|
|
|
Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2025 номер ...
2025 год, номер 6
|
М.А. Журавков1, М.А. Николайчик1, С.Н. Лопатин1, В.А. Мисников2, Н.М. Климкович1
1Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь
zhuravkov@bsu.by
2ОАО “Белгорхимпром”, Минск, Беларусь
Ключевые слова: Горная выработка, большие глубины, геомеханическое состояние, механико-математическое и численное моделирование, компенсационные щели, анкерное крепление, разгружающие выработки
Страницы: 3-17
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250601 |
|
В.М. Серяков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
vser@misd.ru
Ключевые слова: Угольные месторождения, слоистый массив, температура пород, напряженное состояние, математическое моделирование, теплофизические и механические свойства, отработка пластов, развитие горных работ
Страницы: 18-26
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250602 |
|
Л.А. Назаров, Л.А. Назарова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
mining1957@mail.ru
Ключевые слова: Трещиновато-пористый угольный пласт, фильтрация, газ, двойная проницаемость, давление в закрытой скважине, обратная задача
Страницы: 27-35
Аннотация >>
Обоснован метод количественной оценки напряжений, а также фильтрационных параметров, характеризующих процессы массопереноса в газонасыщенном трещиновато-пористом угольном пласте: коэффициента массообмена β, проницаемости трещинного пространства k1 и матрицы k2. Метод заключается в формулировке и решении в рамках модели с двойной пористостью и двойной проницаемостью смешанной обратной задачи с целью определения значений β, k1 и k2 по данным измерения давления P(t) в закрытой вертикальной скважине. Показана разрешимость обратной задачи на основе анализа структуры введенной целевой функции, разработан оригинальный алгоритм поиска ее минимума, использующий дополнительную информацию о поведении P(t). Установлено, что с течением времени функция P(t) достигает не зависящего от параметров модели стационарного значения, равного давлению газа в нетронутом пласте, что позволяет рассчитать горизонтальные напряжения вне зоны влияния скважины. Предложенный метод может быть использован для параметрического обеспечения геомеханических моделей при обосновании технологий заблаговременной дегазации угольных пластов и добычи метана.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250603 |
|
Е.В. Ульянова, О.Н. Малинникова, Е.В. Федоров, И.Н. Горшенков, Б.Н. Пашичев
Институт проблем комплексного освоения недр им. акад. Н. В. Мельникова РАН, Москва, Россия
olga_malinnikova@mail.ru
Ключевые слова: Угольный пласт, призабойная зона, метан, газоносность, микроструктура, информационная энтропия, статистическая сложность
Страницы: 36-43
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250604 |
|
П.А. Цой, О.М. Усольцева
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
paveltsoy@mail.ru
Ключевые слова: Прочность горных пород, паспорт прочности, круги Мора, объемное сжатие, одноосное сжатие, косвенное растяжение, коэффициент сцепления, угол внутреннего трения
Страницы: 44-54
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250605 |
|
Т.Ф. Харисов, О.Д. Харисова
Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия
olgazheltysheva@gmail.com
Ключевые слова: Этажное самообрушение, подготовительные выработки, напряжения, деформации, горизонт подсечки, устойчивость, зона концентрации напряжений, большие глубины
Страницы: 55-63
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250606 |
|
Е.Д. Ходырев, В.В. Трофимов
Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела, Донецк, Россия
hodyrev_ed@mail.ru
Ключевые слова: Фильтрация, флюид, пьезометрическая волна, трещиноватость, пористость, проницаемость, горные породы, напряженно-деформированное состояние, разрушение, напорный пласт, критерий прочности
Страницы: 64-72
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250607 |
|
А.А. Смирнов, А.А. Рожков, К.В. Барановский
Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия
agenturoran@yandex.ru
Ключевые слова: Раздробленная рудная масса, системы с обрушением, торцовый выпуск, выпускное отверстие, угол внутреннего трения, коэффициент разрыхления, гранулометрический состав
Страницы: 73-83
