ФТПРПИ №2, 2022. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 622.271.3, 550.34.016 + 550.394
ЭФФЕКТ СНИЖЕНИЯ ТРЕНИЯ В ОСНОВАНИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ОПОЛЗНЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Г. Г. Кочарян, З. З. Шарафиев, С. Б. Кишкина, Ци Чен Чжи
Институт динамики геосфер им. акад. М. А. Садовского РАН,
Е-mail: geospheres@idg.chph.ras.ru, Ленинский проспект, 38, корп. 1, 119334, г. Москва, Россия
Пекинский университет гражданского строительства и архитектуры, 100044, г. Пекин, Китай
Приведены результаты лабораторных экспериментов по исследованию процесса развития динамической неустойчивости блока, расположенного на шероховатой поверхности склона, под действием вибрационного воздействия малой амплитуды. Показано, что макроскопически процесс эволюции скольжения хорошо описывается уравнениями ползучести при соответствующем подборе констант. Судя по результатам проведенных лабораторных экспериментов, необходимыми условиями возникновения динамического обрушения является достижение критического значения перемещения относительно склона и определенной средней скорости крипа. Критическое смещение оказывается существенно больше, чем характерный размер, при котором происходит переход поверхности скольжения к остаточному сопротивлению сдвигу. Выявлено, что развитие неустойчивости тела оползня на заключительной стадии связано с эффектом снижения трения при росте скорости скольжения.
Склоновые явления, оползни, накопление деформации, ползучесть, сейсмические колебания, землетрясения, взрывы
DOI: 10.15372/FTPRPI20220201
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Фисенко Г. Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. — М.: Недра, 1965. — 378 с.
2. Мельников Н. Н., Козырев А. А., Лукичев С. В. Новая концепция разработки месторождений глубокими карьерами // Горн. журн. — 2009. — № 11. — С. 7 – 11.
3. Яковлев Д. В., Цирель С. В., Зуев Б. Ю., Павлович А. А. Влияние землетрясений на устойчивость бортов карьеров // ФТПРПИ. — 2012. — № 4. — С. 3 – 19.
4. Цирель С. В., Павлович А. А. Проблемы и пути развития методов геомеханического обоснования параметров бортов карьеров // Горн. журн. — 2017. — № 7. — С. 39 – 45.
5. Keefer D. K. Landslides caused by earthquakes, GSA Bulletin, 1984, Vol. 95, No. 4. — P. 406 – 421.
6. Newmark N. M. Effects of earthquakes on dams and embankments, Geotechnique, 1965, Vol. 15, No. 2. — P. 139 – 160.
7. Храмцов Б. А., Бакарас М. В., Кравченко А. С., Корнейчук М. А. Управление устойчивостью отвалов рыхлой вскрыши железорудных карьеров КМА // ГИАБ. — 2018. — № 2. — С. 66 – 72.
8. Scheidegger A. E. On the prediction of the reach and velocity of catastrophic landslides, J. Rock Mech., 1973, Vol. 5, No. 4. — P. 231 – 236.
9. Lucas A., Mangeney A., and Ampuero J. P. Frictional velocity-weakening in landslides on Earth and on other planetary bodies, Nature Communications, 2014, Vol. 5, No. 3417. — P. 1 – 9.
10. Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — М.: Геос, 2016. — 423 с.
11. Melosh H. J. and Ivanov B. A. Impact crater collapse, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1999, Vol. 27, No. 1. — P. 385 – 415.
12. Boyce J. M., Mouginis-Mark P., and Robinson M. The Tsiolkovskiy crater landslide, the moon: An LROC view, Icarus, 2020, Vol. 337, 113464.
13. Кочарян Г. Г., Кишкина С. Б., Шарафиев З. З. Лабораторное исследование устойчивости горных склонов при динамических воздействиях // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 95 – 109.
14. Садовский М. А., Мирзоев К. М., Негматуллаев С. Х., Саломов И. Г. Влияние механических микроколебаний на характер пластических деформаций материалов // Физика Земли. — 1981. — № 5. — С. 32 – 42.
15. Бобряков А. П., Косых П. В., Ревуженко А. Ф. Об эволюции напряженного состояния сыпучей среды при многократных динамических воздействиях // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2016. — Т. 3. — № 1. — С. 18 – 22.
16. Машинский Э. И. Проявления динамической микропластичности при распространении продольной волны в горной породе // ФТПРПИ. — 2014. — № 2. — С. 31 – 40.
17. Самарин Ю. П. Уравнения состояния материалов со сложными реологическими свойствами. — Куйбышев: КГУ, 1979. — 84 с.
18. Христофоров Б. Д. Исследование реологических характеристик твердых тел в широком диапазоне времен деформирования // Физ. мезомеханика. — 2010. — Т. 13. — № 3. — С. 111 – 115.
19. Ци Ч. Ч., Ван М., Цянь Ц., Чень Ц. Структурная иерархия и механические свойства горных пород. Ч. I. Структурная иерархия и вязкость // Физ. мезомеханика. — 2006. — Т. 9. — № 6. — С. 29 – 39.
20. Qi C., Haoxiang C., Bai J., Qi J., and Li K. Viscosity of rock mass at different structural levels, Acta Geotechnica, 2017, Vol. 12. — P. 305 – 320.
21. Месчян С. Р. Экспериментальная реология глинистых грунтов. — М.: Недра,1985. — 342 с.
22. Кочарян Г. Г., Костюченко В. Н., Павлов Д. В. Инициирование деформационных процессов в земной коре слабыми возмущениями // Физ. мезомеханика. — 2004. — Т. 7. — № 1. — С. 5 – 22.
23. Садовский М. А., Родионов В. Н., Сизов И. А. Критерии подобия и дезинтеграции медленно деформируемых твердых тел // ДАН. — 1995. — Т. 341. — № 5. — С. 686 – 688.
24. Работнов Ю. Н. Проблемы механики деформируемого твердого тела: избранные труды. — М.: Наука, 1991. — 196 с.
25. Качанов Л. М. Теория ползучести. — М.: Физматгиз, 1960. — 456 с.
26. Кочарян Г. Г. Возникновение и развитие процессов скольжения в зонах континентальных разломов под действием природных и техногенных факторов. Обзор современного состояния вопроса // Физика Земли. — 2021. — № 4. — С. 3 – 41.
УДК 624.131
СЛОЖНОЕ НАГРУЖЕНИЕ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ С НЕПРЕРЫВНЫМ ПОВОРОТОМ ОСЕЙ ДЕФОРМАЦИЙ
А. Ф. Ревуженко, В. П. Косых
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: revuzhenko@yandex.ru, v-kosykh@yandex.ru,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Для сыпучих и других подобных материалов без сцепления основные экспериментальные исследования проводятся на приборах, реализующих тот или иной тип сдвиговой деформации. Описан прибор, реализующий сложное нагружение с непрерывным поворотом осей тензора деформаций. Нагружение представляет собой суперпозицию плоскопараллельных течений Куэтта (простых сдвигов) между параллельными пластинами, вращающимися с постоянной угловой скоростью. Приведены экспериментальные данные по исследованию дилатансии и напряжений при деформировании в созданном приборе кварцевого песка. Установлено, что при циклическом деформировании величины дилатансии и напряжений стремятся к стационарным значениям. С увеличением сдвиговой деформации стационарные значения дилатансии увеличиваются. Напряжения в стационарной стадии деформирования периодически изменяются. Их средние значения слабо зависят от величины деформации в цикле, а амплитуда их колебаний возрастает.
Сдвиговая деформация, сложное нагружение, дилатансия, напряжения, неупругие среды, циклическое деформирование, однородное течение
DOI: 10.15372/FTPRPI20220202
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ильюшин А. А., Ленский В. С. Сопротивление материалов. — М.: Физматгиз, 1959. — 371 с.
2. Drescher A., Vardoulakis I., and Han C. A biaxial apparatus for testing soils, Geotech. Testing J., 1990, Vol. 13, No. 3. — P. 226 – 234.
3. ГОСТ 12248.4-2020. Грунты. Определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия.
4. ГОСТ 12248.1-2020. Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза.
5. Адушкин В. В., Орленко Т. А. Прочностные характеристики и разуплотнение песчаного грунта при сдвиге // Механика твердого тела. — 1971. — № 2. — С. 167 – 171.
6. Бишоп А. У. Параметры прочности при сдвиге ненарушенных и перемятых образцов грунта // Определяющие законы механики грунтов. — М.: Мир, 1975. — С. 7 – 75.
7. Бобряков А. П., Ревуженко А. Ф. Однородный сдвиг сыпучего материала. Дилатансия // ФТПРПИ. — 1982. — № 5. — С. 23 – 29.
8. Герасимова Т. И., Кондратьев В. Н., Кочарян Г. Г. Модельные исследования особенностей сдвигового деформирования трещин, содержащих заполнитель // ФТПРПИ. — 1995. — № 4. — С. 61 – 68.
9. Косых В. П., Ревуженко А. Ф. Прибор простого сдвига // ФТПРПИ. — 2021. — № 4. — С. 171 – 178.
10. Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов с комментариями к ГОСТ 12248-2010. — М.: ООО “Прондо”, 2014. — 812 с.
11. Бугров А. К., Нарбут Р. М., Сипидин В. П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. — Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987. — 184 с.
12. Болдырев Г. Г., Идрисов И. Х. Исследование анизотропного поведения грунтов в условиях сложного напряженного состояния. Состояние вопроса. Ч. 1. Влияние направления главного напряжения на прочность грунтов // Геотехника. — 2017. — № 5. — С. 4 – 19.
13. Wong R. S. K. and Arthur J. R. F. Induced and inherent anisotropy in sand, Geotechnique, 1985, Vol. 35, No. 4. — P. 471 – 481.
14. Yang L.-T., Li X., Yu H.-S., Wanatowski D. A laboratory study of anisotropic geomaterials incorporating recent micromechanical understanding, Acta Geotechnica, 2016, Vol. 11. — P. 1111 – 1129.
15. Huan Xiong, Lin Guo, Yuanqiang Cai, and Zhongxuan Yang. Experimental study of drained anisotropy of granular soils involving rotation of principal stress direction, European J. Env. Civil Eng., 2015.
16. Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды. — Новосибирск: ЗАО ИПП “Офсет”, 2003. — 373 с.
17. Пат. 4095461 США. Rheological test method and apparatus, кл. С 01 N3/24, 1978.
18. А. с. 1308879 СССР, МКИ G 01N 3/58. Устройство для испытаний сыпучих материалов / А. Ф. Ревуженко, А. П. Бобряков // Опубл. в БИ. — 1987. — № 17.
УДК 624.19:550.34.013
РЕАКЦИЯ НЕДРЕНИРОВАННЫХ ДВОЙНЫХ ТОННЕЛЕЙ НА СЕЙСМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
К. Оудфел, С. Мессаст, Х. Булфул
Университет 20-го Августа 1955 г.,
E-mail: k.ouadfel@univ-skikda.dz, s.messast@univ-skikda.dz, 21000, г. Скикда, Алжир
Университет Батна 2 (Мостефа Бен Буланд),
E-mail: kh.boulfoul@univ-batna2.dz, 05000, г. Батна, Алжир
Рассмотрен двойной тоннель, расположенный на автомагистрали “Восток – Запад” (Алжир), с целью изучения влияния порового давления воды на характер взаимодействия “грунт – сооружение” путем численного анализа в программном комплексе PLAXIS 3D. Сравнивались результаты, полученные с помощью модели деформирования грунта Кулона – Мора и модели упрочняющегося грунта для дренированного и недренированного состояний тоннелей. Показано, что при водонасыщении грунта вокруг тоннелей в них при сейсмическом воздействии возникают значительные изменения осевых внутренних сил и изгибающих моментов.
Взаимодействие “грунт – сооружение”, динамика, численное моделирование, двойной тоннель, глинистый грунт, дренированное и недренированное состояние грунта
DOI: 10.15372/FTPRPI20220203
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hashash Y. A., Hook J., Schmidt B., and Chiangyao J. Seismic design and analysis of underground structures, Tunn. Undergr. Space Technol., 2001, Vol. 16. — P. 247 – 293.
2. Power M., Rosidi D., Kaneshiro J., Gilstrap S., and Chiou S. J. Summary and evaluation of procedures for the seismic design of tunnels, Final Report for Task 112-d-5.3 (c). National Center for Earthquake Eng. Res., Buffalo, New York, 1998.
3. Owen G. N. and Sholl R. E. Earthquake engineering of large underground structures, Report No. FHWA/RD-80/195, Federal Highway Administration and National Science Foundation, 1981.
4. Kawasima K. Seismic design of underground structures in soft ground, a review. In: Geotechnical aspects of underground construction in soft ground, Rottendam, Balkema, 2000.
5. Penzien J. Seismically induced racking of tunnel linings, Earth. Eng. Struct Dyn., 2000, Vol. 29. — P. 683 – 691.
6. Wang J. N. Seismic design of tunnels: a simple state of the art design approach, Monograph 7, Parsons, Brinckerhoff, New York, 1993. — P. 147.
7. Lee I. M. and An D. J. Seismic analysis of tunnel structures, Kor. Tunn. Undergr. Space Assoct., 2001, Vol. 3, No. 4. — P. 3 – 15.
8. El Naggar H., Hinchberger S. D., and El Naggar M. H. Simplified analysis of seismic in-plane stresses in composite and jointed tunnel linings, Soil Dyn. Earth. Eng., 2008, Vol. 28, No. 12. — P. 1063 – 1077.
9. Amorosi A. and Boldini D. Numerical modelling of the transverse dynamic behavior of circular tunnels in clayey soil, Soil Dyn. Earth. Eng., 2009, Vol. 29, No. 6. — P. 1059 – 1072.
