ФТПРПИ №5, 2023. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 544.032.76
ВКЛАД МИНЕРАЛЬНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ В НАКОПЛЕНИЕ И УДЕРЖАНИЕ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ
В. Н. Захаров, Е. В. Ульянова, О. Н. Малинникова
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: ulyanova_e@ipkonran.ru, malinnikova_o@ipkonran.ru,
Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Проведенные исследования показали, что газонасыщенность угля в призабойной зоне пласта пропорциональна содержанию пирита в угле, которое рассчитывалось по определенному на РФ-спектрометре содержанию железа и серы в этом угле. Полученные результаты подтверждают гипотезу образования метана в угле при восстановлении оксидов углерода в присутствии железосодержащих минералов, в частности пирита и воды, и объясняют различное содержание метана в углях одной стадии метаморфизма. Полученная обратно пропорциональная связь газонасыщенности угля в призабойной зоне пласта с сорбционной поверхностью угля позволяет предположить, что основной объем газов, накопленный в угольных пластах, сосредоточивается в “твердом растворе” и закрытой пористости, т. е. непосредственно в структуре угля, из-за чего он сложнее и дольше извлекается из угля, чем находящийся в открытых порах и трещинах метан, быстро покидающий уголь в призабойной зоне.
Угольный пласт, газоносность, призабойная зона, пирит, сорбционная поверхность
DOI: 10.15372/FTPRPI20230501
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малышев Ю. М., Айруни А. Т., Куликов Е. Ю. Физико-химические процессы при добыче полезных ископаемых и их влияние на состояние окружающей среды. — М.: АГН, 2002. — 270 с.
2. Ходот В. В., Яновская М. Ф., Перемыслер В. С. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах. — М.: Наука, 1978. — 139 с.
3. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. — М.: Недра, 1983. — 280 с.
4. Алексеев А., Ульянова Е., Разумов О., Канин В., Скоблик А., Тараник А. Природа шахтного метана // Energyonline. — 2010. — № 1 (2). — С. 1 – 17.
5. Основы геологии горючих ископаемых: сб. для вузов / В. В. Семенович, И. В. Высоцкий, Ю. Н. Коргатина и др. — М.: Недра, 1987. — 396 с.
6. Tannenbaum E. and Kaplan I. R. Low M (sub r) hydrocarbons generated during hydrous and dry pyrolysis of kerogen, Nature, 1985, Vol. 317. — P. 708 – 709.
7. Shock E. L. Catalysing methane production, Nature, 1994, Vol. 368. — P. 499 – 501.
8. Mango F. D., Hightower J. W., and James A. T. Role of transition-metal catalysis in the formation of natural gas, Nature, 1994, Vol. 368. — P. 536 – 538.
9. Price L. C. and Schoell M. Constraints on the origins of hydrocarbon gas from compositions of gases at their site of origin, Nature, 1995, Vol. 378. — P. 368 – 371.
10. Бакалдина А. П. Влияние вещественного состава углей на их метаноемкость и природную газоносность. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. — М.: Недра, 1980. — С. 102 – 123.
11. Фролков Г. Д., Фролков А. Г. К вопросу о генезисе угольного метана // Уголь. — 2005. — № 12. — С. 25 – 27.
12. Фролков Г. Д., Липчанский А. Ф., Фролков А. Г. О механохимической природе выделений угольного метана // Безопасность труда в пром-сти. — 2006. — № 7. — С. 50 – 53.
13. Soot P. M. Coalbed methane well production forecasting, SPE Papers, 1992, No. 24359. — P. 419 – 424.
14. Pashin J. C. Geologic heterogeneity and coalbed methane production — experience from the Black Warrior Basin, Selected presentations on coal-bed gas in the eastern United States / P. D. Warwick (ed.): U. S. Geological Survey Open-File Report, 2004. — P. 61 – 92.
15. Pashin J. C. Regional analysis of the Black Creek-Cobb coalbed-methane target interval, Black Warrior Basin, Alabama, Geological Survey of Alabama, Energy and Coastal Geology Division, Bulletin 145, Tuscaloosa, Alabama, Geological Survey of Alabama, 1991. — 137 p.
16. Rice D. D. Composition and origins of coalbed gas, AAPG Studies in Geology, 1993, No. 38. — P. 159 – 184.
17. Medina J. C., Butala S. J., Bartholomew C. H., and Lee M. L. Iron-catalyzed CO2 hydrogenation as a mechanism for coalbed gas formation, Fuel, 2000, Vol. 79. — P. 89 – 93.
18. Skoblik A. P., Shanina B. D., Okulov S. M., Ulyanova E. V., Shpak A. P., and Gavriljuk V. G. Effect of iron compounds on hyperfine interactions and methane formation in the coal, J. Appl. Phys., 2011, Vol. 110. — 013706.
19. Curtis A. and Palmer C. Determination of twenty-nine elements in eight Argonne Premium Coal samples by instrumental neutron activation analysis, Energy and Fuels, 1990, Vol. 4. — P. 436 – 439.
20. Huffman G. P. and Huggins F. E. Mossbauer studies of coal and coke: quantitative phase identification and direct determination of pyritic and iron sulphide sulphur content, Fuel, 1978, Vol. 57. — P. 437 – 442.
21. Taneja S. P. and Jones C. H. W. Mossbauer studies of iron-bearing minerals in coal and coal ash, Fuel, 1984, Vol. 63. — P. 695 – 702.
22. Herod A. J., Gibb T. C., Herod A. A., Xu B., Zhang S., and Kandiyoti R. Iron complexes by Mossbauer spectroscopy in extracts from Point of Ayr coal, Fuel, 1996, Vol. 75. — P. 437 – 442.
23. Qiaojing Zhao, Shenjun Qin, Wenchao Shen, and Yuzhuang Sun. Significant influence of different sulfur forms on Sulfur-containing polycyclic aromatic ompound formation in high-sulfur coals, Fuel, 2023, Vol. 332. — 126019.
24. Забурдяев В. С. Метанообильные шахты: газоносность, метановыделение, дегазация // Безопасность труда в пром-сти. — 2012. — № 11. — С. 28 – 32.
25. Забурдяев В. С. Выделение метана из отбитого в очистном забое угля // Безопасность труда в пром-сти. — 2019. — № 11. — С. 13 – 17.
26. Малинникова О. Н., Ульянова Е. В., Харченко А. В., Пашичев Б. Н. Влияние микроструктуры угля на газонасыщенность призабойной зоны // ФТПРПИ. — 2020. — № 3. — С. 25 – 33.
27. Руководство по безопасности. Рекомендации по определению газоносности угольных пластов. — М.: НТЦ ПБ, 2017. — Сер. 5. — Вып. 48. — 44 с.
28. Razumov O. N., Kolesnik V. N., Gripachevski A. N., at al. Iron in coals of Donetsk pool, Mossbauer spectroscopy and its applications (XI ICMSA): Abstracts Int. Conf., June 1 – 6, 2009, Ekaterinburg, Russia. — P. 156.
29. Skoblik A. P., Shanina B. D., Kolesnik V. N., Konchits A. A., and Gavriljuk V. G. A modeling for effect of iron compounds on methane formation in the coal, Fuel, 2012, Vol. 98. — Р. 124 – 130.
30. Yardley B. Frontiers in Geofluids, Hoboken, N. Y., Wiley-Blackwell, 2010. — 328 p.
31. Fischer F. and Tropsch H. I. Preparation of synthetic oil mixtures (synthol) from carbon monoxide and hydrogen, Brennstoff-Chem, 1923, Vol. 4. — P. 276 – 285.
УДК 539.3
ОБ ОДНОЙ МОДЕЛИ СОВМЕСТНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРОППАНТА И ПОРОДНОГО МАССИВА ПРИ ГИДРОРАЗРЫВЕ ПЛАСТА
Д. С. Журкина, С. В. Лавриков, А. Ф. Ревуженко
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: lvk64@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Исследована связь между двумя процессами: деформированием проппантного слоя под действием горного давления и изменением горного давления в окружающем массиве при сбросе давления нагнетающей жидкости. Для моделирования задачи деформирования проппанта (задача механики сыпучих сред) используется метод дискретных элементов, для моделирования перераспределения горного давления (задача механики горных пород) применяется разработанная ранее континуальная модель горной породы как среды с внутренними источниками и стоками энергии и метод конечных элементов. В результате численного моделирования показано, что в зависимости от предварительной истории нагружения и свойств среды в породном массиве могут реализовываться как устойчивый, так и неустойчивый режим деформирования. Для устойчивого режима даны расчеты равновесного давления на контуре трещины гидроразрыва, оцененo изменение пористости проппантного слоя. В неустойчивом режиме в породном массиве наблюдаются динамические проявления горного давления.
Гидроразрыв пласта, проппант, пористость, горное давление, устойчивость, численное моделирование, метод дискретных и конечных элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20230502
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Желтов Ю. П., Христианович С. А. О гидравлическом разрыве нефтеносного пласта // Изв. АН СССР. Отдел техн. наук. — 1955. — № 5. — С. 3 – 41.
2. Perkins T. K. and Kern L. R. Widths of hydraulic fractures, J. Pet. Sci. Technol., 1961, Vol. 13, No. 9. — P. 937 – 949.
3. Черный С. Г., Лапин В. Н., Есипов Д. В., Куранаков Д. С. Методы моделирования зарождения и распространения трещин. — Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2016. — 312 с.
4. Байкин А. Н., Головин С. В. Развитие трещины гидроразрыва пласта в пороупругой среде // VIII Междунар. конф., посвященная 115-летию со дня рождения академика М. А. Лаврентьева. Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике. — Новосибирск: ИГиЛ СО РАН, 2015. — С. 78 – 79.
5. Мищенко И. Т., Мохов М. А., Стрижов И. Н., Ибатулин Т. Р., Магадова Л. А., Цыкин И. В. Сравнительный анализ эффективности ГРП с проппантом и ГРП с кварцевым песком // Нефть, Газ и Бизнес. — 2008. — № 8. — С. 51 – 58.
6. Новикова Е. В., Тримонова М. А., Турунтаев С. Б., Зенченко Е. В., Зенченко П. Е. Оценка давления образования трещины в лабораторных экспериментах по гидроразрыву пласта // Динамические процессы в геосферах. — 2022. — Т. 14. — № 2. — С. 40 – 51.
7. Беляков Г. В., Таирова А. А., Юдочкин Н. А., Торрес Т. М. Образование трещины в неоднородной пороупругой среде // Динамические процессы в геосферах. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 60 – 63.
8. Леконцев Ю. М., Сажин П. В. Технология направленного гидроразрыва пород для управления труднообрушающимися кровлями в очистных забоях и дегазации угольных пластов // ФТПРПИ. — 2014. — № 5. — С. 137 – 142.
9. Chen J., Li X., Cao H., and Huang L. Experimental investigation on the influence of pulsating hydraulic fracturing on pre-existing fractures propagation in coal, J. Pet. Sci. Eng., 2020, Vol. 189. — 107040.
10. Сластунов С. В., Ютяев Е. П., Мазаник Е. В., Садов А. П., Понизов А. В. Обеспечение метанобезопасности шахт на основе глубокой дегазации угольных пластов при их подготовке к интенсивной разработке // Уголь. — 2019. — № 7. — С. 42 – 47.
11. Сердюков С. В., Шилова Т. В., Дробчик А. Н. Лабораторная установка и методика определения газопроницаемости горных пород // ФТПРПИ. — 2017. — № 5. — С. 172 – 180.
12. Trimonova M. A., Zenchenko E. V., Turuntaev S. B., Golovin Yu. I., Samodurov A. A., Tyurin A. I., and Dubinya N. V. Rock toughness importance for hydraulic fracture modeling, AIP Conf. Proc., 2018, Vol. 2051, Issue 1. — 020308.
13. Rodrigo M., de Carvalho, and Tavares L. M. Predicting the effect of operating and design variables on breakage rates using the mechanistic ball mill model, Minerals Eng., 2013, Vol. 43 – 44. — P. 91 – 101.
14. Ревуженко А. Ф. Горная порода — среда с внутренними источниками и стоками энергии. Сообщение 1 // ФТПРПИ. — 1990. — № 4. — С. 14 – 21.
15. Лавриков С. В., Ревуженко А. Ф. Математическое моделирование неустойчивого режима деформирования породного массива с учетом внутренних самоуравновешенных напряжений // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — С. 12 – 29.
16. Кочарян Г. Г., Остапчук А. А., Мартынов В. С. Изменение режима деформирования разлома в результате инжекции флюида // ФТПРПИ. — 2017. — № 2. — С. 20 – 28.
17. Cundall P. A. and Strack O. D. L. A discrete numerical model for granular assemblies, Geotechnique, 1979, Vol. 29, No. 6. — P. 47 – 65.
18. Cundal P. A. and Potyondy D. O. A bonded-particle model for rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2004, Vol. 41. — P. 1329 – 1364.
19. Димаки А. В., Шилько Е. В., Астафуров С. В., Псахье С. Г. Развитие формализма метода частиц для моделирования отклика флюидонасыщенных пористых геологических материалов // Изв. ТПУ. — 2014. — Т. 324. — № 1. — С. 102 – 111.
20. Psakhie S. G., Shilko E. V., Grigoriev A. S., Astafurov S. V., Dimaki A. V., and Smolin A. Yu. A mathematical model of particle-particle interaction for discrete element based modeling of deformation and fracture of heterogeneous elastic-plastic materials, Eng. Fracture Mech., 2014, Vol. 130. — P. 96 – 115.
