ФТПРПИ №5, 2025. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 622.821.31
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОДРАБОТАННОГО МАССИВА НА ОСНОВЕ ДАННЫХ РАДАРНОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ И РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
А. А. Барях, Н. А. Самоделкина, И. П. Бабаянц, В. О. Михайлов, Е. П. Тимошкина
Горный институт УрО РАН,
Е-mail: bar@mi-perm.ru, ул. Сибирская, 78а, 614007, г. Пермь, Россия
Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН,
ул. Б. Грузинская, 10, 123995, г. Москва, Россия
На примере Верхнекамского месторождения солей показана возможность использования данных радарной интерферометрии для оценки и прогноза изменения напряженно-деформированного состояния подработанного породного массива. Объектом исследований являлся Первый Березниковский калийный рудник, затопленный в 2006 г. в результате аварийного прорыва пресных вод в горные выработки. Вследствие высокой растворимости соляных пород в пределах шахтного поля до сих пор сохраняются достаточно высокие скорости оседания земной поверхности, которые контролируются геодезическими методами по заложенным профильным линиям и площадной радарной съемкой спутником TerraSAR-X с периодом 11 дней. Геомеханическая интерпретация данных радарной интерферометрии основывалась на трехмерном математическом моделировании процесса деформирования подработанного массива. Расчетная схема отражала весь комплекс горно-геологических и горнотехнических условий отработки, а также группу факторов, связанных с прорывом пресных вод в горные выработки. Численные расчеты базировались на полуаналитической схеме метода конечных элементов. В рамках разработанной модификации метода переменных модулей деформаций данные радарной интерферометрии являлись элементом параметрического обеспечения геомеханической модели, определяющей деформирование подработанного массива во времени.
Подработанный породный массив, затопленный калийный рудник, спутниковая радарная интерферометрия, оседания земной поверхности, напряженно-деформированное состояние, математическое моделирование, метод конечных элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20250501
EDN: YIMZQE
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Massonnet D. and Souyris J.-C. Imaging with synthetic aperture radar, EPFL Press., 2008. — 280 p.
2. Ferretti A. Satellite InSAR Data: reservoir monitoring from space (EET 9), Earthdoc., 2014. — 178 p.
3. Hanssen R. F. Radar interferometry: Data interpretation and error analysis, Kluwer, Academic Publishers, Dordrecht, 2001. — 308 p.
4. Константинова C. A. Некоторые результаты геомеханического анализа причин аварии на Первом Березниковском руднике // Маркшейдерия и недропользование. — 2008. — № 2 (34). — С. 55 – 58.
5. Буш В., Хебель Х. П., Шаффер М., Вальтер Д., Барях А. А. Контроль оседаний подработанных территорий методами радарной интерферометрии // Маркшейдерия и недропользование. — 2009. — № 2. — С. 38 – 43.
6. Бабаянц И. П., Барях А. А., Волкова М. С., Михайлов В. О., Тимошкина Е. П., Хайретдинов С. А. Мониторинг оседаний на территории г. Березники (Пермский край) методами спутниковой радарной интерферометрии. I. Дифференциальная интерферометрия // Геофизические исследования. — 2021. — Т. 22. — № 4. — С. 73 – 89.
7. Бабаянц И. П., Барях А. А., Михайлов В. О., Тимошкина Е. П., Волкова М. С., Хайретдинов С. А. Мониторинг оседаний земной поверхности на территории г. Березники (Пермский край) методами спутниковой радарной интерферометрии: II. Метод устойчивых отражателей // Геофизические исследования. — 2023. — № 2. — С. 39 – 57.
8. Yao Y., Wen S., Yang L., Wu C., Sun X., Wang L., and Zhang Z. A Shallow and left-lateral rupture event of the 2021 MW 5.3 Baicheng earthquake: Implications for the diffuse deformation of Southern Tianshan, Earth and Space Sci., 2022, Vol. 9.
9. Poland M. P. Synthetic aperture radar volcanic flow maps (SAR VFMs): A simple method for rapid identification and mapping of volcanic mass flows, Bull. Volcanology, 2022, Vol. 84, No. 3. — P. 32 – 43.
10. Zhe Liu, Bing Xu, Qijie Wang, Wenyan Yu, and Zelang Miao. Monitoring landslide associated with reservoir impoundment using synthetic aperture radar interferometry: A case study of the Yalong reservoir, Geodesy and Geodynamics, 2022, Vol. 13, No. 2. — P. 138 – 150.
11. Strozzi T., Luckman A., Murray T., Wergmuller U., and Werner C. L. Glacier motion estimated using SAR offset-tracking procedures, IEEE transactions Geosci. Remote Sensing, 2002, Vol. 40, No. 11. — P. 2384 – 2391.
12. Modeste G., Doubre C., and Masson F. Time evolution of mining-related residual subsidence monitored over a 24-year period using InSAR in southern Alsace, France, Int. J. Appl. Earth Observation Geoinform., 2021, Vol. 102. — 102392.
13. Monika, Govil H., and Guha S. Underground mine deformation monitoring using Synthetic Aperture Radar technique: A case study of Rajgamar coalmine of Korba Chhattisgarh, India, J. Appl. Geophys., 2023, Vol. 209. — 104899.
14. Walczak S., Witkowski W. T., Stoch T., and Guzy A. Detecting sinkholes and land surface movement in post-mining regions using multi-source remote sensing data, Remote Sensing Applications: Soc. Env., 2025, Vol. 38. — 101560.
15. Mantovani J. R., Alcantara E., Lima T. A. S., and Simoes S. An assessment of ground subsidence from rock salt mining in Maceió (Northeast Brazil) from 2019 to 2023 using remotely sensed data, Env. Chal., 2024, Vol. 16. — 100983.
16. Teatini P., Gambolati G., Castelleto N., Ferronato M., Janna C., Cairo E., Marzorati D., Colombo D., Ferretti A., Bagliani A., Bottazzi F., and Rocca F. Monitoring and modeling 3D ground movements induced by seasonal gas storage in deep reservoirs, Proc. of Eisols, 2010.
17. Gonnuru P. and Kumar S. PsInSAR based land subsidence estimation of Burgan oil field using TerraSAR-X data, Remote Sensing Appl.: Soc. Envir., 2018, Vol. 9. — P. 17 – 25.
18. Baú D., Ferronato M., Gambolati G., and Teatini P. Surface flow boundary conditions in modeling land subsidence due to fluid withdrawal, Groundwater, 2004, Vol. 42, No. 4. — P. 516 – 525.
19. Барях А. А., Самоделкина Н. А. Геомеханическая оценка интенсивности деформационных процессов над затопленным калийным рудником // ФТПРПИ. — 2017. — № 4. — С. 33 – 46.
20. Амусин Б. З., Линьков А. М. Об использовании переменных модулей при решении одного класса задач линейно-наследственной ползучести // Механика твердого тела. — 1974. — № 6. — С. 162 – 165.
21. Барях А. А., Самоделкина Н. А. Об одном подходе к моделированию мульд сдвижения земной поверхности с высокими градиентами оседаний // ФТПРПИ. — 2024. — № 3. — С. 14 – 23.
22. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 271 с.
23. Джиноридзе Н. М. Тектоника, минералопреобразование и их значение в решении проблемы безопасной эксплуатации месторождений калийных солей. — СПб.: ВНИИГ, 1992. — 224 с.
УДК 622.817.4, 550.8.023
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ЖИДКИМ АЗОТОМ НА ФИЛЬТРАЦИОННО-ЕМКОСТНЫЕ СВОЙСТВА УГЛЯ
С. В. Сердюков, Л. А. Рыбалкин, И. М. Сердюк, Т. В. Шилова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: ss3032@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Приведены результаты лабораторных исследований циклического воздействия жидким азотом на мелкопористый слоистый каменный уголь. Проницаемость угольных кернов определялась в режиме нестационарной фильтрации, емкостные свойства — методами ядерного магнитного резонанса и оптической микроскопии. Описаны методические и технические решения, используемые в экспериментах. Исследовано изменение фильтрационных свойств вдоль и поперек слоистости угля в условиях гидростатического сжатия. Установлено, что проницаемость тестируемого угля увеличивается на один-два порядка вдоль и на два-три поперек его слоистости. Снижается анизотропия фильтрационных свойств. Эффект растет с увеличением гидростатического сжатия и насыщенности угля водой. Показано, что эффект обработки жидким азотом связан в основном с образованием в угле трещин разного масштаба при незначительном изменении открытой пористости.
Уголь, воздействие жидким азотом, проницаемость, трещиноватость, пористость, кривая падения давления, ядерный магнитный резонанс, оптическая микроскопия
DOI: 10.15372/FTPRPI20250502
EDN: QDGIFY
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Shilova T. and Serdyukov S. Permeability of coking coals and patterns of its change in Leninsky area, Kuznetsk coal basin, Russia, Appl. Sci. (Switzerland), 2021, Vol. 11, No. 9. — 3969.
2. Курленя М. В., Сердюков С. В. Десорбция и миграция метана в термодинамически неравновесном угольном массиве // ФТПРПИ. — 2010. — № 1. — С. 61 – 68.
3. Liang Y., Tan Y., Wang F., Luo Y., and Zhao Z. Improving permeability of coal seams by freeze-fracturing method: The characterization of pore structure changes under low-field NMR, Energy Reports, 2020, Vol. 6. — P. 550 – 561.
4. Li B., Zhang L., Wei J., and Ren Y. Pore damage properties and permeability change of coal caused by freeze-thaw action of liquid nitrogen, Adv. Civil Eng., 2018. — 5076391.
5. Yang R., Hong C., Huang Z., Song X., Zhang S., and Wen H. Coal breakage using abrasive liquid nitrogen jet and its implications for coalbed methane recovery, Appl. Energy, 2019, Vol. 253. — 113485.
6. Huang Z., Zhang S., Yang R., Wu X., Li R., Zhang H., and Hung P. A review of liquid nitrogen fracturing technology, Fuel, 2020, Vol. 266. — 117040.
7. Longinos S., Lei Wang, Loskutova A., Dichuan Zhang, and Hazlett R. Cyclic LN2 treatment of coal samples from coal basin in Kazakhstan, SPE EuropEC — Europe Energy Conference featured at the 83rd EAGE Annual Conf. Exhibition, 2022.
8. Akhondzadeh H., Keshavarz A., Awan F., Al-Yaseri A., Iglauer S., and Lebedev M. Coal fracturing through liquid nitrogen treatment: a micro-computed tomography study, APPEA J., 2020, Vol. 60 – 67. — 10.1071/AJ19105.
9. Yan H., Tian L., Feng R., Mitri H., Chen J., and Zhang B. Fracture evolution in coalbed methane reservoirs subjected to liquid nitrogen thermal shocking, J. Central South University, 2020, Vol. 27, No. 6. — P. 1846 – 1860.
10. Zhai C., Qin L., Liu S., Xu J., Tang Z., and Wu S. Pore structure in coal: pore evolution after cryogenic freezing with cyclic liquid nitrogen injection and its implication on coalbed methane extraction, Energy Fuels, 2016, Vol. 30, No. 7. — P. 6009 – 6020.
11. Qin L., Zhai C., Liu S., and Xu J. Factors controlling the mechanical properties degradation and permeability of coal subjected to liquid nitrogen freeze-thaw, Scientific Reports, 2017, Vol. 7, No. 1. — 3675.
12. Шкуратник В. Л., Николенко П. В., Ануфренкова П. С., Эпштейн С. А. Закономерности криотермического разрушения углей по данным спектрального анализа результатов ультразвукового прозвучивания // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 3 – 12.
13. Пат. CN102766450B. Nitrogen foam fracturing fluid for coal bed methane and preparation method of nitrogen foam fracturing fluid, 2014.
14. Пат. CN110924900A. Method for hydraulic power-liquid nitrogen composite uniform fracturing of coal body, 2013.
15. ГОСТ Р 59248-2020. Угли бурые, каменные, антрацит, горючие сланцы и угольные брикеты. Методы отбора и подготовки проб для лабораторных испытаний. — М.: Стандартинформ, 2021. — 23 с.
16. Сердюков С. В., Шилова Т. В., Дробчик А. Н. Лабораторная установка и методика определения газопроницаемости горных пород // ФТПРПИ. — 2017. — № 5. — С. 172 – 180.
17. Курленя М. В., Сердюков С. В. Реакция флюидов нефтепродуктивного пласта на вибросейсмическое воздействие малой интенсивности // ФТПРПИ. — 1999. — № 2. — С. 11 – 17.
18. ГОСТ 26450.2-85. Породы горные. Методы определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации. — М.: ГСП, 1985. — 16 с.
19. Smits A. J. and Dussauge J.-P. Turbulent shear layers in supersonic flow, Springer, 2006. — 410 p.
20. Carr H. Y. and Purcell E. M. Effects of diffusion on free precession in nuclear magnetic resonance experiments, Phys. Rev., 1954, Vol. 94. — P. 630 – 638.
21. Шумскайте М. И. Определение петрофизических параметров песчано-глинистых образцов керна и типизация пластовых флюидов методом ЯМР-релаксометрии. — Новосибирск: ИНГГ СО РАН, 2017. — 136 с.
22. Coates G. R., Xiao L., and Prammer M. G. NMR logging: principles and applications, Houston, Hulliburton Energy Services Publish., 2000. — 356 p.
23. Джафаров И. С., Сынгаевский П. Е., Хафизов С. Ф. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов. — М.: Химия, 2002. — 439 с.
24. Аксельрод С. М. Петрофизическое обоснование ЯМК в поле постоянных магнитов. Методология и результаты лабораторных исследований ЯМР-свойств пород // Каротажник. — 1999. — № 59. — С. 28 – 46.
25. Денисенко А. С. Петрофизическое обеспечение ядерно-магнитного каротажа при разведке нефтегазовых месторождений // Каротажник. — 2012. — Вып. 213. — № 3. — С. 66 – 82.
26. Jiang W., Zhou Y., Wu C., and Du M. Fractal characteristics and theirs influence on methane adsorption in high-rank coals with NMR, Frontiers Earth Sci., 2023, Vol. 10. — 1047557.
27. Олонцев В. Ф. Современные технологии высококачественных углеродных сорбентов. Сообщение 1. Технологии на основе ископаемого сырья // Хим. пром-сть. — 1997. — № 11 (749). — С. 31 – 35.
28. Мокрова Н. В. Производство и применение активированных углей // Уголь. — 2007. — № 9. — С. 61 – 62.
29. Шестакова О. Е. Визуальная диагностика природных видов и технологических марок ископаемых углей // Вестн. КузГТУ. — 2010. — № 1. — С. 10 – 16.