10. Barros F. C. P. and Luco J. E. Diffraction of obliquely incident waves by a cylindrical cavity embedded in a layered viscoelastic half space, Soil Dyn. Earth. Eng., 1993, Vol. 12, No. 3. — P. 159 – 171.
11. Jiang L., Chen J., and Li J. Dynamic response analysis of underground utility tunnel during the propagation of Rayleigh waves, Int. Conf. Pipeline Trenchless Technol. (ICPTT), Shanghai, China, 2009. — P. 1174 – 1183.
12. Smerzini C., Aviles J., Paolucci R., and Sanchez-Sesma F. J. Effect of underground cavities on surface earthquake ground motion under SH wave propagation, Earth. Eng. Struct. Dyn., 2009, Vol. 38, No.12. — P. 1441 – 1460.
13. Wang Z. Z., Gao B., Jiang Y. J., and Yuan S. Investigation and assessment on mountain tunnels and geotechnical damage after the Wenchuan earthquake, Technol. Sci., 2009, Vol. 52, No. 2. — P. 546 – 558.
14. Baziar M. H., Moghadam M. R., Kim D. S., and Choo Y. W. Effect of underground tunnel on the ground surface acceleration, Tunn. Underg. Space Technol., 2014, Vol. 44. — P. 10 – 22.
15. Soga K., Laver R. G., and Li Z. Long-term tunnel behaviour and ground movements after tunnelling in clayey soils, Underg. Space, 2017, Vol. 2. — P. 149 – 167.
16. Plaxis 3D. Reference Manual, Version 2013.
17. Bousbia N. and Messast S. Numerical modeling of two parallel tunnels interaction using three-dimensional finite elements method, Geom. Eng., 2015, Vol. 9, No. 6. — P. 775 – 791.
18. Katona M. C. and Zienkiewicz O. C. A unified set of single step algorithms. III. The beta-m method, a generalization of the Newmark scheme, Int. J. Numer. Methods Eng., 1985, Vol. 21, No. 7. — P. 1345 – 1359.
19. Peck R. B., Hendron A. J., and Mohraz B. State of the art of soft ground tunnelling, Int. Proc. North Am. Rapid Excavation Tunneling Conf., Chicago, 1972, Vol. 1. P. 259 – 286.
20. Lysmer J. and Kuhlemeyer R. L. Finite dynamic model for infinite media, J. Eng. Mec. Div. ASCE., 1969, Vol. 95. — P. 859 – 877.
21. Kausel E. and Tassoulas J. T. Transmitting boundaries: a closed-form comparison, Bull. Seismolog. Soc. Am., 1981, Vol. 71, No. 1. — P. 143 – 159.
22. Sedarat H., Kozak A., Hashash Y. M. A., Shamsabadi A., and Krimotat A. Contact interface in seismic analysis of circular tunnels, Tunn. Underg. Space. Technol., 2009, Vol. 24. — P. 482 – 490.
23. Kouretzis G. P., Sloan S. W., and Carter J. P. Effect of interface friction on tunnel liner internal forces due to seismic S- and P-wave propagation, Soil. Dyn. Earth. Eng., 2013, Vol. 46. — P. 41 – 51.
24. Sandovala E. and Bobetb A. Seismic response of underground structures under undrained loading with excess pore pressures accumulation, Tunn. Undergr. Space Technol., 2020, Vol. 99. — P. 1 – 11.
25. Penzien J. Seismically induced racking of tunnel linings, Earth. Eng. Struct Dyn., 2000, Vol. 29. — P. 683 – 691.
26. Kontoe S., Avgerinos V., and Potts D. M. Numerical validation of analytical solutions and their use for equivalent-linear seismic analysis of circular tunnels, Soil. Dyn. Earthq. Eng., 2014, Vol. 66. — P. 206 – 219.
27. Hashash Y. M. A., Park D., and Yao J. I. C. Ovaling deformations of circular tunnels under seismic loading, an update on seismic design and analysis of underground structures, Tunn. Undergr. Space Technol., 2005, Vol. 20, No. 5. — P. 435 – 441.
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УДК 622.234.573
УСТОЙЧИВОСТЬ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ ГИДРОРАЗРЫВА МЕЖДУ ДВУМЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ СКВАЖИНАМИ
А. В. Патутин, А. В. Азаров, Л. А. Рыбалкин, А. Н. Дробчик, С. В. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: patutin@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Приведены результаты численного моделирования распространения начальной трещины, созданной между двумя параллельными скважинами в изотропной среде в неоднородном поле напряжений. Исследованы траектории разрыва при различных отклонениях начальной трещины от направления осей скважин, расстояния между ними и поля сжимающих напряжений. Выполнено физическое моделирование гидроразрыва в крупноразмерных образцах.
Гидравлический разрыв, поле напряжений, трещина, параллельные скважины, математическое моделирование, физический эксперимент
DOI: 10.15372/FTPRPI20220204
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Rubtsova E. V. and Skulkin A. A. Hydraulic fracturing stress measurement in underground salt rock mines at Upper Kama Deposit, IOP Conf. Series: Earth and Environ. Sci., 2018, Vol. 134, 012049.
2. Yang D., Ning Z., Li Y., Lv Z., and Qiao Y. In situ stress measurement and analysis of the stress accumulation levels in coal mines in the northern Ordos Basin, China, Int. J. Coal Sci. Technol., 2021, Vol. 8. — P. 1336 – 1350.
3. Jeffrey R., Mills K., and Zhang X. Experience and results from using hydraulic fracturing in coal mining, Proc. 3rd Int. Workshop on Mine Hazards Prevention and Control, Brisbane, 2013. — P. 110 – 116.
4. Plaksin M. S. and Rodin R. I. Improvement of degasification efficiency by pulsed injection of water in coal seam, IOP Conf. Series: Earth and Environ. Sci., 2019, Vol. 377, 012052.
5. Guanhua N., Hongchao X., Zhao L., Lingxun Z., and Yunyun N. A new technique for preventing and controlling coal and gas outburst hazard with pulse hydraulic fracturing: A case study in Yuwu coal mine, China, Nat. Hazards, 2015, Vol. 75, No. 3. — P. 2931 – 2946.
6. Леконцев Ю. М., Сажин П. В. Проблемы управления труднообрушающимися кровлями при отработке пологих угольных пластов // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2019. — Т. 2. — № 4. — С. 162 – 169.
7. Yang J., Liu B., Bian W., Chen K., Wang H., and Cao C. Application cumulative tensile explosions for roof cutting in Chinese underground coal mines, Arch. Min. Sci., 2021, Vol. 66. — P. 421 – 435.
8. Shilova T., Patutin A., and Serdyukov S. Sealing quality increasing of coal seam gas drainage wells by barrier screening method, Int. Multidisciplinary Sci. GeoConference SGEM, 2013, Vol. 1. — P. 701 – 708.
9. Liu J., Liu C., and Yao Q. Mechanisms of crack initiation and propagation in dense linear multihole directional hydraulic fracturing. Shock Vib., 2019, Vol. 2019, 7953813.
10. Lu W., Wang Y., and Zhang X. Numerical simulation on the basic rules of multihole linear codirectional hydraulic fracturing. Geofluids, 2020, 6497368.
11. Lu W. and He C. Numerical simulation on the effect of pore pressure gradient on the rules of hydraulic fracture propagation, Energy Explor. Exploit., 2021, Vol. 39, No. 6. — P. 1878 – 1893.
12. Cheng Y., Lu Z., Du X., Zhang X., and Zeng M. A crack propagation control study of directional hydraulic fracturing based on hydraulic slotting and a nonuniform pore pressure field, Geofluids, 2020, 8814352.
13. Bai Q., Liu Z., Zhang C. and Wang F. Geometry nature of hydraulic fracture propagation from oriented perforations and implications for directional hydraulic fracturing, Comput. Geotech., 2020, Vol. 125, 103682.
14. Bai Q., Konietzky H., Zhang C., and Xia B. Directional hydraulic fracturing (DHF) using oriented perforations: The role of micro-crack heterogeneity, Comput. Geotech., 2021, Vol. 140, 104471.
15. Cheng Y., Lu Y., Ge Z., Cheng L., Zheng J., and Zhang W. Experimental study on crack propagation control and mechanism analysis of directional hydraulic fracturing, Fuel, 2018, Vol. 218. — P. 316 – 324.
16. Lu W. and He C. Numerical simulation of the fracture propagation of linear collaborative directional hydraulic fracturing controlled by pre-slotted guide and fracturing boreholes, Eng. Fract. Mech., 2020, Vol. 235, 107128.
17. Patutin A. V., Martynyuk P. A., and Serdyukov S. V. Numerical studies of coal bed fracturing for effective methane drainage, J. Siberian Federal University, Eng. and Technol., 2013, Vol. 6, No. 1. — P. 75 – 82.
18. Belytschko T., Chen H., Xu J., and Zi G. Dynamic crack propagation based on loss of hyperbolicity and a new discontinuous enrichment, Int. J. Numer. Meth. Eng., 2003, Vol. 58, No. 12. — P. 1873 – 1905.
19. Song J. H., Areias P. M. A., and Belytschko T. A method for dynamic crack and shear band propagation with phantom nodes, Int. J. Numer. Meth. Eng., 2006, Vol. 67, No. 6. — P. 868 – 893.
20. Азаров А. В., Курленя М. В., Сердюков С. В., Патутин А. В. Особенности развития трещины гидроразрыва вблизи свободной поверхности в изотропной пороупругой среде // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — C. 3 – 11.
21. Salimzadeh S. and Khalili N. A three-phase XFEM model for hydraulic fracturing with cohesive crack propagation, Comput. Geotech., 2015, Vol. 69. — P. 82 – 92.
22. Сердюков С. В., Рыбалкин Л. А., Дробчик А. В., Патутин А. В., Шилова Т. В. Лабораторный стенд для моделирования гидравлического разрыва массива трещиноватых пород // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — C. 193 – 201.
23. Патутин А. В., Рыбалкин Л. А., Дробчик А. Н. Разработка устройства для гидроразрыва крупноразмерных образцов в лабораторных условиях // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2021. — Т. 8. — № 1. — С. 309 – 314.
УДК 622.232:536.42
ВЛИЯНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДИСКОВОГО РЕЗЦА НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ФРАГМЕНТАЦИИ ПОРОДЫ НА МАКРО- И МЕЗОСКОПИЧЕСКОМ УРОВНЕ
Энтони Коджо Амоа, Кан-лэй Сун, Хай-цин Ян
Государственная главная лаборатория по контролю чрезвычайных ситуаций на угольных шахтах, Чунцинский университет,
E-mail: sklei@cqu.edu.cn, 400045, г. Чунцин, Китай
Национальная платформа разработки технологий и инноваций для автоматического мониторинга геологических угроз,
Чунцинский исследовательский центр автоматического мониторинга геологических угроз,
400042, г. Чунцин, Китай
Проведены лабораторные испытания дискового резца на образцах из аргиллита с целью исследования влияния термомеханического воздействия на фрагментацию породы. Установлено, что во время процесса резания в области разрушения породы из-за теплоты трения образуется большое количество микротрещин и пор. Выполнен анализ соотношений между удельной энергией и состоянием поверхности образцов из аргиллита на мезоскопическом уровне. Выявлено, что термомеханическое воздействие значительно повышает эффективность разрушения породы. Полученные результаты могут использоваться для увеличения ресурса резцов, сокращения проектных затрат и рисков, возникающих при прокладке тоннеля с помощью тоннелепроходческого комплекса.
Термомеханическое воздействие, распространение трещины, показатель пространственного углубления (FPI), удельная энергия, дисковый резец
DOI: 10.15372/FTPRPI20220205
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Koyama Y. Present status and technology of shield tunneling method in Japan, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 2003, Vol. 18, No. 2 – 3. — P. 145 – 159.
2. Yang H. Q., Li Z., Jie T. Q., and Zhang Z. Q. Effects of joints on the cutting behavior of disc cutter running on the jointed rock mass, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 2018, Vol. 81. — P. 112 – 120.
3. Liu B., Yang H., and Karekal S. Effect of water content on argillization of mudstone during the tunnelling process, Rock Mech. Rock Eng., 2020, Vol. 53, No. 2. — P. 799 – 813.
4. Hudson J. A., Stephansson O., and Andersson J. Guidance on numerical modelling of thermo-hydro-mechanical coupled processes for performance assessment of radioactive waste repositories, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2005, Vol. 42, No. 5 – 6 SPEC. ISS. — P. 850 – 870.
5. Delisio A., Zhao J., and Einstein H. H. Analysis and prediction of TBM performance in blocky rock conditions at the Lotschberg base tunnel, Tunn Undergr Sp Technol., 2013, Vol. 33. — P. 131 – 142.
6. Liu B., Yang H., and Karekal S. Reliability analysis of TBM disc cutters under different conditions, Undergr. Sp., 2020.
7. Nelson P. P. TBM performance analysis with reference to rock properties, Compr. Rock Eng., 1993, Vol. 4. — P. 261 – 291.
8. Wang R., Hu Z., Zhang D., and Wang Q. Propagation of the stress wave through the filled joint with linear viscoelastic deformation behavior using time-domain recursive method, Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50, No. 12. — P. 3197 – 3207.
9. Yang H., Liu J., and Liu B. Investigation on the cracking character of jointed rock mass beneath TBM disc cutter, Rock. Mech. Rock Eng., 2018, Vol. 51, No. 4. — P. 1263 – 1277.
10. Zhao J. and Gong Q. M. Rock mechanics and excavation by tunnel boring machine — issues and challenges, 2006. — P. 83 – 96.