21. Клишин С. В., Ревуженко А. Ф. Локализация сдвигов и образование структуры при течении сыпучей среды в радиальном канале // ФТПРПИ. — 2023. — № 1. — С. 22 – 34.
22. Журкина Д. С., Клишин С. В., Лавриков С. В., Леонов М. Г. Моделирование локализации сдвигов и перехода геосреды к неустойчивым режимам деформирования на основе метода дискретных элементов // ФТПРПИ. — 2022. — № 3. — С. 13 – 22.
23. Klishin S. V., Lavrikov S. V., Mikenina O. A., and Revuzhenko A. F. Discrete element method modification for the transition to a linearly elastic body model, IOP Conf. Series: J. Physics, 2018, Vol. 973. — 012008.
24. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989. — 509 с.
25. Mindlin R. D. and Deresiewicz H. Elastic spheres in contact under varying oblique forces, J. Appl. Mech., Trans. ASME, 1953, Vol. 20. — P. 327 – 344.
26. Лавриков С. В., Ревуженко А. Ф. О деформировании блочной среды вокруг выработки // ФТПРПИ. — 1990. — № 6. — С. 7 – 15.
УДК 622.03; 622.016
ОЦЕНКА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РУД И ГОРНЫХ ПОРОД, ПОДВЕРГШИХСЯ ЗАТОПЛЕНИЮ
А. А. Еременко, Т. П. Дарбинян, Ю. Н. Шапошник, О. М. Усольцева, П. А. Цой
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: eremenko@ngs.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
ЗФ ПАО “ГМК “Норильский никель”,
E-mail: DarbinyanTP@nornik.ru, пл. Гвардейская, 2, 663302, г. Норильск, Россия
Исследованы физико-механические свойства роговика, габбро-долерита и богатой халькопирит-пирротиновой руды Октябрьского месторождения Талнахского рудного узла, подвергшихся затоплению. Анализ петрографии, элементного и минералогического состава образцов показал, что существенных различий в их свойствах после затопления не наблюдается. Сравнение деформационно-прочностных характеристик при испытаниях горных пород и руды на одноосное сжатие и растяжение демонстрирует их уменьшение в водонасыщенном и увеличение в высушенном состоянии при комнатной температуре. Пределы прочности, модули упругости, сцепления и углы внутреннего трения имеют меньшие значения после высушивания, чем в исходном состоянии.
Месторождение, руда, горные породы, затопление, самовозгорание, окисляемость, прочность, элементный состав, коэффициент сцепления, угол внутреннего трения, напряжение
DOI: 10.15372/FTPRPI20230503
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Звездкин В. А., Зуев Б. Ю., Климкина В. М., Анохин А. Г., Дарбинян Т. П. Исследование напряженно-деформированного состояния почвы разделительных массивов глубоких рудников Талнаха // Зап. Горн. ин-та. — 2010. — Т. 185. — С. 81 – 84.
2. Усков В. А., Еременко А. А., Дарбинян Т. П., Марысюк В. П. Оценка геодинамической опасности тектонических структур для подземной разработки Северных залежей Октябрьского месторождения // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — С. 86 – 96.
3. Руководство по методике исследования физико-механических свойств и напряженного состояния горных пород при инженерных изысканиях в горных выработках, предназначаемых для размещения объектов народного хозяйства. — М.: Стройиздат, 1977. — 24 с.
4. ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009. Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий. Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 35 – 2009 от 11.07.2009).
5. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном сжатии, 1984.
6. ГОСТ 28985-91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии, 1991.
7. ГОСТ 21153.3-85. Породы горные. Методы определения предела прочности при одноосном растяжении, 1985.
8. ГОСТ 21153.5-88. Породы горные. Метод определения предела прочности при срезе со сжатием, 1988.
9. Wasantha P. P. and Ranjith P. G. Water–weakening behavior of Hawkesbury sandstone in brittle regime, Eng. Geol., 2014, Vol. 178. — P. 91 – 101.
10. Cherblanc F., Berthonneau J., Bromblet P., and Huon V. Influence of water content on the mechanical behavior of limesonte: role of clay minerals content, J. Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49. — P. 2033 – 2042.
11. Hua W., Dong S., Li Y., and Wang Q. Effect of cyclic wetting and drying on the pure mode II fracture toughness of sandstone, J. Eng. Fracture Mechanics, 2016, Vol. 153. — P. 143 – 150.
12. Wong L., Maruvanchery V., and Liu G. Water effects on rock strength and stiffness degradation, Acta Geotechnica, 2016, Vol. 11. — P. 713 – 737.
13. Zhao Z., Yang J., Zhang D., and Peng H. Effects of wetting and cyclic wetting–drying on tensile strength of sandstone with a low clay mineral content, J. Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50. — P. 485 – 491.
14. Qiao L., Wang Z., and Huang A. Alteration of mesoscopic properties and mechanical behavior of sand-stone due to hydro–physical and hydro–chemical effects, J. Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50. — P. 255 – 267.
УДК 624.131.21 + 539.37
ФОРМИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ СТРУКТУР В ПРОЦЕССЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СДВИГОВ СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ: ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТ
В. П. Косых, О. А. Микенина
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: v-kosykh@yandex.ru, olgarev@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Проведена серия лабораторных экспериментов по циклическому деформированию сыпучей среды на приборе однородного сдвига. Стационарные краевые условия в течение сотен тысяч циклов сдвига приводят к нестационарной реакции среды. В среде наблюдаются периоды колебаний напряжений порядка десятков, сотен и тысяч циклов. Причина нестационарной реакции среды связана с периодическим формированием и разрушением системы кластеров и силовых цепочек. С использованием метода дискретных элементов выполнено численное моделирование циклического сдвига сыпучей среды по аналогичной программе нагружения, которое показало адекватность применения указанного численного метода и соответствие полученных результатов данным лабораторных экспериментов.
Сыпучая среда, сдвиг, диаграмма напряжений, кластеры, дискретные элементы, длинные периоды, нестационарная реакция
DOI: 10.15372/FTPRPI20230504
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бобряков А. П., Косых В. П., Ревуженко А. Ф. О временных структурах в процессах деформирования сыпучей среды // ФТПРПИ. — 1990. — № 2. — С. 29 – 39.
2. Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды. — Новосибирск: ЗАО ИПП “Офсет”, 2003. — 373 с.
3. Журкина Д. С., Клишин С. В., Лавриков С. В., Леонов М. Г. Моделирование локализации сдвигов и перехода геосреды к неустойчивым режимам деформирования на основе метода дискретных элементов // ФТПРПИ. — 2022. — № 3. — С. 13 – 22.
4. Клишин С. В., Ревуженко А. Ф. Течение сыпучей среды в радиальном канале: локализация сдвигов и образование структуры // ФТПРПИ. — 2023. — № 1. — С. 22 – 34.
5. Косых В. П., Ревуженко А. Ф. Прибор простого сдвига // ФТПРПИ. — 2021. — № 4. — С. 172 – 179.
6. Любушин А. А. Фрактальный анализ временных рядов. — М.: РГГРУ, 2006. — 22 с.
7. Лукк А. А., Дещеревский А. В., Сидорин А. Я., Сидорин И. А. Вариации геофизических полей как проявление детерминированного хаоса во фрактальной среде. — М.: ОИФЗ РАН, 1996. — 200 c.
8. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов, прогноз и управление. Кн. 1. — М.: Мир, 1974. — 406 с.
9. He Y., Evans T. J., Yu A., and Yang R. Discrete modelling of compaction of non-spherical particles. Powders and grains, 8th Int. Conf. on Micromechanics on Granular Media, 2017, Vol. 140. — 01005.
10. Zhurkina D. S. and Lavrikov S. V. Problem of simple shear in granular medium: Comparison of DEM modeling results and laboratory testing data, AIP Conf. Proc., 2021, Vol. 2448. — 020027.
11. Mollanouri Shamsi M. M. and Mirghasemi A. A. Numerical simulation of 3D semi-real-shaped granular particle assembly, Powder Technol., 2012, Vol. 221. — P. 431 – 446.
12. Zheng J. and Hryciw R. D. An image based clump library for DEM simulations, Granular Matter, 2017, Vol. 19, Issue 2. — P. 26 – 41.
13. Tang-Tat Ng, Wei Zhou, and Xiao-Lin Chang. Effect of particle shape and fine content on the behavior of binary mixture, J. Eng. Mechan., 2017, Vol. 143, Issue 1. — C4016008.
14. Zhao D., Nezami E. G., Hashash Y., and Ghaboussi J. Three-dimensional discrete element simulation for granular materials, Eng. Computations: Int. J. for Computer-Aided Eng. and Software, 2006, Vol. 23, Issue 7. — P. 749 – 770.
15. Дрешер А., Йоселен де Йонг. Проверка механической модели течения гранулированного материала методами фотоупругости // Определяющие законы механики грунтов — М.: Мир, 1975. — С. 144 – 165.
16. Косых В. П., Микенина О. А. формирование кластеров при двухосном сжатии сыпучей среды // ФТПРПИ. — 2022. — № 4. — С. 11 – 17.
17. Кочарян Г. Г., Марков В. К., Остапчук А. А., Павлов Д. В. Мезомеханика и сопротивление сдвигу по трещине с заполнителем // Физ. мезомеханика. — 2013. — Т. 16. — № 5. — С. 5 – 15.
18. Вайсберг Л. А., Демидов И. В., Иванов К. С. Механика сыпучих сред при вибрационных воздействиях: методы описания и математического моделирования // Обогащение руд. — 2015. — № 4. — С. 21 – 31.
УДК 622.831
ОЦЕНКА ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАССИВА ПОРОД В БОРТУ КАРЬЕРА
В. В. Рыбин, К. Н. Константинов, Ю. А. Старцев
Горный институт КНЦ РАН,
E-mail: k.konstantinov@ksc.ru, ул. Ферсмана, 24, 184209, г. Апатиты, Россия
Приведены результаты исследования геомеханического состояния прибортового массива пород в окрестности крупной карьерной выемки с использованием сейсмического метода. С помощью натурных определений скоростей прохождения упругих волн в массиве установлены его упругие характеристики, на основе которых сделан вывод об устойчивости участка. Показано, что сейсмическим методом можно получать достаточно надежные данные о динамике изменения геомеханического состояния приконтурного массива на большой площади и осуществлять контроль геомеханической ситуации и устойчивости участков борта карьера. На примере карьера “Железный“ АО “Ковдорский ГОК” представлен многолетний опыт применения сейсмического метода для решения задач обеспечения устойчивости участков борта карьера. Изложенный подход применим для предприятий горной промышленности, разрабатывающих месторождения полезных ископаемых с формированием глубоких карьерных выемок.
Геомеханика, устойчивость борта карьера, уступ, сейсмический метод, профилирование, коэффициент Пуассона, томография, мониторинг
DOI: 10.15372/FTPRPI20230505
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каспарьян Э. В., Кожуховский А. В., Розанов И. Ю. Опыт организации мониторинга устойчивости бортов и уступов карьера // Горн. журн. — 2015. — № 5. — С. 67 – 74.
2. Розанов И. Ю., Ковалев Д. А. Результаты анализа данных радарной системы мониторинга устойчивости борта карьера “Железный” АО “Ковдорский ГОК” // ГИАБ. — 2022. — № 12-1. — С. 122 – 133.
3. Kozyrev A. A., Rybin V. V., and Konstantinov K. N. Field-scale investigations of the stress field and the excavation damaged zone extent, the Kola Peninsula, Russia, Abstr. 5th Jubilee Balkan Mining Congress, Ohrid, Macedonia, 2013. — P. 359 – 365.
4. Мельников Н. Н., Калашник А. И., Запорожец Д. В., Дьяков А. Ю., Максимов Д. А. Опыт применения георадарных подповерхностных исследований в западной части российского сектора Арктики // Проблемы Арктики и Антарктики. — 2016. — № 1. — С. 39 – 49.
5. Соловьев Е. Э., Саввин Д. В., Федорова Л. Л. Исследование геокриологических условий массива мерзлых горных пород неразрушающими электромагнитными методами // Горн. журн. — 2019. — № 2. — С. 31 – 37.
6. Takao Kobayashi, Changwan Sun, and Jin-Hyuck Choi. Near-surface fault investigation by Ground Penetrating Radar (GPR) surveys, J. Geological Society Korea, 2022, Vol. 58, No. 4. — P. 445 – 455.
7. Епифанова М. В., Федоров С. А., Козырев А. А., Рыбин В. В., Волков Ю. И. Инженерно-геологические аспекты проектирования глубокого карьера Ковдорского ГОКа // Горн. журн. — 2007. — № 9. — С. 30 – 33.
8. Kozyrev A. A., Kagan M. M., and Chernobrov D. S. Results related pit wall microseismic monitoring (“Zhelezny” mine, Kovdorsky GOK, JSC), Proc. 8th Int. Symp. on Rockbursts and Seismicity in Mines, Perm. Min. Inst. RAS, 2013. — P. 501 – 505.
9. Каспарьян Э. В., Рыбин В. В., Старцев Ю. А. Применение сейсмотомографических исследований для геомеханического мониторинга участка борта карьера // Вестн. КНЦ РАН. — 2011. — № 3 (6). — С. 30 – 33.
10. Розанов И. Ю., Завьялов А. А. Применение радара IBIS FM для контроля состояния борта карьера рудника “Железный” (АО “Ковдорский ГОК”) // ГИАБ. — 2018. — № 7. — С. 40 – 46.