УДК 622.453
МАССОПЕРЕНОС В ПОРОДНОМ МАССИВЕ С КОНТРАСТНЫМИ ФИЛЬТРАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ: ТЕОРИЯ И ЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Л. А. Назарова, Л. А. Назаров, А. А. Скулкин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: larisa.a.nazarova@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Теоретически обоснован и в лабораторных условиях апробирован метод определения проницаемости нарушений сплошности в зависимости от напряжений в породных массивах и коллекторах квазирегулярной слоисто-нарушенной структуры при движении потока флюида вкрест простирания нарушений. В рамках линейной модели получено аналитическое решение задачи о стационарном движении жидкости в средах с нарушениями сплошности, которое позволяет найти проницаемость kJ последних по регистрируемому расходу. Проведены испытания изготовленных блочных образцов песчаника и получена зависимость раскрытия межблочных нарушений h от величины нормального напряжения s. Предложена лабораторная установка для фильтрационных испытаний, когда направления сжатия образца и потока флюида совпадают. В результате проведенных экспериментов по фильтрации газа в блочных образцах, подвергающихся нормальному нагружению, установлена эмпирическая зависимость удельной проницаемости нарушений сплошности kJ / h от напряжения s, которая аппроксимируется двухпараметрической дробно-рациональной функцией.
Напряжение, фильтрация, лабораторный эксперимент, блочные образцы горных пород, нарушение сплошности, давление, расход флюида, проницаемость, численное моделирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20250503
EDN: XKSEDT
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забурдяев В. С., Малинникова О. Н., Трофимов В. А. Метанообильные шахты: добыча угля, газовыделение, метановая опасность. — Калуга: Манускрипт, 2020. — 334 с.
2. Kolikov K. S., Manevich A. I., Ledyaev N. V., and Komissarov I. A. Improving the efficiency of coal seam degassing during its preparation for safe extraction based on the use of the sorption deformation effect, Russian Min. Industry, 2025, No. 2. — P. 92 – 96.
3. Flores R. M. and Moore T. A. Coal and coalbed gas, Elsevier Science, 2024.
4. Best practice guidance for effective methane recovery and use from abandoned coal mines image of best practice guidance for effective methane recovery and use from abandoned coal mines, ECE Energy Series. United Nations, 2020. — 80 p.
5. Сохранский В. Б., Черкашенинов В. И. Геолого-гидрогеологические исследования для проектирования подземных газонефтехранилищ шахтного типа // Геология и разведка. — 1974. — № 5. — С. 95 – 100.
6. Смирнов В. И. Строительство подземных газонефтехранилищ. — М.: Газоил пресс, 2000. — 250 с.
7. Osieczko-Potoczna K., Gazda A., and Dusan M. Factors determining the construction and location of underground gas storage facilities, Acta Montanistica Slovaca, 2019, Vol. 24, No. 3. — P. 234 – 244.
8. Kalisz S., Kibort K., Mioduska J., Lieder M., and Małachowska A. Waste management in the mining industry of metals ores, coal, oil and natural gas — A review, J. Env. Management, 2022, Vol. 304. — 114239.
9. Thakur P., Schatzel S., and Aminian K. Coal bed methane, From prospect to pipeline, Elsevier., 2014. — 440 p.
10. РД 153-39.0-047-00. Регламент по созданию постоянно действующих геолого-технологических моделей нефтяных и газонефтяных месторождений. — М., 2000. — 130 с.
11. Devold H. Oil and gas production handbook. An introduction to oil and gas production, transport, refining and petrochemical industry, 2013. — 152 p.
12. Kontorovich A. E., Ermilov O. M., and Laperdin A. N. Geotechnology of oil and gas deposit development, Herald of the Russian Academy of Sciences, 2013, Vol. 83. — P. 400 – 410.
13. Seidle J. Foundations of coalbed methane reservoir engineering, PennWell Books, 2011. — 416 p.
14. Okotie S. and Ikporo B. Reservoir engineering: fundamentals and applications, Springer, Cham, 2019. — 416 p.
15. Quddus M. A. Petroleum science and technology. Petroleum generation, accumulation and prospecting, CRC Press, 2021. — 381 p.
16. Дмитриев М. Н., Дмитриев Н. М., Максимов В. М., Мамедов М. Т. Тензорные характеристики фильтрационно-емкостных свойств анизотропных пористых сред. теория и эксперимент // Механика жидкости и газа. — 2012. — № 2. — С. 57 – 63.
17. Назарова Л. А., Назаров Л. А., Голиков Н. А., Скулкин А. А. Зависимость проницаемости геоматериалов от напряжений по данным лабораторных экспериментов на цилиндрических образцах с центральным отверстием // ФТПРПИ. — 2019. — № 5. — С. 18 – 25.
18. Huo B., Jing X., He A., and Fan C. Hydraulic-mechanical coupling model with dual-porosity dual-permeability for anisotropy coal seams and its application in mine gas extraction, Adv. Civ. Eng., 2019, Vol. 2019. — 4534835.
19. Pan Z. and Connell L. D. Modelling permeability for coal reservoirs: A review of analytical models and testing data, Int. J. Coal Geol., 2012, Vol. 92. — P. 1 – 44.
20. Ma J. Review of permeability evolution model for fractured porous media, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2015, Vol. 7, No. 3. — P. 351 – 357.
21. Coussy O. Mechanics and physics of porous solids., John Wiley & Son Ltd., 2010. — 281 p.
22. Zhou Z., Zhang J., Cai X., and Shanyong W. Permeability experiment of fractured rock with rough surfaces under different stress conditions, Geofluids, 2020, Vol. b8. — P. 1 – 15.
23. Meng Y., Li Z., and Lai F. Experimental study on porosity and permeability of anthracite coal under different stresses, J. Petroleum Sci. Eng., 2015, Vol. 133. — P. 810 – 817.
24. Tan W. and Wang P. Experimental study on seepage properties of jointed rock-like samples based on 3D printing techniques, Adv. Civ. Eng., 2020, Vol. 2020. — 9403968.
25. Wagner А., Eggenweiler Е., Weinhardt F., Trivedi Z., Krach D., Lohrmann C., Jain K., Karadimitriou N., Bringedal C., Voland P., Holm C., Class H., Steeb H., and Rybak I. Permeability estimation of regular porous structures: A benchmark for comparison of methods, Transport in Porous Media, 2021, Vol. 138, No. 6. — P. 1 – 23.
26. Peng S., Fang Z., Shen J., Xu J., and Wang G. Effects of gas sorption-induced swelling/shrinkage on the cleat compressibility of coal under different bedding directions, Sсientific Reports, 2017, Vol. 7. —14337.
27. Tan R., Chai J., and Cao C. Experimental investigation of the permeability measurement of radial flow through a single rough fracture under shearing action, Adv. Civ. Eng., 2019, Vol. 2019. — 6717295.
28. Назаров Л. А., Голиков Н. А., Скулкин А. А., Назарова Л. А. Метод экспериментального определения деформационных и фильтрационных характеристик горных пород регулярно-блочной структуры // ГИАБ. — 2023. — № 11. — С. 70 – 81.
29. Вилькина М. В., Никуленков А. М., Румынин В. Г. Изучение фильтрационной неоднородности кембрийских глин при обосновании окончательной изоляции токсичных отходов // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2022. — № 3. — С. 57 – 68.
30. Bjørnara T. I., Skurtveit E., Michie E. A. H., and Smith S. A. Characterizing along- and across-fault fluid-flow properties for assessing flow rates and overburden fluid migration along faults: a case study from the North Sea, Petroleum Geosci., 2023, Vol. 29, No. 3.
31. Давлетбаев А. Я. Неизотермическая фильтрация углеводородов в низкопроницаемых коллекторах с трещиной гидроразрыва пласта при электромагнитном воздействии: автореф. дис. … докт. физ.-мат. наук. — Уфа, 2025. — 39 с.
32. ГОСТ 28985-91. Породы горные. Метод определения деформационных характеристик при одноосном сжатии. — М.: Издательство стандартов, 2004.
33. ГОСТ 26450.2-85. Породы горные. Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации [Электронный ресурс]. Сайт internet-law.ru. URL: https://internet-law.ru/gosts/gost/20025/ (дата обращения 02.10.2025).
34. Barton N. R. Deformation phenomena in jointed rock, Geotechnique, 1986, Vol. 36, No. 2. — P. 147 – 167.
35. Назаров Л. А., Голиков Н. А., Скулкин А. А., Назарова Л. А. Экспериментальное определение фильтрационных свойств трещиновато-пористых геоматериалов в рамках модели среды с двойной проницаемостью // ФТПРПИ. — 2023. — № 4. — С. 11 – 23.
36. Назаров Л. А., Голиков Н. А., Скулкин А. А., Назарова Л. А. Определение емкостных характеристик трещиновато-пористых геоматериалов по данным нестационарных фильтрационных испытаний на основе решения обратных задач в рамках модели среды с двойной пористостью // ГИАБ. — 2024. — № 12. — С. 5 – 17.
УДК 550.8.01, 3622.271.3, 550.34.016 + 550.394
ИЗМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗОН ТЕКТОНИЧЕСКИХ РАЗЛОМОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН ОТ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ
И. В. Шатунов, Г. Г. Кочарян, А. А. Остапчук
Институт динамики геосфер им. академика М. А. Садовского РАН,
Е-mail: shatunov.iv@phystech.edu, Ленинский проспект, 38, к. 1, 119334, г. Москва, Россия
Московский физико-технический институт,
Институтский переулок, 9, 141701, г. Долгопрудный, Россия
Мелкие частицы, транспортируемые флюидами земной коры, способны осаждаться на поверхностях пор и трещин, формируя коллоидные барьеры, которые радикально снижают проницаемость трещиноватой среды. В разломных зонах, жесткость которых сильно отличается от характеристик вмещающих пород, при прохождении сейсмических волн, образуются медленные диффузионные волны Био, распространение которых может вызвать разрушение коллоидных барьеров, увеличение проницаемости, перераспределение порового давления и изменение напряженно-деформированного состояния разлома. Представлены результаты исследования условий, при которых регулярное воздействие сейсмических колебаний от промышленных взрывов может приводить к радикальному изменению проницаемости разломных зон.
Тектонический разлом, сейсмическое действие взрыва, медленные волны Био, коллоиды, поровое давление, проницаемость, скорость флюида
DOI: 10.15372/FTPRPI20250504
EDN: XLKGMD
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Elkhoury J. E., Brodsky E. E., and Agnew D. C. Seismic waves increase permeability, Nature, 2006, Vol. 441, No. 7097. — P. 1135 – 1138.
2. Николаев А. В. Эффект сейсмических воздействий на залежи нефти и подземных вод // Сейсмические воздействия на нефтяную залежь. — М.: ИФЗ РАН, 1993. — 240 с.
3. Курленя М. В., Сердюков С. В. Определение области вибросейсмического воздействия на месторождение нефти с дневной поверхности // ФТПРПИ. — 1999. — № 4. — С. 3 – 11.
4. Кочарян Г. Г., Бенедик А. Л., Костюченко В. Н., Павлов Д. В., Перник Л. М., Свинцов И. С. Опыт воздействия на трещиноватый коллектор низкоамплитудными сейсмическими колебаниями // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2004. — № 4. — С. 367 – 377.
5. Осика Д. Г. Флюидный режим сейсмически активных областей. — М.: Наука, 1981. — 203 с.
6. Wang C., Chia Y., Wang P., and Dreger D. Role of S-waves and love waves in coseismic permeability enhancement, Geophys. Res. Lett., 2009, Vol. 36, No. 9. — 09404.
7. Пантелеев И. А., Ложкин Д. В., Ляховский В., Шалев Э. Природа анизотропного отклика флюидонасыщенной среды на прохождение поверхностных сейсмических волн // Физика Земли. — 2025. — № 2. — С. 80 – 94.
8. Panteleev I., Lyakhovsky V., and Shalev E. Azimuthal pore pressure response to teleseismic waves: effects of damage and stress anisotropy, Geoph. J. Int., 2024, Vol. 237, No. 2. — P. 996 – 1009.
9. Кочарян Г. Г., Виноградов Е. А., Горбунова Э. М., Марков В. К., Марков Д. В., Перник Л. М. Гидрогеологический отклик подземных коллекторов на сейсмические колебания // Физика Земли. — 2011. — № 12. — С. 50 – 62.
10. Candela T., Brodsky E. E., Marone C., and Elsworth D. Laboratory evidence for particle mobilization as a mechanism for permeability enhancement via dynamic stressing, Earth Planet. Sci. Lett., 2014, Vol. 392. — P. 279 – 291.
11. Кочарян Г. Г., Спивак А. А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. — М.: ИКЦ “Академкнига”, 2003. — 423 с.
12. Bense V. F., Gleeson T., Loveless S. E., Bour O., and Scibek J. Fault zone hydrogeology, Earth-Sci. Rev., 2013, Vol. 127. — P. 171 – 192.
13. Шатунов И. В. Гидравлические свойства разломных зон приповерхностной части земной коры — методы и результаты исследований. Состояние вопроса // Динамические процессы в геосферах. — 2023. — № 15 (4). — С. 25 – 43.
14. Williams R. T., Goodwin L. B., and Mozley P. S. Diagenetic controls on the evolution of fault-zone architecture and permeability structure: Implications for episodicity of fault-zone fluid transport in extensional basins, GSA Bull., 2017, Vol. 129, No. 3 – 4. — P. 464 – 478.
15. Yang Z., Yehya A., Iwalewa T. M., and Rice J. R. Effect of permeability evolution in fault damage zones on earthquake recurrence, J. Geophys. Res: Solid Earth, 2021, Vol. 126. — 021787. 16. Пахомов В. П., Рудакова Л. В. Техногенные катастрофы горнопромышленного характера // Экономика региона. — 2006. — № 2. — С. 23 – 36.
17. Mather J. D., Spence I. M., Lawrence A. R., and Brown M. J. Manmade hazards, Urban geoscience: Rotterdam, Netherlands, Balkema, 1996. — P. 127 – 161.
18. Осипов В. И., Соколов В. Н., Еремеев В. В. Глинистые покрышки нефтяных и газовых месторождений. — М.: Наука, 2001. — 237 с.
19. Kessler J. H. and Hunt J. R. Dissolved and colloidal contaminant transport in a partially clogged fracture, Water Resour. Res, 1994, Vol. 30, No. 4. — P. 1195 – 1206.
20. Lowell R. P., Van Cappellen P., and Germanovich L. N. Silica precipitation in fractures and the evolution of permeability in hydrothermal up flow zones, Science, 1993, Vol. 260, No. 5105. — P. 192 – 194.
21. Brodsky E. E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., and Manga M. A mechanism for sustained groundwater pressure changes induced by distant earthquakes, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 2003, Vol. 108, No. B8. — 2390.