11. Gong Q. M. and Zhao J. Influence of rock brittleness on TBM penetration rate in Singapore granite, Tunn Undergr. Sp. Technol., 2007, Vol. 22, No. 3. — P. 317 – 324.
12. Howarth D. F., Adamson W. R., and Berndt J. R. Correlation of model tunnel boring and drilling machine performances with rock properties, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 1986, Vol. 23, No. 2. — P. 171 – 175.
13. Roxborough F. F. and Phillips H. R. Rock excavation by disc cutter, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1975, Vol. 12, No. 12. — P. 361 – 366.
14. Torabi S. R., Shirazi H., Hajali H., and Monjezi M. Study of the influence of geotechnical parameters on the TBM performance in Tehran-Shomal highway project using ANN and SPSS, Arab J. Geosci., 2013, Vol. 6, No. 4. — P. 1215 – 1227.
15. Yagiz S. Utilizing rock mass properties for predicting TBM performance in hard rock condition, Tunn Undergr Sp. Technol., 2008, Vol. 23, No. 3. — P. 326 – 339.
16. Gong Q. M. and Zhao J. Development of a rock mass characteristics model for TBM penetration rate prediction, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 2009, Vol. 46, No. 1. — P. 8 – 18.
17. Howarth D. F. The effect of jointed and fissured rock on the performance of tunnel boring machines. ISRM Int. Symp. IS 1981, 1981. — P. 1069 – 1074.
18. Bruland A. Hard rock tunnel boring, Vol. 8, Drillability — test methods, 2000.
19. Ates U., Bilgin N., and Copur H. Estimating torque, thrust and other design parameters of different type TBMs with some criticism to TBMs used in Turkish tunneling projects, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 2014,Vol. 40. — P. 46 – 63.
20. Frough O., Torabi S. R., and Tajik M. Evaluation of TBM utilization using rock mass rating system: a case study of Karaj-Tehran water conveyance tunnel (Lots 1 and 2), J. Min. Environ., 2012, Vol. 3, No. 2. — P. 89 – 98.
21. Tuncdemir H., Bilgin N., Copur H., and Balci C. Control of rock cutting efficiency by muck size, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 2008, Vol. 45, No. 2. — P. 278 – 288.
22. Zhou J., Qiu Y., Zhu S., Armaghani D. J., Khandelwal M., and Mohamad E. T. Estimation of the TBM advance rate under hard rock conditions using XGBoost and Bayesian optimization, Undergr. Sp., 2020.
23. Song L., Guo W., and Zhu D. Heat conduction model of TBM Disc cutter cutting temperature and its solution, 2015, IFToMM World Congr. Proceedings, IFToMM 2015.
24. Zhang Z. X., Kou S. Q., and Lindqvist P. A. In-situ measurements of TBM cutter temperature in Aspo hard rock laboratory, Sweden, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 2001, Vol. 38, No. 4. — P. 585 – 590.
25. Tan Q., Zhang G. ju, Xia Y. min, and Li J. fang. Differentiation and analysis on rock breaking characteristics of TBM disc cutter at different rock temperatures, J. Cent South Univ., 2015, Vol. 22, No. 12. — P. 4807 – 4818.
26. Rostami J. Development of a force estimation model for rock fragmentation with disc cutters through theoretical modeling and physical measurement, Colorado School of Mines, 1997.
27. Macias F. J., Dahl F., and Bruland A. New Rock abrasivity test method for tool life assessments on hard rock tunnel boring: the rolling indentation abrasion test (RIAT), Rock Mech. Rock. Eng., 2016, Vol. 49, No. 5. — P. 1679 – 1693.
28. Eppes M. C. and Griffing D. Granular disintegration of marble in nature: A thermal-mechanical origin for a grus and corestone landscape, Geomorphology., 2010, Vol. 117, No. 1 – 2. — P. 170 – 180.
29. Zhang X., Xia Y., Zhang Y., Tan Q., Zhu Z., and Lin L. Experimental study on wear behaviors of TBM disc cutter ring under drying, water and seawater conditions, Wear., 2017, Vol. 392 – 393. — P. 109 – 117.
30. Gong Q. M., Zhao J., and Jiang Y. S. In situ TBM penetration tests and rock mass boreability analysis in hard rock tunnels, Tunn Undergr. Sp. Technol., 2007, Vol. 22, No. 3. — P. 303 – 316.
31. Hassanpour J., Rostami J., Khamehchiyan M., and Bruland A. Developing new equations for TBM performance prediction in carbonate-argillaceous rocks: A case history of Nowsood water conveyance tunnel, Geomech. Geoengin., 2009, Vol. 4, No. 4. — P. 287 – 297.
32. Hassanpour J., Rostami J., Khamehchiyan M., Bruland A., and Tavakoli H. R. TBM performance analysis in pyroclastic rocks: A case history of Karaj water conveyance tunnel, Rock. Mech. Rock. Eng., 2010, Vol. 43, No. 4. — P. 427 – 445.
33. Hassanpour J., Rostami J., and Zhao J. A new hard rock TBM performance prediction model for project planning, Tunn. Undergr. Sp. Technol., 2011, Vol. 26, No. 5. — P. 595 – 603.
34. Xue Y. dong, Zhao F., Zhao H. xiang, Li X., and Diao Z. xing. A new method for selecting hard rock TBM tunnelling parameters using optimum energy: A case study, Tunn Undergr Sp Technol., 2018, Vol. 78. — P. 64 – 75.
35. Yang H., Liu B., and Karekal S. Experimental investigation on infrared radiation features of fracturing process in jointed rock under concentrated load, Int. J. Rock. Mech. Min. Sci., 2021, Vol. 139. — P. 104619.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.271.3.45
ОСОБЕННОСТИ ВНУТРЕННЕГО ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В. И. Ческидов, А. В. Резник
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: cheskid@misd.nsc.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Выполнен анализ области применения внутреннего отвалообразования вскрышных пород при открытой добыче минерального сырья. Выделены особенности формирования внутренних породных отвалов на пологопадающих и крутопадающих месторождениях. Приведена классификация внутренних отвалов вскрышных пород. Отмечены возможные пути и способы увеличения объемов складирования вскрышных пород во внутренних отвалах на основе рационального использования техногенного ресурса выработанных карьерных пространств. Рассматриваются проблемы экологической безопасности процессов отвалообразования.
Месторождение, полезные ископаемые, открытая разработка, внутреннее отвалообразование, вскрышные породы, выработанное пространство, экологическая безопасность
DOI: 10.15372/FTPRPI20220206
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дергачев А. Л., Старостин В. И. Тенденции развития минерально-сырьевого комплекса на рубеже веков // Вестн. МГУ. — 2018. — Сер. 4. Геология. — № 1. — С. 4 – 9.
2. Fortier S. M., Thomas C. L., McCullough E. A. et al. Global trends in mineral commodities for advanced technologies, Natural Resources Research, 2018, Vol. 27. — P. 191 – 200.
3. Росстат РФ. Основные показатели охраны окружающей среды // Стат. бюл. — 2021. — 109 с.
4. Жариков В. П., Ермошкин В. В., Клейменов Р. Г. Рациональное землепользование при формировании отвалов и гидроотвалов на разрезах Кузбасса // Вестн. КузГТУ. — 2011. — № 1. — С. 34 – 36.
5. Курленя М. В., Медведев М. Л., Колдырев Ю. И. Технология разработки нижней части карьерного поля с внутренним отвалообразованием на крутопадающих месторождениях // ГИАБ. — 2008. — № 9. — С. 214 – 228.
6. Дмитриенко А. И. Перспективы внедрения внутреннего отвалообразования на карьере № 1 открытого акционерного общества “Центральный горно-обогатительный комбинат” // Экология и природопользование. — 2003. — № 6.
7. Курехин Е. В. Технологические схемы отвалообразования вскрышных пород в карьерной выемке смежного участка // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. — 2017. — Т. 328. — № 5. — С. 67 – 82.
8. Габитов Р. М., Гавришев С. Е., Бондарева А. Р., Кузнецова Т. С., Литвинов А. М. Влияние горнотехнических условий разработки крутопадающих месторождений на формирование внутренних отвалов при доработке и реконструкции карьеров // Вестн. МГТУ им. Г. И. Носова. — 2009. — № 1. — С. 1 – 6.
9. Зайцева А. А., Зайцев Г. Д. Анализ влияния горно-геологических условий и технологических параметров на вместимость внутренних отвалов на пологих месторождениях // ФТПРПИ. — 2009. — № 4. — С. 86 – 96.
10. Ческидов В. И., Норри В. К., Саканцев Г. Г. Расширение области применения систем открытой разработки угольных месторождений с перевалкой вскрыши драглайнами // ФТПРПИ. — 2014. — № 4. — С. 89 – 96.
11. Резник А. В. О рациональном использовании карьерных вод при освоении обводненных буроугольных месторождений Канско-Ачинского бассейна // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2020. — № 1. — Т. 7 — С. 28 – 34.
12. Ческидов В. И., Гаврилов В. Л., Резник А. В., Бобыльский А. С. Условия и технологии отработки Бакчарского железорудного месторождения // ФТПРПИ. — 2021. — № 5. — С. 94 – 105.
УДК 624.19
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЗАБОЯ В ПЛОТНЫХ ГЛИНАХ
М. О. Лебедев, М. А. Карасев, Н. А. Беляков, Л. А. Басова
Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт “Ленметрогипротранс”,
E-mail: MLebedev@lmgt.ru, ул. Большая Московская, д. 2, 191002, г. Санкт-Петербург, Россия
Санкт-Петербургский горный университет,
E-mail: Karasev_MA@pers.spmi.ru, Belyakov_NA@pers.spmi.ru, s205051@stud.spmi.ru,
Васильевский остров, 21 линия, д. 2, 199106, г. Санкт-Петербург, Россия
Рассматриваются возможности снижения деформаций породного массива в окрестности подземных сооружений за счет внедрения опережающего крепления забоя тоннелей, сложенных аргиллитоподобными глинистыми породами. Для оценки эффективности упрочнения пород выполнен ряд расчетов в пространственной постановке. Обсуждается влияние следующих параметров на развитие деформаций породного массива впереди забоя: длина анкеров, жесткость системы анкерного крепления, схема расположения анкеров. В качестве дополнительного фактора отмечено воздействие механических характеристик аргиллитоподобных глинистых пород. По результатам исследований установлено, что наибольшее влияние на развитие деформаций породного массива оказывают схема крепления анкеров и общая жесткость системы. Определены эффективные параметры опережающего анкерного крепления.
Тоннели, деформации породы, опережающее крепление забоя, стеклопластиковые анкеры, численное моделирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20220207
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новоженин С. Ю. Оценка напряженно-деформированного состояния массива горных пород при строительстве эскалаторного тоннеля станции метро “Адмиралтейская” Санкт-Петербургского метрополитена // Зап. горн. ин-та. — 2012. — Т. 196. — С. 84 – 88.
2. Господариков А. П., Максименко М. В. Об одном подходе к исследованию напряженно-деформированного состояния массива горных пород с учетом нелинейного характера процесса их деформирования // Зап. горн. ин-та. — 2013. — Т. 205. — С. 60 – 63.
3. Деменков П. А., Голдобина Л. А., Трушко О. В. Метод прогноза деформации земной поверхности при устройстве котлованов в условиях плотной городской застройки с применением способа “стена в грунте” // Зап. горн. ин-та. — 2018. — Т. 233. — С. 480 – 486.
4. Spackova O. Risk management of tunnel construction projects, Doctorial Thesis, Czech technical University in Prague, 2012. — 180 p.
5. Catalogue of Notable Tunnel Failures — Case Histories (up to April 2015).
6. HSE (Health & Safety Executive). The risk to third parties from bored tunnelling in soft ground — research report 453. Health & Safety Executive, HSE Books, Sudbury, Suffolk, GB, 2006.
7. Ocak I. Control of surface settlements with umbrella arch method in second stage excavations of Istanbul Metro. Tunn. Undergr. Space Technol., 2008, Vol. 23. — P. 674 – 681.
8. Wang Z., Wang L. Z., Wan J. C., and Li L. L. Case study on the rehabilitation of a damaged underwater tunnel in the construction phase, J. of Performance of Constructed Facilities, 2014.
9. Hisatake M. and Ohno S. Effects of pipe roof supports and the excavation method on the displacements above a tunnel face, Tunn. Undergr. Space Technol., 2008, Vol. 23. — P. 120 – 127.
10. Juneja, A., Hegde, A., Lee, F. H., and Yeo C. H. Centrifuge modelling of tunnel face reinforcement using forepoling, Tunn. Undergr. Space Technol. 2010, Vol. 25. — P. 377 – 381.
11. Wong K. S., Ng C. W. W., Chen Y. M., and Bian X. C. Centrifuge and numerical investigation of passive failure of tunnel face in sand, Tunn. Undergr. Space Technol., 2012, Vol. 28. — P. 297 – 303.
12. Aksoy C. O. and Onargan T. The role of umbrella arch and face bolt as deformation preventing support system in preventing building damages, Tunn. Undergr. Space Technol., 2010, Vol. 25. — P. 553 – 559.
13. Zhang Z. Q., Li H. Y., Liu H. Y., Li G. J., and Shi X. Q. Load transferring mechanism of pipe umbrella support in shallow-buried tunnels, Tunn. Undergr. Space Technol., 2014, Vol. 43. — P. 213 – 221.
14. Kamata H. and Mashimo H. Centrifuge model test of tunnel face reinforcement by bolting, Tunn. Undergr. Space Technol., 2003, Vol. 18. — P. 205 – 212.
15. Jahangir E. and Monnet A. Preliminary 3D modelling of structural behaviour of face bolting and umbrella arch in tunneling, Technical Report January, 2014.