УДК 550.8.08
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГЛИНИСТОЙ КОРКИ НА ОБРАЗЦАХ ПЕСЧАНИКА С НИЗКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ
Д. М. Евменова, Н. А. Голиков, И. Н. Ельцов
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН,
Е-mail: PavlovaDM@ipgg.sbras.ru, просп. Коптюга, 3, 630090, г. Новосибирск, Россия
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН,
Е-mail: igor_el@mail.ru, просп. Академика Лаврентьева, 6, 630090, г. Новосибирск, Россия
Новосибирский государственный технический университет,
ул. Немировича-Данченко, 136, 630087, г. Новосибирск, Россия
Новосибирский государственный университет,
Е-mail: GolikovNA@ipgg.sbras.ru, ул. Пирогова, 1, 630090, г. Новосибирск, Россия
Показано, что учет характеристик зоны проникновения, образующейся в процессе фильтрации бурового раствора в пласт, позволяет повысить достоверность геоинформационной системы данных геолого-геофизических исследований в скважинах. Разработана методика интерпретации данных с учетом гидродинамических и геомеханических аспектов бурения. В качестве части зоны проникновения рассмотрена глинистая корка, при которой пористость и проницаемость невозможно напрямую измерить. Представлены результаты экспериментальных исследований динамики роста глинистой корки на образцах низкопроницаемого песчаника коллектора юрского возраста с помощью оригинальной установки. Определена неоднородность глинистой корки по петрофизическим свойствам. При повторных измерениях выявлена зона кольматации.
Глинистая корка, породный образец, проницаемость, пористость, эксперимент, интерпретация данных геоинформационной системы, зона кольматации, зона проникновения
DOI: 10.15372/FTPRPI20230506
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Назарова Л. А., Назаров Л. А., Эпов М. И., Ельцов И. Н. Эволюция геомеханических и электрогидродинамических полей в массиве горных пород при бурении скважин // ФТПРПИ. — 2013. — № 5. — С. 37 – 49.
2. Павлова Д. М., Сухорукова К. В., Нестерова Г. В., Ельцов И. Н. Геоэлектрические, гидродинамические и геомеханические характеристики юрского нефтяного коллектора по данным скважинной геоэлектрики и численного моделирования // Каротажник. — 2018. — № 4 (286). — С. 36 – 46.
3. Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2012619496 РФ. GEHM / Л. А. Назаров, Л. А. Назарова, Г. В. Нестерова, И. Н. Ельцов. Правообладатель ИНГиГ им. А. А. Трофимука СО РАН, № 2012619496 от 19.10.2012.
4. Tien C. Introduction to cake filtration, Elsevier Sci., 2006. — 292 p.
5. Tien C., Teoh K., and Tan R. B. H. Cake filtration analysis — the effect of the relationship between the pore liquid pressure and the cake compressive stress, Chem. Eng. Sci., 2001, No. 56. — P. 5361 – 5369.
6. Chin W. C. Formation Invasion with Applications to Measurement — While-Drilling, Time-Lapse Analysis, and Formation Damage, Houston, Gulf Publish. Company, 1995. — 240 p.
7. Dewan J. T. and Chenevert M. E. A model for filtration of water-base mud during drilling: determination of mud cake parameters, Petrophysics, 2001, Vol. 42, No. 3. — P. 237 – 250.
8. Salazar J., Torres-Verdin С., Alpak F. O., Habashy M., and Klein D. J. Estimation of permeability from borehole array induction measurements: Application of petrophysical appracial of tight gas sands, Petrophysics, 2006, Vol. 47, No. 6. — P. 527 – 544.
9. Sherwood J. D. and Meeten G. H. The filtration of compressible mud filtercakes, J. Petroleum Sci. Eng., 1997, No. 18. — P. 73 – 81.
10. Зайцев М. В., Михайлов Н. Н. Влияние околоскважинной зоны на продуктивность скважины // Нефт. хоз-во. — 2004. — № 1. — С. 64 – 66.
11. Михайлов Н. Н. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинной зоне. — М.: Недра, 1987. — 152 с.
12. Голубев В. И., Михайлов Д. Н. Моделирование динамики фильтрации двухчастичной суспензии через пористую среду // Тр. МФТИ. — 2011. — Т. 3. — № 2. — С. 143 – 147.
13. Collins R. E. Flow of fluids through porous materials, New York, Reinhold Publish. Corporation, 1961. — 350 p.
14. Xu S., Gao B., and Saiers J. E. Straining of colloidal particles in saturated porous media, Water Resources Res., 2006, Vol. 42. — W12S16.
15. Димов C. В., Кузнецов В. В., Рудяк В. Я., Тропин Н. М. Экспериментальное изучение фильтрации микросуспензии в высокопроницаемой пористой среде // МЖГ. — 2012. — № 2. — C. 47 – 56.
16. Башкатов А. Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин. — М.: ООО “Недра-Бизнесцентр”, 2003. — 554 с.
17. Михайлов Д. Н., Рыжиков Н. И., Шако В. В. Экспериментальное исследование процесса переноса и накопления суспензии твердых частиц и взвеси глины в образцах горных пород // Механика жидкости и газа. — 2015. — № 5. — С. 107 – 122.
18. Евменова Д. М., Голиков Н. А., Юркевич Н. В., Ельцов И. Н. Экспериментальное исследование глинистой корки в условиях циркуляции бурового раствора // Каротажник. — 2021. — Т. 3. — № 309. — С. 100 – 108.
19. Jaffar A., Mohtar C. S., and Gray K. E. Modeling of filtration and mudcake buildup: An experimental investigation, J. Natural Gas Sci. Eng., 2017, No. 38. — P. 1 – 11.
20. Fattah K. A. and Lashin A. Investigation of mud density and weighting materials effect on drilling fluid filter cake properties and formation damage, J. African Earth Sci., 2016, No. 117. — P. 346 – 357.
21. Амикс Д., Басс Д., Уайтинг Р. Д. Физика нефтяного пласта. — М.: Гостоптехиздат, 1962. — 569 с.
22. Бжицких Т. Г., Санду С. Ф., Пулькина Н. Э. Определение физических и фильтрационно-емкостных свойств горных пород. — Томск: ТПУ, 2008. — 95 с.
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УДК 622.234.573
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОРАЗРЫВА ВБЛИЗИ ВЫРАБОТКИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ
А. В. Азаров, С. В. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: antonazv@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Представлены результаты численных исследований распространения трещины гидроразрыва в неоднородно напряженной упругой среде вблизи цилиндрической полости. Моделирование выполнено расширенным методом конечных элементов. Рассмотрены разные варианты ориентации главных напряжений по отношению к полости и дисковому инициатору разрыва. Показано влияние соотношения напряжений и их уровня на траекторию развития трещин. Приведены основные типы образующихся трещин. Проанализированы условия, при которых гидроразрыв выходит на поверхность полости, распространяется вдоль нее. Описаны особенности изменения давления распространения и раскрытия трещин различной формы в зависимости от закачанного объема рабочей жидкости.
Породный массив, горная выработка, напряженное состояние, гидравлический разрыв, форма трещин, цилиндрическая полость, раскрытие и давление распространения трещин, численное моделирование, расширенный метод конечных элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20230507
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Boak J. and Kleinberg R. Shale gas, tight oil, shale oil and hydraulic fracturing, Future Energy, Elsevier, 2020. — P. 67 – 95.
2. Wang H. Y. and Sharma M. M. Determine in-situ stress and characterize complex fractures in naturally fractured reservoirs from diagnostic fracture injection tests, Rock Mech. Rock Eng., 2019, Vol. 52, No. 12. — P. 5025 – 5045.
3. Amadei B. and Stephansson O. Rock stress and its measurement, Springer Science & Business Media, 1997.
4. He Q., Suorineni F. T., and Oh J. Review of hydraulic fracturing for preconditioning in cave mining, Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49, No. 12. — P. 4893 – 4910.
5. Чернов О. И., Гребенник О. И. Направленное воздействие на монолитную труднообрушающуюся кровлю в шахтах // Механика горных пород и механизированные крепи. — Новосибирск: Наука, 1985. — 254 с.
6. Liu J., Liu C., Yao Q., and Si G. The position of hydraulic fracturing to initiate vertical fractures in hard hanging roof for stress relief, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2020, Vol. 132. — P. 104328.
7. Huang B., Cheng Q., and Chen S. Phenomenon of methane driven caused by hydraulic fracturing in methane-bearing coal seams, Int. J. Min. Sci. Technol., 2016, Vol. 26, No. 5. — P. 919 – 927.
8. Сердюков С. В., Курленя М. В., Рыбалкин Л. А., Шилова Т. В. Влияние гидроразрыва угля на фильтрационное сопротивление зоны дренирования дегазационной скважины // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С. 3 – 13.
9. Lyu S., Wang S., Li J., Chen X., Chen L., Dong Q., and Huang P. Massive hydraulic fracturing to control gas outbursts in soft coal seams, Rock Mech. Rock Eng., 2022, Vol. 55, No. 3. — P. 1759 – 1776.
10. Шилова Т. В., Сердюков С. В. Защита действующих дегазационных скважин от поступления воздуха из горных выработок через вмещающие породы // ФТПРПИ. — 2015. — № 5. — С. 179 – 186.
11. Shi F., Wang D., and Chen X. A numerical study on the propagation mechanisms of hydraulic fractures in fracture-cavity carbonate reservoirs, CMES, 2021, Vol. 127. — P. 575 – 598.
12. Martynyuk P. A. and Sher E. N. Development of a crack close to a circular opening with an external field of compressive stresses, J. Min. Sci., 1996, Vol. 32, No. 6. — P. 453 – 463.
13. Cheng L., Luo Z., Yu Y., Zhao L., and Zhou C. Study on the interaction mechanism between hydraulic fracture and natural karst cave with the extended finite element method, Eng. Fracture Mechan., 2019, Vol. 222. — 106680.
14. Wang L., Wu X., Hou L., Guo Y., Bi Z., and Yang H. Experimental and numerical investigation on the interaction between hydraulic fractures and vugs in fracture-cavity carbonate reservoirs, Energies, 2022, Vol. 15, No. 20. — P. 7661.
15. Kao J. W., Wei S. M., Wang W. Z., and Jin Y. Numerical analysis of the hydraulic fracture communication modes in fracture-cavity reservoirs, Petroleum Sci., 2022.
16. Xia B., Zhang X., Yu B., and Jia J. Weakening effects of hydraulic fracture in hard roof under the influence of stress arch, Int. J. Min. Sci. Technol., 2018, Vol. 28, No. 6. — P. 951 – 958.
17. Azarov A. V., Serdyukov S. V., and Patutin A. V. Investigation of hydraulic fracture in a poroelastic medium containing a cavity, J. Fundamental Appl. Min. Sci., 2020, Vol. 7, No. 1. — P. 12 – 17.
18. He B. and Zhuang X. Modeling hydraulic cracks and inclusion interaction using XFEM, Underground Space, 2018, Vol. 3, No. 3. — P. 218 – 228.
19. Luo Z., Zhang N., Zhao L., Zeng J., Liu P., and Li N. Interaction of a hydraulic fracture with a hole in poroelasticity medium based on extended finite element method, Eng. Analysis Boundary Elements, 2020, Vol. 115. — P. 108 – 119.
20. Liu B., Jin Y., and Chen M. Influence of vugs in fractured-vuggy carbonate reservoirs on hydraulic fracture propagation based on laboratory experiments, J. Structural Geol., 2019, Vol. 124. — P. 143 – 150.
21. Kao J., Xu D., Bian X., Yin S., and Jin Y. Numerical analysis of interaction between Hydraulic fracture and a 3D spherical cave, 56th US Rock Mechan./Geomech. Symp. OnePetro, 2022.
22. Qiao J. et al. The hydraulic fracturing with multiple influencing factors in carbonate fracture-cavity reservoirs, Comput. Geotech., 2022, Vol. 147. — 104773.
23. Serdyukov S. V., Azarov A. V., Rybalkin L. A., and Patutin A. V. Shapes of hydraulic fractures in the neighborhood of cylindrical cavity, J. Min. Sci., 2021, Vol. 57, No. 6. — P. 943 – 954.
24. 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.
25. Азаров А. В., Сердюков С. В. Трехмерное моделирование гидроразрыва изотропной упругой среды с щелевым инициатором на забое скважины // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 61 – 71.
26. Климчук И. В., Маланченко В. М. Опыт применения полимерных технологий на горнодобывающих предприятиях России // Горн. пром-сть. — 2007. — № 4. — С. 22 – 25.
27. Tunnel waterproofing using polymeric membranes, Tunnel. Underground Space Technol., 1987, Vol. 2, Issue 1. — P. 83 – 88.
28. Perkins T. K. and Kern L. R. Widths of fractures, J. Petrol. Technol., 1961, No. 13. — P. 937 – 949.
УДК 622.235.63
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД СБЛИЖЕННЫМИ ШПУРОВЫМИ ЗАРЯДАМИ ПРИ КОНТУРНОМ ВЗРЫВАНИИ
Е. Н. Шер
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: ensher@gmail.com, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Приведены расчетная схема и результаты расчетов развития магистральных трещин, образующихся при взрыве сближенных шпуровых зарядов в хрупких горных породах. Расчеты в трехмерной постановке выполнены на примере образования щели в граните при контурном взрывании шпуров с зарядами аммонита для разных расстояний между шпурами и степени их заполнения взрывчатым веществом. Определены формы и размеры магистральных трещин, образующихся при взрыве одиночного шпурового заряда и трех сближенных. По результатам расчетов для конкретного шпурового заряда предложен способ определения рационального расстояния между шпурами при контурном взрывании, обеспечивающего максимальную площадь образующейся щели.