22. Roberts P. M. Laboratory observations of altered porous fluid flow behavior in Berea sandstone induced by low-frequency dynamic stress stimulation, Acoust. Phys., 2005, Vol. 51, No. 1. — P. S140 – S148.
23. Coussot P. Structural similarity and transition from Newtonian to Non-Newtonian behavior for clay-water suspensions, Phys. Rev. Lett., 1995, Vol. 74, No. 20. — P. 3971 – 3974.
24. Петров Н. А., Кореняко А. В., Давыдова И. Н., Комлева С. Ф. Обработка бурового раствора при бурении скважин с горизонтальным окончанием // Нефтегазовое дело. — 2007. — № 1. — С. 97 – 107.
25. Kessler J. Transport and channeling effects in a fracture partially clogged with colloidal material: Ph.D. thesis, Berkeley, University of California, 1993.
26. Bergendahl J. and Grasso D. Prediction of colloid detachment in a model porous media, Hydrodynamics, Chem. Eng. Sci., 2000, Vol. 55, No. 9. — P. 1523 – 1532.
27. Biot M. A. Mechanics of deformation and acoustic propagation in porous media, J. Appl. Phys, 1962, Vol. 33. — P. 1482 – 1498.
28. Biot M. A. Thermoelectricity and irreversible thermodynamics, J. Appl. Phys, 1956, Vol. 27, No. 3. — P. 240 – 253.
29. Barbosa N. D., Solazzi S. G., and Lupi M. Seismically induced unclogging in fluid‐saturated faults, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 2020, Vol. 125. — 020152.
30. Pride S. R., Tromeur E., and Berryman J. G. Biot slow-wave effects in stratified rock, Geophysics, 2002, Vol. 67, No. 1. — P. 271 – 281.
31. Костюченко В. Н., Кочарян Г. Г., Павлов Д. В. Деформационные характеристики межблоковых промежутков различного масштаба // Физ. мезомеханика. — 2002. — № 5. — С. 23 – 42.
32. Pride S. R. Relationships between seismic and hydrological properties, Hydrogeophysics, Dordrecht, Springer, 2005. — P. 253 – 290.
33. Nakagawa S. and Schoenberg M. A. Poroelastic modeling of seismic boundary conditions across a fracture, J. Acoustical Soc. Am., 2007, Vol. 122. — P. 831 – 847.
34. Johnson D. L., Koplik J., and Dashen R. Theory of dynamic permeability and tortuosity in fluid-saturated porous media, J. Fluid Mech., 1987, Vol. 176. — P. 379 – 402.
35. Gurevich B. and Schoenberg M. A. Interface conditions for Biot’s equations of poroelasticity, J. Acoustical Soc. Am., 1999, Vol. 105. — P. 2585 – 2589.
36. Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — М.: Геос, 2016. — 424 с.
37. Кочарян Г. Г., Куликов В. И., Павлов Д. В. О влиянии массовых взрывов на устойчивость тектонических разломов // ФТПРПИ. — 2019. — № 6. — С. 49 – 58.
38. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / под ред. Н. В. Мельникова, В. В. Ржевского, М. М. Протодьяконова. — М.: Недра, 1975. — 279 с.
39. Пиоро Е. В. Деформационные и акустические свойства глинистых грунтов по результатам лабораторных инженерно-геологических и ультразвуковых исследований: дис. ... канд. геол.-мин. наук. — М., 2014. — 219 с.
УДК 622.235.63
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗРУШАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ШПУРОВЫХ ЗАРЯДОВ 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
Разработаны три расчетные модели для оценки поперечного размера магистральной трещины, образующейся при взрыве шпурового заряда при контурном взрывании: численная для расчета равновесной формы и размеров плоской трещины при взрыве шпурового заряда в трехмерной постановке теории упругости и две аналитические модели для оценки поперечного размера трещины от взрыва в плоской и осесимметричной постановках. По этим моделям на примере взрывания в граните шпуровых зарядов аммонита с разной плотностью заряжания проведены расчеты размеров образующихся магистральных трещин. Сравнение численных расчетов с результатами расчетов в плоской и осесимметричной постановках по приближенным аналитическим моделям позволило установить условия, при которых в аналитических расчетах размеры трещин при взрыве шпурового заряда получены с хорошей точностью, что делает их использование перспективным при проектировании буровзрывных работ при контурном взрывании.
Взрыв, горные породы, разрушение, шпуровые заряды, контурное взрывание, численное моделирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20250505
EDN: ZPTGNS
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Густафссон Р. Шведская техника взрывных работ. — М., 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., Туробов Ш. Н., Шодиев А. Н., Сирожов Т. Т. 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., Александрова Н. И. Динамика развития зоны дробления в упругопластической среде при камуфлетном взрыве шнурового заряда // ФТПРПИ. — 1997. — № 6. — С. 43 – 49.
13. Шер Е. Н. Моделирование разрушения горных пород взрывами сближенных шпуровых зарядов при контурном взрывании // ФТПРПИ. — 2023. — № 5. — С. 70 – 78.
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.
17. Черепанов Г. П. Механика разрушения. — М.; Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2012. — 872 с.
18. Разрушение: в 7 т. / ред. Г. Либовиц. Т. 2. Математические основы теории разрушения. — М.: Мир, 1975. — 764 с.
19. Шер Е. Н. Численная оценка сопротивления внедрению клиновидного инструмента в хрупкий породный массив с учетом развития магистральной трещины // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 85 – 94.
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УДК 622.234.573
ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОРАЗРЫВА ПОРОДНОГО МАССИВА С ПРОНИЦАЕМЫМИ ТРЕЩИНАМИ И ПОЛОСТЬЮ
М. В. Курленя, Л. А. Рыбалкин, И. М. Сердюк, А. Н. Дробчик, С. В. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: ss3032@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Приведены результаты физического моделирования гидравлического разрыва крупногабаритных цементных кубических моделей в условиях трехосного нагружения. Описаны лабораторная установка, аппаратно-программные средства, методические и технические решения, используемые в экспериментах. Исследованы давления и траектории разрывов, пересекающих ранее созданные трещины, в том числе расклиненные проппантом, заполненные изолирующим полимером. Экспериментально показана возможность контроля гидроразрывов по деформированию близкорасположенного полого включения, имитирующего горную выработку.
Гидравлический разрыв, физическое моделирование, трехосное нагружение, взаимодействие разрыва и трещин, полимер, проппант, противофильтрационный экран, измерение давлений и деформаций, аппаратно-программные средства
DOI: 10.15372/FTPRPI20250506
EDN: YTKSZJ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Chemical injection and grouting. [Электронный ресурс]. https://www.renesco.com/injections-grouting/#chemical. Дата обращения: 03.09.2025 г.
2. Мохов А. В. O путях предотвращения прорывов воды в горные выработки из затопленных каменноугольных шахт // Технологии гражданской безопасности. — 2008. — № 1 – 2. — С. 188 – 193.
3. Сердюков С. В., Азаров А. В., Рыбалкин Л. А., Патутин А. В. О форме трещин гидроразрыва породного массива в окрестности цилиндрической полости // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 72 – 84.
4. Llanos E. M., Jeffrey R. G., Hillis R., and Zhang X. Hydraulic fracture propagation through an orthogonal discontinuity: a laboratory, analytical and numerical study, Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50, No. 8. — P. 2101 – 2118.
5. Tan P., Jin Y., Han K., Zheng X., Hou B., Gao J., Chen M., and Zhang Y. Vertical propagation behavior of hydraulic fractures in coal measure strata based on true triaxial experiment, J. Petroleum Sci. Eng., 2017, Vol. 158. — P. 398 – 407.
6. Yushi Z., Xinfang M., Tong Z., Ning L., Ming C., Sihai L., Yinuo Z., and Han L. Hydraulic fracture growth in a layered formation based on fracturing experiments and discrete element modeling, Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50, No. 9. — P. 2381 – 2395.
7. Hadei M. R. and Veiskarami A. An experimental investigation of hydraulic fracturing of stratified rocks, Bull. Eng. Geol. Env., 2021, Vol. 80, No. 1. — P. 491 – 506.
8. Huang B. and Liu J. Experimental investigation of the effect of bedding planes on hydraulic fracturing under true triaxial stress, Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50, No. 10. — С. 2627 – 2643.
9. Fu W., Ames B. C., Bunger A. P., and Savitski A. A. Impact of partially cemented and non-persistent natural fractures on hydraulic fracture propagation, Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49, No. 11. — P. 4519 – 4526.
10. Shan Q. Experimental and numerical investigations on the vertical propagation of hydraulic fractures in laminated shales, J. Geoph. Eng., 2018, Vol. 15, No. 4. — P. 1729 – 1742.
11. Сердюков С. В., Рыбалкин Л. А., Дробчик А. В., Патутин А. В., Шилова Т. В. Лабораторный стенд для моделирования гидравлического разрыва массива трещиноватых пород // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — С. 193 – 201.
12. Шилова Т. В., Курленя М. В., Сердюков С. В. Экспериментальная оценка проводимости трещин с проппантом из алюмосиликатных микросфер в условиях малоглубинного гидроразрыва нефтяного пласта // ФТПРПИ. — 2017. — № 6. — С. 127 – 132.
УДК 622.23.02
ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ЭНЕРГОЕМКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ КАРБОНАТНЫХ ПОРОД ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Е. В. Захаров
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН,
E-mail: zaharoff@igds.ysn.ru, просп. Ленина, 43, 677980, г. Якутск, Россия
Приведены экспериментально полученные данные о влиянии лауретсульфата натрия и неонола АФ 9-12 на удельную энергоемкость разрушения доломита трубки “Интернациональная” и известняка карьера “Мохсоголлох” при температурах + 20 … – 30 °C. В интервале положительных температур энергоемкость разрушения доломита, обработанного растворами поверхностно-активных веществ, снижается в среднем на 28 %. С переходом к отрицательным температурам наблюдается рост удельных энергозатрат на разрушение образцов доломита при насыщении их растворами поверхностно-активных веществ. При температурах ниже – 10 °С удельная энергоемкость разрушения доломита превышает энергозатраты, полученные при положительной температуре, в 2.3 – 3.1 раза. Показатели разрушения образцов доломита, насыщенных поверхностно-активными веществами, полностью соответствуют параметрам разрушения водонасыщенных образцов. Энергоемкость дробления известняка, обработанного растворами поверхностно-активных веществ, в интервале положительных температур уменьшается на 5 – 10 %, при температурах ниже – 10°С увеличивается на 8 – 15 % по сравнению с воздушно-сухими образцами.
Поверхностно-активные вещества, удельные энергозатраты, разрушение, диапазон температур, карбонатные породы, известняк, доломит, пористость
DOI: 10.15372/FTPRPI20250507
EDN: RMEQHU
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Захаров Е. В. Влияние отрицательных температур на дробление горных пород различных месторождений Якутии // Обогащение руд. — 2021. — № 4. — С. 3 – 9.
2. Еременко А. А., Шапошник Ю. Н., Филиппов В. Н., Дарбинян Т. П. Влияние водонасыщенности горных пород на состояние массива и крепи выработок в условиях рудника “Таймырский” // ФТПРПИ. — 2024. — № 6. — С. 72 – 84.
3. Ермошина Л. Ю., Шипкова А. Е., Тер-Мартиросян А. З., Анжело Г. О. Определение прочностных характеристик горных пород в воздушно-сухом и водонасыщенном состояниях // Жилищное строительство. — 2023. — № 5. — С. 23 – 28.
4. Zhu H., Wang P., Zhang K., Gao Y., Qi Z., and Cai M. Influence of water immersion on coal rocks and failure patterns of underground coal pillars considering strength reduction, Appl. Sci., 2025, No. 15. — 6700.
5. Cai X., Zhou Z., Liu K., Du X., and Zang H. Water-weakening effects on the mechanical behavior of different rock types: Phenomena and mechanisms, Appl. Sci., 2019, Vol. 20, No. 9. — 4450.
6. Сукнев С. В. Влияние условий водонасыщения на статические упругие свойства карбонатных пород // ФТПРПИ. — 2024. — № 1. — С. 15 – 25.
7. Tang S., Li J., Ding S., and Zhang L. The influence of water-stress loading sequences on the creep behavior of granite, Bull. Eng. Geol. Env., 2022, Vol. 81. — 482.
8. Liang X., Tang S., Tang C., Hu L., and Chen F. Influence of water on the mechanical properties and failure behaviors of sandstone under triaxial compression, Rock Mech. Rock Eng., 2023, Vol. 56. — P. 1131 – 1162.
9. Малкин А. И. Закономерности и механизмы эффекта Ребиндера // Коллоидный журн. — 2012. — № 74 (2). — С. 239 – 256.
10. Латышев О. Г., Казак О. О. Использование поверхностно-активных веществ в процессах бурения горных пород // Вектор ГеоНаук. — 2018. — № 1 (2). — С. 29 – 37.
11. Ishchenko O., Leonid L., Ishchenko K., Lohvyna L., and Kinash R. Influence of surfactant on the explosive destruction of polymineral rocks, Geo-Tech. Mechan., 2024. — P. 164 – 178.
12. Латышев О. Г., Корнилков М. В. Направленное изменение фрактальных характеристик, свойств и состояния пород поверхностно-активными веществами в процессах горного производства. — Екатеринбург: УГГУ. — 2016. — 407 с.
13. Карасев К. А. Моделирование и прогноз эффективности бурения в условиях направленного изменения свойств горных пород поверхностно-активными веществами: автореф. дис. … канд. тех. наук. — Екатеринбург, 2014. — 19 с.
14. Liu T., Jiang G., Ning F., Zhang L., Chixotkin V. F., Wang R., and Wang Y. Influence of low temperature drilling fluid on strength of downhole rock surface. Zhongguo Shiyou Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban), J. China University of Petroleum, 2015, Vol. 39. — P. 147 – 153.
15. Buriev S., Sharipov L., and Zhiyanov A. Influence of oligomeric surfactants on the strength of hard rock formations: Experimental Insights and implications, E3S Web of Conf., 2024, Vol. 548, No. 2. — P. 1 – 7.
16. Adila A., Aboushanab M., Fathy A., and Arif M. An experimental investigation of surface chemistry of rocks in the presence of surfactants, Gotech. Conf., Dubai, 2024.
17. Isah A., Arif M., Hassan A., Mahmoud M., and Iglauer S. Fluid-rock interactions and its implications on EOR: Critical analysis, experimental techniques and knowledge gaps, Energy Reports, 2022, Vol. 8. — P. 6355 – 6395.
18. Oguntade T., Pu H., Oni B., and Fadairo A. Surfactants employed in conventional and unconventional reservoirs for enhanced oil recovery — A review, Energy Reports, 2022, Vol. 8.