16. Lunardie P. Design and construction of tunnels. Analysis of controlled deformation in rocks and soils (ADECO-RS), Springer, 2008. — 577 p.
17. Yoo C. and Shin H. K. Deformation behaviour of tunnel face reinforced with longitudinal pipes —laboratory and numerical investigation, Tunn. Undergr. Space Technol., 2003, Vol. 18. — P. 303 – 319.
18. Li B., Hong Y., Gao B., Qi T. Y., and Zhou J. M. Numerical parametric study on stability and deformation of tunnel face reinforced with face bolts, Tunn. Undergr. Space Technol., 2015, Vol. 47. — P. 73 – 80.
19. Ng C. W. W. and Lee G. T. K. A three-dimensional parametric study of the use of soil nails for stabilising tunnel faces, Comput. Geotech., 2002, Vol. 29. — P. 673 – 697.
20. Лебедев М. О. Карасев М. А., Беляков Н. А. Влияние крепления лба забоя тоннеля на развитие геомеханических процессов в породном массиве // Известия вузов. Горн. журнал. — 2016. — № 3. — С. 24 – 32.
21. Calvello M. and Taylor R. N. Centrifuge modelling of a spile-reinforced tunnel heading, Proc. Geotechnical Aspect Underground Construction Soft Ground, 1999. — P. 313 – 318.
22. Li X. Z. Field and numerical investigation of open-face tunnelling in soft rock reinforced by face bolting, Ph. D. thesis, Chang’an University, China, 2007.
23. Karasev M. A., Protosenya A. G., and Petrov D. N. Investigating mechanical properties of argillaceous grounds in order to improve safety of development of megapolis underground space, Int. J. Appl. Eng. Res., 2016, Vol. 11. — P. 8849 – 8956.
24. Безродный К. П., Салан А. И., Маслак В. А., Марков В. А., Лебедев М. О. Практика внедрения безосадочных технологий при строительстве Санкт-Петербургского метрополитена // Зап. горн. ин-та. — 2012. — Т. 199. — С. 190 – 195.
25. Карасев М. А., Беляков Н. А. Прогноз деформаций земной поверхности при строительстве станций метрополитенов в твердых глинах // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. — 2016. — № 1. — С. 139 – 155.
РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА
УДК 622.45
К ВОПРОСУ О РАСЧЕТЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ В СИСТЕМАХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
М. А. Семин, А. Г. Исаевич, Н. А. Трушкова, С. А. Бублик, Б. П. Казаков
Горный институт УрО РАН,
Е-mail: seminma@inbox.ru, aero_alex@mail.ru, ул. Сибирская, 78а, 614007, г. Пермь, Россия
Выполнен анализ литературы по расчету переноса вредных примесей газа или пыли в системах горных выработок. Показано, что наряду с конвективным переносом примесей при расчете важно учитывать продольную дисперсию, а молекулярной и турбулентной диффузией примесей можно пренебречь при рассмотрении прямых участков горных выработок. Однако при вихревом перемешивании воздуха в застойных зонах около сопряжений горных выработок турбулентная диффузия может оказаться сопоставима с продольной дисперсией. Предложена формула для расчета эффективного коэффициента продольной дисперсии с учетом влияния скоростей воздушного потока в соседних горных выработках. Разработан численный алгоритм расчета нестационарного распределения примесей в сети горных выработок, основанный на методе расщепления по физическим процессам.
Рудничная вентиляция, моделирование, вредные примеси, диффузия газов, коэффициент продольной дисперсии
DOI: 10.15372/FTPRPI20220208
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мальцев С. В., Казаков Б. П., Семин М. А. Разработка способов повышения эффективности проветривания рудников со сложными системами вентиляции // Изв. ТГУ. Науки о земле. — 2019. — № 4. — С. 283 – 291.
2. Кобылкин С. С., Кобылкин А. С. Трехмерное моделирование при проведении инженерных расчетов по тактике горноспасательных работ // Горн. журн. — 2018. — № 5. — С. 82 – 85.
3. Кобылкин С. С. Методологические основы системного проектирования вентиляции шахт: дис. … д-ра техн. наук. — М.: НИТУ “МИСиС”, 2018. — 322 с.
4. Красноштейн А. Е., Файнбург Г. З. Диффузионно-сетевые методы расчета проветривания шахт и рудников. — Свердловск: УрО РАН, 1992 — 242 с.
5. Венгеров И. Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Т. 1. Анализ парадигмы. — Донецк: Норд-пресс, 2008. — 632 с.
6. Vardy A. E. and Brown J. M. B. Transient turbulent friction in smooth pipe flows, J. Sound Vibration, 2003, Vol. 259, No. 5. — P. 1011 – 1036.
7. Laigna K. Y. and Potter E. A. Methods for determining the coefficients of turbulent diffusion in mine ventilation streams, Sov. Min., 1983, Vol. 19, No. 3. — P. 230 – 235.
8. Taylor G. I. The dispersion of matter in turbulent flow through a pipe, Proc. of the Royal Society of London, Series A, Mathem. Phys. Sci., 1954, Vol. 223, No. 1155. — P. 446 – 468.
9. Гарбарук А. В., Лапин Ю. В., Стрелец М. Х. Простая алгебраическая модель турбулентности для расчета турбулентного пограничного слоя с положительным градиентом давления // Теплофизика высоких температур. — 1999. — Т. 37. — № 1. — С. 87 – 91.
10. Arpa G., Sasaki K., and Sugai Y. Narrow vein shrinkage stope ventilation measurement using tracer gas and numerical simulation, 12th US/North American Mine Ventilation Symp., Reno, 2008. — P. 261 – 266.
11. Widiatmojo A., Sasaki K., Widodo N. P., Sugai Y., Sinaga J., and Yusuf H. Numerical simulation to evaluate gas diffusion of turbulent flow in mine ventilation system, Int. J. Min. Sci. Technol., 2013, Vol. 23, No. 3. — P. 349 – 355.
12. Wallace K., Prosser B., and Stinnette J. D. The practice of mine ventilation engineering, Int. J. Min. Sci. Technol., 2015, Vol. 25, No. 2. — P. 165 – 169.
13. Kai W., Aitao Z., and Shan L. Computer simulation of dynamic influence of outburst gas flow on mine ventilation network, Disaster Advances, 2013, Vol. 19. — P. 31 – 38.
14. Dziurzynski W. and Krawczyk J. Unsteady flow of gases in a mine ventilation network-a numerical simulation, Archives Min. Sci., 2001, Vol. 46, No. 2. — P. 119 – 137.
15. Zhou A. and Wang K. A transient model for airflow stabilization induced by gas accumulations in a mine ventilation network, J. Loss Prevention Process Industries, 2017, Vol. 47. — P. 104 – 109.
16. Hart J., Guymer I., Jones A., and Stovin V. Longitudinal dispersion coefficients within turbulent and transitional pipe flow, Experimental and Computational Solutions of Hydraulic Problems, Springer, Berlin, Heidelberg, 2013. — P. 133 – 145.
17. Zhou A. and Wang K. Role of gas ventilation pressure on the stability of airway airflow in underground ventilation, J. Min. Sci., 2018, Vol. 54, No. 1. — P. 111 – 119.
18. Красноштейн А. Е., Казаков Б. П., Шалимов А. В. Моделирование нестационарных процессов распространения газовых примесей по выработкам в условиях рециркуляционного проветривания // ФТПРПИ. — 2006. — № 1. — С. 95 – 101.
19. Св-во о гос. регистрации № 2015610589. Аналитический комплекс “АэроСеть”: программа для ЭВМ / А. В. Зайцев, Б. П. Казаков, А. В. Кашников, Д. С. Кормщиков, Ю. В. Круглов, Л. Ю. Левин, П. С. Мальков, А. В. Шалимов. Заявитель и правообладатель ГИ УрО РАН № 2014613790; заявл. 24.04.2014 г.; зарегистрировано 14.01.2015 г. // Опубл. в БИ. — 2015.
20. Семин М. А., Исаевич А. Г., Жихарев С. Я. Исследование оседания пыли калийной соли в горной выработке // ФТПРПИ. — 2021. — № 2. — С. 178 – 191.
21. Шалимов А. В. Теоретические основы прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания рудников: дис. … д-ра техн. наук. — Пермь, 2012. — 329 с.
22. Zhou A., Wang K., Wu L., and Xiao Y. Influence of gas ventilation pressure on the stability of airways airflow, Int. J. Min. Sci. Technol., 2018, Vol. 28, No. 2. — P. 297 – 301.
23. Воеводин А. Ф., Гончарова О. Н. Метод расщепления по физическим процессам для расчета задач конвекции // Мат. моделирование. — 2001. — Т. 13. — № 5. — С. 90 – 96.
24. Witek M. L., Teixeira J., and Flatau P. J. On stable and explicit numerical methods for the advection-diffusion equation, Mathem. Comp. Simulation, 2008, Vol. 79, No. 3. — P. 561 – 570.
25. Самарский А. А., Гулин А. В. Устойчивость разностных схем. — М.: УРСС, 2005. — 383 с.
26. Левин Л. Ю., Семин М. А. Оценка влияния местных сопротивлений на воздухораспределение в шахтах и рудниках // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С. 120 – 130.
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.7
АНАЛИЗ ГИДРОФОБНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В СИСТЕМЕ “АЛМАЗ – ОРГАНИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ – НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ЛЮМИНОФОР” ПРИ МОДИФИЦИРОВАНИИ СПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АЛМАЗОВ
В. В. Морозов, В. А. Чантурия, Г. П. Двойченкова, Е. Л. Чантурия
Институт проблем комплексного освоения недр им. акад. Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: dvoigp@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований композиций люминофоров для модифицирования спектральных характеристик и извлечения аномально люминесцирующих алмазов. Показано, что закрепление люминофорсодержащей композиции на поверхности кристалла алмаза происходит за счет формирования устойчивых агрегатов алмаза, органической жидкости и неорганического люминофора, протекающей по механизму гидрофобного взаимодействия в полярной среде. Устойчивость таких агрегатов обеспечивается интенсивным адгезионным взаимодействием компонентов, обладающих близкой поверхностной энергией. Для алмаза и сульфида цинка выявлен экстремальный характер зависимости краевого угла смачивания каплями органической жидкости в водной среде от поверхностного натяжения органической фазы. По координате максимума зависимости краевого угла смачивания от поверхностной энергии органической жидкости определена поверхностная энергия алмаза и сульфида цинка. Установлено, что используемые в качестве органического коллектора органические жидкости и нефтепродукты с энергиями поверхности, близкими к поверхностной энергии люминофора, обеспечивают максимальное увеличение силы гидрофобных взаимодействий и устойчивость комплекса “алмаз – органическая жидкость – неорганический люминофор”.
Алмазы, рентгенолюминесцентная сепарация, люминофоры, композиция, органический коллектор, гидрофобные взаимодействия, спектрально-кинетические характеристики, модифицирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20220209
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Морозов В. В., Яковлев В. Н., Ковальчук О. Е., Подкаменный Ю. А. Экспериментальное обоснование состава люминофорсодержащих композиций для извлечения не люминесцирующих алмазов // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — С. 128 – 136.
2. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Морозов В. В., Ковальчук О. Е., Подкаменный Ю. А., Яковлев В. Н. Исследование механизма и выбор режимов селективного закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах // ФТПРПИ. — 2020. — № 4. — С. 104 – 113.
3. Tanford C. The hydrophobic effect, N. Y., Wiley, 1980. — 200 р.
4. Tsao Y., Yang S. X., and Evans D. F. Interaction between hydrophobic surfaces. Dependence on temperature and alkyl chain length, Langmuir, 1991, Vol. 7, No. 12. — P. 3154 – 3159.
5. Пчелин В. А. Гидрофобные взаимодействия в дисперсных системах. — М.: Знание, 1976. — 64 с.
6. Griffith J. H. and Scheraga H. A. Statistical thermodynamics of aqueous solutions. I. Water structure, solutions with non-polar solutes, and hydrophobic interactions, J. Molecular Structure: Theochem, 2004, Vol. 682. — Р. 97 – 113.
7. Дерябин В. А., Фарафонтова Е. П. Физическая химия дисперсных систем: учеб. пособие под ред. Е. А. Кулешова. — М.: Юрайт, 2018. — 86 с.
8. Гуревич И. Л. Общие свойства и первичные методы переработки нефти и газа. Ч. 1. — М.: Химия, 1972. — 359 с.
9. Галламова А. Е. Зависимость поверхностного натяжения от температуры на различных границах раздела фаз // Вест. науки. — 2010. — № 5. — С. 174 – 180.
10. Новый справочник химика и технолога: общие сведения. Строение вещества. Физические свойства важнейших веществ. Ароматические соединения. Химия фотографических процессов. Номенклатура органических соединений. Техника лабораторных работ. Основы технологии. Интеллектуальная собственность / Е. Е. Бибик, Л. М. Быкова, В. Г. Вавилов и др. — СПб.: Профессионал, 2006. —1463 с.
11. Amr Gazem, Rabeeh M. D., Shahbaz M. D., Muath Laheb, Srikanth Kumar, and Dr. A. Rajesh Kanna. Surface and interfacial tension for various liquids, Int. Refereed J. Eng. Sci. (IRJES), 2018, Vol. 7, Issue 1. — P. 64 – 66.
12. Lange's handbook of chemistry, 17th ed. by James Speight, McGraw-Hill Education, 2016. — 1104 р.
13. Мелик-Гайказян В. И., Емельянова В. М., Моисеев А. А., Емельянов В. В., Емельянова Н. П., Юшина Т. И., Кулешова М. А. О капиллярном механизме действия реагентов при пенной флотации, развитии методов его исследования и подбора реагентов // ГИАБ. — 2008. — № 9. — С. 228 – 235.