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250608 |
|
А.В. Азаров, В.В. Сказка, С.В. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
antonazv@mail.ru
Ключевые слова: Массив горных пород, гидравлический разрыв, полость, напряженное состояние, проницаемая трещина, математическое моделирование, метод конечных элементов, когезионная модель разрушения, когезионный слой, взаимодействие разрыва с трещиной
Страницы: 84-94
Аннотация >>
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.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250609 |
|
Н.Н. Кузнецов, В.В. Рыбин
Горный институт Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
n.kuznecov@ksc.ru
Ключевые слова: Жесткость, скорость нагружения, напряженное состояние, динамическое разрушение, нагружающая система, образец, горная порода, испытание
Страницы: 95-103
Аннотация >>
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”.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250610 |
|
В.П. Косых, А.С. Телегуз
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
v-kosykh@yandex.ru
Ключевые слова: Кручение, сжатие, сложное нагружение, механические свойства геоматериала, испытание образцов, динамические нагрузки, напряженно-деформированное состояние, релаксация напряжений, продольная деформация
Страницы: 104-110
Аннотация >>
Приведены результаты экспериментального исследования деформаций и напряжений трубчатого образца из эквивалентного геоматериала, нагруженного статической сжимающей силой, крутящим моментом и многократными слабыми ударами. Установлено, что образец, предварительно сжатый статической нагрузкой, при дополнительном нагружении крутящим моментом, касательные напряжения при действии которого составляют 5 - 7 % от сжимающих, удлиняется, его диаметр уменьшается, а сжимающие напряжения увеличиваются. Этот процесс длится в течение 120 - 200 ч. Дополнительное нагружение образца слабыми многократными ударами постепенно приводит к релаксации напряжений и увеличению продольных и окружных деформаций. Процесс релаксации происходит немонотонно, наблюдаются участки роста напряжений и их падения. В процессе всего нагружения упругая энергия в образце аккумулируется и высвобождается с периодом 80 - 120 ч.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250611 |
|
Д.И. Борисенко
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”, г. Москва, Россия
dima-luxinzhi@mail.ru
Ключевые слова: Акустическая диагностика, самостоятельное горение угля, характерный акустический признак, разрушение угля при горении, тарировка на образцах
Страницы: 111-121
Аннотация >>
Показано, что различные угли сохраняют характерные акустические признаки разрушения при самостоятельном горении, независимо от причины, вызвавшей это горение. Приводятся явления, способствующие дезинтеграции угля при его нагреве. Описывается механизм разрушения горящего угля в пласте, на основании чего доказывается правомерность тарировки характерных акустических признаков горения угля на образцах в лабораторных условиях.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250612 |
|
А.Н. Стародубов1,2
1Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН, Кемерово, Россия
a.n.starodubov@gmail.com
2Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева, Кемерово, Россия
Ключевые слова: Выпуск угля подкровельной толщи, метод дискретных элементов, механизированная крепь, подземные горные работы, разубоживание, численное моделирование, эффективные параметры технологии
Страницы: 122-130
Аннотация >>
Представлены результаты исследования технологии контролируемого выпуска угля подкровельной толщи с использованием разрабатываемой механизированной крепи на основе метода дискретных элементов в среде RockyDEM. Компьютерным моделированием с учетом горно-геологических и горнотехнических условий установлены параметры управляемого выпуска угля. Они позволяют обеспечить наиболее эффективные показатели технологии с точки зрения интегрированного сочетания массы выпущенного угля, процента его разубоживания, потерь угля за крепью и частоты образования зависаний.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250613 |
|
А.А. Галимьянов, В.И. Мишнев
Институт горного дела ДВО РАН, Хабаровск, Россия
azot-1977@mail.ru