19. Чебан А. Ю., Секисов А. Г., Рассказов М. И., Цой Д. И., Терешкин А. А. Повышение эффективности селективной выемки богатых руд путем их предварительного физико-химического разупрочнения // ГИАБ. — 2022. — № 9. — С. 29 – 41.
20. Хосоев Д. В., Киселев В. В. Влияние воздействий поверхностно-активных веществ на прочность образцов мерзлых вскрышных горных пород угольных месторождений криолитозоны // Горн. пром-ть. — 2023. — № 6. — C. 162 – 165.
21. ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний. — М.: Стандартинформ. — 2018. — 51 с.
22. Кикаева О. Ш. Контроль качества при изготовлении строительных материалов. — М.: Стройиздат, 1987. — 111 с.
23. Захаров Е. В., Курилко А. С. Локальный минимум энергоемкости разрушения скальных пород в диапазоне отрицательных температур // ФТПРПИ. — 2014. — № 2. — С. 94 – 98.
УДК 622.83 : 004.896
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РИСКА ГОРНОГО УДАРА АЛГОРИТМАМИ CNN – LSTM И PSO – GRNN НА ОСНОВЕ МОНИТОРИНГА МИКРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПОРОДНОГО МАССИВА
Вэй Сюнь
Вуллонгонгский университет,
Е-mail: weixun199022@126.com, 2522, г. Новый Южный Уэльс, Австралия
Университет Чанъань,
710064, пров. Шаньси, Китай
Выполнена оценка вероятности проявления горных ударов посредством применения нейросетевых моделей, включающих сверточную нейронную сеть с долговременной краткосрочной памятью (CNN – LSTM) в комбинации с алгоритмом оптимизации роя частиц (PSO) в рамках обобщенной регрессионной нейронной сети (GRNN). Разработана архитектура системы глубокого обучения на базе CNN – LSTM, осуществляющая комплексный анализ динамических хаотических параметров горных ударов с последующим количественным распределением и прогнозированием вероятности их возникновения. В качестве входных параметров для прогнозирования использованы метрики микросейсмического мониторинга (суточная кумулятивная микросейсмическая энергия, максимальная суточная микросейсмическая энергия, угловая частота, выпукло-вогнутый радиус), а также характеристики электромагнитного излучения (среднесуточная амплитуда, максимальный суточный импульс). Эффективность применения моделей CNN – LSTM и PSO – GRNN для прогнозирования риска возникновения горных ударов экспериментально подтверждена. Сформулированы методологические основы предиктивной оценки сейсмической активности в горнодобывающих условиях.
Риск возникновения горного удара, CNN – LSTM, нейронная сеть, рисковый и вероятностный анализ, сочетание микросейсмических показателей и ЭМИ-сигналов
DOI: 10.15372/FTPRPI20250508
EDN: IEQLSF
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pu Y., Apel D. B., and Lingga B. Rockburst prediction in kimberlite using decision tree with incomplete data, J. Sustainable Min., 2018, Vol. 17. — P. 158 – 165.
2. Zhou J., Koopialipoor M., Li E., and Armaghani D. J. Prediction of rockburst risk in underground projects developing a neurobee intelligent system, B. Eng. Geol. Env., 2020, Vol. 79. — P. 4265 – 4279.
3. Xu C., Liu X. L., Wang Z. E., Zheng Y. L., and Wang S. J. Rockburst prediction and classification based on the ideal-point method of information theory, J. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 2018, Vol. 81. — P. 382 – 390.
4. Zhou J., Shi X. Z., Huang R. D., Qiu X. Y., and Chong C. H. E. N. Feasibility of stochastic gradient boosting approach for predicting rockburst damage in burst-prone mines, J. T. Nonferr. Metal. Soc. Chin., 2016, Vol. 26. — P. 1938 – 1945.
5. Zhou J., Lia X., and Mitri H. S. Evaluation method of rockburst: State-of-the-art literature review, J. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 2018, Vol. 81. — P. 632 – 659.
6. Zhou J., Guo H., Koopialipoor M., Armaghani D. J., and Tahir M. M. Investigating the effective parameters on the risk levels of rockburst phenomena by developing a hybrid heuristic algorithm, J. Eng. Comput.-Germany, 2021, Vol. 37. — P. 1679 – 1694.
7. Manouchehrian M. and Cai M. Analysis of rockburst in tunnels subjected to static and dynamic loads, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2017, Vol. 9. — P. 1031 – 1040.
8. Li N., Feng X., and Jimenez R. Predicting rockburst hazard with incomplete data using Bayesian networks, J. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 2017, Vol. 61. — P. 61 – 70.
9. Dong L., Li X., and Peng K. Prediction of rockburst classification using Random Forest, J. T. Nonferr. Metal. Soc. Chin., 2013, Vol. 23. — p. 472 – 477.
10. Zhou J., Li X., and Mitri H. S. Classification of rockburst in underground projects: Comparison of ten supervised learning methods, J. Comput. Civil Eng., 2016, Vol. 30. — 04016003.
11. Fakhimi A., Hosseini O., and Theodore R. Physical and numerical study of strain burst of mine pillars, J. Comput. Geotech., 2016, Vol. 74. — P. 36 – 44.
12. Miao S. J., Cai M. F., Guo Q. F., and Huang Z. J. Rockburst prediction based on in situ stress and energy accumulation theory, Int. J. Rock Mech. Min., 2016, Vol. 83. — P. 86 – 94.
13. Pu Y., Apel D. B., and Lingga B. Rockburst prediction in kimberlite using decision tree with incomplete data, J. Sustainable Min., 2018, Vol. 17. — P. 158 – 165.
14. Zhou J., Koopialipoor M., Li E., and Armaghani D. J. Prediction of rockburst risk in underground projects developing a neuro-bee intelligent system, B. Eng. Geol. Env., 2020, Vol. 79. — P. 4265 – 4279.
15. Zhou J., Guo H., Koopialipoor M., Armaghani D. J., and Tahir M. M. Investigating the effective parameters on the risk levels of rockburst phenomena by developing a hybrid heuristic algorithm, J. Eng. Comput.-Germany, 2021, Vol. 37. — P. 1679 – 1694.
16. Dechelette O., Josien J. P., Revalor R., and Jonis R. Seismoacoustic monitoring in an operational longwall face with a high rate of advance, J. S. Afr. I. Min. Metall., 1984, Vol. 22. — P. 83 – 87.
17. Frid V. and Vozoff K. Electromagnetic radiation induced by mining rock failure, Int. J. Coal Geol., 2005, Vol. 64. — P. 570 – 658.
18. Vasak P., Suorineni F. T., Kaiser P. K., and Thibodeau D. Hazard map approach using space-time clustering analysis of mine-induced microseismicity, CIM Conf., Edmonton, Canada, 2004.
19. Peng Q., Zhang R., Xie H. P., Hong-Lue Q. U., and Long A. Prediction model for rockburst based on acoustic emission time series, J. Rock Soil Mech., 2009, Vol. 30. — P. 1436 – 1440.
20. Askaripour M., Saeidi A., Rouleau A., and Mercier-Langevin P. Rockburst in underground excavations: A review of mechanism, classification, and prediction methods, Undergr. Space, 2022.
21. Bai Y. F., Deng J., Dong L. J., and Li X. Fisher discriminant analysis model of rockburst prediction and its application in deep hard rock engineering, J. Cent. South Univ., 2009, Vol. 40. — P. 1417 – 1422.
22. Jia Y. P., Lu Q., and Shang Y. Q. Rockburst prediction using particle swarm optimization algorithm and general regression neural network, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2013, Vol. 32. — P. 343 – 348.
23. Lu C. P., Liu Y., Zhang N., Zhao T., and Wang H. In-situ and experimental investigation of rockburst precursor and prevention induced by fault slip, Int. J. Rock Mech. Min., 2018, Vol. 108. — P. 86 – 95.
24. Ma C. S., Chen W. Z., Tan X. J., Tian H. M., et al. Novel rockburst criterion based on the TBM tunnel construction of the Neelum – Jhelum (NJ) hydroelectric project in Pakistan, J. Tunn. Undergr. Sp. Tech., 2018, Vol. 81. — P. 391 – 402.
25. Xie H. P. and Chen Z. D. Fractal geometry and fracture of rock, J. Acta Mech. Sinica, 1988, Vol. 4. — P. 255 – 264.
26. Feng X., Chen B., Li S., Zhang C., Xiao Y., et al. Studies on the evolution process of rockbursts in deep tunnels, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2012, Vol. 4. — P. 289 – 295.
27. Tao H., Ma X. P., and Qiao M. Y. Rockburst prediction on multivariate chaotic time series, J. China Coal Soc., 2012, Vol. 37. — P. 1624 – 1629.
28. Liu H. M., Xu F. Y., Liu B. J., and Deng M. Time-series prediction method for risk level of rockburst disaster based on CNN – LSTM, J. Cent. South Univ., 2021, Vol. 52. — P. 659 – 670.
29. Li W. S., Wang L., and Wei C. Application and design of LSTM in coal mine gas prediction and warning system, J. Xi'an University Sci. Technol., 2018, Vol. 38. — P. 1027 – 1035.
30. Li M. X., Zhang H. C., Qiu P. Y., Cheng S., and Lu F. Predicting future locations with deep fuzzy-LSTM network, Acta Geodaetica Cartographica Sinica, 2018, Vol. 47. — P. 1660 – 1669.
31. Song S. L., Huang H. T., and Ruan T. X. Abstractive text summarization using LSTM – CNN based deep learning, Multimed. Tools. App., 2019, Vol. 78. — P. 857 – 875.
32. Graves A., Mohamed A. R., and Hinton G. Speech recognition with deep recurrent neural networks, 2013 IEEE Int. Conf. Acoustics, Speech Signal Proc., 2013, Vancouver, BC, Canada. — P. 6645 – 6649.
33. Kumar J., Goomer R., and Singh A. K. Long short term memory recurrent neural network (LSTM – RNN) based workload forecasting model for cloud datacenters, J. Procedia Comp. Sci., 2018, Vol. 125. — P. 676 – 682.
34. Liu H. M., Xu F., Liu B. J., and Deng M. Time-series prediction method for risk level of rockburst disaster based on CNN – LSTM, J. Cent. South Univ., 2021, Vol. 52. — P. 659 – 670.
35. Zhan Z. H., Zhang J., Li Y., and Chung H. S. H. Adaptive particle swarm optimization, IEEE T. Syst. Man Cy.-S., 2009, Vol. 39. — P. 1362 – 1381.
36. Cao A., Dou L., Yan R., and Jiang H. Classification of microseismic events in high stress zone, J. Min. Sci. Technol., 2009, Vol. 19. — P. 718 – 723.
37. Liu Z., Zhao E., Wang E., and Wang J. Chaotic characteristic of electromagnetic radiation time series of coal or rock under different scales, J. China Coal Soc., 2009, Vol. 34. — P. 224 – 227.
38. Chen G., Dou L., Cao A., and Li Z. Assessment of rockburst danger and application on electromagnetic emission method, J. China Coal Soc., 2008, Vol. 33. — P. 866 – 870.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.271.1 (013)
ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ РОССЫПНОЙ ЗОЛОТОДОБЫЧИ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ ЯКУТИИ
Н. С. Батугина, В. Л. Гаврилов, А. В. Резник, Е. А. Хоютанов
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН,
E-mail: batuginan@mail.ru, просп. Ленина, 43, 677980, г. Якутск, Россия
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: gvlugorsk@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Рассмотрена добыча россыпного золота как важная составляющая социально-экономического развития арктической зоны Дальнего Востока. Изучены особенности строения в криолитозоне целиковых и сформированных после отработки техногенных объектов, являющихся важным ресурсом для пополнения минерально-сырьевой базы отрасли в регионе. Показана целесообразность поэтапной оценки геологического и геотехнологического потенциала россыпных техногенно-целиковых месторождений для последующей ресурсосберегающей отработки выделяемых кластеров. Рассмотрены подходы, которые могут быть использованы при управлении процессами доразведки и добычи на таких объектах для перевода в разряд привлекательных с позиций инвестирования. Сформирована база данных измененных горными работами территорий Усть-Янского района Якутии, построены карты их размещения, изучены условия отработки отдельных объектов.
Россыпное золото, месторождение, техногенный объект, арктические районы Якутии, запасы, ресурсный потенциал, освоение месторождений, потери металла, ресурсосбережение
DOI: 10.15372/FTPRPI20250509
EDN: LLPXJN
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов А. И., Алексеев Я. В., Наумов Е. А., Куликов Д. А., Мигачев И. Ф., Барышев А. Н., Донец А. И., Конкин В. Д., Звездов В. С. Прогноз долгосрочного освоения и развития минерально-сырьевой базы золота в Российской Федерации // Отечественная геология. — 2023. — № 6. — С. 3 – 12.
2. Государственный доклад “О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2023 г.”. — М., 2024. — 716 с.
3. Таракановский В. И. Проблемы отработки техногенных россыпей // Научно-методические основы прогноза, поисков, оценки месторождений алмазов, благородных и цветных металлов. Сб. тезисов докл. ХII Междунар. науч.-практ. конф. 11 – 14 апреля 2023 г. — М.: ЦНИГРИ, 2023. — С. 469 – 471.
4. Государственный баланс запасов полезных ископаемых РФ на 01.01.2022 г. Вып. 29. Золото. Т. 8. Дальневосточный федеральный округ. Ч. 1. Республика Саха (Якутия). Составитель В. И. Панкина. — М., 2022. — 478 с.
5. Чантурия В. А., Седельникова Г. В. Развитие золотодобычи и технологии обогащения золотосодержащих руд и россыпей // Горн. журн. — 1998. — № 5. — С. 4 – 9.
6. Иванов А. И., Алексеев Я. В., Наумов Е. А., Куликов Д. А., Корчагина Д. А., Мигачев И. Ф., Барышев А. Н., Донец А. И., Звездов В. С., Конкин В. Д. Минерально-сырьевая база алмазов, цветных и благородных металлов Российской Федерации в XXI веке // Отечественная геология. — 2024. — № 6. — С. 3 – 19.
7. Истратова К. “Горячие деньги” и другие тренды развития золотодобычи // Добывающая пром-сть. — 2025. — № 1 (49). — С. 70 – 76.
8. Макаров А. Б. О классификации техногенно-минеральных месторождений // Изв. УГГУ. — 2003. — № 18. — С. 158 – 163.
9. Мирзеханов Г. С., Мирзеханова З. Г. Перспективы техногенных россыпей дальневосточного региона для повторной отработки // Маркшейдерия и недропользование. — 2017. — № 5. — С. 14 – 20.
