Главная – Журналы – Поиск по журналам

В связи с проблемой глобального потепления, вызванной ростом концентрации парниковых газов в атмосфере, актуальной является задача оценки потенциала различных экосистем для секвестрации атмосферного СО₂ как в региональном, так и в глобальном масштабах. В работе рассмотрен баланс природных потоков углекислого газа на всей территории Свердловской области. Впервые получена интегральная оценка нетто-поглощенного из атмосферы СО₂ региональными экосистемами за 2020-2022 гг. с помощью оригинальной модели машинного обучения NorthFlux, где в качестве входных данных выступают спектры подстилающей поверхности, регистрируемые спутниковым сенсором MODIS, метеоданные ретроспективного климатического анализа и спутниковые данные по классификации растительности подстилающей поверхности. Информация о величине антропогенной эмиссии СО₂ взята из кадастра выбросов парниковых газов в Свердловской области. Для оценки трансграничного переноса углекислого газа использовалось балансное уравнение для потоков СО₂ в атмосферном столбе и данные по среднегодовой скорости роста концентрации СО₂ в атмосфере региона, полученные при наземном зондировании ИК-Фурье-спектрометром высокого разрешения Bruker IFS 125M в Коуровской астрономической обсерватории в 2012-2024 гг. Установлено, что секвестрация атмосферного СО₂ экосистемами Свердловской области составляет от 10,9 до 15,2%, а его перенос за границы области в соседние регионы (трансграничный перенос) - от 72,5 до 76,7% от количества ежегодных промышленных выбросов СО₂ на территории области. Модель машинного обучения NorthFlux может быть полезна для оценки секвестрационного потенциала экосистем других регионов планеты.

Исследована эффективность мер охраны и крепления выработок, расположенных в массивах калийных солей на больших глубинах на примере Старобинского и Петриковского месторождений. Рассмотрены различные технологии применения мер охраны выработок. Выявлено, что вследствие формирования в окрестности контура выработок блочных структур и образования зон нарушения сцепления породных масс, нарезка компенсационных щелей в зависимости от условий может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивость подземной выработки. Технология разгружающей выработки позволяет существенно уменьшить размеры зон предельного состояния в породном массиве в приконтурной зоне выработки. Предложена модель сдвижения блоков, в рамках которой показано, что взаимные сдвижения блоков в окрестности контура выработки более 1 - 2 мм могут стать причиной динамического обрушения блока в выработанное пространство. Анкерную крепь рекомендуется устанавливать сразу после обнаружения нарушения сцеплений по поверхностям скольжения.

С помощью математического моделирования исследовано напряженно-деформированное состояние слоистого массива горных пород в условиях отработки сближенных угольных пластов с учетом линейно изменяющегося по глубине поля температур. Рассмотрена несвязная квазистатическая постановка задачи: сначала определялось поле температур, затем напряженно-деформированное состояние с использованием закона Дюамеля - Неймана. Для решения применялся метод конечных элементов. Между составляющими массив слоями предполагалось условие полного контакта. Исходное напряженное состояние массива находилось на основе гипотезы Динника. Установлены особенности исходного напряженного состояния, оказывающие влияющие на перераспределение напряжений при отработке угольных пластов. Рассмотрены варианты развития горных работ при выемке сближенных угольных пластов и показаны особенности напряженного состояния массива по сравнению с отработкой без учета градиента температуры.

Определены параметры метановыделения призабойных зон пластов Болдыревский (“Шахта им. С. М. Кирова”) и пластов 50, 52 (“Шахта им. В. Д. Ялевского”). Показано, что угли одного и того же пласта могут существенно отличаться по скорости газовыделения, определяемой в течение нескольких часов после отделения проб угля от массива. Причем скорость газовыделения зависит от меры упорядоченности микроструктуры, определенной методом расчета показателей информационной энтропии и статистической сложности, полученных по цифровым изображениям поверхности углей с помощью электронного микроскопа. Меньшая скорость газоотдачи соответствует углям с менее однородной (более хаотичной) микроструктурой, что объясняется большим количеством оборванных связей в их алифатической составляющей, являющихся сорбционными центрами и препятствующих более быстрой диффузии метана.