14. Виноградова Г. Н., Захаров В. В. Основы микроскопии. Ч. 2. — СПб.: Университет ИТМО, 2020. — 248 с.
15. Киселев М. Г., Савич В. В., Павич Т. П. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях // Наука и техника. — 2006. — № 1. — С. 38 – 41.
16. Demchenko A. P. Introduction to fluorescence sensing. Volume 1: Materials and devices, N. Y., Springer, 2020. — 673 p.
17. Сепаратор “Полюс-М”. Паспорт и инструкция по эксплуатации. — СПб.: АО “Буревестник”, 2018. — 134 с.
18. Сумм Б. Д. Основы коллоидной химии. — М.: Академия, 2009. — 239 с.
19. Oстровская Л. Ю., Пашинин А. С., Ральченко В. Г., Бойнович Л. Б., Ашкинази Е. Е., Большаков А. П. Смачивание низкоиндексных граней алмаза: динамические измерения // Журн. физ. химии. — 2014. — Т. 88. — № 5. — С. 822 – 829.
20. Ostrovskaya L. Yu., Ral’chenko V. G., Vlasov I. I., Khomich A. A., and Bol’shakov A. P. Hydrophobic diamond films, Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2013, Vol. 49. — Р. 325 – 331.
21. Ostrovskaya L. Yu., Dementiev A. P., Kulakova I. I., and Ralchenko V. G. Chemical state and wettability of ion-irradiated diamond surfaces, Diamond Related Materials, 2005, Vol. 14. — P. 486 – 490.
22. Hansen J. O., Copperthwaite R. G., Derry T. E., and Pratt J. M. A tensiometric study of diamond (111) and (110) faces, J. Colloid Interface Sci., 1989, Vol. 130, No. 2. — P. 347 – 358.
23. Jung M. Critical surface tension of sulfide minerals, Materials Sci. J. Korean Society Mineral Energy Res. Eng., 2019, Vol. 56, No. 6. — Р. 605 – 612.
24. Ozcan O. Classification of minerals according to their critical surface-tension of wetting values, Int. J. Miner. Proc., 1992, Vol. 34, No. 3. — P. 191 – 204.
25. Колмачихина Э. Б., Луговицкая Т. Н., Наумов К. Д. Статические краевые углы смачивания воды и серы на поверхности сульфида цинка, модифицированной анионактивными поверхностно-активными веществами и их композициями // Цв. металлы. — 2021. — № 4. — С. 29 – 34.
26. Со Ту. Повышение эффективности флотации сфалерита из медно-цинковых руд тиольными собирателями на основе анализа кинетики и фракционной селективности минерализации воздушно-дисперсной фазы: дис. … канд. техн. наук, 2016. — 111 с.
27. Морозов В. В., Пестряк И. В., Эрдэнэзуул Ж. Влияние концентрации неионогенного собирателя — аллилового эфира амилксантогеновой кислоты на флотацию медно-молибденовых руд // Цв. металлы. — 2018. — № 11. — С. 14 – 20.
28. Zisman W. A. Relation of the equilibrium contact angle to liquid and solid constitution, Advances in Chemistry, 1964, Vol. 43. — P. 1 – 51.
УДК 622.765.4
СОБИРАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ОСАДКОВ КСАНТОГЕНАТОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Т. Г. Гаврилова, С. А. Кондратьев
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: kondr@misd.ru, Красный проспект, 54, 630090, г. Новосибирск, Россия
Дан критический анализ существующих механизмов активации флотации цинка: ионообменного и электрохимического. Предложен новый механизм активации флотации сфалерита ионами тяжелых металлов. Показано, что активация флотации может осуществляться на основе работы физически сорбированных форм собирателя в элементарном акте флотации. Раскрыты причины флотируемости активированного ионами свинца сфалерита в щелочной области рН. Выявлены особенности цинка как металла-активатора, заключающиеся в высокой растворимости соединений цинка с ксантогенатом. Установлены условия повышения флотируемости сфалерита при активации его ионами цинка.
Флотация, активация флотации, ионы тяжелых металлов, механизм работы физически сорбированного собирателя
DOI: 10.15372/FTPRPI20220210
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Houot R. and Raveneau P. Activation of sphalerite flotation in the presence of lead ions, Int. J. Miner. Process., 1992, Vol. 35. — P. 253 – 271.
2. Basilio C. I., Kartio I. J., and Yoon R.-H. Lead activation of sphalerite during galena flotation, Miner. Eng., 1996, Vol. 9, No. 8. — P. 869 – 879.
3. Каковский И. А. Изучение физико-химических свойств некоторых органических флотационных реагентов и их солей с ионами тяжелых цветных металлов // Тр. ИГД АН СССР. Т. III. — М., 1956. — С. 255 – 289.
4. Rashchi F., Sui C., and Finch J. A. Sphalerite activation and surface Pb ion concentration, Int. J. Miner. Process., 2002, Vol. 67. — P. 43 – 58.
5. Liu J., Ejtemaei M., Nguyen A.V., Wen S., and Zeng Y. Surface chemistry of Pb-activated sphalerite, Miner. Eng., 2020, Vol. 145. — 106058.
6. Плаксин И. Н., Шафеев Р. Ш., Чантурия В. А. Взаимосвязь энергетического строения кристаллов минералов с их флотационными свойствами // Тр. VIII Междунар. конгресса по обогащению полезных ископаемых. — Л.: Механобр, 1969. — Т. 2. — С. 235 – 345.
7. Maust E. E. and Richardson P. E. Electrophysical considerations of the activation of sphalerite for flotation, U.S. Bureau of Mines Report of Investigation 8108, 1976. — 24 p.
8. Bessiere J., Chlihp K., and Thiebaut J. M. Dielectric study of the activation and deactivation of sphale¬rite by metallic ions, Int. J. Miner. Process., 1990, Vol. 28. — P. 1 – 13.
9. Richardson P. E., Hu Q., Finkelstein N. P., and Yoon R.-H. An electrochemical method for the study of the flotation chemistry of sphalerite, Int. J. Miner. Process., 1994, Vol. 41. — P. 71 – 76.
10. Morey M. S., Grano S. R., Ralston J., Prestidge C.A., and Verity B. The electrochemistry of Pb(II) activated sphalerite in relation to flotation, Miner. Eng., 2001, Vol. 14, No. 9. — P. 1009 – 1017.
11. Steininger J. The depression of sphalerite and pyrite by basic complexes of copper and sulfhydryl flotation collectors, Transactions of the American Institute of Min., Metallurgical and Petroleum Eng., 1968, Vol. 241, No. 1. — P 34 – 42.
12. Zhang Q., Xu Z., Bozkurt V., and Finch J. A. Pyrite flotation in the presence of metal ions and sphale¬rite, Int. J. Miner. Process., 1997, Vol. 52. — P. 187 – 201.
13. Zhang Q., Rao S. R., and Finch J. A. Flotation of sphalerite in the presence of iron ions, Colloids and Surfaces, 1992, Vol. 66. — P. 81 – 89.
14. Trahar W. J., Senior G. D., Heyes G. W., and Creed M. D. The activation of sphalerite by lead — a flotation perspective, Int. J. Miner. Process., 1997, Vol. 49. — P. 121 – 148.
15. Fuerstenau M. C., Clifford K. L., and Kuhn M. C. The role of zinc — xanthate precipitation in sphalerite flotation, Int. J. Miner. Process., 1974, Vol. 1. — P. 307 – 318.
16. Кондратьев С. А. Собирательная сила и избирательность флотационного реагента // ФТПРПИ. — 2021. — № 3. — С. 133 – 147.
17. Yoon R.-H. and Ravishankar S. Long-range hydrophobic forces between mica surfaces in dode-cylammonium chloride solution in the presence of dodecanol, J. Colloid Interface Sci., 1996, Vol. 179, No 2. — P. 391 – 402.
18. Воробьев С. А., Бурдакова Е. А., Сарычева А. А., Волочаев М. Н., Карачаров А. А., Лихацкий М. Н., Михлин Ю. Л. Изучение действия наночастиц сульфида меди как активатора флотации сфалерита // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 159 – 168.
19. Бочаров В. А., Сорокин М. М. Исследование технологий комплексной переработки руд цветных металлов: Лабораторный практикум. — М.: МИСиС, 1998. — 46 с.
20. Zhang Y.-H., Wu L.-M., Huang P.-P., Shen Q., and Sun Z-X. Determination and application of the solubility product of metal xanthate in mineral flotation and heavy metal removal in wastewater treatment, Miner. Eng., 2018, Vol. 127. — P. 67 – 73.
21. Кондратьев С. А., Коновалов И. А. Влияние физической формы сорбции собирателя на флотацию пирита в присутствии ионов Fe2+ // ФТПРПИ. — 2022. — № 1. — С. 119 – 129.
УДК 622.772
ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ
В. А. Чантурия, В. Г. Миненко, А. Л. Самусев, Е. В. Копорулина, Г. А. Кожевников
Институт проблем комплексного освоения недр им. акад. Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: andrey63vzm@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Представлены результаты исследования процесса азотнокислотного выщелачивания редкоземельных элементов (РЗЭ) из золошлаковых отходов. Методами РЭМ и РФА изучены морфология и текстурно-структурные свойства поверхности микросфер золошлаковых отходов. Экспериментально установлены рациональные параметры азотнокислотного выщелачивания РЗЭ, обеспечивающие максимальное извлечение РЗЭ на уровне 50.4 %: температура 130 °С, концентрация кислоты 7.2 М, продолжительность 180 мин, частота перемешивания минеральной суспензии 500 мин–1. Кинетика выщелачивания РЗЭ соответствует внутридиффузионной модели усадки ядра. Установлена возможность интенсификации процесса выщелачивания РЗЭ за счет предварительной обработки золошлаковых отходов мощными электромагнитными импульсами и ультразвуком, обеспечивающих интенсивное разрушение алюмосиликатных микросфер и, как следствие, повышение извлечения РЗЭ на 3.8 – 18.2 % при последующем выщелачивании.
Золошлаковые отходы, редкоземельные элементы, выщелачивание, рациональные параметры, кинетика, энергетические воздействия
DOI: 10.15372/FTPRPI20220211
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Brahim J. A., Hak S. A., Achiou B., Boulif R., Beniazza R., and Benhid R. Kinetics and mechanisms of leaching of rare earth elements from secondary resources, Miner. Eng., 2022, Vol. 177, 107351.
2. Binnemans K., Jones P. T., Blanpain B., Van Gerven T., and Pontikes Y. Towards zero-waste valorisation of rare-earth-containing industrial process residues: a critical review, J. Clean. Prod., 2015, Vol. 99. — P. 17 – 38.
3. Wang N., Sun X., Zhao Q., Yang Y., and Wang P. Leachability and adverse effects of coal fly ash: A review, J. Hazard. Mater., 2020, Vol. 396. — P. 122 – 725.
4. Blissett R. S., Smalley N., and Rowson N. A. An investigation into six coal fly ashes from the United Kingdom and Poland to evaluate rare earth element content, Fuel, 2014, Vol. 119. — P. 236 – 239.
5. Seredin V. V. Rare earth element-bearing coals from the Russian Far East deposits, Int. J. Coal Geol., 1996, Vol. 430. — P. 101 – 129.
6. Мязин В. П., Шумилова Л. В., Размахнин К. К., Богидаев С. А. Комплексная переработка золошлаковых отходов тепловых электростанций восточного Забайкалья // ФТПРПИ. — 2018. — № 5. — С. 159 – 173.
7. Размахнин К. К. Переработка природных цеолитов, используемых в фильтрах ТЭС Забайкальского края // Экомониторинг. Экол. эффективность. — 2014. — № 10.
8. Xu M., Yan R., Zheng C., Qiao Y., Han J., and Sheng C. Status of trace element emission in a coal combustion process: A review, Fuel Proc. Technol., 2003, Vol. 85, No. 2 – 3. — P. 215 – 237.
9. Ksenofontov B. S., Butorova I. A., Kozodaev A. S., Afonin A. V., and Taranov R. A. Problems of toxicity of ash and slag waste, Ecol. Industry of Russia, 2017, Vol. 21, No. 2. — P. 4 – 9.
10. Behera S. K., Meena H., Chakraborty S., and Meikap B. C. Application of response surface methodology (RSM) for optimization of leaching parameters for ash reduction from low-grade coal, Int. J. Min. Sci. Technol., 2018, Vol. 28, No. 4. — P. 621 – 629.
11. Yang B., Cheng C., Li Y., Cheng W., Zang J., Lai X., and Wang X. Modes of occurrence and pre-concentration of rare earth elements in No. 17 coal in Liupanshui coalfield, China, J. Rare Earths, 2021.
12. Hower J. C., Groppo J. G., Hsu-Kim H., and Taggart R. K. Distribution of rare earth elements in fly ash derived from the combustion of Illinois Basin coals, Fuel, 2021, Vol. 289, 119990.
13. Анферов Б. А., Кузнецова Л. В. Комплексное использование кузнецких энергетических углей при многоступенчатой подготовке к сжиганию и утилизации отходов // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С. 89 – 95.
14. Римкевич В. С., Сорокин А. П., Пушкин А. А., Гиренко И. В. Физико-химические исследования распределения полезных компонентов в техногенных отходах предприятий теплоэнергетики // ФТПРПИ. — 2020. — № 3. — С. 152 – 165.
15. Досмухамедов Н. К., Каплан В. А., Даруеш Г. С. Инновационная технология комплексной переработки золы от сжигания угля // Уголь. — 2020. — № 1 (1126). — С. 58 – 63.