10. Макаров В. А. Золото техногенных минеральных объектов — ресурсы и проблемы геологотехнологической оценки [Электронный ресурс] // Золото и технологии. — 2011. — № 3 (13). — URL: http://zolteh.ru/index.php?dn=news&to=art&id=375.
11. Чернявский А. Г. К вопросу о “техногенных россыпях золота” // Золотодобыча. — 2017. — № 5. — С. 38 – 42.
12. Аленичев В. М. Направления повышения полноты извлечения ресурсов при разработке россыпей // Проблемы недропользования. — 2021. — № 4. — С. 87 – 95.
13. Батугин С. А., Черный Е. Д. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений. — Новосибирск: Наука, 1998. — 344 с.
14. Мирзеханов Г. С., Мирзеханова З. Г. Прогнозная оценка ресурсного потенциала гале-эфельных отвалов россыпных месторождений золота Дальнего Востока России // ФТПРПИ. — 2020. — № 2. — С. 111 – 120.
15. Оксман В. С., Черосов А. М., Дыбин Д. А. Мелкое золото в месторождениях Республики Саха (Якутия) // Горн. журн. — 1998. — № 5. — С. 17 – 20.
16. Бураков А. М. Регулирование содержания металла при добыче золотосодержащих песков россыпей Якутии // ГИАБ. — 2021. — № 8. — С. 23 – 37.
17. Москвитин С. Г., Лебедев М. П. Проблема комплексной переработки отвалов золотороссыпных месторождений Куларского золотоносного района // ГИАБ. — 2015. — № S30. — С. 389 – 395.
18. Рихванов Л. П., Перегудина Е. В. Монацит — как источник металлов высоких технологий // Разведка и охрана недр. — 2020. — № 9. — С. 13 – 24.
19. Веретенова Т. А., Вокин В. Н., Жукова В. В., Зеньков И. В., Кирюшина Е. В., Латынцев А. А., Логинова Е. В., Маглинец Ю. А., Морин А. С., Нефедов Б. Н., Раевич К. В., Юронен Е. А., Юронен Ю. П. Рудные карьеры цветной металлургии России из космоса. Горные работы и экология нарушенных земель: монография. — Красноярск: СФУ. — 2019. — 604 с.
20. Литвинцев В. С., Усиков В. И., Озарян Ю. А., Алексеев В. С. Метод дистанционного зондирования Земли в составе работ по оценке объемов техногенного сырья и экологической обстановки при эксплуатации россыпей // Георесурсы. — 2021. — № 4 (23). — С. 116 – 123.
21. Остапенко С. П., Месяц С. П. Изучение по спутниковым данным динамики восстановления природных экосистем, нарушенных при освоении георесурсов // ФТПРПИ. — 2022. — № 5. — С. 155 – 166.
22. Пат. 2806406 РФ. Способ получения обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий / Резник А. В., Гаврилов В. Л., Немова Н. А., Косарев Н.С., Колесников А. А. // Опубл. в БИ. — 2023. — № 31.
23. Св. о гос. рег. БД № 2024625665. Техногенно-измененные земли при разработке месторождений золота и олова в Усть-Янском районе Якутии / Резник А. В., Платонов Т. А., Медведева К. Е., Гаврилов В. Л., Немова Н. А., Колесников А. А., Хоютанов Е. А. // Опубл. 02.12.2024, Бюл. “Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем”. — 2024. — № 12.
24. Гаврилов В. Л., Немова Н. А., Резник А. В., Косарев Н. С., Смык М. И., Медведева К. Е. О нарушении земель при освоении минерально-сырьевой базы восточной части Новосибирской области // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2022. — № 2. — С. 69 – 77.
25. Федоров С. А., Амдур А. М., Малышев А. Н., Каримова П. Ф. Обзор техногенных и вторичных золотосодержащих отходов и способы извлечения из них золота // ГИАБ. — 2021. — № 11-1. — С. 346 – 365.
26. Batugina N. S., Gavrilov V. L., Tkach S. M., and Khoyutanov E. A. Influence of structural features of gold placers on mining efficiency in the North, J. Min. Sci., 2022, Vol. 58, No. 3. — P. 405 – 413.
27. Чебан А. Ю., Секисов Г. В. Сложноструктурные рудные блоки и их систематизация // Вестн. ЗабГУ. — 2020. — № 6. — С. 43 – 53.
28. Прокопьев С. А., Прокопьев Е. С., Кадесников И. В., Черимичкина Н. А. Актуальные способы отработки техногенных россыпных месторождений золота c технологией извлечения мелкого золота // Науки о Земле и недропользование. — 2020. — Т. 43. — № 4. — С. 458 – 466.
29. Дорош Е. А., Тальгамер Б. Л. Обоснование рациональных способов вовлечения в разработку отвалов россыпной золотодобычи // Вестн. МГТУ. — 2022. — Т. 20. — № 3. — С. 64 – 76.
30. Ермаков С. А., Бураков А. М. Совершенствование геотехнологий открытой разработки месторождений криолитозоны // Проблемы недропользования. — 2014. — № 3. — С. 96 – 104.
ГОРНОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 622.23.05
ИСПЫТАНИЯ ГИДРОУДАРНОГО УСТРОЙСТВА С ДРОССЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЭНЕРГИЕЙ И ЧАСТОТОЙ УДАРОВ
Л. В. Городилов, В. Г. Кудрявцев, А. Н. Коровин, А. И. Першин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: gor@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Представлены результаты испытаний гидроударного устройства с независимо управляемыми характеристиками: энергией и частотой ударов. Частота ударов регулировалась подаваемым к устройству расходом жидкости, энергия — давлением в начале рабочего цикла. Описано гидроударное устройство и представлены методики измерений характеристик гидроударного устройства, в том числе предударной скорости с помощью оригинального датчика положения бойка, состоящего из двух пар свето- и фотодиодов, располагаемых перед плоскостью соударения бойка с ограничителем (инструментом). Установлено, что при помощи регулировок частоту устройства можно изменять в 4 раза, энергию — в 5 раз, ударную мощность — в 20 раз. Приведены экспериментальные осциллограммы динамических характеристик рабочих циклов и зависимости интегральных выходных характеристик от давления начала цикла и расхода подаваемого к устройству жидкости. Разработан экспериментально-аналитический метод оценки предударной скорости бойка на основе применения теоремы об изменении кинетической энергии материальной точки.
Гидроударное устройство, рабочий цикл, распределитель, давление задержки, расход, энергия и частота ударов
DOI: 10.15372/FTPRPI20250510
EDN: KMTPJH
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сагинов А. С. Теоретические основы создания гидроимпульсных систем ударных органов машин. — Алма-Ата: Наука, 1985. — 254 с.
2. Алимов О. Д., Басов С. А. Гидравлические виброударные системы. — М.: Наука, 1990. — 350 с.
3. Горбунов В. Ф., Лазуткин А. Г., Ушаков Л. С. Импульсный гидропривод горных машин. — Новосибирск: Наука, 1986. — 195 с.
4. Ушаков Л. С., Котылев Ю. Е., Кравченко В. А. Гидравлические машины ударного действия. — М.: Машиностроение, 2000. — 416 с.
5. Hammer Hard Rock. Гидромолоты и навесное оборудование [Электронный ресурс]. — 2011. URL: http://промкаталог.рф/PublicDocuments/1105385.pdf.
6. Krupp hydraulic hammers [Электронный ресурс]. URL: https://docs.yandex.ru/docs/view?tm= 1637429030&tld=ru&lang=en&name=MartelloIdraulico.pdf&text=Krupp hydraulic hammers&url=http% 3A%2F%2Fwww.hydrotecno.it%2FUserFile%2FFile%2FPali%2FMartelloIdraulico.pdf&lr=65&mime= pdf&l10n=ru&sign=140dc3c8668e205c5967a61c6.
7. Гидравлические молоты [Электронный ресурс]. — 2021. URL: https://www.cat.com/ru_RU/products/ new/attachments/hammers.html.
8. Гидромолоты Profbreaker [Электронный ресурс]. — 2021. URL: https://exkavator.ru/attachments/ producers/profbreaker. 9. Машиностроительный холдинг. Производство бурового инструмента для открытых и подземных горных работ [Электронный ресурс]. — 2025. URL: https://www.mash-hold.ru/catalog/ perforatory/.
10. ГК “Традиция”. Гидромолоты [Электронный ресурс]. — 2025. URL: https://www.tradicia-k.ru/ catalog/gidromolot/
11. Ye X., Miao X., and Cen Y. Modeling and simulation for hydraulic breaker based on screw-in cartridge valves, Appl. Mech. Mater., 2012, Vol. 229 – 231. — P. 1697 – 1701.
12. Ding W. S., Wang J. J., and Chen L. N. Electronic control hydraulic impactor based on pressure feedback, Int. Conf. Mech. Autom. Control Eng. 26 – 28 June 2010. — P. 2716 – 2719.
13. Yang G., Ding C., Liang C., and Wang L. Research on intelligent hydraulic impactor, Proc. 3rd Int. Conf. Meas. Technol. Mechatronics Autom. ICMTMA 2011, Vol. 3. — P. 3 – 6.
14. Yang G. and Liang C. Research on the new hydraulic impactor control system, Int. Conf. Meas. Technol. Mechatronics Autom. ICMTMA 2010, Vol. 3. — P. 207 – 210.
15. Zhao H., Zhao H., Liu P., Shu M., and Wen G. Simulation and optimization of a new hydraulic impactor, Appl. Mech. Mater., 2012, Vol. 120. — P. 3 – 10.
16. Лазуткин С. Л., Лазуткина Н. А. Прогрессивная конструкция гидравлического ударного устройства // Вестн. ПНИПУ. — 2011. — № 3. — С. 5 – 11.
17. Фабричный Д. Ю., Толенгутова М. М., Фабричный Ю. Ф. Системы автоматического регулирования гидравлических ударных устройств по нагрузке на инструмент // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. — 2013. — № 4. — С. 72 – 77.
18. Городилов Л. В. Исследование основных свойств гидроударной системы одностороннего действия с двумя ограничителями движения бойка // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — С. 105 – 115.
19. Городилов Л. В. Стенд и методика экспериментальных исследований гидроударных систем // ФТПРПИ. — 2011. — № 6. — С. 67 – 76.
20. Городилов Л. В., Коровин А. Н., Кудрявцев В. Г., Першин А. И. Выбор конструктивной схемы и параметров гидроударного устройства для активного исполнительного органа горной машины // ФТПРПИ. — 2023. — № 1. — С. 92 – 102.
21. Городилов Л. В. Исследование динамики гидроударных объемных систем двухстороннего действия. Ч. I: Основные свойства // ФТПРПИ. — 2012. — № 3. — С. 91 – 101.
УДК 622.231
КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ЦИКЛА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ УДАРНОЙ МАШИНЫ С ЭЛАСТИЧНЫМ КЛАПАНОМ
Б. Б. Данилов, А. А. Речкин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: bbdanilov@mail.ru, lexxer68@gmail.com,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Обоснована имитационная модель пневматического ударного механизма, в котором воздухораспределительным элементом является эластичный клапан. Смоделирован рабочий цикл пневматической ударной машины с эластичным клапаном методом взаимодействия “флюид – твердое тело”. При сравнении полученных результатов с результатами одномерного имитационного моделирования показано, что предложенная модель предпочтительна для данной мультифизической задачи. Определены параметры упругого клапана, при которых он выполняет свою функцию герметизации камеры обратного хода и обеспечивает работу ударного механизма. Найдены зависимости основных физических параметров воздуха в ударной машине на протяжении всего рабочего цикла, а также перемещений и скорости бойка от времени. Оценены перспективы применения предложенного метода при проектировании и исследовании ударных машин.
Пневматические ударные машины, упругий клапан, компьютерная модель, имитационная модель, связанная задача, вычислительная гидрогазодинамика
DOI: 10.15372/FTPRPI20250511
EDN: LHWELV
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 208325 РФ, МПК Е21В 1/00 (2006.01). Устройство ударного действия / Б. Б. Данилов, В. В. Плохих, А. А. Речкин, Д. О. Чещин // Опубл. в БИ. — 2021. — № 35.
2. Плохих В. В., Данилов Б. Б., Чещин Д. О. Обоснование принципиальной схемы и определение основных регулируемых параметров рабочего цикла пневмоударной машины // ФТПРПИ. — 2023. — № 2. — С. 102 – 111.
3. Данилов Б. Б., Речкин А. А., Смоляницкий Б. Н. Исследование динамики пневмоударного механизма с эластичным клапаном при работе с противодавлением в выхлопном тракте // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. — 2018. — Т. 6. — С. 3 – 11.
4. Городилов Л. В., Коровин А. Н., Кудрявцев В. Г., Першин А. И. Выбор конструктивной схемы и параметров гидроударного устройства для активного исполнительного органа горной машины // ФТПРПИ. — 2023. — № 1. — С. 92 – 102.
5. Смоляницкий Б. Н., Червов В. В. Повышение эффективности использования энергоносителя в пневмомолотах для подземного строительства // ФТПРПИ. — 2014. — № 5. — С. 143 – 157.
6. Галдин Н. С. Многоцелевые гидроударные рабочие органы дорожно-строительных машин. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. — 223 с.
7. Blazek J. Computational fluid dynamics: principles and applications, Elsevier Sci., 2005. — 496 p.
8. White F. M. Fluid mechanics, New York, McGraw-Hill Education, 2016. — 864 p.
9. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989. — 510 с.
10. Попов В. Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. — М.: Физматлит, 2013. — 352 с.
11. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17. — М.: ДМК Пресс, 2017. — 210 с.
12. Autio E. Dynamic overset CFD simulation of a pneumatic impact device, Master of Science Thesis, Tampere University of Technology, 2018. — 55 p.
13. Nilsson T. 2-way FSI simulations on a shock absorber check valve, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, 2015. — 68 p.
14. Zhang X., Luo Y., Fan L., Peng J., and Yin K. Investigation of RC – DTH air hammer performance using CFD approach with dynamic mesh method, J. Adv. Res., 2019, Vol. 18. — P. 127 – 135.
15. Речкин А. А., Данилов Б. Б. Трехмерная цифровая модель движения бойка пневматической ударной машины // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2022. — Т. 9. — № 1. — С. 169 – 175.
16. Речкин А. А. Применение CFD-моделирования в исследовании и проектировании пневматических и гидравлических ударных машин // ГИАБ. — 2022. — № 7. — С. 104 – 114.
17. Chou P. Y. On velocity correlations and the solutions of the equations of turbulent fluctuations, Quarterly Appl. Mathem., 1945, No. 3. — P. 38 – 54.
18. Потураев В. Н. Резиновые и резинометаллические детали машин. ― М.: Машиностроение, 1966. ― 299 с.