Взрыв, горные породы, разрушение, шпуровые заряды, численное моделирование, контурное взрывание
DOI: 10.15372/FTPRPI20230508
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Густафссон Р. Шведская техника взрывных работ. — М.: Недра, 1977. — 264 с.
2. Бротанек И., Вода Й. Контурное взрывание в горном деле и строительстве. — М.: Недра, 1983. — 144 с.
3. Флягин А. С., Жариков С. Н. О контурном взрывании при ведении горных работ // Взрывное дело. - 2015. - № 114/71. - С. 194 – 201.
4. Шилова Т. В., Сердюков С. В. Защита действующих дегазационных скважин от поступления воздуха из горных выработок через вмещающие породы // ФТПРПИ. — 2015. — № 5. — С. 179 – 186.
5. Эшонкулов У. Х., Олимов Ф. М., Саидахмедов А. А. и др. Обоснование параметров контурного взрывания при сооружении горных выработок большого сечения в крепких породах // Достижение науки и образования. - 2018. - № 19 (41). — С. 10 – 13.
6. Жариков С. Н., Шеменев В. Г. О влиянии взрывных работ на устойчивость бортов карьеров // Горн. журн. - 2013. - № 2. - С. 80 – 83.
7. Козырев С. А., Камянский В. Н. Разработка численных моделей взрыва скважинных зарядов в массиве горных пород // Вестн. КНЦ РАН. - 2019. - № 2 (11). - С. 34 – 44.
8. Шер Е. Н., Черников А. Г. Расчет параметров радиальной системы трещин, образующейся при взрыве удлиненного заряда в хрупких горных породах // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2015. — № 2. — С. 299 – 303.
9. Григорян С. С. Некоторые вопросы математической теории деформирования и разрушения твердых горных пород // ПММ. — 1967. — Т. 31. — Вып. 4. — С. 643 – 669.
10. Механический эффект подземного взрыва / В. Н. Родионов, В. В. Адушкин, А. Н. Ромашев и др. — М.: Недра, 1971. — 221 c.
11. Чедвик П., Кокс А., Гопкинсон Г. Механика глубинных подземных взрывов. — М.: Мир, 1966. — 126 c.
12. Шер Е. Н. Моделирование развития трещин в слоистом породном массиве скважинных зарядов и гидроразрыве // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — С. 42 – 53.
13. Шер Е. Н., Александрова Н. И. Динамика развития зоны дробления в упругопластической среде при камуфлетном взрыве шнурового заряда // ФТПРПИ. — 1997. — № 6. — С. 43 – 49.
14. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. — М.: Мир, 1987. — 326 c.
15. Михайлов А. М. Расчет напряжений вокруг трещины в трехмерном случае // ФТПРПИ. — 2000. — № 5. — С. 445 – 451.
16. Peach М. and Koehler J. S. The forces exerted on dislocations and the stress fields produced by them, Phys. Rev., 1950, Vol. 80, No. 3. — P. 436 – 440.
УДК 550.34.016
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ОТВАЛОВ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД
В. И. Куликов, З. З. Шарафиев
Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН,
Е-mail: geospheres@idg.chph.ras.ru, Ленинский проспект, 38, корп. 1, 119334, г. Москва, Россия
Разработана феноменологическая модель инициирования оползня при многократном сейсмическом воздействии. В ее основе полученные в лабораторных экспериментах представления о закономерностях обрушения склонов под действием динамических нагрузок, результаты анализа большого объема натурных данных, инструментальные измерения сейсмического эффекта массовых взрывов, численные расчеты действия сейсмических колебаний на склоны. Сформулированы правила принятий решений при оценке возможности инициирования оползня сейсмическим воздействием. Проведена оценка устойчивости отвалов вскрышных пород карьеров Курской магнитной аномалии. Показано, что массовые взрывы в карьерах радикально не влияют на устойчивость отвалов вскрышных пород, однако нарушение работы дренажной системы, поднятие уровня грунтовых вод в отвалах могут привести к накоплению необратимых деформаций.
Феноменологическая модель, оползни, обрушение склонов, многократные воздействия, отвалы вскрышных пород, сейсмические колебания, взрывы
DOI: 10.15372/FTPRPI20230509
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 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.
2. Кочарян Г. Г., Шарафиев З. З., Кишкина С. Б., Чен Ц. Эффект снижения трения в основании гравитационного оползня под действием сейсмических колебаний // ФТПРПИ. — 2022. — № 2. — С. 3 – 14.
3. Кочарян Г. Г., Беседина А. Н., Кишкина С. Б., Павлов Д. В., Шарафиев З. З., Каменев П. А. Инициирование обрушения склона сейсмическими колебаниями от разных источников // Физика Земли. — 2021. — № 5. — С. 41 – 54.
4. Кочарян Г. Г., Кишкина С. Б., Шарафиев З. З. Лабораторное исследование устойчивости горных склонов при динамических воздействиях // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 95 – 109.
5. Кишкина C. Б., Кочарян Г. Г., Павлов Д. В., Шарафиев З. З. Лабораторное исследование устойчивости склона при импульсном динамическом воздействии // Динамические процессы в геосферах. — 2020. — № 12. — С. 62 – 70.
6. Fotopoulou S. D. and Pitilakis K. D. Vulnerability assessment of reinforced concrete buildings at precarious slopes subjected to combined ground shaking and earthquake induced landslide, Soil Dyn. Earthq. Eng., 2017, Vol. 93. — P. 84 – 98.
7. Wang T., Wu S. R., Shi J. S., Xin P., and Wu L. Z. Assessment of the effects of historical strong earthquakes on large-scale landslide groupings in the Wei River midstream, Eng. Geol., 2018, Vol. 235. — P. 11 – 19.
8. Forte G., Verrucci L., Giulio A. D., Falco M. D., Tommasi P., Lanzo G., Franke K. W., and Santo A. Analysis of major rock slides that occurred during the 2016 – 2017 Central Italy seismic sequence, Eng. Geol., 2021, Vol. 290.
9. Кочарян Г. Г., Беседина А. Н., Гридин Г. А., Морозова К. Г., Остапчук А. А. Трение как фактор, определяющий излучательную эффективность подвижек по разломам и возможность их инициирования. Состояние вопроса // Физика Земли. — 2023. — № 3. — С. 3 – 32.
10. Boulton C., Yao L., Faulkner D. R., Townend J., Toy V. G., Sutherland R., Ma S., and Shimamoto T. High-velocity frictional properties of Alpine fault rocks: Mechanical data, microstructural analysis, and implications for rupture propagation, J. Structural Geol., 2017, Vol. 97. — P. 71 – 92.
11. Бернштейн В. А. Механогидролитические процессы и прочность твердых тел. — Л.: Наука, 1987. — 320 с.
12. Житинская О. М. Влияние компонентов инженерно-геологических условий на устойчивость бортов железорудных карьеров при длительной их разработке: автореф. дис. … канд. геолого-минер. наук. — М.: РГГУ им. Серго Орджоникидзе, 2018. — 26 с.
УДК 622.279
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОППАНТОВ НА ПРОВОДИМОСТЬ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА
Ян Ин, Фу Цяофэй, Юань Хайюнь, М. П. Хайдина, Вэй Цзянгуан
Северо-восточный нефтяной университет,
163318, г. Дацин, Китай
Научно-исследовательский институт нефтедобычи Дацинское нефтяное месторождение,
E-mail: yyainngg@126.com, 163453, г. Дацин, Китай
КННК “Интернационал” (Туркменистан),
744000, г. Ашхабад, Туркменистан
Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина,
Ленинский проспект, 65, к. 1, 119991, г. Москва, Россия
Исследовано влияние параметров проппантов на долговременную проводимость трещин гидроразрыва пласта. Вдавливание проппантов в стенки трещины и их раздавливание изучены системой определения проводимости трещины FCMS-V с помощью автоэмиссионного сканирующего микроскопа, поляризационного микроскопа и методом ситового анализа. Выявлены зависимости проводимости от размера гранул, гранулометрического состава, концентрации и способа размещения проппантов, давления смыкания трещины и вдавливания проппантов в стенки трещины. Подробно рассмотрены вопросы вдавливания и раздавливания проппантов различного размера гранул под разным давлением смыкания трещины. Даны рекомендации по размещению проппантов при гидроразрыве пласта в условиях добычи метана угольных пластов на участке YC бассейна Ordos (Китай).
Экспериментальное исследование, метан угольных пластов, проводимость трещин гидроразрыва пласта, вдавливание проппантов, раздавливание проппантов
DOI: 10.15372/FTPRPI20230510
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Awoleke O., Romero J., Zhu D., and Hill A. D. Experimental investigation of propped fracture conductivity in tight gas reservoirs using factorial design, SPE Hydraulic Fracturing Technol. Conf., Texas, USA, February 2012.
2. Lekontsev Y. M., Sazhin P. V., Novik A. V., and Mezentsev Yu. B. Methane production rate in hydraulic fracturing of coal seams, J. Min. Sci., 2021, Vol. 57. — P. 595 – 600.
3. Ян И., Лян М., Шуайбу А. М. Анализ эффективности проведения гидроразрыва пласта для добычи метана из угольных пластов на участке QD бассейна Qinshui Китая // Нефть. Газ. Новации. — 2019. — № 1. — С. 77 – 82.
4. Овчинников К. Н., Буянов А. В., Малявко Е. А., Кашапов Д. В. Моделирование распространения маркированного пропанта в трещине гидравлического разрыва пласта // Бурение и Нефть. — 2020. — № 10. — С. 20 – 27.
5. Serdyukov S. V., Kurlenya M. V., Rybalkin L. A., and Shilova T. V. Hydraulic fracturing effect on filtration resistance in gas drainage hole area in coal, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55. — P. 175 – 184.
6. Zheng W., Silva S. C., and Tannant D. D. Crushing characteristics of four different proppants and implications for fracture conductivity, J. Natural Gas Sci. and Eng., 2018, Vol. 53. — P. 125 – 138.
7. Isah A., Hiba M., Al-Azani K. H., Aljawad M. S., and Mahmoud M. A comprehensive review of proppant transport in fractured reservoirs: Experimental, numerical, and field aspects, J. Nat. Gas Sci. Eng., 2021, Vol. 88. — 103832.
8. Ян И., Чэнь Х., Ван Х., Чжоу Ц., Цзя Б. Влияние тектонических структур на добычу метана при разработке участка QD угольного бассейна Циньшуй (Китай) // ФТПРПИ. — 2021. — № 3. — C. 85 – 95.
9. Fan M., Li Z., Han Y., Teng Y., and Chen C. Experimental and numerical investigations of the role of proppant embedment on fracture conductivity in narrow fractures, SPE J., 2020, Vol. 26. — P. 324 – 341.
10. Shamsi M., Nia S. F., and Jessen K. Dynamic conductivity of proppant-filled fractures, J. Pet. Sci. Eng., 2017, Vol. 151. — P. 183 – 193.
11. Mourzenko V. V., Thovert J.-F., and Adler P. M. Conductivity and transmissivity of a single fracture, transport in porous media, 2018, Vol. 123. — P. 235 – 256.
12. Lei G., Liao Q., and Patil S. A new mechanistic model for conductivity of hydraulic fractures with proppants embedment and compaction, J. Hydrology, 2021, Vol. 601. — 126606.
13. Xu J., Ding Y., Yang L., Liu Z., Gao R., Yang H., and Wang Z. Conductivity analysis of tortuous fractures filled with non-spherical proppants, J. Pet. Sci. Eng., 2021, Vol. 198. — 108235.
14. Huang Q., Liu S., Cheng W., and Wang G. Fracture permeability damage and recovery behaviors with fracturing fluid treatment of coal: An experimental study, Fuel, 2020, Vol. 282. — 118809.
15. Yang Z., Chen M., Xu Y., Meng C., and Xu Z. An experimental study of long-term flow conductivity of volcanic rock core plate, Natur. Gas Industry, 2010, Vol. 30. — P. 42 – 44.
16. Bose C. C., Fairchild B. D., Jones T., Gul A., and Ghahfarokhi R. B. Application of nanoproppants for fracture conductivity improvement by reducing fluid loss and packing of micro-fracture, J. Nat. Gas Sci. Eng., 2015, Vol. 27. — P. 424 – 431.
17. Wilk-Zajdel K., Kasza P., and Maslowski M. Laboratory testing of fracture conductivity damage by foam-based fracturing fluids in low permeability tight gas formations, Energies, 2021, Vol. 14. — 1783.
18. ISO 13503-5. Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and materials, Part 5: Procedures for measuring the long-term conductivity of proppants, 2006.
19. National Energy Administration of China. NB/T 14023-2017. Recommended practices for measuring the long-term conductivity of proppant pack in shale, Beijing: Nat. Energy Adm., 2017.
20. ISO 13503-2. Petroleum and natural gas industries — Completion fluids and materials, Part 2: Measurement of properties of proppants used in hydraulic fracturing and gravel-packing operations, 2006.
21. China National Petroleum Corporation. Q/SY 17125-2019. Specification and evaluating test procedure for proppants used in hydraulic fracturing, Beijing: Petroleum Industry Press, 2019.
ГОРНОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 622.4
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ РОТОРОВ ШАХТНЫХ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ С ПОВЫШЕННЫМИ СКОРОСТЯМИ ВРАЩЕНИЯ
А. М. Красюк, Е. Ю. Русский, Н. В. Панова, Т. И. Иргибаев
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: krasuk@cn.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Новосибирский государственный технический университет,
просп. Карла Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия
Казахский национальный исследовательский технический университет им. К. И. Сатпаева,
E-mail: tuleukhan@mail.ru, ул. Сатпаева, 22, 050013, г. Алматы, Казахстан
Приведены результаты оптимального проектирования рабочих колес осевых вентиляторов главного проветривания шахт с использованием критериев: минимум массы и соблюдение требуемого уровня напряжения на узлах. Обоснована конструкция однодискового рабочего колеса. Для высокопроизводительных вентиляторов, имеющих окружную скорость по концам рабочих лопаток 200 – 220 м/с, решена задача топологической оптимизации по распределению материала в однодисковом рабочем колесе. Определены зависимости конструктивных параметров элементов рабочего колеса от частоты вращения ротора вентилятора. Топологическая оптимизация выполнена в программном комплексе ANSYS на основе метода SIMP.
Корпус рабочего колеса, осевой вентилятор, ANSYS, оптимальность, прочность, напряжения, конструктивные параметры
DOI: 10.15372/FTPRPI20230511
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Haiqing Hao, Shuguang Jiang, Zhengyan Wu, Kai Wang, and Xian Xi. Experimental study on precise control air quantity on demand by the cooperation of multiple main fans in mine, J. Cleaner Production, 15 August 2023. — 137626.
2. Bao-cai Yu and Liang-shan Shao. An optimization method of mine ventilation system based on R2 index hybrid multi-objective equilibrium optimization algorithm, Energy Reports, 2022, Vol. 8. — P. 11003 – 11021.
3. Гендлер С. Г., Крюкова М. С. Управление тепловым режимом линий метрополитена, включающих в себя двухпутные и однопутные тоннели // ГИАБ. — 2023. — № 9-1. — С. 248 – 269.
4. Красюк А. М., Русский Е. Ю., Попов Н. А. Новые направления в создании шахтных осевых вентиляторов главного проветривания // Горн. журн. — 2019. — № 10. — С. 61 – 66.
5. Zhefu Yang, Jie Hong, Dong Wang, Yanhong Ma, and Ronghui Cheng. Failure analysis of an aero-engine inter-shaft bearing due to clearance between the outer ring and its housing, Eng. Failure Analysis, 2023. — 107298.
6. Bharti S. K., Bisoi A., Sinha A., Samantaray A. K., and Bhattacharyya R. Sommerfeld effect at forward and backward critical speeds in a rigid rotor shaft system with anisotropic supports, J. Sound Vib., 2019, Vol. 442. — P. 330 – 349.
7. Greenhill L. M. and Cornejo G. A. Critical speeds resulting from unbalance excitation of Backward Whirl Modes, in Am. Soc. Mech. Eng. Digital Collection, 2021. — P. 991 – 1000.
8. Venkata Sushma Chinta, P. Ravinder Reddy, and Koorapati Eshwar Prasad. Investigation of shear properties of axial flow fan blade material with partial woven jute reinforcements, Materialstoday: Proceedings. Available online 9 March 2023.
9. Venkata Sushma Chinta, P Ravinder Reddy, and Koorapati Eshwar Prasad. Experimental investigation of high cycle fatigue life of jute fibre reinforced hybrid composite material for axial flow fan blades, Materialstoday: Proceedings, 2022, Vol. 59, Part 1. — P. 357 – 367.
10. Брусиловский И. В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. — М.: Машиностроение, 1986. — 288 с.
11. Xuemin Ye, Nan Zheng, Jiami Hu, Chunxi Li, and Zhanpu Xue. Numerical investigation of the benefits of serrated Gurney flaps on an axial flow fan, Energy, 2022, Vol. 252. — 124072.
12. Gabriel L. Podgaietsky, Marcelo L. C. de Oliveira, and Christian J. L. Hermes. Model-based efficiency mapping and parametric analysis of low-pressure axial fans Cartographie par modelisation de l'efficacite et analyse parametrique des ventilateurs axiaux basse pression, Int. J. of Refrigeration, 2022, Vol. 144. — P. 136 – 144.
13. Красюк А. М., Косых П. В. Разработка шахтных осевых вентиляторов с повышенной производительностью в реверсивном режиме // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2021. — Т. 8. — № 1. — С. 230 – 237.
14. Брусиловский И. В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. — М.: Недра, 1978. — 198 с.
15. Носырев Б. А., Белов С. В. Вентиляторные установки шахт и метрополитенов. — Екатеринбург: УГГГА, 2000. — 278 с.
16. Krasyuk A. M., Lugin I. V., Kosykh P. V., and Russky E. Y. Substantiation of life extension method for two-stage axial flow fans for main ventilation, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 3. — P. 478 – 493.
17. Yanyan Ding, Jun Wang, Boyan Jiang, Qianhao Xiao, Xiaopei Yang,Lanyong Wu, and Bochao Xie. Numerical investigation of the effect of blade distortion laws on the corner flow separation of the axial-flow fan, Aerospace Sci. Tech., 2023, Vol. 138. — 108296.
18. Krasyuk A. M. and Russky E. Y. Optimizing design of blades for high-speed axial fans, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 6. — P. 1024 – 1031.
19. Rui Liu, Yu Sun, and Jun Ni. Geometric deformation prediction of a centrifugal impeller considering welding distortion and fluid-structure interaction, J. Manuf. Proc., 2023, Vol. 96. — P. 80 – 98.
20. Yanyan Ding, Jun Wang, Boyan Jiang, Qianhao Xiao, Xiaopei Yang, Lanyong Wu, and Bochao Xie. Numerical investigation of the effect of blade distortion laws on the corner flow separation of the axial-flow fan, Aerospace Sci. Tech., 2023, Vol. 138. — 108296.
21. Petrov N. N. and Panova N. V. Strength of adaptable blade ring of heavy-duty axial mine fans, J. Min. Sci., 2013, Vol. 49, No. 1. — P. 118 – 125.
22. Русский Е. Ю. Повышение эффективности работы эксплуатируемых вентиляторов главного проветривания шахт и метрополитенов: автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Новосибирск, 2022.
23. Krasyuk A. M., Kosykh P. V., and Russky E. Y. Influence of train piston effect on subway fans, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50, No. 2. — P. 362 – 370.
24. Пат. 2484310 РФ. Рабочее колесо осевого вентилятора / А. М. Красюк, Е. Ю. Русский // Опубл. в БИ. — 2013.
25. Красюк А. М., Косых П. В. Исследование инерционно-массовых характеристик рабочих колес осевых тоннельных вентиляторов // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2014. — № 2. — Т. II. — С. 124 – 126.
26. Красюк А. М., Русский Е. Ю., Кутаев В. И., Горшков И. В. Разработка и исследование прочности рабочих лопаток с сотовой структурой сердечника для осевых шахтных вентиляторов // Горное оборудование и электромеханика. — 2017. — № 1. — С. 3 – 6.
27. Zhao J., Du F., and Yao W. Structural analysis and topology optimization of a bent-bar-frame piston based on the variable density approach, Proc. ASME 2014 Dynamic Systems and Control Conf., 2014. — P. 1 – 7.
28. Du F. and Tao Z. Study on lightweight of the engine piston based on topology optimization, Adv. Mater. Res., 2011, Vol. 201 – 203. — P. 1308 – 1311.
29. Hong J., Chen X., Wang Y., and Ma Y. Optimization of dynamics of non-continuous rotor based on model of rotor stiffness, Mech. Syst. Sig. Process, 2019, Vol. 131. — P. 166 – 182.
30. Косых П. В. Разработка методики расчета и обоснование параметров роторов регулируемых осевых вентиляторов главного проветривания шахт и метрополитенов: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Новосибирск, 2018. — 138 с.
31. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. — М.: Машиностроение, 1993. — 639 с.
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.7
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ СЕПАРАЦИИ ТРУДНООБОГАТИМОГО АЛМАЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
В. А. Чантурия, Г. П. Двойченкова, Е. Л. Чантурия, А. С. Тимофеев
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
E-mail: dvoigp@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Мирнинский политехнический институт, филиал Северо-Восточного федерального университета им. М. К. Аммосова,
ул. Тихонова, 5, корп. 1, 678174, г. Мирный, Россия
Национальный исследовательский технологический университет МИСиС,
Ленинский проспект, 4, 119049, г. Москва, Россия
Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований возможности повышения качества конечных концентратов тяжелосредной, рентгенолюминесцентной, липкостной и пенной сепарации. Предложен метод азотирования поверхности ферросилициевых гранул в пределах значений глубины измененного слоя (30 – 60 нм) для снижения скорости коррозии ферросилиция в 2.7 раза при сохранении его технологических свойств. Показана необходимость применения в цикле первичной тяжелосредной двухстадиальной магнитной сепарации для снижения выхода черновых концентратов и повышения их качества за счет удаления сидерита на 29 – 95 %. Выбран оптимальный состав люминофорсодержащего реагента-модификатора, обеспечивающий практически полное извлечение в концентрат ранее не извлекаемых алмазов при выходе кимберлита не более 2.5 %. Стендовыми испытаниями в условиях переработки труднообогатимого алмазосодержащего сырья подтверждена возможность получения прироста алмазов в концентраты липкостной (14.0 %) и пенной (12.7 %) сепарации, а также в цикле доводочных операций рентгенолюминесцентной сепарации (25.3 %) за счет модифицирования свойств поверхности извлекаемых кристаллов физико-химическими и энергетическими методами.
Алмазы, минералы, ферросилиций, суспензия, сепарация, цикл, доводка, модифицирование, извлечение, эмульсия
DOI: 10.15372/FTPRPI20230512
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Leontiev R. G. and Arkhipova Y. A. Development of the mining complex of the Russian Far East, IOP Conf. Series: Earth and Env. Sci., 2021, Vol. 723, No. 5. — 052014.
2. Ivannikov A. L., Kongar-Syuryun C., Rybak J., and Tyulyaeva Y. The reuse of mining and construction waste for backfill as one of the sustainable activities, IOP Conf. Series: Earth and Env. Sci., 2019, Vol. 362, No. 1. — 012130.
3. Горячев Б. Е. Технология алмазосодержащих руд. Алмазы, кимберлиты, минералы кимберлитов. Минерально-сырьевая база алмазодобывающей промышленности мира. — М.: МИСиС, 2010. — 326 с.
4. Клюев Р. В., Босиков И. И., Майер А. В., Гаврина О. А. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы // Устойчивое развитие горных территорий. — 2020. — Т. 12. — № 2. — С. 283 – 290.
5. Bogdanovich A. V., Vasilyev A. M., and Urnysheva S. A. Effect of diamond-bearing ores preparation on the technology of their beneficiation, Obogashchenie Rud, 2017, Vol. 2. — P. 10 – 15.
6. Чантурия В. А., Козлов А. П., Шадрунова И. В., Ожогина Е. Г. Приоритетные направления развития поисковых и прикладных научных исследований в области использования в промышленных масштабах отходов добычи и переработки полезных ископаемых // Горная пром-сть. — 2014. — № 1. — C. 54.
7. Чантурия В. А., Бондарь С. С., Годун К. В., Горячев Б. Е. Современное состояние алмазодобывающей отрасли России и основных алмазодобывающих стран мира (Ч. 2) // Горн. журн. — 2015. — № 2. — С. 67 – 75.
8. Коннова Н. И., Килин С. В. Теория и практика современной сепарации в тяжелых средах. Моделирование результатов тяжелосредного обогащения. — Красноярск: СФУ, 2013. — 119 с.
9. Napier-Munn T. The dense medium cyclone – past, present and future, Min. Eng., 2018, Vol. 116. — P. 107 – 113.
10. Верхотуров М. В., Амелин С. А., Коннова Н. И. Обогащение алмазов. — Красноярск: ИПК СФУ, 2009. — 207 с.
11. Петрова Л. Г., Тимофеева Г. Ю., Демин П. Е., Косачев А. В. Основы электрохимической коррозии металлов и сплавов. — М.: МАДИ, 2016. — 148 с.
12. Тимофеев А. С., Двойченкова Г. П., Никитина Ю. Н. Экспериментальное обоснование возможности снижения объема черновых концентратов тяжелосредной сепарации алмазосодержащего сырья на основе данных фракционного и минералогического анализов // Материалы междунар. конф. “Плаксинские чтения – 2022”. — Владивосток, 2022. — С. 208 – 210.
13. Agrosi G., Nestola F., Tempesta G., Bruno M., Scandale E., and Harris J. X-ray topographic study of a diamond from Udachnaya: Implications for the genetic nature of inclusions, Lithos, 2016, Vol. 248 – 251. — P. 153 – 159.
14. Монастырский В. Ф., Макалин И. А. Повышение эффективности рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего сырья // Наука и образование. — 2017. — № 3. — С. 86 – 90.
15. Demchenko A. P. Introduction to fluorescence sensing. Vol. 1: Materials and Devices. New York: Springer, 2020. — 673 p.
16. Чантурия В. А., Морозов В. В., Двойченкова Г. П., Чантурия Е. Л. Повышение извлекаемости алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации с применением люминофорсодержащих композиций // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3 (53). — С. 410 – 421.
17. Горячев Б. Е., Чекушина Т. В. Современные методы оценки технологических свойств труднообогатимого и нетрадиционного минерального сырья благородных металлов и алмазов // Цв. металлы. — 2005. — № 1. — С. 20 – 23.