16. Блайда И. А., Васильева Т. В., Слюсаренко Л. И., Хитрич В. Ф. Поведение германия и галлия при переработке золы от сжигания углей химическими и микробиологическими методами // Изв. вузов. Серия: Химия и хим. технология. — 2014. — Т. 57. — № 1. — С. 78 – 83.
17. Ксенофонтов Б. С., Козодаев А. С., Таранов Р. А., Виноградов М. С., Сеник Е. В., Воропаева А. А. Выщелачивания редкоземельных металлов из угольной золы и их концентрирование // Безопасность в техносфере. — 2016. — Т. 5. — № 1. — С. 48 – 55.
18. Ксенофонтов Б. С., Буторова И. А., Козодаев А. С., Афонин А. В., Таранов Р. А. Проблемы токсичности золошлаковых отходов // Экология и промышленность России. — 2017. — Т. 21 (2). — С. 4 – 9.
19. Римкевич В. С., Пушкин А. А., Гиренко И. В. Разработка гидрохимического метода обогащения зольных техногенных отходов предприятий теплоэнергетики // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 2 (23). — С. 5156 – 5160.
20. Chanturiya V. A., Minenko V. G., Samusev A. L., Chanturia E. L., Koporulina E. V., Bunin I. Zh., and Ryazantseva M. V. The effect of energy impacts on the acid leaching of eudialyte concentrate, Mineral Proc. Extractive Metallurgy Rev., 2021, Vol. 42, No. 7. — P. 1 – 12.
21. Бунин И. Ж., Рязанцева М. В., Миненко В. Г., Самусев А. Л. Влияние мощных электромагнитных импульсных воздействий на структурно-химические свойства и эффективность выщелачивания эвдиалитового концентрата // Обогащение руд. — 2021. — № 5. — С. 15 – 20.
22. Levenspiel O. Chemical reaction engineering, Copyright© John Wiley and Sons Inc., 1999. — 684 p.
23. Davison R. L., Natusch D. F., Wallace J. R., and Evans Jr C. Trace elements in fly ash. dependence of concentration on particle size, Environmental Sci. Technol., 1974, Vol. 8, No. 13. — P. 1107 – 1113.
24. Makanyire T., Jha A., and Sutcliffe S. Kinetics of hydrochloric acid leaching of niobium from TiO2 residues, Int. J. Miner. Process., 2016, Vol. 157 (Suppl. C). — P. 1 – 6.
25. Arroug L., Elaatmani M., Zegzouti A., and Aitbabram M. Low-grade phosphate tailings beneficiation via organic acid leaching: process optimization and kinetic studies, Minerals, 2021, Vol. 11, No. 5. — 492 p.
26. Galbreath K. C., Toman D. L., Zygarlicke C. J., and Pavlish J. H. Trace element partitioning and transformations during combustion of bituminous and subbituminous U. S. Coals in a 7-kW combustion system, Energy Fuel, 2000, Vol. 14, No. 6. — P. 1265 – 1279.
27. Meij R. Trace element behavior in coal-fired power plants, Fuel Proc. Technol., 1994, Vol. 39, No. 1 – 3. — P. 199 – 217.
28. Meij R. and Winkel H. The emissions of heavy metals and persistent organic pollutants from modern coal fired power stations, Atmospheric Environment, 2007, Vol. 41, No. 40. — P. 9262 – 9272.
29. Kashiwakura S., Kumagai Y., Kubo H., and Wagatsuma K. Dissolution of rare earth elements from coal fly ash particles in a dilute H2SO4, Solvent Open J. Phys. Chem., 2013, Vol. 3. — P. 69 – 75.
30. Taghavi M., Gharabaghi M., and Shafaie S. Z. Selective leaching of low-grade phosphate ore using a mixture of organic acids, Int. J. Min. Geo-Eng., 2020, Vol. 54. — P. 65 – 70.
31. Wu D., Wang X., and Li D. Extraction kinetics of Sc(III), Y(III), La(III) and Gd(III) from chloride medium by Cyanex 302 in heptane using the constant interfacial cell with laminar flow, Chem. Eng. Process. Process. Intensif., 2007, Vol. 46. — P. 17 – 24.
32. Эльпинер И. Е. Биофизика ультразвука. — М.: Наука, 1973. — 384 с.
УДК 622.4
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МИНЕРАЛОВ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
С. В. Мальцев, И. И. Чайковский, Е. Л. Гришин, А. Г. Исаевич
Горный институт УрО РАН,
Е-mail: stasmalcev32@gmail.com, ул. Сибирская, 78а, 614007, г. Пермь, Россия
Рассмотрены изменения свойств сульфидных минералов при окислении, а также проведены экспериментальные исследования аэрогазового состава и термодинамических параметров рудничного воздуха, отвечающие тупиковым горным выработкам сульфидных месторождений на глубине 300 – 1500 м. Определены микроклиматические условия, при которых отмечалось окисление сульфидных руд. Данные условия использованы при разработке двух лабораторных стендов, где окисление осуществлялось в барботажной камере. Выявлено, что окисление сульфидов происходит интенсивнее в воздухе, насыщенном паром, чем в воде, насыщенной кислородом. Окисление минерала проводилось по двум сценариям: сорбцией кислорода в поверхностном слое или окислением серы с выщелачиванием металла. На поверхности образцов сульфидных руд обнаружены гетеротрофные и хемолитотрофные бактерии, способные поглощать кислород из рудничной атмосферы. Наибольшее количество бактерий наблюдается на поверхности богатых руд.
Окислительные процессы, сульфидные руды, аэрогазовый контроль, предельно допустимая концентрация, микробиологические исследования, гетеротрофные бактерии, хемолитотрофные бактерии, геохимические свойства руд
DOI: 10.15372/FTPRPI20220212
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности “Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых”. Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 08.12.2020 г. № 505, 2021. — 524 с.
2. Левин Л. Ю., Кормщиков Д. С., Гришин Е. Л. Исследование процессов изменения рудничной атмосферы для определения причин произошедшего группового несчастного случая на одном из рудников РФ // Горн. эхо. — 2020. — № 3. — С. 115 – 119.
3. Маслобоев В. А., Селезнев С. Г., Макаров Д. В., Светлов А. В. Оценка экологической опасности хранения отходов добычи и переработки медно-никелевых руд // ФТПРПИ. — 2014. — № 3. — С. 138 – 153.
4. Бочаров В. А. О сорбции кислорода на поверхности сульфидов и термодинамической оценке окисляемости их в водных растворах // Цв. металлы. — 1970. — № 3. — С. 76 – 78.
5. Lowson R. T. Aqueous oxidation of pyrite by molecular oxygen, Chem. Rev., 1982, No. 5. — P. 461 – 497. 6. Пономарев В. Д., Пономарева Е. И. Щелочные гидрохимические способы переработки полиметаллических продуктов. — Алма-Ата: Наука, 1969. — 160 с.
7. O’Brien D. J. and Birkner F. B. Kinetics of oxygenation of reduced sulfur species in aqueions solution, Env. Sci. Technol., 1977, Vol. 1, No. 12. — P. 1114 – 1120.
8. Shaw S. C., Groat L. A., Jambor J. L., Blowes D. W., Hanton-Fong C. J., and Stuparyk R. A. Mineralogical study of base metal tailings with various sulfide contents, oxidized in laboratory columns and field lysimeters, Env. Geol., 1998, Vol. 33, No. 2 – 3. — P. 209 – 217.
9. Свешников Г. Б. Электрохимические процессы на сульфидных месторождениях. — Л.: ЛГУ, 1967. — 160 с.
10. Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е. Электрохимия сульфидов: теория и практика флотации. — М.: Руда и металлы, 2008. — 271 с.
11. Каравайко Г. И., Кузнецов С. И., Голомзик А. И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд. — М.: Наука, 1972. — 248 с.
12. Ляликова Н. Н. Роль бактерий в окислении сульфидных руд // Тр. Ин-та микробиологии АН СССР, Вып. 9. — М.: АН СССР, 1961. — С. 134 – 143.
13. Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Технология бактериального выщелачивания цветных и редких металлов. — М.: Недра, 1982. — 288 с.
14. Яхонтова Л. К., Зверева В. П. Основы минералогии гипергенеза. — Владивосток: Дальнаука, 2000. — 331 с.
15. Short protocols in molecular biology, Eds. Ausbel F. M., Brent R., Kingston R. E., Moore D. D., Seidman J. G., Smith J. A., Struhl K., New York, John Wiley & Sons, 1995. — 450 p.
16. Башлыкова Т. В., Пахомова Г. А., Лагов Б. С., Живаева А. Б., Дорошенко М. В., Макавецкас А. Р., Шульга Т. О. Технологические аспекты рационального недропользования. Роль технологической оценки в развитии и управлении минерально-сырьевой базой страны. — М.: МИСиС, 2005. — 576 с.
17. Хомченкова А. С. Исследование влияния различных концентраций солей тяжелых металлов на рост культуры ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов // ГИАБ. Спец. вып. № 31 “Камчатка-3”. — 2016. — № 11. — С. 217 – 222.
18. РД 52.24.405-2018. Массовая концентрация сульфатов в водах. Методика измерений турбидиметрическим методом: утверждена Росгидрометом от 17.08.2018 г., № 358, 2018. — 16 с.
19. РД 52.24.483-2005. Массовая концентрация сульфатов в водах. Методика выполнения измерений гравиметрическим методом: утверждена Росгидрометом от 01.01.2005 г., 2005. — 11 с.
УДК 622.7
ОПТИМАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ПРИ СЕПАРАЦИИ ФЛЮОРИТА ИЗ РУДЫ МЕТОДОМ ФЛОТАЦИИ
М. Б. И. Андарголи, С. Мошрефи, М. Мортазави
Филиал Исламского университета Азад,
E-mail: vhdeslami@yahoo.com, г. Савадкух, Иран
Выполнены исследования на примере флюоритовой руды, добытой на шахте “Камарпошт” (Иран). Определены оптимальные расходы реагентов при флотационных испытаниях. Рекомендованы технологические режимы, позволяющие получить флотационный концентрат с содержанием флюорита 61.4 % при его извлечении 85.88 %.
Флюорит, флотация, петрография, химические реагенты, шахта “Камарпошт”
DOI: 10.15372/FTPRPI20220213
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Zabihitabar Sh. and Shafiei B. Mineralogy and mode occurrence of sulfides, sulfates and carbonates at fluorite mines in East of Mazandaran province, Iranian J. Geol., 2015, Vol. 33, No. 1. — P. 62 – 78.
2. Mehraban Z., Shafiei B., and Shamanian G. H. Rare Earths in fluorite deposits of Elika Formation (East of Mazandaran Province), Iranian J. Econ. Geol., 2016, Vol. 8, No. 1. — P. 201 – 221.
3. Zhang G., Gao Y., Chen W., and Liu D. The role of water glass in the flotation separation of fine fluorite from fine quartz, Miner., 2017, Vol. 7, No. 9. — P. 157 – 168.
4. Iskra J., Gutierrez C., and Kitchener J. A. Influence of quebracho on the flotation of fluorite, calcite, hematite, and quartz with oleate as collector. Trans. Int. Min. Met., June, 1973. — Р. 73 – 78.
5. Hu J. S., Misra M., and Miller J. D. Characterization of adsorbed oleate species at the fluorite surface by FTIR spectroscopy, Int. J. Miner. Process., 1986, Vol. 8, No. 1 – 2. — P. 73 – 84.
6. Leeuw N. H., Parker S. C., and Rao K. H. Modeling the competitive adsorption of water and methanoic acid on calcite and fluorite surfaces, Langmuir, 1998, Vol. 14. — P. 5900 – 5906.
7. Zhou W., Moreno J., Torres R., Valle H., and Song S. Flotation of fluorite from ores by using acidized water glass as depressant, Miner. Eng., 2013, Vol. 45. — P. 142 – 145.
8. Aliaga W., Sampaio C. H., Brum I. A. S., Ferreira K. R. S., and Batistella M. A. Flotation of high-grade fluorite in a short column under negative bias regime, Miner. Eng., 2006, Vol. 19. — P. 1393 – 1396.
9. Chennakesavulu K., Raju G. B., Prabhakar S., Nair C. M., and Murthy K. V. G. K. Adsorption of oleate on fluorite surface as revealed by atomic force microscopy, Int. J. Miner. Process., 2009, Vol. 90. — P. 101 – 104.
10. Wang X., Liu J., and Miller J. D. Adsorption and self-assembly of octyl hydroxamic acid at a fluorite surface as revealed by sum-frequency vibrational spectroscopy, J. Colloid Interface Sci., 2008, Vol. 325. — P. 398 – 403.
11. Song S., Lopez-Valdivieso A., Martinez-Martinez C., and Torres-Armenta R. Improving fluorite flotation from ores by dispersion processing, Miner. Eng., 2006, Vol. 19. — P. 912 – 917.
12. Zhang Y. and Song S. Beneficiation of fluorite by flotation in a new chemical scheme, Miner. Eng., 2003, Vol. 16. — P. 597 – 10.
13. Keqing F., Nguyen A. V., and Miller J. D. Interaction of calcium dioleate collector colloids with calcite and fluorite surfaces as revealed by AFM force measurements and molecular dynamics simulation, Int. J. Miner. Process., 2006, Vol. 81. — P. 166 – 177.
14. Fa K., Jiang T., Nalaskowski J., and Miller J. D. Interaction forces between a calcium dioleate sphere and calcite / fluorite surfaces and their significance in flotation, Langmuir, 2003, Vol. 16, 10253.