19. Потураев В. Н., Дырда В. И. Резиновые детали машин. — М.: Машиностроение, 1977. — 216 с.
УДК 622.23.05
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРОВ СОСТАВНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ОДНОВРЕМЕННОЙ ОБСАДКОЙ
Д. О. Чещин, Б. Б. Данилов, В. В. Плохих
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: dimixch@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Рассмотрены условия применения способа сооружения скважин с одновременной обсадкой и представлена схема составного породоразрушающего инструмента. Преимущество такого инструмента заключается в том, что центральное долото соединяется с периферийной коронкой выдвижными кулачками, благодаря чему внутреннее проходное сечение обсадной трубы не уменьшается. Определены наиболее подверженные разрушению элементы предложенной конструкции. С помощью компьютерного моделирования выполнен прочностной расчет элементов инструмента при передаче ударной нагрузки от центрального долота к кольцевой коронке через выдвижные кулачки. Дана оценка надежности работы таких элементов и предложен способ повышения их прочностных характеристик посредством улучшения качества обработки поверхности и оптимизации геометрических размеров наиболее нагруженных участков этой поверхности. На основе результатов проведенных исследований разработан и изготовлен опытный образец составного породоразрушающего инструмента.
Буровой инструмент, одновременная обсадка, скважина, бурение, буровая коронка, прочность, компьютерное моделирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20250512
EDN: NLREHQ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кондратенко А. С., Смоленцев А. С., Карпов В. Н., Сырямин А. Т. Опыт установки кондукторов в грунтах при сооружении дегазационных скважин с поверхности // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 135 – 143.
2. Нескоромных В. В. Направленное бурение. Бурение горизонтальных и многозабойных скважин. — Красноярск: СФУ, 2020. — 410 с.
3. Нескоромных В. В. Бурение скважин. — Красноярск: СФУ, 2014. — 400 с.
4. Боярко Г. Ю., Ушаков В. Я., Аносов Д. С. Применение технологии бурения на обсадной колонне на Восточно-Уренгойском месторождении // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2018. — № 2. — С. 4 – 9.
5. Официальный сайт компании ООО “ДрилТулс” [Электронный ресурс]. URL: https: //drilltools.ru/catalog/obsadnye_sistemy/obsadnye_sistemy_importnye/obsadnaya_sistema_slidebit_133_kitay_/ (дата обращения: 15.03.2025).
6. Шахторин И. О. Разработка рабочего органа для бурения скважин с одновременной обсадкой // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2018. — Т. 5. — № 2. — С. 317 – 320.
7. Тимонин В. В., Алексеев С. Е., Карпов В. Н., Черниенков Е. М. Влияние энергетических параметров погружного пневмоударника на технико-экономические показатели бурения скважин с одновременной обсадкой // ФТПРПИ. — 2018. — № 1. — С. 61 – 70.
8. Официальный сайт компании Sanrock [Электронный ресурс]. — URL: https://ru.sanrock.com.cn/product/115.html (дата обращения: 15.03.2025).
9. Официальный сайт компании Горная комплектация [Электронный ресурс]. — URL: http://miningcomp.ru/generic/uploaded/symmetrix.pdf (дата обращения: 15.03.2025).
10. Алексеев С. Е., Черниенков Е. М. Бурение скважин с одновременной обсадкой // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. Междунар. науч. конф. “Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология”: сб. материалов в 8 т. — Новосибирск: СГУГиТ, 2021. — Т. 2. — № 3. — С. 107 – 114.
11. Официальный сайт SimulationX [Электронный ресурс]. URL: http://www.simulationx.com/ (дата обращения: 27.04.2024).
12. Плохих В. В., Данилов Б. Б., Чещин Д. О. Обоснование принципиальной схемы и определение основных регулируемых параметров рабочего цикла пневмоударной машины // ФТПРПИ. — 2023. — № 2. — С. 102 – 111.
13. Лупий М. Г., Галсанов Н. Л., Ледяев Н. В., Комиссаров И. А., Малафеев А. В., Данилов Б. Б., Карпов В. Н., Алексеев С. Е., Чещин Д. О., Плохих В. В. Опыт применения технологии вращательно-ударного бурения при сооружении дегазационных скважин на установке БУГ-200 // Уголь. — 2024. — 10 (1185). — С. 68 – 73.
14. Дрипан П. С. Ударная нагрузка при установке анкера в породный массив // Научн. вестн. НИИГД Респиратор. — 2019. — № 4 (56). — С. 65 – 71.
15. Василевич Ю. В. Решение динамических задач с учетом сил инерции и ударной нагрузки. — Минск: БНТУ, 2021. — 74 с.
16. Стали: допускаемые напряжения и механические свойства материалов [Электронный ресурс]. URL: https://razvitie-pu.ru/?page_id=4121 (дата обращения 27.03.2025).
17. Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей [Электронный ресурс]. URL: https://kataltim.ru/srav/mexlkac.htm (дата обращения 27.03.2025).
УДК 621.547 + 621.924.9
ПРОТИВОЭРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА КОЛЕНА ПНЕВМОТРАНСПОРТНОГО ТРУБОПРОВОДА ПЛАСТИНЧАТЫМИ ВСТАВКАМИ
Г. Н. Хан, Е. П. Русин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: gmmlab@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Проведены физическое и в плоской постановке численное моделирование процесса течения сыпучего материала в колене трубопровода с целью снижения эрозионного износа за счет нового технического решения. Рассмотрена установка защитных пластинчатых ребер, расположенных на внутренней поверхности колена под углом к касательным в точках их крепления. Установлено, что оптимально выбранные размеры, количество, а также расположение ребер могут на два порядка и более уменьшить износ на участках его максимальной интенсивности.
Трубопроводный транспорт, колено, эрозионный износ, защитные ребра, физическое и численное моделирование, метод дискретных элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20250513
EDN: MELPZA
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Смолдырев А. Е. Гидравлический и пневматический транспорт в металлургии и горном деле. — М.: Металлургия, 1967. — 357 с.
2. Postlethwaite J., Tinker E. B., and Hawrylak M. W. Erosion-corrosion in slurry pipelines, Corrosion, 1974, Vol. 30, No. 8. — P. 285 – 290.
3. Костович М., Лазич П. Практические аспекты автоматического управления и контроля за процессом подготовки кварцевого песка для получения качественной продукции // ФТПРПИ. — 2025. — № 2. — С. 170 – 178.
4. Li J., Huang T., Gao D. W., Wang C., Song X. F., and Ren K. Erosion Law of inner drill pipe in Reelwell reverse circulation directional drilling, Mater. Sci. Forum, 2019, Vol. 944. — P. 1061 – 1066.
5. Костылев А. Д., Данилов Б. Б., Смоляницкий Б. Н., Сырямин Ю. Н., Коган Д. И., Савельев В. Н. Новый забойный кольцевой пневмоударник для бурения геологоразведочных скважин // ФТПРПИ. — 1985. — № 2. — С. 53 – 57.
6. Butrymowicz D. Erosion failures in coal conversion plants. USA, Washington: Metallurgy Division, Institute for Materials Research, National Bureau of Standards, 1977. — 21 p.
7. Bitter J. G. A. A study of erosion phenomena. Part II, Wear, 1963, No. 6. — P. 169 – 190.
8. Barton N. A. Erosion in elbows in hydrocarbon production systems. Review document, UK, Glasgow, 2003. — 35 p.
9. Brkić D. and Praks P. Probability analysis and prevention of offshore oil and gas accidents: fire as a cause and a consequence, Fire, 2021, Vol. 71, No. 4.
10. Bai Y. and Bai Q. Erosion and sand management. In: Subsea Engineering Handbook, Houston: Gulf Professional Publish., 2010. — P. 541 – 568.
11. Venkatesh E. S. Erosion damage in oil and gas wells, Proc. SPE Rocky Mountain Regional Meeting, Billings, Montana, USA, May 19 – 21, 1986. — P. 489 – 500.
12. Изюмченко Д. В., Мандрик Е. В., Мельников С. А., Плосков А. А., Моисеев В. В., Харитонов А. Н., Памужак С. Г. Эксплуатация газовых скважин в условиях активного водо- и пескопроявления // Вести газовой науки. — 2018. — № 1 (33). — С. 235 – 242.
13. Cuamatzi-Meléndez R., Hernandez Rojo M., Vázquez-Hernández A., and Silva-González F. L. Predicting erosion in wet gas pipelines / elbows by mathematical formulations and computational fluid dynamics modeling, Proc. Inst. Mech. Eng., J. Eng. Tribology, 2018, Vol. 232, No. 10. — P. 1240 – 1260.
14. Recommended practice for design and installation of offshore production platform piping systems. 5th edit., October 1991, USA, TX, Dallas: American Petroleum Institute, 2013. — 63 p.
15. Рябов А. А., Кудрявцев А. Ю., Воронков О. В., Меньшиков С. Н., Мельников И. В., Харитонов А. Н., Киселев М. Н., Архипов Ю. А. Численные исследования эрозии и прочности элементов газопроводов // Проблемы прочности и пластичности. — 2015. — Т. 77. — № 3. — С. 253 – 265.
16. Ellenberger J. P. Piping and pipeline pressure thickness integrity calculations, In Piping and Pipeline Calculations Manual, Butterworth-Heinemann, 2010. — P. 57 – 84.
17. Mills D. Erosive Wear. In Pneumatic Conveying Design Guide. 3rd edit, Butterworth-Heinemann, 2016. — P. 617 – 642.
18. Hilgraf P. Pneumatic conveying. Basics, design and operation of plants, Berlin, Heidelberg: Springer, 2024. — 464 p.
19. Verma R., Agarwal V. K., Pandey R. K., and Gupta P. Erosive wear reduction for safe and reliable pneumatic conveying systems: review and future directions, Life Cycle Reliability and Safety Eng., 2018, Vol. 7, No. 3. — P. 193 – 214.
20. Yao J., Zhang B., and Fan J. An experimental investigation of a new method for protecting bends from erosion in gas-particle flows, Wear., 2000, Vol. 240, No. 1-2. — P. 215 – 222.
21. Zhu H. and Li S. Numerical analysis of mitigating elbow erosion with a rib, Powder Technol., 2018, Vol. 330. — P. 445 – 460.
22. Nemati B., Mohammad Vaghefi M., and Behroozi A. M. Numerical investigation of the erosion reduction in elbows using separate and helical inner ring, Results in Eng., 2024, Vol. 23. — 102499.
23. Fan J., Zhou D., Zeng K., and Cen K. Numerical and experimental study of finned tube erosion protection methods, Wear, 1992, Vol. 152, No. 1. — P. 1 – 19.
24. Fan J. R., Yao J., and Cen K. F. Antierosion in a 90° bend by particle impaction, AIChE J., 2002, Vol. 48, No. 7. — P. 1401 – 1412.
25. Suhane A. and Agarwal V. K. Effect of bend geometry on erosion and product degradation in pneumatic conveying pipeline systems, Int. J. Eng. Res. Appl., 2012, Vol. 2, No. 4. — P. 129 – 136.
26. Установка абразивоструйная Zitrek ИМ-30 [Электронный ресурс]. URL: https://zitrek-russia.ru/catalog/abrazivostruynye_ustanovki_zitrek/ustanovka_abrazivostruynaya_zitrek_im_30_inzhektornogo_tipa/?ysclid=mf3ui0y2qh536420042 (дата обращения 10.07.2025).
27. Клишин С. В., Ревуженко А. Ф. Локализация сдвигов и образование структуры при течении сыпучей среды в радиальном канале // ФТПРПИ. — 2023. — № 1. — С. 22 – 34.
28. Лаптев В. В., Лукичев С. В. Использование метода дискретных элементов для исследования механизма формирования потерь руды применительно к условиям торцевого выпуска // ФТПРПИ. — 2023. — № 4. — С. 52 – 59.
29. Zhou L., Li T., Liu Z., and Ma H. An impact energy erosion model with an energy allocation rule for the discrete element method, Wear, 2024, Vol. 540-541. — 205233.
30. Русин Е. П., Стажевский С. Б., Хан Г. Н. Высокоточный объемный дозатор порошковых материалов // Прикладная механика и техническая физика. — 2022. — Т. 63. — № 3. — С. 173 – 182.
РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА
УДК 622.4
АНАЛИЗ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ РОТОРОВ ШАХТНЫХ ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ С ДВУМЯ РАБОЧИМИ КОЛЕСАМИ
А. М. Красюк, Е. Ю. Русский, С. А. Колотов
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
Исследованы изгибные колебания конструкции роторов осевых вентиляторов главного проветривания. Их особенностью является наличие двух рабочих колес, попеременно выполняющих функции спрямляющего и направляющего аппаратов, при этом в активном режиме вращается только одно колесо. Такая конструкция позволяет достичь высокой производительности в реверсивном режиме, сохраняя 90 – 95 % от производительности прямого режима. Наличие двух рабочих колес в роторе влияет на частотные характеристики вентилятора, которые могут меняться в широких пределах в зависимости от ряда параметров, определяющих массовые и геометрические показатели ротора. Представлены результаты анализа частотных характеристик ротора, полученные решением системы дифференциальных уравнений изгиба. Определены зависимости собственных изгибных частот колебаний коренных валов от масс рабочих колес для различных значений присоединенной массы трансмиссионного вала, а также для различных длин участков коренного вала. Показано, что в исследуемом диапазоне длин коренных валов, масс рабочих колес и присоединенных масс трансмиссионного вала, возможна безопасная эксплуатация по фактору вибрационной надежности роторов вентиляторов с двумя рабочими колесами.
Ротор, рабочее колесо, осевой вентилятор, изгибные колебания, прочность, напряжения, собственные частоты, конструктивные параметры
DOI: 10.15372/FTPRPI20250514
EDN: NFYDBI
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рудничная вентиляция / Н. Ф. Гращенков, А. Э. Петросян, М. А. Фролов и др.; под ред. К. З. Ушакова. — М.: Недра, 1988. — 440 с.
2. Попов Н. А. Осевые регулируемые вентиляторы главного проветривания шахт. — Новосибирск: СО РАН, 2021. — 205 с.
3. Красюк А. М., Русский Е. Ю., Колотов С. А., Иргибаев Т. И., Унаспеков Б. А. Анализ крутильных колебаний роторов шахтных осевых вентиляторов с двумя рабочими колесами // ГИАБ. — 2024. — № 10. — С. 62 – 77.
4. Принц, Хати А. Ш. Методика регулирования скорости асинхронного электропривода системы шахтной вентиляции в зависимости от температуры и влажности // ФТПРПИ. — 2021. — № 5. — С. 150 – 159.