18. Мязин В. П., Наркелян Л. Ф., Трубачев А. И. К проблеме геолого-технического изучения руд и критериев их обогатимости // Обогащение руд. — Иркутск: ИрГТУ, 2002. — C. 150 – 155.
19. Смольников В. А., Бычкова Г. М., Специус З. В. Перспективные способы повышения флотируемости алмазов // Горн. журн. — 1999. — № 5. — C. 33 – 36.
20. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Чантурия Е. Л., Тимофеев А. С. Интенсификация процессов сепарации труднообогатимого алмазосодержащего сырья коренных, россыпных и техногенных месторождений // ФТПРПИ. — 2022. — № 5. — С. 95 – 108.
21. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Тимофеев А. С., Подкаменный Ю. А. Исследование минеральных образований на поверхности алмазных кристаллов и условий их деструкции в процессах переработки текущих и отвальных хвостов алмазоизвлекающих фабрик // Горн. журн. — 2019. — № 2. — С. 61 – 65.
22. Двойченкова Г. П., Коваленко Е. Г., Тимофеев А. С., Подкаменный Ю. А. Повышение эффективности пенной сепарации алмазосодержащего материала за счет комбинированной очистки поверхности алмазов от шламовых гидрофилизирующих покрытий // ГИАБ. — 2022. — № 10. — С. 20 – 38.
23. Островская Г. Х. Экспериментальное обоснование композиционных составляющих и механизма действия эмульсии ЭДТ-100 в схеме отмывки алмазосодержащих концентратов от жировой мази // ГИАБ. — 2015. — № 9. — С. 106 – 113.
24. Чантурия В. А., Богачев В. И., Трофимова Э. А., Двойченкова Г. П. Механизм и эффективность водоэмульсионной очистки алмазов от жировой мази в процессе липкостной сепарации // ФТПРПИ. — 2012. — № 3. — С. 145 – 151.
УДК 622.765
ОЦЕНКА ОБОГАТИМОСТИ ТОНКОЗЕРНИСТЫХ ХВОСТОВ ПЕРЕРАБОТКИ МАГНЕТИТ-АПАТИТОВОЙ РУДЫ КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Г. В. Митрофанова, Ю. П. Поспелова, Д. Ф. Сединин
Горный институт КНЦ РАН,
E-mail: y.pospelova@ksc.ru, ул. Ферсмана, 24, 184209, г. Апатиты, Россия
АО “Ковдорский ГОК”,
E-mail: Dmitry.Sedinin@eurochem.ru, ул. Сухачева, 5, 184141, г. Ковдор, Россия
Представлены результаты лабораторных исследований обогатимости тонкозернистых лежалых хвостов Ковдорского ГОКа. Исследованы действия реагентов-собирателей жирных кислот таллового масла (ЖКТМ). Методом беспенной флотации показана высокая селективность реагента Berol-2015 по отношению к апатиту. По результатам лабораторных флотационных испытаний установлено, что при использовании собирателя ЖКТМ содержание P2O5 в концентрате не превышает 24.4 %, несмотря на высокую степень обесшламливания питания флотации (~ 70.0 %). При работе с собирателем Berol-2015 получен концентрат с содержанием 35.0 – 37.7 % P2O5 без предварительного обесшламливания.
Хвостохранилище, тонкозернистые лежалые хвосты, обесшламливание, флотация апатита и кальцита, беспенная флотация, реагенты-собиратели, сгущение, шламы
DOI: 10.15372/FTPRPI20230513
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В. А., Вигдергауз В. Е. Инновационные технологии переработки техногенного минерального сырья // Горн. журн. — 2008. — № 6. — С. 71 – 74.
2. Ежов А. И. Оценка техногенного сырья в Российской Федерации (твердые полезные ископаемые) // Горные науки и технологии. — 2016. — № 4. — С. 62 – 72.
3. Melnikov N., Gromov E., Skorokhodov V., Mesyats S., and Mitrofanova G. Ecological strategy of mining development: modern approcch to Arctic mineral resource exploitation, 16th Int. Multidisciplinary Sci. Geoсonf. “SGEM 2016” (Bulgaria, Albena), 30 June – 6 July 2016, Book 1: Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining, 2016, Vol. 2. — P. 357 – 364.
4. Nevskaya M. A., Seleznev S. G., Masloboev V. A., Klyuchnikova E. M., and Makarov D. V. Environmental and business challenges presented by mining and mineral processing waste in the Russian Federation, Minerals, 2019, Vol. 9. — 445.
5. Сизяков В. М., Назаров Ю. П., Бричкин В. Н., Сизякова Е. В. Обогащение лежалых хвостов флотации апатит-нефелиновых руд // Обогащение руд. — 2016. — № 2. — С. 33 – 39.
6. Белобородов В. И., Захарова И. Б., Андронов Г. П., Филимонова Н. М., Бармин И. С. Опыт обогащения техногенного фосфорсодержащего сырья в ОАО “Ковдорский ГОК” // Горн. журн. — 2010. — № 9. — С. 96 – 97.
7. Кузькин А. С., Пуговкина В. И. О механическом переходе минералов различной крупности в пенный продукт флотации // Флотация тонковкрапленых руд. — Л.: Наука, 1985. — С. 103 – 110.
8. Бармин И. С., Морозов В. В., Поливанская В. В. Анализ и совершенствование технологии обогащения лежалых хвостов Ковдорского ГОКа // Горн. журн. — 2020. — № 5. — C. 56 – 65.
9. Hoang D. H., Hassanzadeh A., Peuker U. A., and Rudolph M. Impact of flotation hydrodynamics on the optimization of fine-grained carbonaceous sedimentary apatite ore benefication, Powder Technol., 2019, Vol. 345. — P. 223 – 233.
10. Морозов В. В., Поливанская В. В. Повышение эффективности флотации апатит-штаффелитовых руд с применением режима двухстадиального сгущения шламов // Руды и металлы. — 2021. — № 4. — С. 121 – 131.
11. Морозов В. В., Бармин И. С., Туголуков А. В., Поливанская В. В. Повышение эффективности флотации апатитсодержащих руд и складированных хвостов на основе регулирования агрегативной устойчивости шламов // Горн. журн. — 2019. — № 1. — С. 56 – 60.
12. Ruan Y., He D., and Chi R. Review on benefication techniques and reagents used for phoshate ores, Minerals, 2019, Vol. 9. — P. 1 – 18.
13. Иванова В. А., Митрофанова Г. В., Перункова Т. Н. Повышение эффективности действия низкооксиэтилированных алкилфенолов как регуляторов селективной флотации несульфидных руд // ФТПРПИ. — 2018. — № 3. — С. 136 – 142.
14. Лавриненко А. А., Шрадер Э. А., Харчиков А. Н., Кунилова И. В. Флотируемость апатита из бадделеит-апатит-магнетитовой руды // ФТПРПИ. — 2013. — № 5. — С. 157 – 165.
15. Teague A. J. and Lollback M. C. The beneficiation of ultrafine phosphate, Miner. Eng., 2012, Vol. 27 – 28. — Р. 52 – 59.
16. Ivanova V. A., Mitrofanova G. V., Perunkova T. N., and Dorozhanova N. O. Oxyethylated compounds as regulatprs of selective flotation of apatite-containing ore, XXIX Int. Mineral Proc. Congress: Innovative technologies are key to successful mineral processing, 17 – 21 September 2018, Moscow. — Р. 138 – 139.
17. Severov V. V., Filippova I. V., and Filippov L. O. Use of fatty acids with an ethoxylated alcohol for apatite flotation from old fine-grained tailings, Miner. Eng., 2022, Vol. 188. — 10783215.
18. Xin Liu, Yimin Zhang, Tao Liu, Zhenlei Cai, and Kun Sun. Characterization and separation studies of a fine sedimentary phosphate ore slime, Minerals, 2017, Vol. 7. — 94.
19. Abdel-Halim M. M., Abdel Khalek M. A., Zheng R., and Gao Zh. Sodium N-Lauroylsarcosinate (SNLS) as a selective collector for calcareous phosphate beneficiation, Minerals, 2022, Vol. 12, No. 7. — 829.
20. Patra A., Taner H., Bordes R. et al. Selective flotation of calcium minerals using double-headed collectors, J. Dispersion Sci. Technol., 2019, Vol. 40, No. 8. — P. 1205 – 1216.
21. Hoang D. H., Kupka N., Peuker U. A., and Rudolph M. Flotation study of fine grained carbonaceous sedimentary apatite ore — Challenges in process mineralogy and impact of hydrodynamics, Miner. Eng., 2018, Vol. 121. — P. 196 – 204.
22. Foucaud Y., Filippova I. V., and Filippov L. O. Investigation of the depressants involved in the selective flotation of scheelite from apatite, fluorite, and calcium silicates: Focus on the sodium silicate/sodium carbonate system, Powder Technol., 2019, Vol. 352. — P. 501 – 512.
УДК 622.7.017
ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СУСПЕНЗИОННОГО ЭФФЕКТА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ИОННОГО СОСТАВА ФЛОТАЦИОННОЙ ПУЛЬПЫ НА ПОВЕРХНОСТЬ АПАТИТА
А. В. Артемьев, Г. В. Митрофанова
Горный институт КНЦ РАН,
Е-mail: a.artemev@ksc.ru, ул. Ферсмана, 24, 184209, г. Апатиты, Россия
Определением суспензионного эффекта изучено изменение поверхностных свойств апатита под действием реагентов и ионов, присутствующих во флотационной пульпе в процессе переработки апатитсодержащих руд. Показано изменение соотношения кислотно-основных центров на поверхности апатита при взаимодействии с ионами HCO3-, CO32-, HPO42-, катионами Ca2+ и олеат-ионами в дистиллированной воде и в воде деионизированной от углекислого газа. Изменение свойств поверхности апатита в щелочной среде выражается в количественном преобладании на ней основных центров. Такая схема ионизации поверхности минерала обеспечивает благоприятные условия для сорбции катионов, например Ca2+, и создает предпосылки для более эффективного взаимодействия реагентов анионного типа. Полученные с помощью изучения суспензионного эффекта данные коррелируют с результатами ИК-спектроскопии апатита, обработанного соответствующими реагентами.
Апатит-нефелиновые руды, апатит, суспензионный эффект, кислотно-основные центры
DOI: 10.15372/FTPRPI20230514
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Wiegner G. Ueber wasserstoff und hydroxylionen in den Ionenschwarmen um suspendierte Teilchen und dispergierte Ultramikronen, Kolloid-Zeitschrift, 1930, No. 51. — P. 49 – 60.
2. Pallmann H. Die wasserstoffaktivitat in dispersionen und kolloid dispersen systemen, Koll. Beit, 1930, No. 30. — P. 394 – 405.
3. Григоров О. Н., Чернобережский Ю. М. Исследование изменений чисел переноса ионов и суспензионного эффекта в жидких суспензоидных диафрагмах // ДАН СССР. — 1958. — Т. 119. — № 5. — С. 964 – 966.
4. Чернобережский Ю. М. Исследование суспензионного эффекта и устойчивости дисперсных систем в связи с их электроповерхностными свойствами. — Ленинград, 1978. — 414 с.
5. Чернобережский Ю. М., Омарова К. И. О природе суспензионного эффекта // Вестн. Ленинградского университета. Серия 1: Математика, механика, астрономия. — 1972. — № 4. — С. 106.
6. Иконникова К. В., Иконникова Л. Ф., Минакова Т. С., Саркисов Ю. С. Теория и практика определения кислотно-основных свойств поверхности твердых тел методом pH-метрии. — Томск: ТПУ, 2014. — 99 с.
7. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. — М.: Химия, 1975. — 512 с.
8. Xuan Liu, Paivi Maki-Arvela, Atte Aho, and Vajglova Z. Zeta potential of beta zeolites: Influence of structure, Acidity, pH, Temperature and Concentration, Molecules, 2018, Vol. 23. — 946.
9. Rodriguez K. and Araujo M. Temperature and pressure effects on zeta potential values of reservoir minerals, J. Colloid Interface Sci., 2006, Vol. 300, No. 2. — P. 788 – 794.
10. Luong Duy Thanh. The temperature dependence of the zeta potential in porous media, VNU J. Sci. Mathem. Physics, 2017, Vol. 33, No. 4.
11. Avelar A. N., Brandao P. R. G., and Neumann R. Adsorption of sulfosuccinate collector on apatite and carbonates in a phosphate ore, in the presence of carbon dioxide, Brazilian J. Chem. Eng., 2021, Vol. 38, No. 3. — P. 573 – 583.
12. Owens C. L., Nash G. R., Hadler K., Fitzpatrick R. S., Anderson C. G., and Wall F. Apatite enrichment by rare earth elements: A review of the effects of surface properties, Adv. Colloid Interface Sci., 2019, Vol. 265. — P. 14 – 28.
13. Burg B., Liphard M., Schreck B., and Speckmann H. D. On the adsorption of surfactants on non-sulphide minerals, In: G. H. Findenegg (eds) Interfaces in Condensed Systems. Prog. Colloid Polym. Sci., Steinkopff, 1990, Vol. 83. https://doi.org/10.1007/BFb0116252.
14. Sergeev V. V., Cheremisina O. V., Fedorov A. T., Gorbacheva A. A., and Balandinsky D. A. Interaction Features of sodium oleate and oxyethylated phosphoric acid esters with the apatite surface. ACS Omega, 2022, Vol. 7, No. 3. — P. 3016 – 3023.