Представлен сравнительный анализ результатов определения прочностных характеристик горных пород по стандартам ГОСТ 21153.8-88 и ASTM D7012-04. Исследования выполнены на семи литотипах горных пород (сланец, диабаз, метасоматит, мрамор, гнейс, кварцит, гранит) с использованием экспериментальных методов объемного сжатия, одноосного сжатия и косвенного растяжения. Построены круги Мора и паспорта прочности для каждого литотипа. Выявлены различия в значениях коэффициентов сцепления и углов внутреннего трения между стандартами: коэффициенты сцепления по ASTM преимущественно выше; углы трения варьируются в зависимости от типа породы. Получена расчетная формула для прогнозирования прочности на одноосное сжатие с погрешностью 10.5 %. Сформированы уточненные паспорта прочности с использованием расчетных данных. Результаты подчеркивают важность выбора методики построения паспорта прочности при проектировании геоинженерных объектов.

Увеличение высоты расположения подсечки относительно откаточных выработок - одна из эффективных мер, направленная на обеспечение безопасной их эксплуатации. Методом конечных элементов выполнено моделирование изменения напряженно-деформированного состояния массива горных пород в процессе отработки рудного блока в сложных горно-геологических условиях при различных значениях вертикального расстояния между подготовительными и очистными выработками. Результаты исследования выявляют обратно пропорциональную зависимость между высотой расположения горизонта подсечки относительно откаточного горизонта и суммарной длиной действующих выработок в зоне влияния очистных работ. Установленная зависимость дает возможность выбора оптимальной высоты расположения горизонта подсечки для управления напряжениями в массиве горных пород и минимизации негативного их воздействия на инфраструктуру рудника.

Изучение процессов переноса флюида в трещиновато-пористых горных породах требует рассмотрения потоков в крупных трещинах и внутри пористых блоков. Это возможно при использовании модели фильтрации с источниками наследственного типа, позволяющей учесть возникающую в процессе фильтрации разность давлений флюида в блоках и трещинах, называемую пьезометрической волной. Рассмотрено ее влияние на изменение напряженно-деформированного состояния структурных элементов пласта (матрицы). По результатам теоретических исследований обоснована возможность перехода матрицы пласта от до- к запредельному деформированию. Показано, что зоны вероятной напорной дезинтеграции горных пород приурочены к участкам пластов с повышенной проницаемостью. Возникновение таких зон существенно снижает проницаемость напорного пласта и эффективность дренажных скважин. Сформулированы необходимые условия развития этих процессов и меры по их предотвращению.

В результате физического моделирования в лабораторных условиях установлено, что при выпуске полидисперсной раздробленной рудной массы происходит структурирование среды, приводящее к образованию консолидированного блока в форме расходящегося конуса. Вдоль боковых поверхностей конуса формируются зоны скольжения, представляющие собой слои материала из частиц мелких фракций. Угол наклона образующих конуса определяется углом внутреннего трения среды, который зависит от коэффициента разрыхления и гранулометрического состава. Для его оценки предложена эмпирическая формула расчета. Полученные результаты позволяют разработать методику и алгоритм расчета для определения оптимальных параметров конструктивных элементов систем с обрушением с торцовым выпуском руды самоходным оборудованием.

Рассмотрено взаимодействие трещины гидроразрыва и проницаемой трещины вблизи полости в условиях всестороннего сжатия однородной среды. Двумерное моделирование задачи выполнено с помощью метода конечных элементов. Возможные траектории разрыва задаются когезионными слоями из элементов, способных деформироваться и разрушаться в зависимости от приложенных напряжений. Поток жидкости моделируется дополнительными узлами с перетоками из разрыва в трещину при их пересечении. Приведены результаты численных исследований характера взаимодействия гидроразрыва с проницаемой трещиной в зависимости от удаления точки их пересечения от полости; напряженного состояния; прочности и коэффициента внутреннего трения среды; вязкости жидкости. На основе полученных результатов для создания противофильтрационных экранов рекомендовано проводить гидроразрыв на расстоянии от поверхности полости, равном ее радиусу.

Рассмотрены основные способы оценки склонности горных пород к динамическому разрушению в лабораторных условиях, приведены результаты экспериментальных исследований образцов пород. Показано, что склонность пород к разрушению в динамической форме зависит от условий нагружения, а именно от отношения жесткостей нагружающей системы и нагружаемого объекта, скорости подвода энергии из нагружающей системы (скорости нагружения / деформирования) и вида напряженного состояния. Установлено, что изменение параметров нагружения образцов в ходе лабораторного эксперимента может влиять на характер их разрушения, поэтому при оценке склонности пород к динамическому разрушению нужно рассматривать не отдельно образец, а в целом систему “пресс - образец”.