Ключевые слова: Зона мерзлых пород, скважинные заряды, объем зарядной полости, межмерзлотные воды, обрушение стенок скважин, поражающие факторы взрыва, наливное эмульсионное взрывчатое вещество, объем взрывного блока
Страницы: 131-145
Аннотация >>
Обоснованы проблемы адаптации проектных параметров буровзрывных работ к изменению объема зарядной полости при деформации стенок скважин при бурении горных пород в криолитозоне угольных разрезов Дальнего Востока. Приведены примеры, в которых после бурения взрывных скважин на уступах 10 и 15 м перебуриванию подлежат 2 - 17 % скважин вследствие частичного разрушения породы за контуром скважины и ее обвала внутрь. При перебуривании на взрывном блоке изменяются параметры сетки скважин в сторону уменьшения ее размеров, приводя к увеличению радиусов опасных зон по поражающим факторам взрыва (разлету кусков горной массы и сейсмическому воздействию). Обрушение породы со стенок скважин изменяет объем заряжаемой полости, негативно влияя на качество формирования скважинного заряда из наливного эмульсионного взрывчатого вещества при механизированном заряжании. Предложена комбинация устройств рассредоточения заряда в качестве средства обеспечения устойчивости взрывной полости скважинного заряда в условиях повышения объемов взрывных блоков для месторождений с прерывистым распространением многолетней мерзлоты.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250614 |
|
О.В. Воронова1, Л.А. Киенко1, С.А. Кондратьев2
1Хабаровский Федеральный исследовательский центр ДВО РАН, Хабаровск, Россия
kienkola@rambler.ru
2Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
kondr@misd.ru
Ключевые слова: Техногенное сырье, шламы, кальцийсодержащие минералы, флюорит, измельчение, электрохимическая обработка, неонол, флотация тонкодисперсных фракций
Страницы: 146-155
Аннотация >>
Дана оценка перспектив вторичного использования отходов обогащения карбонатно-флюоритовых руд Вознесенского рудного района Приморского края. Определены основные факторы, влияющие на технологию обогащения сырья, представленного шламовым материалом. Показана возможность флотационного извлечения флюорита из бедного (11.56 - 13.12 % CaF2), тонкодисперсного вторичного сырья, содержащего до 88 % частиц размером менее 10 мкм. Обоснован и предложен рациональный технологический режим, позволяющий выделить концентраты с массовой долей CaF2 свыше 93 % при извлечении флюорита до 52 %. Приведена сравнительная оценка обогатимости проб различного дисперсного состава. Использование в процессе воды, подготовленной электрохимическим способом, позволяет повысить извлечение флюорита в концентрат на 3.6 - 4.7 %. Рассмотрены варианты совместного обогащения шихтованного материала с различных участков техногенного массива.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250615 |
|
Ю.Ф. Патраков1, С.А. Семенова1, А.А. Степаненко1,2, М.С. Клейн1,3, Т.Е. Вахонина3
1Институт угля СО РАН, Кемерово, Россия
yupat52@gmail.com
2АО “Гормашэкспорт”, Новосибирск, Россия
3Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева, Кемерово, Россия
m_klein@mail.ru
Ключевые слова: Пневматическая сепарация, гидравлическая сепарация, гравитационное обогащение, флотация, масляная агломерация, уголь, качество, потребление
Страницы: 156-168
Аннотация >>
Показана возможность эффективного обогащения отсева угля крупностью 0 - 13 мм на примере пробы угля марки КСН зольностью 33.6 % сочетанием сухого и мокрого методов обогащения. На основании оценки технологических свойств исходного сырья, результатов ситового, фракционного и минерального анализов различных классов крупности угля разработано несколько вариантов технологических схем, в которых уголь крупностью 3 - 13 мм обогащается методом сухой пневмосепарации, угольные шламы 0.2 - 3.0 мм - мокрым методом на винтовых сепараторах, для тонких угольных шламов используется разделение частиц угля и породы по смачиваемости методами флотации и масляной агломерации. Предложенные схемы позволяют получать концентрат зольностью от 15.3 до 9.9 % при извлечении горючей массы до 90 % и калорийности более 7000 ккал/кг.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250616 |
|
Е.А. Красавцева1,2, П.В. Икконен3, И.Р. Елизарова1, М.Д. Макаров4, Д.В. Макаров1
1Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН, Апатиты, Россия