5. Маслов Г. С. Расчеты колебаний валов. — М.: Машиностроение, 1980. — 420 с.
6. Косых П. В., Красюк А. М., Русский Е. Ю. О влиянии частотно регулируемого электропривода на изгибные колебания ротора шахтного вентилятора // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2018. — Т. 5. — № 2. — С. 255 – 260.
7. 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.
8. Красюк А. М., Русский Е. Ю., Косых П. В. Влияние возмущений воздушного потока от поршневого действия поездов на туннельные вентиляторы метрополитенов // ФТПРПИ. — 2014. — № 2. — С. 144 – 153.
9. Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. — М.: Наука, 1967. — 444 с.
10. Бабаков И. М. Теория колебаний. — М.: Дрофа, 2004. — 591 с.
11. Бидерман В. Л. Теория механических колебаний. — М.: Высш. шк., 1980. — 408 с.
12. Rui Liu, Yu Sun, and Jun Ni. Geometric deformation prediction of a centrifugal impeller considering welding distortion and fluid-structure interaction, J. Manufacturing Proc., 2023, Vol. 96. — P. 80 – 98.
13. 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, No. 131. — P. 166 – 182.
14. Косых П. В. Разработка методики расчета и обоснование параметров роторов регулируемых осевых вентиляторов главного проветривания шахт и метрополитенов: дисс. … канд. техн. наук. — Новосибирск, 2018. — 138 с.
15. Баженов В. А. Численные методы в механике. — М.: Высш. шк., 2005. — 564 с.
16. Ланда П. С. Автоколебания в распределенных системах. — М.: Либроком, 2010. — 322 с.
17. Герике Б. Л., Шахманов В. Н. Об одной модели механических колебаний вентилятора главного проветривания // Вестн. КузГТУ. — 2011. — № 6. — С. 30 – 32.
18. Подольский М. Е., Черенкова С. В. Физическая природа и условия возбуждения прямой и обратной прецессии ротора // Теория механизмов и машин. — 2014. — № 1. — Т. 12. — С. 27 – 40.
19. Smirnov A. Yu., Aleksandrova E. N., and Usnunts-Krieger T. N. Construction of mechanical characteristics of asynchronous motors according to passport data, Intellectual Electrical Eng., 2020, No. 3. — P. 53 – 63.
20. Shuriev T. Kh., Podbolotov S. V., Kolga A. D., and Stolpovskikh I. N. Improving the design of axial fans for main and local ventilation, Min. J. Kazakhstan, 2020, No. 5. — P. 32 – 37.
21. Муханбетжанова К. Т., Годымчук А. Ю. Расчет прочности валов машин с помощью конечно-элементного анализа в модуле АРМ FEM // Наука и образование. — 2023. — № 2. — С. 596 – 605.
УДК 625.42 + 697.95
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ПЫЛЕГАЗОВОГО ПОТОКА В СИСТЕМЕ ФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА ТОННЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ МЕТРОПОЛИТЕНА
Л. А. Кияница, И. В. Лугин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: kijanitza@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Перспективным решением для обеспыливания воздуха в системе тоннельной вентиляции метрополитенов является использование инерционных фильтров, не имеющих значительного аэродинамического сопротивления и способных эффективно улавливать крупные и средние фракции пыли без сложного технического обслуживания, так как движение запыленного воздуха через фильтры осуществляется за счет поршневого действия движущихся поездов. Обоснован подход к построению численной модели процесса течения многофазного потока в инерционном фильтре. Валидация подхода подтверждена качественным и количественным совпадением результатов численного моделирования с результатами лабораторного испытания инерционного фильтра. С использованием результатов проведенных численных исследований определено влияние скорости воздуха, крупности частиц пыли и характеристик поверхности фильтра на эффективность пылеулавливания и разработана конструкция фильтра, предназначенная для установки в пристанционную вентиляционную сбойку метрополитена с однопутными тоннелями.
Инерционный фильтр, пылегазовый поток, вычислительная гидродинамика, модель многофазного потока, стендовый эксперимент
DOI: 10.15372/FTPRPI20250515
EDN: EFBNCM
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Roy D., Ahn S. H., Lee T. K., Seo Y.-C., and Park J. Cancer and non-cancer risk associated with PM10 — bound metals in subways. Transportation research Part D, Transport Env., 2020, Vol. 89. — 102618.
2. Kappelt N., Russel H., Fessa D., Ryswyk K., Hertel O., and Johnsonet M. Particulate air pollution in the Copenhagen metro. Part 1: Mass concentrations and ventilation, Env. Int., 2022, Vol. 171, No. 1. — 107621.
3. Kappelt N., Russel H., Fessa D., Frederickson L., Bagkis E., Apostolidis P., Karatzas K., Schmidt J., Hertel O., and Johnson M. Particulate air pollution in the Copenhagen metro. Part 2: Mass concentrations and ventilation, Env. Int., 2022, Vol. 170, No. 6. — 107645.
4. Font O., Moreno T., Querol X., Martins V., Sánchez Rodas D., de Miguel E., and Capdevila M. Origin and speciation of major and trace PM elements in the Barcelona subway system. Transportation research Part D, Transport Env., 2019, Vol. 72. — P. 17 – 35.
5. Grass D. S., Ross J. M., Family F., Barbour J., James Simpson H., Coulibaly D., and Chillrud S. N. Airborne particulate metals in the New York city subway: A pilot study to assess the potential for health impacts, Env. Res., 2009, Vol. 110, No. 1. — P. 1 – 11.
6. Xie Z., Xiao Y., Jiang C., Ren Z., Li X., and Yu K. Numerical research on airflow-dust migration behavior and optimal forced air duct installation position in a subway tunnel during drilling operation, Powder Technol., 2021, Vol. 388. — P. 176 – 191.
7. Shi J., Zhang W., Guo S., and An H. Numerical modelling of blasting dust concentration and particle size distribution during tunnel construction by drilling and blasting, Metals, 2022, Vol. 12. — 547.
8. Juraeva M., Ryu K. J., Jeong S.-H., and Song D. J. Influences of the train-wind and air-curtain to reduce the particle concentration inside a subway tunnel, Tunnel. Underground Space Technol., 2016, Vol. 52. — P. 23 – 29.
9. Tao Du, Wen Nie, Dawei Chen, Zihao Xiu, Bo Yang, Qiang Liu, and Lidian Guo. CFD modeling of coal dust migration in an 8.8-meter-high fully mechanized mining face, Energy, 2020, Vol. 212. — 118616.
10. Семин М. А., Исаевич А. Г., Жихарев С. Я. Исследование оседания пыли калийной соли в горной выработке // ФТПРПИ. — 2021. — № 2. — С. 178 – 191.
11. Замалиева А. Т., Зиганшин М. Г., Потапова Л. И. Об эффективности существующих методов циклонной фильтрации при осаждения мелкодисперсных частиц классов PM10, PM2.5 // Изв. КазГАСУ. — 2017. — № 4 (42). — С. 415 – 423.
12. Алиев Г. М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
13. Irgibayev T., Lugin I., and Kiyanitsa L. Justification of an energy-efficient air purification system in subways based on air dust content studies, Buildings 2023, 2023, Vol. 13, No. 11. — 2771.
14. Lugin I., Kiyanitsa L., Krasyuk A., Irgibayev T. Dust arrestment in subways: analysis and technique design, Int. J. Env. Sci. Technol., 2024, Vol. 22. — P. 6365 – 6386.
15. Stone L., Hastie D., and Zigan S. Using a coupled CFD – DPM approach to predict particle settling in a horizontal air stream, Adv. Powder Technol., 2019, Vol. 30. — P. 869 – 878.
16. Казаков Б. П., Колесов Е. В., Накаряков Е. В., Исаевич А. Г. Обзор моделей и методов расчета аэрогазодинамических процессов в вентиляционных сетях шахт и рудников // ГИАБ. — 2021. — № 6. — С. 5 – 33.
17. Кобылкин С. С., Тимченко А. Н. Классификация систем снижения уровня запыленности рудничной атмосферы тупиковых горных выработок // ГИАБ. — 2021. — № 10-1. — С. 112 – 123.
18. Сафин Д. А., Зарипов Ш. Х., Марданов Р. Ф., Костерина Е. А. Моделирование инерционного осаждения взвешенных частиц в фильтре смешанного типа // Уч. зап. КазУ. Серия: Физ.-мат. науки. — 2024. — Т. 166. — № 2. — С. 262 – 272.
19. Фролов Н. П., Девисилов В. А. Моделирование сепарации механических частиц в гидродинамическом фильтре при очистке воды // Наследие В. И. Вернадского и современные проблемы экологии. — 2024. — № 1. — С. 88 – 98.
20. 20. фильтре // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. — 2016. — Т. 327. — № 4. — С. 88 – 96.
21. Федорова Н. Н., Вальгер С. А., Данилов М. Н., Захарова Ю. В. Основы работы в ANSYS 17. — М.: ДМК Пресс, 2017. — 210 с.
22. Левицкий И. А. Применение современных программно-вычислительных комплексов для решения задач тепломассообмена в промышленных агрегатах. Модели физических процессов в ANSYS Fluent. — М.: Изд. дом НИТУ “МИСиС”, 2022. — 500 с.
23. Евразийский патент № 041484. Способ очистки от пыли тоннельного воздуха в метрополитене / А. М. Красюк, И. В. Лугин, Л. А. Кияница, Б. А. Унаспеков, Т. И. Иргибаев, М. Н. Бердали // Опубл. в БB ЕАПВ. — 2022. — № 10.
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.7
ВЛИЯНИЕ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ И МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КВАРЦИТОВ
В. А. Чантурия, Р. И. Исмагилов, В. Г. Миненко, И. Ж. Бунин, А. Л. Самусев, Е. В. Копорулина
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
Е-mail: vladi200@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
ООО УК “Металлоинвест”,
Рублевское шоссе, 28, 121609, г. Москва, Россия
Представлена опытная установка генератора высоковольтных наносекундных импульсов для реализации энергетических воздействий в процессах рудоподготовки, обеспечивающая производительность обработки минерального сырья до 1 т/ч. Выполнены минералогический и химический анализы железистых кварцитов. Приведены результаты распределения сростков по классам крупности, данные лабораторных и укрупненных стендовых испытаний разработанного оборудования. Экспериментально установлена эффективность предварительной обработки мощными электромагнитными импульсами песков классификации первой и второй стадий измельчения для разупрочнения железистых кварцитов и интенсификации процесса магнитной сепарации. Вскрыта взаимосвязь вкрапленности рудных и породообразующих минералов, эффективности дезинтеграции минеральных комплексов и их раскрытия от дозы воздействия. Основной эффект обработки песков железистых кварцитов мощными электромагнитными импульсами, заключающийся в повышении выхода готового класса – 45 мкм на 1.4 – 4.8 % и увеличении извлечения железа в магнетитовый концентрат на 2.65 %, обусловлен снижением числа сростков рудных минералов и минералов породы и приростом содержания свободных зерен магнетита в классе – 0.16 + 0.04 мм после измельчения на 14.2 %.
Железистые кварциты, пески классификации, измельчение, магнитная сепарация, мощные электромагнитные импульсы, извлечение железа, выход готового класса, раскрытие минеральных комплексов, свободные рудные зерна
DOI: 10.15372/FTPRPI20250516
EDN: HHHDNJ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курец В. И., Усов А. Ф., Цукерман В. А. Электроимпульсная дезинтеграция материалов. — Апатиты: КНЦ РАН, 2002. — 324 с.
2. Борисков Ф. Ф., Алексеев В. Д. Импульсные и автогенные методы переработки сырья. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. — 150 с.
3. Гончаров С. А. Физико-технические основы ресурсосбережения при разрушении горных пород. — М.: МГГУ, 2007. — 211 с.
4. Chanturiya V. A., Bunin I. Zh., Ryazantseva M. V., and Filippov L. O. Theory and application of high-power nanosecond pulses to processing of mineral complexes, Miner. Proc. Ext. Metal. Rev., 2011, Vol. 32, No. 2. — P. 105 – 136.
5. Брязгин А. А., Куксанов Н. К., Салимов Р. А. Ускорители электронов для промышленного применения, разработанные в ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН // Успехи физ. наук. — 2018. — Т. 188. — № 6. — С. 672 – 685.
6. Xinmeng Sui, Jian Lu, Sensen Gao, Zhe Chen, Hailang Liu, Yongsheng Li, Didier Astruc, and Xiang Liu. Electron beam irradiation technology: A new frontier in environmental pollution control, Water Research, 2025, Vol. 286, No. 1. — 124240.
7. Ковалев А. Т. Генерация электрических полей в неоднородных минералах при облучении электронным пучком // ФТПРПИ. — 1997. — № 3. — С. 92 – 97.
8. Котов Ю. А., Месяц Г. А., Филатов А. Л., Корюкин Б. М., Борисков Ф. Ф., Корженевский С. Р., Мотовилов В. А., Щербинин С. В. Комплексная переработка пиритных отходов горно-обогатительных комбинатов наносекундными импульсными воздействиями // ДАН. — 2000. — Т. 372. — № 5. — C. 654 – 656.
9. Чантурия В. А., Бунин И. Ж., Лунин В. Д., Гуляев Ю. В., Бунина Н. С., Вдовин В. А., Воронов П. С., Корженевский А. В., Черепенин В. А. Использование мощных электромагнитных импульсов в процессах дезинтеграции и вскрытия упорного золотосодержащего сырья // ФТПРПИ. — 2001. — № 4. — C. 95 – 106.
10. Диденко А. Н., Зверев Б. В., Прокопенко А. В. СВЧ-разрушение и измельчение твердых пород на примере кимберлита // ДАН. — 2005. — Т. 403. — № 2. — C. 187 – 188.
11. Чантурия В. А., Бунин И. Ж. Нетрадиционные высокоэнергетические методы дезинтеграции и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов // ФТПРПИ. — 2007. — № 3. — C. 107 – 128.
12. Yu Jian-Wen, Han Yue-Xin, Li Yan-Jun, and Gao Peng. Effect of magnetic pulse pretreatment on grindability of a magnetite ore and its implication on magnetic separation, J. Central South University, 2016, Vol. 23, No. 12. — P. 3108 – 3114.
13. Aditya S., Tapas K. N., Samir K. P., and Arun K. M. Pre-treatment of rocks prior to comminution — A critical review of present practices, Int. J. Min. Sci. Technol., 2017.
14. Gao P., Yuan Sh., Han Yu., Li Ya., and Chen H. Experimental study on the effect of pretreatment with high-voltage electrical pulses on mineral liberation and separation of magnetite ore, Minerals, 2017, Vol. 7, No. 9. — 153.