15. Золотарев В. М. Оптические постоянные монокристалла апатита в ИК-области 6 – 28 мкм // Оптика и спектроскопия. — 2018. — Т. 124. — Вып. 2. — С. 264 – 274.
16. Куражковская В. С., Боровикова Е. Ю. Инфракрасная и мессбауэровская спектроскопия кристаллов. — М.: МГУ, Геол. ф-т, 2008. — 98 с.
17. Hongqiang Li, Yingxin Chen, Huifang Zheng, Peng Huang, Pujia Yang, Qian Chen, Xiaoqing Weng, Dongsheng He, and Shaoxian Song. Effect of geological origin of apatite on reverse flotation separation of phosphate ores using phosphoric acid as depressant, Miner. Eng., 2021, Vol. 172. — 107182.
18. Schlesinger W. H. and Bernhardt E. S. Biogeochemistry (Fourth Edition), Acad. Press, 2020. — P. 531 – 734.
УДК 622.7
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕНИЯ БЕДНОЙ МЕДНО-НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ
Ф. Гань, Л. Гао, Х. Дай, Б. Рао, Ц. Бай
Куньминский университет науки и технологии,
E-mail: gfr3316@126.com, 650000, г. Куньмин, Китай
Юньнанский Институт энергетических технологий,
655001, г. Цюйцзин, Китай
Рассмотрена методика рационального использования запасов бедных руд с низким содержанием меди и никеля. В результате минералогического анализа руды выявлено, что наиболее ценными элементами, входящими в состав руды, являются Cu и Ni, весовое содержание которых составляет 0.16 и 0.39 % соответственно. Основной медьсодержащий минерал — халькопирит, а основной никельсодержащий минерал — пентландит, в малом количестве распределенный в рудном сырье. Исходя из свойств руды, предложена следующая технология обогащения: одностадийное измельчение > основная коллективная медно-никелевая флотация > сепарация меди и никеля. В результате сепарации получен медный концентрат с массовым содержанием меди 17.08 % и никелевый концентрат с массовым содержанием никеля 4.63 %. Настоящая работа предлагает низкозатратное техническое решение для рационального использования полиметаллических парагенетических минеральных запасов.
Технологическая минералогия, медно-никелевая руда, бедная руда, рациональное использование рудных запасов
DOI: 10.15372/FTPRPI20230515
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Jungah K., Gjergj D., Hideaki T., Katsunori O., Seiji M., and Toyohisa F. Calcination of low-grade laterite for concentration of ni by magnetic separation, Min. Eng., 2010, Vol. 23, No. 4. — P. 282 – 288.
2. Deqing Z., Liaoting P., Zhengqi G., Jian P., and Fang Z. Utilization of limonitic nickel laterite to produce ferronickel concentrate by the selective reduction-magnetic separation process, Adv. Pow. Technol., 2019, Vol. 30, No. 2. — P. 451 – 460.
3. Moskalyk R. R. and Alfantazi A. M. Nickel laterite processing and electrowinning practice, Min. Eng., 2002, Vol. 15, No. 8. — P. 593 – 605.
4. Ma S., Fang M., and Zhou X. China’s embodied copper flow from the demand-side and production-side perspectives, Sustainabilit, 2023, Vol. 15, No. 3. — 2199.
5. Chang S., Yong G., Xianlai Z., Ziyan G., and Xiaoqian S. Uncovering the features of nickel flows in China, Res. Conser. Rec., 2022, Vol. 188, No. 80. — 106702.
6. Gavin M. M. Global trends and environmental issues in nickel mining: sulfides versus laterites, Ore. Geol. Rev., 2010, Vol. 38, No. 1 – 2. — P. 9 – 26.
7. Jena S. S., Tripathy S. K., Mandre N. R., Venugopal R., and Farrokhpay S. Sustainable use of copper resources: beneficiation of low-grade copper ores, Minerals, 2022, Vol. 12, No. 5. — 545.
8. Rui J., Chunxue L., Xiaowei Liu., and Shuai Zhang. Supply chain resilience of mineral resources industry in China, Discrete Dynamies Nature Society, 2023, Vol. 2. — P. 1 – 10.
9. Nunna V., Suthers S. P., Pownceby M. I., and Sparrow G. J. Beneficiation strategies for removal of silica and alumina from low-grade hematite-goethite iron ores, Miner. Process. Extractive Metall. Rev., 2022, Vol. 43, No. 8. — P. 1049 – 1067.
10. Zhou S. L., Zhang L. L., Mi W. M., and Long H. D. Research on the recovery of mineral resource and the utilization of solid waste, Proc. 3rd Int. Symp. Env. Sci. Technol., Singapore, 2011. — P. 922 – 927.
11. Chenjian Y., Huiquan L., Xiaoping J., and Qiang L. Improving resource utilization efficiency in China's mineral resource-based cities: a case study of chengde, Hebei Province, Res. Conser. Rec., 2015, Vol. 94. — P. 1 – 10.
12. Yao H. H., Cai L. B., Wei L., Qing W. Q., Jiao F., and Yang C. R. Current status and development of comprehensive utilization of waste rock in metal mines in China, Chin. J. Nonferrous. Met., 2021, Vol. 31, No. 6. — P. 1649 – 1660.
13. Guangju C., Jianming G., Mei Z., and Min G. Efficient and selective recovery of Ni, Cu, and Co from low-nickel matte via a hydrometallurgical process, Int. J. Miner. Metall. Mater., 2017, Vol. 24, No. 3. — P. 249 – 256.
14. Lihua H., Zhongwei Z., and Youxin Z. Synthesis of nickel ferrite precursors from low-grade nickel matte, Trans. Nonferrous. Met. Soc. China., 2013, Vol. 23. — P. 2422 – 2430.
15. Tengfei X., Wenning M., Shuangzhi S., Haixia X., Xueqing X., Hao C., Shaohua L., and Yuchun Zh. Simultaneous extraction of nickel, copper, and cobalt from low-grade nickel matte by oxidative sulfation roasting-water leaching process, Min. Eng., 2021, Vol. 174. — 107254.
16. Svetlov A. V., Pripachkin P. V., Masloboev V. A., and Makarov D. Classification of low-grade copper-nickel ore and mining waste by ecological hazard and hydrometallurgical, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 2. — P. 128 – 136.
17. Peng Z., Fu X., Pan Z., Gao Y., He D., Fan X., Yue T., and Sun W. Efficient recovery of the combined copper resources from copper oxide bearing limonite ore by magnetic separation and leaching technology, Minerals, 2022, Vol. 12. — 1258.
18. Kondrat’ev S. A., Rostovtsev V. I., Yarovaya O. I., and Salakhutdinov N. F. Turpentine-based flotation agents in copper-nickel ore flotation, J. Min. Sci., 2011, Vol. 47, No. 4. — P. 514 – 521.
ГОРНАЯ ЭКОЛОГИЯ И НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 502/504
БИОСИСТЕМНЫЙ КОНЦЕПТ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ ГОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ИМПЕРАТИВА
Ю. П. Галченко, Г. В. Калабин
Институт проблем комплексного освоения недр им. акад. Н. В. Мельникова,
Е-mail: kalabin.g@gmail.com, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Представлены результаты исследований по обоснованию перспектив экологизации технологической парадигмы развития минерально-сырьевого комплекса с учетом ограничений и требований на основе равных возможностей для развития техносферы и биосферы. Структурировано понятие природоподобных технологий в зависимости от совпадения предназначения содержательных компонентов биологических и горнотехнических систем. Дана методология гомеостатической трансформации принципов функционирования биологических систем в структуру технологического кластера конвергентных горных технологий.
Недропользование, минерально-сырьевой комплекс, экологический кризис, природоподобные решения, противоречия, экологический императив, биогенные принципы, конвергентная горная технология, функциональная структура
DOI: 10.15372/FTPRPI20230516
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Концепция перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития // Зеленый мир. — 1995. — № 7.
2. State in the World 1994, New York, London, Norton and Company, 1995. — 265 p.
3. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Геоэкология освоения недр Земли и экотехнологии разработки месторождений. — М.: Научтехиздат, 2005. — 360 с.
4. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П., Бурцев Л. И. Охрана окружающей среды при освоении земных недр // Вестн. РАН. — 1998. — Т. 68. — № 7. — С. 629 – 637.
5. Реймерс Н. Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). — М.: Молодая гвардия, 1994. — 367 с.
6. Моисеев Н. Н. Человек и ноосфера. — М.: Молодая гвардия, 1990. — 352 с.
7. Моисеев Н. Н. Природный фактор и кризисы цивилизации // Общественные науки и современность. — 1992. — № 5. — С. 84 – 85.
8. Моисеев Н. Н. Быть или не быть... человечеству? — М.: КРНТР, 1999. — 288 с.
9. Моисеев Н. Н. Судьба цивилизаций. Путь разума. — М.: Языки русской культуры, 2000. — 223 с.
10. Освоение и сохранение недр Земли / под ред. К. Н. Трубецкого. — М.: Академия горных наук, 1997. — 478 с.
11. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера. — М.: Айрис-пресс, 2007. — 576 c.
12. Ткаченко Ю. Л. Какие технологии являются природоподобными? Новая тема для концептуальной дискуссии // Успехи современной науки. — 2016. — Т. I. — № 3. — С. 101 – 107.
13. Ковальчук М. В., Нарайкин О. С. Природоподобные технологии — новые возможности и новые угрозы // Индекс безопасности. — 2017. — Т. 22. — № 3 – 4 (118 – 119). — С. 103 – 108.
14. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Природоподобные горные технологии — перспектива разрешения глобальных противоречий при освоении минеральных ресурсов литосферы // Вестн. РАН. — 2017. — Т. 87. — № 7. — С. 643 – 650.
15. Загидуллина Г. М., Соболев Е. А. Технологические уклады, их роль и значение в развитии инновационной экономики России // Изв. КГСАУ. — 2014. — № 4 (30). — С. 9 – 18.
16. Koval'chuk M. V., Naraikin O. S., and Yatsishina E. B. Naturelike technologies: new opportunities and new challenges, Bull. Russ. Acad. Sci., 2019, No. 2. — P. 157 – 166.
17. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П., Калабин Г. В. Особенности методологии создания и применения природоподобных геотехнологий при освоении минеральных ресурсов Арктики // ФТПРПИ. — 2019. — № 3. — С. 53 – 61.
18. Калабин Г. В. Количественная экологическая оценка техногенных воздействий на территорию размещения горнодобывающих предприятий по ответной реакции биоты // ФТПРПИ. — 2018. — № 3. — C. 168 – 177.
19. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Методология оценки перспективной парадигмы развития минерально-сырьевого комплекса // ФТПРПИ. — 2015. — № 2. — С. 177 – 188.
20. Голубенко А. Л., Петров А. С., Кашура А. Л. Теория технических систем. — Киев: Арютей, 2005. — 420 с.
21. Горский Ю. М. Основы гомеостатики. — Иркутск: ИГЭА, 1988. — 357 с.
22. Горский Ю. М., Степанов А. М., Теслинов А. Г. Гомеостатика: гармония в игре противоречий. — Иркутск: Репроцентр AI, 2008. — 634 с.
23. Иосс Ж., Джосеф Д. Элементарная теория устойчивости и бифуркаций. — М.: Мир, 1983. — 301 с.
24. Одум Ю. Экология. Т. 1. — М.: Мир, 1986. — 328 с.
25. Андерсон Дж. М. Экология и наука об окружающей среде: биосфера, экосистема, человек. — Л.: Гидрометиздат, 1985. — 165 с.
УДК 502/504
МНОГОАТРИБУТНЫЙ РЕЙТИНГ ОБЪЕКТОВ ПОСТАВКИ ИЗВЕСТНЯКА В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
С. Вуйич, Ж. Праштало, М. Попович, П. Степанович, Я. Нешкович
Горный институт,
E-mail: slobodan.vujic@ribeograd.ac.rs, 11000, г. Белград, Сербия
Белградский университет,
11000, г. Белград, Сербия
Представлена модель многоатрибутного ранжирования параметров производственных объектов как возможный подход к решению задач по оптимизации поставок на угольные ТЭЦ известняка, использующегося в качестве сорбента. Учитываются экологические требования, обеспечивающие очистку дымовых газов от серы, качество сырья, важность рациональной подачи известняка. Исследования выполнены на основе модели Promethee.
Многоатрибутное ранжирование, известняк, ресурсы, термоэнергетика
DOI: 10.15372/FTPRPI20230517
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Study on the possibility of supplying limestone for flue gas desulfurization at the Kostolac CHP, Nikola Tesla CHP and new thermal facilities, Mining Institute and Tekon Belgrade, 2014. — 228 p.
2. Subaranovic T., Vujic S., Radosavljevic M., Dimitrijevic B., Ilic S., and Jagodic Krunic D. Multi-attribute scenario analysis of protection of Drmno open pit mine against groundwater, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 2. — P. 280 – 286.
3. Vujic S. and Hudej M. Multi-variable assessment of risk in selection of location and the way of open pit mines opening, Proc. V Balkan Mining Congress, Ohrid, 2013. — P. 1 – 6.
4. Amankwah H. Mathematical optimization models and methods for open-pit mining, Department of Mathematics Linkoping University, Linkoping, 2011. — 38 p.
5. Baloyi V. D. and Meyer L. D. The development of a mining method selection model through a detailed assessment of multi-criteria decision methods, Elsevier, Results in Eng., 2020, Vol. 8. — 72 p.