e.krasavtseva@ksc.ru
2Центр наноматериаловедения КНЦ РАН, Апатиты, Россия
3Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН, Апатиты, Россия
inep@ksc.ru
4Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия
Ключевые слова: Хвостохранилища, отходы обогащения лопаритовых руд, инженерно-геологические свойства, радионуклидный анализ, рентгенофазовый анализ, лопарит, нефелин
Страницы: 169-178
Аннотация >>
Представлены результаты изучения состава и физических свойств накопившихся отходов обогащения лопаритовых руд из законсервированных хвостохранилищ “Карнасурт-1” и “Умбозеро” (Мурманская область). Образцы получены путем бурения скважин глубиной до 4 м. Проведен комплекс инженерных и геологических испытаний, включая ситовой, химический, рентгенофазовый и радионуклидный анализы. Выявлена существенная неоднородность состава и свойств отходов обогащения. Минеральный состав характеризуется доминирующим присутствием нефелина, K- и Na-полевых шпатов. Установлено, что радиоактивность отходов имеет преимущественно радиево-ториевый характер. Полученные данные об особенностях изменения состава и свойств хвостов обогащения лопаритовых руд в зависимости от глубины залегания важны для проектирования природоохранных мероприятий и технологических процессов переработки техногенного сырья.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250617 |
|
О.В. Наговицын, С.В. Лукичев
Горный институт КНЦ РАН, Апатиты, Россия
o.nagovitsyn@ksc.ru
Ключевые слова: Блочная модель, геология, архитектура баз данных, цифровой двойник, месторождение
Страницы: 179-190
Аннотация >>
Предложена концепция геолого-технологической блочной модели как основы единой цифровой модели месторождения. Рассмотрены методы импорта и трансформации данных из разнородных источников, реализация многоуровневой генерализации, выбор масштабируемых систем управления базами данных и гибридной системы хранения, а также интеграция с ГГИС, ERP и другими информационными системами через стандартизированные интерфейсы. Показано, что геолого-технологическая блочная модель обеспечивает высокую точность моделирования, поддерживает аналитику и прогнозирование, становится единым источником актуальной информации о месторождении и формирует ядро цифрового двойника горнодобывающего предприятия. Установлено, что геолого-технологическая блочная модель - ключевой элемент цифровой трансформации, обеспечивающий согласованность данных, повышение эффективности и снижение рисков на всех этапах эксплуатации месторождения.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250618 |
|
А.И. Конурин, Д.В. Орлов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, Новосибирск, Россия
konurin@misd.ru
Ключевые слова: Горные удары, технологические взрывы, сейсмический мониторинг, кластерный анализ, машинное обучение, геодинамические риски, взрывные работы, напряженно-деформированное состояние
Страницы: 191-202
Аннотация >>
На основе анализа данных десятилетнего сейсмического мониторинга Шерегешевского месторождения выявлены пространственно-временные закономерности индуцированной сейсмичности, связанной со взрывными работами. Показано, что реакция горного массива на технологические взрывы характеризуется значительной пространственной неоднородностью, обусловленной анизотропией геологической среды и тектоническими нарушениями. Применение алгоритма K-means позволяет сегментировать массив на технологические зоны и идентифицировать участки концентрации напряжений. Подтверждено наличие кластер-специфичных временных паттернов сейсмического отклика, при этом медианное время задержки активизации толчков после взрыва варьирует для разных зон. Доказано, что корреляционная зависимость между энергией технологических взрывов и параметрами последующих толчков является статистически незначимой, что указывает на доминирующую роль локальных геомеханических условий над параметрами внешнего воздействия. Установлено, что каждому взрыву в среднем соответствует 9.4 последующих толчков при высоком стандартном отклонении, подтверждающем вариабельность отклика массива. Результаты работы актуальны для освоения удароопасных месторождений с высокой тектонической активностью и сложными горно-геологическими условиями.
DOI: 10.15372/FTPRPI20250619 |
|