15. Ching-Yao Hu, Shang-Lien Lo, Wen-Hui K., and Yu-De L. Treatment of high fluoride-content wastewater by continuous electrocoagulation – flotation system with bipolar aluminum electrodes, Sep. Purif. Technol., 2008, Vol. 60. — P. 1 – 5.
16. The report of geology and exploitation of Kamarposht fluorite mining, Archive of Cooperation Company of Mazandaran fluorite, 1996.
17. Nabiloo F., Shafiei B., and Amini A. Diagenetic and post-diagenetic fabrics in the Kamarposht fluorite mine (east of Mazandaran province): Explainaton and genetic interpretation, J. Econ. Geol., 2017, Vol. 9, No. 2. — P. 483 – 507.
18. Mahdavi, M., Shafiei, B., Amini A., and Rasoli M. Dolomites and breccia in Kamarposht fluorite mine, Elika Formation, Central Alborz, Iranian J. Geol., 2019, Vol. 12. — P. 47 – 62.
ГОРНАЯ ИНФОРМАТИКА
УДК 502/504
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ОСНОВЕ GIS-ИНТЕГРИРОВАННОЙ МЕТОДИКИ КАРТИРОВАНИЯ УЯЗВИМОСТЕЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Д. Шимшек, М. Куруоглу, З. Демиркыран
Университет Девятого сентября, филиал в г. Торбалы,
E-mail: celalettin@deu.edu.tr, zulfu.demirkiran@deu.edu.tr, 35860, г. Измир, Турция
Университет Девятого сентября, филиал в г. Тыназтепе,
E-mail: mehmet.kuruoglu@deu.edu.tr, 35390, г. Измир, Турция
На основе GIS-интегрированной технологии картирования уязвимостей разработана методика определения высокопродуктивных подземных водоносных районов и дана оценка возможности их защиты от антропогенных источников загрязнения. Методика реализована на примере водоносного потенциала бассейна р. Малый Мендерес (Турция), в котором наряду с сельскохозяйственными угодьями расположены крупные промышленные предприятия и гражданские объекты. Показано, что восточная часть бассейна, обладающая низким водоносным потенциалом, используется для сельскохозяйственных целей. Западная часть обладает высоким водоносным потенциалом, который используется преимущественно для нужд населенных пунктов и промышленных предприятий. Это означает, что региональные водные ресурсы подвергаются повышенному риску загрязнения при расширении городов и развитии промышленности. Решена задача по определению нуждающихся в защите районов в основной водоносной системе, что способствует оптимальному планированию землепользования в пределах рассмотренного бассейна.
Водоносный потенциал, водоносная система, защита подземных вод, планирование землепользования, географические информационные системы
DOI: 10.15372/FTPRPI20220214
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kacaroglu F. and Gunay G. Impacts of human activities on groundwater quality on an alluvial aquifer; a case study: Eskisehir Plain in Turkey, Hydrogeology J., 1997, Vol. 5, No. 3. — P. 60 – 70.
2. Nas B. and Berktay A. Groundwater contamination by nitrates in the city of Konya (Turkey); A GIS Perspective, J. Environ. Manage., 2006, Vol. 79. — P. 30 – 37.
3. Simsek C., Gemici U., and Filiz S. An assessment of surficial aquifer vulnerability and groundwater pollution from a hazardous landfill site: Torbali/Turkey, Geosciences J., 2008, Vol. 12. — P. 69 – 82.
4. Ibe K. M. and Agbamu P. U. Impacts of human activities on groundwater quality of an alluvial aquifer: а case study of the Warri River, Delta State, SW, Nigeria, Int. J. of Environmental Health Research, 2010, Vol. 9. — P. 329 – 334.
5. Official Gazette (Republic of Turkey), 2012. Regulation of the conservation and management plans preparation of the water basin, Official Gazette No. 28444.
6. Murray K. S. and Roger D. T. Groundwater vulnerability, brownfield redevelopment and land use planning, J. Environ. Planning and Manage., 1999, Vol. 42. — P. 801 – 810.
7. Berg R. C., Curry B. B., and Olshansky B. Tools for groundwater protection planning: an example from McHenry County, Illinois, USA. Environ. Manage., 1999, Vol. 23. — P.321 – 31.
8. Aller L., Bennett T., Lehr J. H., Petty R. J, and Hackett G. DRASTIC: A standardized system for eva-luating groundwater pollution potential using hydrogeological settings, Prepared for the US Environ, Protection Agency, Office of Research and Development, EPA-600/2-87-035, National Water Well Association, Dublin, OH, 1987.
9. Foster S. S. D. Groundwater recharge and pollution vulnerability of British aquifers: a critical overview, Geological Society Special Publication, London, 1998, Vol. 130. — P. 23 – 35.
10. Civita M. V. Le carte della vulnerabilita degli acquiferi ll’inquinamento: Teoria & pratica” [Groundwater vulnerability maps to contamination: Theory and practice], Pitagora Editrice, Bologna, 1994. — 325 p.
11. Edet A. E. Vulnerability evaluation of a coastal plain sand aquifer with a case example from Calabar, southeastern Nigeria, Environ. Geology, Vol. 45, 2004. — P.1062 – 1070.
12. Simsek A., Kincal C., and Gunduz O. A solid waste disposal site selection procedure based on groundwater vulnerability mapping, Environ. Geology, 2006, Vol. 49. — P. 620 – 633.
13. Sree Devi P. D., Srinivasulu S., and Kesava Raju K. Hydro-geomorphological and groundwater prospects of the Paregu river basin by using remote sensing data, Environ. Geology, 2001, Vol. 40. — P.1088–1094.
14. Shankar M. N. R. and Mohan G. Assessment of the groundwater potential and quality in Bhatsa and Kalu river basins of Thane district, western Deccan Volcanic Province of India, Environ. Geology, 2006, Vol. 49. — P.990 – 998.
15. Etterazzini S. Groundwater potentiality index: a strategically conceived tool for water research in fractured aquifers, Environ. Geology, 2006, Vol. 52. — P. 477 – 487.
16. Rao N. S. Groundwater potential index in a crystalline terrain using remote sensing data, Environ. Geology, 2006, Vol. 50. — P. 1067 – 1076.
17. Cai X., McKinney D., and Lasdon L. Integrated hydrologic-agronomic-economic model for river basin management, J. Water Resour. Plann. Manage., 2003, Vol. 129. — P. 4 – 17.
18. Mekki I., Jacob F., Marlet S., and Ghazouani W. Management of groundwater resources in relation to oasis sustainability: The case of the Nefzawa region in Tunisia, J. Environ. Manage., 2013, Vol. 121. — P. 142 – 151.
19. Bekele E. B., Salama R. B., Commander D. P., Otto C. J., Hick W. P., Watson G. D, Pollock D. W., and Lambert P. A. Estimation of groundwater recharge to the Parmelia aquifer in the Northern Perth Basin 2001 – 2002; CSIRO Land and Water Technical Report 10/03, 2003.
20. Dimitriou, E. and Zacharias I. Groundwater vulnerability and risk mapping in a geologically complex area by using stable isotopes, remote sensing and GIS techniques, Environ. Geology, 2006, Vol. 51. — P. 309 – 323.
21. Simsek C. and Gunduz O.. IWQ Index: A GIS-integrated technique to assess irrigation water quality, Environ. Monitoring and Assessment, 2007, Vol. 128. — P. 277 – 300.
22. Demircioglu M. and Down J. The utility of vulnerability maps and GIS in groundwater management: a case study, Turkish J. Earth. Sci., 2014, Vol. 23. — P. 80 – 90.
23. Demirkesen A. C., Budak, S., Simsek, C., and Baba A. Investigation of groundwater potential and groundwater pollution risk using the multi-criteria method: a case study (the Alasehir sub-basin, western Turkey), Arabian J. Geosciences, 13:10, Art. 2020, Vol. 385. — P. 1 – 15.
24. DSI. Hydrogeology of Kucuk Menderes Plain, State Hydraulic Works of Turkey (DSI), Department of Groundwater and Geotechnical planning in Izmir, 1973.
25. Yazicigil H., Doyuran V., Karahanoglu N., Camur Z., Toprak V., Rojay B., Y?lmaz K. K., Sakiyan J., Suzen M. L. and Yesilnacar E. Evaluation and management project of Kucuk Menderes River Basin groundwaters within the scope of hydrogeological investigations (Project Report in Turkish), State Hydraulic Works (DSI), Geotechnical Services and Groundwaters Division, Ankara, METU-AGUDOS 98-03-09-01-01, 2000.
26. DMI. Meteorological data of Izmir (Guzelyali) and Adnan Menderes Airport meteorological stations, State Meteorological Service, Ankara, 2010.
27. Sen Z. Applied hydrogeology for scientists and engineers, Lewis Publ., 1995, New York.
28. USGS. Factors affecting specific-capacity tests and their application — a study of six low-yielding wells in fractured-bedrock aquifers in Pennsylvania, Scientific Invest. Series, 2010. — P. 2010 – 5212.
29. Winter T. C., Harvey J. W., Franke O. L., and Alley W. M. Ground water and surface water, a single resource: U.S. Geological Survey Circular, 1998, Vol. 1139. — 79 p.
30. Simsek C., Demirkesen A. C., Baba A., Kumanlioglu A., Durukan S., Aksoy N., Demirkiran Z., Hasozbek A., Murathan A., and Tayfur G. Estimation groundwater total recharge and discharge using GIS-integrated water level fluctuation method: a case study from the Alasehir alluvial aquifer, Western Anatolia, Turkey, Arabian J. of Geosciences, 2020, 13:3, Art. 143, 1 – 14.
31. Eskisar T., Kuruoglu M., Altun S., Ozyalin S., and Yilmaz H. R. Site response of deep alluvial depo-sits in the northern coast of Izmir Bay (Turkey) and a microzonation study based on geotechnical aspects. Eng. Geology, 2014, 172:8. — P. 95 – 116.
32. Simsek C. The GIS integrated surficial aquifer potential mapping and its importance for aquifer protection, Kucuk Menderes Basin/Western Turkey, Int. Congress on River Basin Management, Antalya, Proceedings Book, 2007. — P.78 – 94.
33. Nazarova L. A. and Nazarov L. A. Geomechanical and hydrodynamic fields in producing formation in the vicinity of well with regard to rock mass permeability-effective stress relationship, J. Min. Sci., Geomechanics, 2018, 54:4, 541 – 549.
34. Sakiyan J. and Yazicigil H. Sustainable development and management of an aquifer system in western Turkey, Hydrogeology J., 2004, Vol. 12. — P. 66 – 80.
35. Trenberth K. E., Jones P. D., Ambenje P., Bojariu R., Easterling D., Klein Tank A., Parker D., Rahimzadeh F., Renwick J. A., Rusticucci M., Soden B., and Zhai P. Observations: surface and atmospheric climate change. In: Climate Change 2007: the physical science basis, Contribution of Working Group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental panel on climate change, Cambridge University Press, Cambridge/United Kingdom, 2007.
36. Gunduz O. and Simsek C. Influence of climate change on shallow groundwater resources: the link between precipitation and groundwater levels in alluvial systems, Book Chapter 25. Climate change and its effects on water resources, NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security 3, Springer Science+Business Media B.V., 2011.
37. DMI. Precipitation, evaporation, run-off and Recharge data of meteorological stations in the western Turkey, State Meteorological Service, Ankara, 2020.
38. TSWCR. Solid waste control regulation. ministry of environment and forestry of Turkey, Official Gazette, 2002, No. 24736, Ankara, Turkey.
39. Emre T. and Sozbilir H. Tectonic evolution of the Kiraz basin: Kucuk Menderes graben: Evidence for compression/Uplift related basin formation overprinted by extensional tectonics in western Anatolia, Turkish J. of Earth Sci., 2007, Vol. 16. — P. 441 – 470.
40. WMO. River basin management project of Kucuk Menderes basin, General Directorate of Water Management Office in Turkey, Ankara, 2019.
МОНИТОРИНГОВЫЕ СИСТЕМЫ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
УДК 622.864
СИСТЕМА МОНИТОРИНГА МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ГОРНОРАБОЧИХ НА ОСНОВЕ ГЛУБОКОГО ОБУЧЕНИЯ И ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ
Т. С. Джетинкая, С. Сенан, З. Орман
Стамбульский университет Гелишим,
34000, г. Стамбул, Турция
Стамбульский университет Джеррахпаша,
Е-mail: ssenan@iuc.edu.tr, 34320, г. Стамбул, Турция
С помощью технологий сочетания глубокого обучения и интернета вещей разработана система отслеживания горнорабочих с целью выявления их местоположения во время возможной внештатной ситуации. Для анализа ее эффективности проведены испытания и выполнена оценка результативности. Выявлено, что наибольшая точность составила 97 %.
Интернет вещей (IoT), отслеживание местоположения горнорабочих, искусственная нейронная сеть, глубокое обучение, LSTM-модель
DOI: 10.15372/FTPRPI20220215
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Viktorov S. D., Osokin A. A., and Shlyapin A. Principles of the method of submicron particle emission recording for the accident prediction in underground mineral mining, J. Min. Sci., 2017, Vol. 53, No. 5. — P. 962 – 966.
2. Hudecek V. Analysis of safety precautions for coal and gas outburst-hazardous strata, J. Min. Sci., 2008, Vol. 44, No. 5. — P. 464 – 472.
3. Ji W. L. and Sun K. Locating and tracking system of underground miner based on IoT, DEStech Transactions on Eng. Technol. Res., (ICAMM), 2016. — P. 320 – 324.
4. Zhang X. Smart sensor and tracking system for underground mining, Ph.D dissertation, University of Saskatchewan, Canada, 2016.