6. Dimitrijevic B., Vujic S., Matic I., Majianac S., Prastalo J., Radosavljevic M., and Colakovic V. Multi-criteria analysis of land reclamation methods at Klenovnik open pit mine, Kostolac coal basin, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50, No. 2. — P. 319 – 325.
7. Hudej M., Vujic S., Radosavljevic M., and Ilic S. Multivariable selection of the main mine shaft location, J. Min. Sci., 2013, Vol. 49, No. 6. — P. 950 – 954.
8. Matos P. V., Cardadeiro E., Silva J. A., and Muylder C. F. The use of multi-criteria analysis in the recovery of abandoned mines: a study of intervention in Portugal, RAUSP Management J., 2018, Vol. 53. — P. 214 – 224.
9. Opricovic S. Multi-criteria system optimization in construction. Belgrade, University of Belgrade, Faculty of Civil Engineering, 1998. — 302 p.
10. Patyk M., Bodziony P., and Krysa Y. A multiple criteria decision making method to weight the sustainability criteria of equipment selection for surface mining, Energies, 2021, Vol. 14. — P. 1 – 14.
11. Stanojevic R. Optimization of macroeconomic models, Belgrade, Velatra, 2001. — 512 p.
12. Brans J. P., Vincke P., and Mareschal B. How to select and how to rank projects — The promethee method, European J. Operational Res., 1986, Vol. 24, No. 2. — P. 228 – 238.
13. Nikolic I. and Borovic S. Multi-criteria optimization. Belgradе, Center of Military Schools of the Yugoslav Army, 1996. — 378 p.
14. Vujic S. Quantitative models for decision-making support in mining planning and design, Mining Institute Belgrade, 2023. — 254 p.
УДК 502/504
ОДНОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПОСТАВОК ИЗВЕСТНЯКА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Ж. Праштало, С. Вуйич, М. Кузманович, П. Степанович, Р. Шарац
Горный институт,
Е-mail: slobodan.vujic@ribeograd.ac.rs, 11000, г. Белград, Сербия
Белградский университет,
11000, г. Белград, Сербия
Представлено однокритериальное моделирование поставок известняка в условиях изменяющейся структуры теплоэнергетического комплекса Сербии. Проанализированы различия между многоатрибутным и однокритериальным решениями.
Оптимизация, однокритериальное моделирование, снабжение, карьер, известняк, различия решений
DOI: 10.15372/FTPRPI20230518
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Radosavljvic М., Vujic S., Bosevski T., Prastalo Z., and Jovanovic B. Single-phase local optimization model for limestone supply from open pit mines to heat power plants in Serbia, J. Min. Sci., 2016, Vol. 52, No. 4. — P. 704 – 711.
2. Study on the possibility of supplying limestone for flue gas desulfurization at the Kostolac CHP, Nikola Tesla CHP and new thermal facilities. — Mining Institute and Tekon Belgrade, 2014. — 228 р.
3. Bosevski T., Vujic S., Radosavljevic M., and Kuzmanovic M. Linear model of location optimization of limestone exploitation and consumption in Macedonia, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 1. — P. 88 – 95.
4. Amankwah H. Mathematical optimization models and methods for open-pit mining, Department of Mathematics Linkoping University, Linkoping, 2011. — 38 p.
5. Baloyi V. D. and Meyer L. D. The development of a mining method selection model through a detailed assessment of multi-criteria decision methods, Elsevier, Results in Eng., 2020, Vol. 8. — 72 p.
6. Brans J. P., Vincke P., and Mareschal B. How to select and how to rank projects — The PROMETHEE method, European J. Operational Res., 1986, Vol. 24, No. 2. — P. 228 – 238.
7. Dimitrijevic B., Vujic S., Matic I., Majianac S., Prastalo J., Radosavljevic M., and Colakovic V. Multi-criteria analysis of land reclamation methods at Klenovnik open pit mine, Kostolac Coal Basin, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50, No. 2. — P. 319 – 325.
8. Hudej M., Vujic S., Radosavljevic M., and Ilic S. Multivariable selection of the main mine shaft location, J. Min. Sci., 2013, Vol. 49, No. 6. — P. 950 – 954.
9. Matos P. V., Cardadeiro E., Silva J. A., and Muylder C. F. The use of multi-criteria analysis in the recovery of abandoned mines: a study of intervention in Portugal, RAUSP Management J., 2018, Vol. 53. — P. 214 – 224.
10. Nikolic I., Borovic S. Multi-criteria optimization, Center of Military Schools of the Yugoslav Army, Belgrade, 1996. — 378 р.
11. Оприцович С. Многокритериальная системная оптимизация в строительстве. — Белград: Белградский ун-т, 1998. — 302 с.
12. Patyk M., Bodziony P., and Krysa Y. A multiple criteria decision making method to weight the sustainability criteria of equipment selection for surface mining, Energies, 2021, Vol. 14. — P. 1 – 14.
13. Subaranovic T., Vujic S., Radosavljevic M., Dimitrijevic B., Ilic S., and Jagodic Krunic D. Multi-attribute scenario analysis of protection of Drmno open pit mine against groundwater, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 2. — P. 280 – 286.
14. Станоевич Р. Оптимизация макроэкономических моделей. — Белград: Велатра, 2001. — 512 с.
15. Вуйич С. Количественные модели для поддержки принятия решений при планировании и проектировании горных работ. — Белград: Горн. институт, 2023. — 254 с.
НОВЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
УДК 622.831
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЛОКАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ УДАРООПАСНОСТИ ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ
И. Ю. Рассказов, П. А. Аникин, А. П. Грунин, Д. С. Мигунов, А. А. Терешкин
Хабаровский федеральный исследовательский центр ДВО РАН,
Е-mail: adm@igd.khv.ru, ул. Дзержинского, 54, 680000, г. Хабаровск, Россия
В результате модернизации аппаратной части прибора Prognoz-L на основе современной электронной базы и накопленного опыта разработан прибор Prognoz-L2 для экспресс-оценки состояния массива горных пород. Приведены результаты апробации прибора в условиях месторождения опасного по горным ударам.
Удароопасность, массив горных пород, акустическая эмиссия, локальный контроль, алгоритмы, прогноз удароопасности
DOI: 10.15372/FTPRPI20230519
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ардашев К. А., Ахматов В. И., Катков Г. А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. — М.: Недра, 1981. — 129 с.
2. Бизяев А. А., Яковицкая Г. Е. О контроле динамических проявлений горного давления с использованием усовершенствованной аппаратуры регистрации сигналов // ФТПРПИ. — 2015. — № 5. — С. 115 – 123.
3. Яковицкая Г. Е., Опарин В. Н., Серяков В. М., Вострецов А. Г. Измерительная система совместной регистрации давления, перемещений и сопутствующего электромагнитного излучения при одноосном сжатии образцов горных пород. Коэффициент механико-электромагнитных преобразований // Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горно-технических и природных системах. Т. 2. — Новосибирск: СО РАН, 2019. — С. 376 – 402.
4. He S. Q., Song D. Z., Li Z. L., He X. Q., Chen J. Q., Li D. H., and Tian X. H. Precursor of spatio-temporal evolution law of MS and AE activities for rockburst warning in steeply-inclined and extremely-thick coal seams under caving mining conditions, Rock Mech. Rock Eng., 2019, Vol. 52. — P. 2415 – 2435.
5. Lou Q., Song D., He X., Li Z., Qiu L., Wei M., and He S. Correlations between acoustic and electromagnetic emissions and stress drop induced by burst-prone coal and rock fracture, J. Safety Sci., 2019, Vol. 115. — P. 310 – 319.
6. Feng G. L., Feng X. T., Chen B. R., Xiao Y. X., and Yu Y. A microseismic method for dynamic warning of rockburst development processes in tunnels, Rock Mech. Rock Eng., 2015, Vol. 48, No. 5. — P. 2061 – 2076.
7. Liang Zhang, Ting Ren, Xiangchun Li, and Lihai Tan Acoustic emission, damage and cracking evolution of intact coal under compressive loads: Experimental and discrete element modelling, Eng. Fracture Mechan., 2021, Vol. 252.
8. Рассказов И. Ю., Аникин П. А., Мигунов Д. С., Гладырь А. В., Макаров В. В., Искра А. Ю., Желнин Д. О., Сидляр А. В. Совершенствование технических средств локального контроля удароопасности при ведении горных работ в сложных горногеологических условиях // ГИАБ. — 2014. — № S4-2. — С. 22 – 30.
9. Рассказов И. Ю., Мигунов Д. С., Аникин П. А., Гладырь А. В., Терешкин А. А., Желнин Д. О. Геоакустический портативный прибор нового поколения для оценки удароопасности массива горных пород // ФТПРПИ. — 2015. — № 3. — С. 169 – 179.
10. Терешкин А. А., Рассказов И. Ю., Аникин П. А., Мигунов Д. С. Результаты применения геоакустического метода локального контроля удароопасности на рудниках Дальнего Востока // ГИАБ. — 2017. — № S24. — С. 338 – 347.
11. Rasskazov I. Yu., Saksin B. G., Anikin P. A., Gladyr A. V., Potapchuk M. I., Usikov V. I., Tereshkin A. A., and Sidlyar A. V. Methods and technical facilities for the assessment of geodynamic risk and geomechanical monitoring of burst-hazard rock massif, Geomech. Geodyn. Rock Masses, 2018, Vol. 1 – 2. — P. 1501 – 1506.
12. Tereshkin A. A., Rasskazov I., Anikin P. A., Gladyr A. V., and Migunov D. S. Improvement of technology and procedures of local rockburst hazard control, IOP Conf. series: Earth and Env. Sci.: Geodynamics and Stress State of the Earth's Interior, 2021, Vol. 773. — 012062.
13. Liang W. Z., Sari Y. A., Zhao G. Y., McKinnon S., and Wu H. Probability estimates of short-term rockburst risk with ensemble classifiers, Rock Mech. Rock Eng., 2021, Vol. 54. — P. 1799 – 1814.
14. You Ting, Li Pei, Tong Guan, and Shen Jian. Development of acoustic emission high-speed data acquisition system, Advanced Materials Res., 2012. — P. 433 – 440.
15. Mothe G. S., Dandawate Y. H., and Achwal V. Signal processing system design for acoustic emission signatures detection and analysis, 2nd IEEE Int. Conf. on Recent Trends in Electronics, Information and Communication Technology (RTEICT), Bangalore, India, 2017. — P. 1373 – 1378.
16. Freiberger W. F. An approximate method in signal detection, Quarterly Appl. Math., 1963, Vol. 20. — P. 373 – 378.
17. Методические указания по сейсмоакустическим и электромагнитным методам получения критериев степени удароопасности. — Л.: ВНИМИ, 1986. — 32 с.
18. Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых. ФНП в области промышленной безопасности. Утверждены приказом Ростехнадзора 08.12.2020, № 505. — М., 2020. — 275 с.
УДК 622.831
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, СОПУТСТВУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЮ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД
А. А. Бизяев, А. Г. Вострецов, И. И. Смирнягин, М. Д. Шарапова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: bizyaev@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Новосибирский государственный технический университет,
Карла Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Россия
Приведены результаты экспериментальных исследований разрушения образцов горных пород, имеющих порфиробластовую, гранобластовую, лепидобластовую и слоистую структуру. Эксперименты проводились на лабораторном стенде АСИ-2. Образцы подвергались одноосному сжатию до нарушения сплошности с синхронной регистрацией сигналов сопутствующего электромагнитного излучения, нагрузки и перемещения вдоль оси сжатия. При разрушении горной породы слоистой структуры проявляются анизотропные свойства геофизических параметров и электромагнитного излучения.
Динамические проявления горного давления, напряженно-деформированное состояние, электромагнитное излучение, лабораторные исследования, критерии прогноза горных ударов
DOI: 10.15372/FTPRPI20230520
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соболев Г. А., Демин В. М. Кинетика электромагнитного и акустического излучений как предвестник неустойчивости контактов блоков // ДАН СССР. — 1988. — Т. 303. — № 4. — С. 834 – 836.
2. Опарин В. Н., Яковицкая Г. Е., Вострецов А. Г., Серяков В. М., Кривецкий А. В. О коэффициенте механо-электромагнитных преобразований при разрушении образцов горных пород // ФТПРПИ. — 2013. — № 3. — С. 3 – 20.
3. Журков С. Н. Кинетическая концепция прочности твердых тел // Вестн. АН СССР. — 1968. — № 3. — С. 46 – 52.
4. Вострецов А. Г., Бизяев А. А. Обнаружение изменения свойств нестационарного пуассоновского потока импульсов неизвестной интенсивности // Научн. вестн. НГТУ. — 2008. — № 3 (32). — С. 37 – 44.
5. Панин В. Е., Лихачев В. А., Гриняев Ю. В. Структурные уровни деформации твердых тел. — Новосибирск: Наука, 1985. — 229 с.
6. Иванов В. В., Егоров А. А., Колпакова Л. А., Пимонов А. Г. Динамика трещин и электромагнитное излучение горных пород // ФТПРПИ. — 1988. — № 5. — С. 20 – 27.
7. Опарин В. Н., Акинин А. А., Востриков В. И., Юшкин В. Ф. Нелинейные деформационно-волновые процессы в окрестности выработок // ФТПРПИ. — 2003. — № 4. — С. 3 – 18.
8. Алексеев Д. В., Егоров П. В., Иванов В. В., Мальшин А. Н., Пимонов А. Г. Херстовская статистика временной зависимости электромагнитной эмиссии при нагружении горных пород // ФТПРПИ. — 1993. — № 5. — C. 27 – 31.