15. Singh V., Dixit P., Venugopal R., and Venkatesh K. B. Ore pretreatment methods for grinding: journey and prospects, Miner. Proc. Ext. Metal. Rev., 2019, Vol. 40, No. 1. — P. 1 – 15.
16. Ran J., Qiu X., Hu Z., Liu Q., and Song B. Selective flotation of pyrite from arsenopyrite by low temperature oxygen plasma pre-treatment, Minerals, 2018, Vol. 8, No. 12. — 568.
17. Kingman S. W. Microwave processing of materials. Ph. D Thesis, Chemical Engineering, Stellenbosch University, Stellenbosch, South Africa, 2018.
18. Chanturiya V. A., Bunin I. Zh., and Ryazantseva M. V. XPS study of sulfide minerals surface oxidation under high-voltage nanosecond pulses, Miner. Eng., 2019, Vol. 143. — 105939.
19. Чижевский В. Б., Петухов В. Н., Фадеева Н. В., Гмызина Н. В. Повышение эффективности переработки магнетитовых руд при магнитно-импульсной их обработке // Горн. журн. — 2019. — № 12. — С. 82 – 89.
20. Adewuyi S. O., Ahmed Hussin A. M., and Ahmed Haitham M. A. Methods of ore pretreatment for comminution energy reduction, Minerals, 2020, Vol. 10. — 423.
21. Huang Wei and Chen Yu. The application of high voltage pulses in the mineral processing industry — A review, Powder Technol., 2021, Vol. 393. — P. 116 – 130.
22. Qin Y., Han Y., Gao P., Li Y., and Yuan Sh. Pre-weakening behavior of magnetite quartzite based on high-voltage pulse discharge, Miner. Eng., 2021, Vol. 160, No. 1. — 106662.
23. Потапов С. А., Чантурия В. А., Поляков В. А., Ростовцев В. И. Влияние пучка ускоренных электронов на технологические свойства железистых кварцитов Михайловского месторождения // ФТПРПИ. — 1989. — № 3. — C. 111 – 115.
24. Чантурия В. А., Бунин И. Ж., Ковалев А. Т. Механизмы дезинтеграции минеральных сред при воздействии мощных электромагнитных импульсов // Изв. РАН. Серия физическая. — 2004. — Т. 68. — № 5. — С. 629 – 631.
25. Чантурия В. А., Бунин И. Ж., Ковалев А. Т. Селективная дезинтеграция тонковкрапленных минеральных комплексов при высокоимпульсном воздействии // Изв. РАН. Серия физическая. — 2005. — Т. 69. — № 7. — С. 1057 – 1060.
26. Смоляков А. Р. Раскрытие минералов при измельчении руды // ГИАБ. — 2007. — № 8. — С. 224 – 234.
УДК 622.7
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА ИЗ ТЕХНОГЕННОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРООБРАБОТКИ И ОЗОНИРОВАНИЯ
А. В. Рассказова, А. Г. Секисов
Институт горного дела ДВО РАН,
Е-mail: annbot87@mail.ru, ул. Тургенева, 51, 680000, г. Хабаровск, Россия
Исследована возможность доизвлечения цинка из хвостов флотационного обогащения полиметаллической руды. Изучен вещественный состав техногенного минерального сырья и обоснована целесообразность его гидрометаллургической переработки. Рассмотрено влияние реагентного режима на эффективность сернокислотного выщелачивания цинка. Определена оптимальная концентрация серной кислоты, установлена эффективность электрообработки рабочего раствора выщелачивания. Оценена эффективность введения различных окислителей в процесс выщелачивания. Озонирование рабочих растворов выщелачивания и введение хлорида натрия оказывают положительный эффект на извлечение цинка.
Хвосты свинцово-цинковой флотации, сфалерит, сернокислотное выщелачивание, озон, хлорид натрия, электрообработка
DOI: 10.15372/FTPRPI20250517
EDN: HLKEHA
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александрова Т. Н. Комплексная и глубокая переработка минерального сырья природного и техногенного происхождения: состояние и перспективы // Зап. Горн. ин-та. — 2022. — Т. 256. — С. 503 – 504.
2. Методические рекомендации по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Свинцовые и цинковые руды. ФГУ ГКЗ, от 05.06.2007 г. № 37-р.
3. Кирильчук М. С., Рассказова А. В. Доизвлечение трудноизвлекаемого золота из техногенно-трансформированного минерального сырья с использованием активационного кучного выщелачивания // Проблемы недропользования. — 2019. — № 2 (21). — С. 101 – 106.
4. Вигдергауз В. Е., Шрадер Э. А., Кузнецова И. Н., Саркисова Л. М., Макаров Д. В., Зоренко И. В., Белогуб Е. В. Влияние гипергенного окисления на технологические свойства и обогатимость медно-цинковой колчеданной руды // ФТПРПИ. — 2010. — № 6. — С. 96 – 105.
5. Пат. 2713829 C1 РФ. Способ прямой селективной флотации свинцово-цинковых руд / Т. Н. Александрова, С. А. Романенко, Е. К. Ушаков, В. Б. Кусков // Опубл. в БИ. — 2020. — № 4.
6. Александрова Т. Н., Ушаков Е. К., Орлова А. В. Метод типизации медно-цинковых руд сложного состава с применением нейросетевых моделей // ГИАБ. — 2020. — № 5. — С. 140 – 147.
7. Кондратьев С. А., Коновалов И. А. Влияние физической формы сорбции собирателя на флотацию пирита в присутствии ионов Fe2+ и Fe3+ // ФТПРПИ. — 2022. — № 1. — С. 119 – 129.
8. Kursunoglu S., Top S., and Kaya M. Recovery of zinc and lead from Yahyali non-sulphide flotation tailing by sequential acidic and sodium hydroxide leaching in the presence of potassium sodium tartrate, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2020, Vol. 30, No. 12. — P. 3367 – 3378.
9. Santos S. M. C., Machado R. M., Correia M. J. N., Reis M. T. A., Ismael M. R. C., and Carvalho J. M. R. Ferric sulphate/chloride leaching of zinc and minor elements from a sphalerite concentrate, Miner. Eng., 2010, Vol. 23, No. 8. — P. 606 – 615.
10. Кунаев А. М., Бейсембаев Б. Б., Катков Ю. А. Подземное выщелачивание свинцово-цинковых руд. — Алма-Ата: Наука, 1986. — 208 с.
11. Muravyov M. and Panyushkina A. Comparison of sphalerite, djurleite, and chalcopyrite leaching by chemically and biologically generated ferric sulfate solutions, Hydrometallurgy, 2023, Vol. 219. — 106067.
12. Kolmachikhina E. B., Lugovitskaya T. N., and Rogozhnikov D. A. Surfactants and their mixtures under conditions of autoclave sulfuric acid leaching of zinc concentrate: Surfactant selection and laboratory tests, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 2023, Vol. 33, No. 11. — P. 3529 – 3543.
13. Крылова Л. Н. Физико-химические основы комбинированного способа переработки сульфидного медного концентрата Удоканского месторождения: автореф. дис. … канд. техн. наук. — М., 2011.
14. Пат. 2339708C1 РФ, МПК C22B 3/08(2006.01). Способ выщелачивания продуктов, содержащих сульфиды металлов / В. В. Панин, Л. Н. Крылова, А. Ф. Селиверстов // Опубл. в БИ. — 2008. — № 33.
15. Чантурия В. А., Иванова Т. А., Хабарова И. А., Рязанцева М. В. Влияние озона при воздействии наносекундными электромагнитными импульсами на физико-химические и флотационные свойства поверхности пирротина // ФТПРПИ. — 2007. — № 1. — С. 91 – 99.
16. Nikkhou F., Xia F., and Deditius A. P. Variable surface passivation during direct leaching of sphalerite by ferric sulfate, ferric chloride, and ferric nitrate in a citrate medium, Hydrometallurgy, 2019, Vol. 188. — P. 201 – 215.
17. Karppinen A., Seisko S., and Lundström M. Atmospheric leaching of Ni, Co, Cu, and Zn from sulfide tailings using various oxidants, Miner. Eng., 2024, Vol. 207. — 108576.
18. Козырев Е. Н., Кондратьев Ю. И., Хулелидзе К. К., Богомолова Н. С. Технология извлечения свинца и цинка из лежалых клинкеров цинкового производства // ГИАБ. — 2005. — № 3. — С. 280 – 282.
19. Мирецкий А. В., Кондратьев Ю. И. Выщелачивание полиметаллических руд сернокислотно-хлоридными растворами // Цв. металлургия. — 2006. — № 4. — С. 34 – 37.
20. Чантурия В. А., Самусев А. Л., Миненко В. Г., Копорулина Е. В., Чантурия Е. Л. Обоснование эффективности использования электрохимической технологии водоподготовки в процессах кучного выщелачивания руд // ФТПРПИ. — 2011. — № 5. — С. 114 – 123.
21. Рассказова А. В., Секисов А. Г., Бурдонов А. Е. Активационное выщелачивание упорных первичных руд малмыжского месторождения // ГИАБ. — 2023. — № 1. — С. 130 – 141.
22. Секисов А. Г., Рубцов Ю. И., Лавров А. Ю., Трубачев А. И., Рассказова А. В. Использование фотохимических и электрохимических процессов при выщелачивании золота из техногенно-трансформированного минерального сырья // Вестн. ЗабГУ. — 2019. — Т. 25. — № 7. — С. 70 – 83.
23. Рассказов И. Ю., Секисов А. Г., Рассказова А. В. Подземное выщелачивание молибдена и урана с использованием перкарбонатных и хлоридно-гипохлоритных растворов // Зап. Горн. ин-та. — 2022. — Т. 256. — С. 623 – 631.
24. Прохоров К. В., Гладырь А. В., Рассказов М. И. Центр коллективного пользования “Центр исследования минерального сырья” // Горн. пром-сть. — 2020. — № 4. — С. 120 – 124.
НОВЫЕ МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ В ГОРНОМ ДЕЛЕ
УДК 622.831.32:550.370
НАТУРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРИБОРА РЕГИСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ЭМИССИИ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ
М. В. Курленя, Н. В. Ледяев, А. А. Хамутский, А. П. Хмелинин, А. В. Патутин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: patutin@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
АО “СУЭК-Кузбасс”,
ул. Васильева, 1, 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия
ООО “СИБКОР”,
ул. Васильева, 1, 652507, г. Ленинск-Кузнецкий, Россия
Приведены результаты натурных испытаний стационарных приборов регистрации электромагнитного излучения, предшествующего разрушению горных пород, в шахтных условиях при их установке на передвижное горно-шахтное оборудование. Установлены пороговые значения регистрируемых сигналов, соответствующие разрушению участков кровли выработок, оценены частоты электромагнитных помех при полностью обесточенном электрооборудовании очистного забоя, выключенном и работающем технологическом оборудовании. Даны рекомендации по совершенствованию конструкции прибора и обработки регистрируемых данных.
Электромагнитное излучение, горная выработка, система регистрации, мониторинг, трещинообразование, проявления горного давления, напряженно-деформированное состояние, угольный пласт
DOI: 10.15372/FTPRPI20250518
EDN: FWPZPU
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курленя М. В., Опарин В. Н. Скважинные геофизические методы диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород. — Новосибирск: Наука, 1999. — 334 с.
2. Шкуратник В. Л., Николенко П. В. Методы определения напряженно-деформированного состояния массива горных пород. — М.: Горн. кн., 2012. — 112 с.
3. Яковицкая Г. Е. Методы и технические средства диагностики критических состояний горных пород на основе электромагнитной эмиссии. — Новосибирск: Параллель, 2008. — 315 с.
4. Потокин А. С., Кузнецов Н. Н., Земцовский А. В. Обзор методов измерения параметров акустической и электромагнитной эмиссии в массивах горных пород // Тр. КНЦ РАН. — 2019. — Т. 10. — № 5 – 18. — С. 132 – 138.
5. Sharma S. K., Chauhan V. S., and Sinapius M. A review on deformation-induced electromagnetic radiation detection: history and current status of the technique, J. Mat. Sci., 2021, Vol. 56, No. 7. — P. 4500 – 4551.
6. He X., Nie B., Chen W., Wang E., Dou L., Wang Y., and Hani M. Research progress on electromagnetic radiation in gas-containing coal and rock fracture and its applications, Safety Sci., 2012, Vol. 50, No. 4. — P. 728 – 735.
7. Бизяев А. А., Воронкина Н. М., Савченко А. В., Цупов М. Н. Методика бесконтактного определения опасно нагруженных зон в массиве горной выработки // Уголь. — 2019. — № 11 (1124). — С. 27 – 31.
8. Wang E. Y., Liu X. F., Li Z. H., Liu Z., and He X. Q. Application of electromagnetic radiation (EMR) technology in monitoring and warning of coal and rock dynamic disasters. In Mine Planning and Equipment Selection: Proc. of the 22nd MPES Conf., Dresden, Germany, 2014. — P. 561 – 568.
9. Wang E., He X., Liu X., and Xu W. Comprehensive monitoring technique based on electromagnetic radiation and its applications to mine pressure, Safety Sci., 2012, Vol. 50, No. 4. — P. 885 – 893.
10. Frid V. and Vozoff K. Electromagnetic radiation induced by mining rock failure, Int. J. Coal Geol., 2005, Vol. 64, No. 1-2. — P. 57 – 65.
11. Song D., Wang E., Song X., Jin P., and Qiu L. Changes in frequency of electromagnetic radiation from loaded coal rock, Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49. — P. 291 – 302.
12. Бизяев А. А., Вострецов А. Г., Смирнягин И. И., Шарапова М. Д. Анализ электромагнитного излучения, сопутствующего разрушению образцов горных пород // ФТПРПИ. — 2023. — № 5. — С. 185 – 191.
13. Qiu L., Liu Z., Wang E., He X., Feng J., and Li B. Early-warning of rock burst in coal mine by low-frequency electromagnetic radiation, Eng. Geol., 2020, Vol. 279. — 105755.
14. Мешков А. А., Ледяев Н. В., Хамутский А. А., Савченко А. В., Бизяев А. А. Совершенствование способа регистрации электромагнитного излучения при нарушении сплошности горных пород // ГИАБ. — 2022. — № 6-2. — С. 135 – 148.
15. Беспалько А. А., Дмитриева С. А., Штирц В. А., Федотов П. И. Комплексная система мониторинга геодинамических проявлений после технологических взрывов в подземных рудниках // Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность: Сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. по экологической, промышленной и энергетической безопасности. — Севастополь: СевГУ, 2019. — С. 280 – 284.
16. Janjua A. N., Shaefer M., Amini S. H., Noble A., and Shahab S. Vibrational energy transmission in underground continuous mining: Dynamic characteristics and experimental research of field data, Appl. Energy, 2024, Vol. 354. — 122220.