И.В. Лугин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия kijanitza@misd.ru
Ключевые слова: Инерционный фильтр, пылегазовый поток, вычислительная гидродинамика, модель многофазного потока, стендовый эксперимент
Страницы: 152-164
Аннотация >>
Перспективным решением для обеспыливания воздуха в системе тоннельной вентиляции метрополитенов является использование инерционных фильтров, не имеющих значительного аэродинамического сопротивления и способных эффективно улавливать крупные и средние фракции пыли без сложного технического обслуживания, так как движение запыленного воздуха через фильтры осуществляется за счет поршневого действия движущихся поездов. Обоснован подход к построению численной модели процесса течения многофазного потока в инерционном фильтре. Валидация подхода подтверждена качественным и количественным совпадением результатов численного моделирования с результатами лабораторного испытания инерционного фильтра. С использованием результатов проведенных численных исследований определено влияние скорости воздуха, крупности частиц пыли и характеристик поверхности фильтра на эффективность пылеулавливания и разработана конструкция фильтра, предназначенная для установки в пристанционную вентиляционную сбойку метрополитена с однопутными тоннелями.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250515 |
|
В.А. Чантурия1, Р.И. Исмагилов2, В.Г. Миненко1, И.Ж. Бунин1, А.Л. Самусев1, Е.В. Копорулина1
1Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН, Москва, Россия vladi200@mail.ru 2ООО УК “Металлоинвест”, Москва, Россия
Ключевые слова: Железистые кварциты, пески классификации, измельчение, магнитная сепарация, мощные электромагнитные импульсы, извлечение железа, выход готового класса, раскрытие минеральных комплексов, свободные рудные зерна
Страницы: 165-178
Аннотация >>
Представлена опытная установка генератора высоковольтных наносекундных импульсов для реализации энергетических воздействий в процессах рудоподготовки, обеспечивающая производительность обработки минерального сырья до 1 т/ч. Выполнены минералогический и химический анализы железистых кварцитов. Приведены результаты распределения сростков по классам крупности, данные лабораторных и укрупненных стендовых испытаний разработанного оборудования. Экспериментально установлена эффективность предварительной обработки мощными электромагнитными импульсами песков классификации первой и второй стадий измельчения для разупрочнения железистых кварцитов и интенсификации процесса магнитной сепарации. Вскрыта взаимосвязь вкрапленности рудных и породообразующих минералов, эффективности дезинтеграции минеральных комплексов и их раскрытия от дозы воздействия. Основной эффект обработки песков железистых кварцитов мощными электромагнитными импульсами, заключающийся в повышении выхода готового класса - 45 мкм на 1.4 - 4.8 % и увеличении извлечения железа в магнетитовый концентрат на 2.65 %, обусловлен снижением числа сростков рудных минералов и минералов породы и приростом содержания свободных зерен магнетита в классе - 0.16 + 0.04 мм после измельчения на 14.2 %.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250516 |
|
А.В. Рассказова, А.Г. Секисов
Институт горного дела ДВО РАН, Хабаровск, Россия annbot87@mail.ru
Ключевые слова: Хвосты свинцово-цинковой флотации, сфалерит, сернокислотное выщелачивание, озон, хлорид натрия, электрообработка
Страницы: 179-186
Аннотация >>
Исследована возможность доизвлечения цинка из хвостов флотационного обогащения полиметаллической руды. Изучен вещественный состав техногенного минерального сырья и обоснована целесообразность его гидрометаллургической переработки. Рассмотрено влияние реагентного режима на эффективность сернокислотного выщелачивания цинка. Определена оптимальная концентрация серной кислоты, установлена эффективность электрообработки рабочего раствора выщелачивания. Оценена эффективность введения различных окислителей в процесс выщелачивания. Озонирование рабочих растворов выщелачивания и введение хлорида натрия оказывают положительный эффект на извлечение цинка.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250517 |
|
М.В. Курленя1, Н.В. Ледяев2, А.А. Хамутский3, А.П. Хмелинин1, А.В. Патутин1
1Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия patutin@misd.ru 2АО “СУЭК-Кузбасс”, Ленинск-Кузнецкий, Россия 3ООО “СИБКОР”, Ленинск-Кузнецкий, Россия
Ключевые слова: Электромагнитное излучение, горная выработка, система регистрации, мониторинг, трещинообразование, проявления горного давления, напряженно-деформированное состояние, угольный пласт
Страницы: 187-196
Аннотация >>
Приведены результаты натурных испытаний стационарных приборов регистрации электромагнитного излучения, предшествующего разрушению горных пород, в шахтных условиях при их установке на передвижное горно-шахтное оборудование. Установлены пороговые значения регистрируемых сигналов, соответствующие разрушению участков кровли выработок, оценены частоты электромагнитных помех при полностью обесточенном электрооборудовании очистного забоя, выключенном и работающем технологическом оборудовании. Даны рекомендации по совершенствованию конструкции прибора и обработки регистрируемых данных.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250518 |
|