5. Atzori L., Iera A., and Morabito G. Understanding the internet of things: definition, potentials, and societal role of a fast evolving paradigm, Ad Hoc Networks, 2017, Vol. 56. — P. 122 – 140.
6. Barnewold L. and Lottermoser B. G. Identification of digital technologies and digitalisation trends in the mining industry, Int. J. Min. Sci. Technol., 2020, Vol. 30, No. 6. — P. 747 – 757.
7. Ikeda H., Kawamura Y., Tungol Z. P. L., Moridi M. A., and Jang H. Implementation and verification of a Wi-Fi ad hoc communication system in an underground mine environment, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 3. — P. 505 – 514.
8. Sun E., Zhang X., and Li Z. The internet of things (IoT) and cloud computing (CC) based tailings dam monitoring and pre-alarm system in mines, Safety Sci., 2012, Vol. 50, No. 4. — P. 811 – 815.
9. Sikora M., Krzystanek Z., Bojko B., and Spiechowicz K. Application of a hybrid method of machine learning for description and on-line estimation of methane hazard in mine workings, J. Min. Sci., 2011, Vol. 47, No. 4. — P. 493 – 505.
10. Ghiasi M., Askarnejad N., Dindarloo S. R., and Shamsoddini H. Prediction of blast boulders in open pit mines via multiple regression and artificial neural networks, Int. J. Min. Sci. Technol., 2016, Vol. 26, No. 2. — P. 183 – 186.
11. Temeng V. A., Ziggah Y. Y., and Arthur C. K. A novel artificial intelligent model for predicting air overpressure using brain inspired emotional neural network, Int. J. Min. Sci. Technol., 2020, Vol. 30, No. 5. — P. 683 – 689.
12. Lin H., Singh S., Oh J., Canbulat I., Kang W. H., Hebblewhitea B., and Staceyc T. R. A combined approach for estimating horizontal principal stress magnitudes from borehole breakout data via artificial neural network and rock failure criterion, J. Rock Mech. Min. Sci., 2020, Vol. 136. — P. 104539.
13. Lin H., Kang W. H., Oh J., and Canbulat I. Estimation of in-situ maximum horizontal principal stress magnitudes from borehole breakout data using machine learning, J. Rock Mech. Min. Sci., 2020, Vol. 126. — P. 104199.
14. Ozyurt M. C. and Karadogan A. A. New model based on artificial neural networks and game theory for the selection of underground mining method, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 1. — P. 66 – 78.
15. Wu D., Shi H., Wang H., Wang R., and Fang H. A feature-based learning system for Internet of Things applications, IEEE Internet of Things J., 2019, Vol. 6, No. 2. — P. 1928 – 1937.
16. Ponce H. and Gutierrez S. An indoor predicting climate conditions approach using Internet-of-Things and artificial hydrocarbon networks, Measurement, 2019, Vol. 135. — P. 170 – 179.
17. Saray T., Cetinkaya A., and Mendi S. E. Monitoring of miner by RF signal, 2017 International Conference on Computer Science and Engineering (UBMK), IEEE, 2017. http://toc.proceedings.com/36788webtoc.pdf.
18. Seguel F., Palacios-Jativa P., Azurdia-Meza C. A., Krommenacker N., Charpentier P., and Soto I. Underground mine positioning: A review, IEEE Sens. J., 2021.
19. Zrelli A. and Ezzedine T. Design of optical and wireless sensors for underground mining monitoring system, Optik, 2018, Vol. 170. — P. 376 – 383.
20. Song J., Zhu Y., and Dong F. Automatic monitoring system for coal mine safety based on wireless sensor network, 2011 Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technology Conference, IEEE, 2011, Vol. 2. — P. 933 – 936.
21. Thrybom L., Neander J., Hansen E., and Landernas K. Future challenges of positioning in underground mines, IFAC-PapersOnLine, 2015, Vol. 48, No. 10. — P. 222 – 226.
22. Liu Z., Li C., Wu D., Dai W., Geng S., and Ding Q. A wireless sensor network based personnel positioning scheme in coal mines with blind areas, Sensors, 2010, Vol. 10, No. 11. — P. 9891 – 9918.
23. Huang L., Li J., Hao H., and Li X. Micro-seismic event detection and location in underground mines by using Convolutional Neural Networks (CNN) and deep learning, Tunnel. Underground Space Technol., 2018, Vol. 81. — P. 265 – 276.
24. Wamriew D., Pevzner R., Maltsev E., and Pissarenko D. Deep neural networks for detection and location of microseismic events and velocity model inversion from microseismic data acquired by distributed acoustic sensing array, Sensors, 2021, Vol. 21, No. 19, 6627.
25. Binder G. and Tura A. Convolutional neural networks for automated microseismic detection in downhole distributed acoustic sensing data and comparison to a surface geophone array, Geophys. Prospect., 2020, Vol. 68, No. 9. — P. 2770 – 2782.
26. Wang B., Kong W., Guan H., and Xiong N. N. Air quality forecasting based on gated recurrent long short term memory model in Internet of Things, IEEE Access, 2019, Vol. 7. — P. 69524 – 69534.
27. Cheng Y., Wan S., and Choo K. R. Deep belief network for meteorological time series prediction in the internet of things, IEEE Internet of Things J., 2019, Vol. 6, No. 3. — P. 4369 – 4376.
28. Li J., Xie J., Yang Z., and Li J. Fault diagnosis method for a mine hoist in the internet of things environment, Sensors, 2018, Vol. 18, No. 6, 1920.
29. Dong L., Shu W., Sun D., Li X., and Zhang L. Pre-alarm system based on real-time monitoring and numerical simulation using internet of things and cloud computing for tailings dam in mines, IEEE Access, 2017, Vol. 5. — P. 21080 – 21089.
30. Jo B. and Khan R. M. A. An internet of things system for underground mine air quality pollutant prediction based on azure machine learning, Sensors, 2018, Vol. 18, No. 4, 930.
31. Jung W., Kim S. H., Hong S. P., and Seo J. An AIoT monitoring system for multi-object tracking and alerting, Computers, Materials & Continua, 2021, Vol. 67, No. 1. — P. 337 – 348.
32. Sadowski S. and Spachos P. RSSI-based indoor localization with the internet of things, IEEE Access, 2018, Vol. 6. — P. 30149 – 30161.
33. Wang S. Wireless network indoor positioning method using nonmetric multidimensional scaling and RSSI in the internet of things environment, Math. Probl. Eng., 2020, Article ID 8830891. — 7 p.
34. Zhang W., Guo W., Liu X., Liu Y., Zhou J., Li B., Lu Q., and Yang S. LSTM-based analysis of industrial IoT equipment, IEEE Access, 2018, Vol. 6. — P. 23551 – 23560.
35. Wang F., Xuan Z., Zhen Z., Li K., Wang T., and Shi M. A day-ahead PV power forecasting method based on LSTM-RNN model and time correlation modification under partial daily pattern prediction framework, Energy Convers. Manage., 2020, Vol. 212, No. 2. — P. 112766.
36. Sezer O. B., Gudelek M. U., and Ozbayoglu A. M. Financial time series forecasting with deep learning: A systematic literature review: 2005 – 2019, Applied Soft Computing, 2020, Vol. 90. — P. 106181.
НОВЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
УДК 681.586'326:622.248.381
РАЗРАБОТКА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ КВАЗИРАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА СМЕЩЕНИЙ ПЛАСТОВ КРОВЛИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
А. Д. Мехтиев, Е. Ж. Сарсикеев, Е. Г. Нешина, А. Д. Алькина, М. Ж. Мусагажинов
Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина,
Е-mail: barton.kz@mail.ru, просп. Женис, 62, 010000, г. Нур-Султан, Казахстан
Карагандинский технический университет,
Е-mail: 1_neg@mail.ru, просп. Н. Назарбаева, 56, 100012, г. Караганда, Казахстан
Томский политехнический университет,
просп. Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия
Приведены результаты исследований по разработке нового метода и оригинальных технических решений для контроля геотехнического состояния горных выработок. Представлен подробный анализ литературы и современных разработок по рассматриваемой тематике. Предложена конструкция волоконно-оптического датчика смещения, входящего в систему мониторинга, отличающаяся простотой исполнения. Принципиальным отличием от применяемых на угольных предприятиях реперных станций является использование одномодового волокна в качестве чувствительного элемента. Разработанный аппаратно-программный комплекс позволяет повысить эффективность контроля и обеспечения безопасности ведения горных работ. Предложенный способ идентификации геотехнического состояния горных выработок реализуется путем сравнения апертур световых пятен.
Оптическое волокно, давление, кровля, горная выработка, безопасность, волоконно-оптические датчики
DOI: 10.15372/FTPRPI20220216
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Liu X., Wang C., Liu T., Wei Y., and Lu J. Fiber grating water pressure sensor and system for mine, ACTA Photonica Sinica, 2009, Vol. 38. — P. 112 – 114.
2. Kumar A., Kumar D., Singh U. K., Gupta P. S., and Shankar G. Optimizing fibre optics for coal mine automation, Int. J. Control Automation, 2011, Vol. 3. No. 4. — P. 63 – 70.
3. Naruse H., Uehara H., Deguchi T., Fujihashi K., Onishi M., Espinoza R., and Pinto M. Application of a distributed fibre optic strain sensing system to monitoring changes in the state of an underground mine, Meas. Sci. Technol., 2007, Vol. 18, No. 10. — P. 3202 – 3210.
4. Dorokhov D. V., Nizametdinov F. K., Ozhigin S. G., and Ozhigina S. B. A technique for surveying of ground surface deformations in mine field, J. Min. Sci., 2018, Vol. 54, No. 5. — Р. 874 – 882.
5. Ozhigin S., Ozhigina S., and Ozhigin D. Method of computing open pit slopes stability of complicated-structure deposits, Inz. Miner., 2018, Vol. 19, No. 1. — Р. 203 – 208.
6. Чотчаев Х. О. Контроль напряженно-деформированного состояния горного массива звукометрическими и геофизическими методами // Геология и геофизика юга России. — 2016. — № 3. — С. 129 – 140.
7. Буймистрюк Г. Я. Принципы построения интеллектуальных волоконно-оптических датчиков // Фотон-Экспресс. — 2011. — № 6. — С. 38 – 39.
8. Буймистрюк Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control engineering Россия. — 2013. — № 3. — С. 34 – 40.
9. Kim S. T., Park Y.-H., Park S. Y., Cho K., and Cho J.-R. A sensor-type PC strand with an em-bedded FBG sensor for monitoring prestress forces, Sensors (Switzerland), 2015, Vol. 15, No. 1. — Р. 1060 – 1070.
10. Liu T., Wei Y., Song G., Li Y., Wang J., Ning Y., and Lu Y. Advances of optical fiber sensors for coal mine safety monitoring applications, Proc. Int. Conf. Microwave Photonics (ICMAP), 2013. — P. 102 – 111.
11. Zhao Y., Zhang N., and Si G.-Y. A fiber bragg grating-based monitoring system for roof safety control in underground coal mining, Sensors (Switzerland), 2016, Vol. 16, No.10. — Р. 112 – 117.
12. Волчихин В. И., Волчихин В. И., Мурашкина Т. И. Проблемы создания волоконно-оптических датчиков // Датчики и системы. Измерения, контроль, автоматизация. — 2001. — № 7. — С.54 – 58.
13. Liu J., Chai J., Wei S., Li Y., Zhu L., and Qiu B. Theoretical and experimental study on fiber Bragg grating sensing of rock strata settlement deformation, J. Coal Sci. Eng. (China), 2008, Vol. 14, No. 3. — P. 394 – 398.
14. Каменев О. Т., Кульчин Ю. Н., Петров Ю. С., Хижняк Р. В. Применение волоконно-оптического интерферометра Маха – Цендера для создания длиннобазовых деформометров // Письма в ЖТФ. — 2014. — Т. 40. — Вып. 3. — С. 49 – 56.
15. Кульчин Ю. Н., Каменев О. Т., Петров Ю. С., Колчинский В. А. Волоконно-оптические интерферометрические приемники слабых сейсмосигналов // Вестн. ДВО РАН. — 2016. — № 4. — С. 56 – 59.
16. Шумкова Д. Б., Левченко А. Е. Специальные волоконные световоды. — Пермь: ПНИПУ, 2011. — 178 с.
17. Буймистрюк Г. Я. Информационно-измерительная техника и технология на основе волоконно-оптических датчиков и систем. — СПб: ГРОЦ Минатома, 2005. — 191 с.
18. Oso?rio J. H., Chesini G., Serrao V. A., Marcos A. R. Franco, and Cordeiro C. M. B. Simplifying the design of microstructured optical fibre pressure sensors, Scientific Reports, 2017, Vol. 7.
19. Zhao Y., Zhang N., and Si G. A fiber Bragg grating-based monitoring system for roof safety control in underground coal mining, Sensors (Basel), 2016.
20. Yurchenko A. V., Mekhtiyev A. D., Bulatbaev F. N., Neshina E. G., and Al’kina A. D. The model of a fiber-optic sensor for monitoring mechanical stresses in mine workings, Russ. J. Nondestr. Test., 2018, Vol. 54, No. 7. — P. 528 – 533.
21. Мехтиев А. Д., Юрченко А. В., Ожигин С. Г., Нешина Е. Г., Алькина А. Д. Разработка квазираспределенной системы мониторинга горного давления на свод выработки с использованием оптических волокон // ФТПРПИ. — 2021. — № 2. — С. 192 – 198.
22. Мехтиев А. Д., Юрченко А. В., Нешина Е. Г., Алькина А. Д. Использование оптического волокна G-652 для контроля горного массива угольных шахт // Вестн. ЮУрГУ: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. — 2020. — № 1. — С. 144 – 153.