Отдел горной и строительной геотехники

Отдел создан в 2011 году (Протокол заседания Ученого совета ИГД СО РАН № 5 от 06.03.2012 г.) в целях наиболее эффективной координации деятельности лабораторий в рамках научного направления Института «Горное и строительное машиноведение» и включает группы: подземной строительной геотехники и геотехнологий (руководитель – д.т.н. Б. Б. Данилов) и прикладной геомеханики (руководитель — д.т.н. С. Б. Стажевский), объединенные общими проблемами, проектами и программами научно-исследовательских работ.

Основным направлением деятельности группы подземной строительной геотехники и геотехнологий является исследование процессов внедрения твердых тел в упруго-пластичные среды и создание интенсивных технологий и технических средств для бестраншейной прокладки коммуникаций.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

• Сформулированы научные основы создания технологии формирования грунтовых скважин с частичной экскавацией грунта.
• Установлены закономерности деформационных процессов, происходящих в массиве грунта под действием динамических и статических нагрузок.
• Определены граничные значения энергетических параметров воздействия на инструмент, позволяющие кратно расширить диапазон технических возможностей при создании новой техники.
• Исследован процесс кернообразования, установлена его роль и оценена степень воздействия при прокладке металлических кожухов методом продавливания.

Важнейшие результаты прикладных исследований

• Созданы новые пневмоударные механизмы для импульсного воздействия при прокладке и замене подземных коммуникаций.
• Разработана методика расчета несущей способности набивных свай, учитывающая характер и величину нагружения грунтового слоя по их боковой поверхности.
• Создан макетный образец устройства для формирования скважин методом частичного удаления грунта действием статических усилий и динамических импульсов.

Наиболее известными разработками коллектива группы прикладной геомеханики являются:

• метод расчета параметров областей течения и компьютерная программа для моделирования отработки руд с подэтажным обрушением и выпуском под покрывающими породами (в рамках Шведской национальной программы «Горное дело 2000» совместно с университетом Лулео);
• конструкции и технологии возведения анкеров с замками из сыпучих материалов — прошли апробацию в Болгарии, Германии, Грузии, используются в Кузбассе (метод расчета анкеров выполнен совместно со специалистами Инсбрукского Университета, Австрия);
• высокоточные дозаторы трудносыпучих материалов — до 1993 года выпускались серийно, используются на хлебозаводах России, Белоруссии, Казахстана, Украины;
• обоснование технологических схем отработки руды подземным способом, в том числе с вибровыпуском, которые позволяют повысить производительность добычи, качество руды и процент ее извлечения из недр.

Важнейшие результаты фундаментальных исследований

• В результате исследований процесса выпуска сыпучих материалов из емкостей
  • установлено существование механического подобия процессов течения сыпучих материалов в емкостях-накопителях с размерами, отличающимися на порядки, и найдены критерии подобия натуры и модели. Это позволяет в лабораторных экспериментах корректно воспроизводить процессы, происходящие в реальном масштабе в натурных условиях;
  • выявлены определяющие процесс выпуска параметры: размер частиц, плотность материала частиц, угол внутреннего трения, пористость, масса выпущенного материала;
  • установлены зависимости ширины области течения от геометрических параметров емкости и основных физико-механических свойств сыпучего материала для произвольной стадии выпуска с учетом эрозии границ потока для плоского и объемного случаев;
  • установлено, что граница области течения описывается логарифмической спиралью, форма которой определяется шириной области течения, размером выпускного отверстия и коэффициентом бокового распора;
  • разработан метод расчета параметров областей течения, образующихся в сыпучих материалах при выпуске из емкостей.

  Расчетная картина образования полости обрушения в смерзшихся покрывающих породах при выпуске кимберлитовой руды

  Найденные критерии подобия и зависимости позволяют на произвольных стадиях выпуска сыпучих материалов из емкостей адекватно описать области течения и процессы, развивающиеся в них, и могут быть использованы при решении задач о самоорганизации породных массивов, подвергающихся техногенным и природным воздействиям.

• Для определения напряженно-деформированного состояния сред со структурой получил развитие численный метод дискретных элементов (МДЭ), основанный на использовании уравнений движения отдельных частиц. Данный метод позволяет без дополнительных искусственных приемов решать задачи механики сыпучих сред и механики горных пород, в которых необходимо учитывать разрывы деформаций и дилатансионные свойства среды. На базе МДЭ разработана компьютерная программа, позволяющая рассчитывать НДС и моделировать деформирование и разрушение массивов сыпучих материалов и горных пород. С использованием программы решена, в частности, задача о выпуске отбитого полезного ископаемого из-под вторично-смерзшихся обрушенных покрывающих пород.

Расчетная картина промежуточной стадии торцевого выпуска руды при отработке методом подэтажного обрушения

Важнейшие результаты прикладных исследований

• На основе выявленных закономерностей разработан пакет компьютерных программ для имитационного моделирования процессов течения сыпучих материалов в бункерах, а также рудных блоках при отработке полезных ископаемых системами с обрушением и выпуском под налегающими породами. Программы позволяют рассчитывать текущие и окончательные значения геометрических параметров зон течения, потерь и разубоживания полезного ископаемого при выпуске. Это делает их эффективным инструментом при проектировании рудников и решении технологических задач добычи полезных ископаемых подземным способом.
• Создан новый бункер трудносыпучих материалов и метод расчета нагрузок на его элементы. Конструкция предназначена для хранения и/или перегрузки склонных к слипанию материалов в горнорудной, угольной, химической, пищевой отраслях промышленности, в энергетическом комплексе и т.д. Найденное техническое решение позволяет снизить напряжения, действующие в перерабатываемых материалах, и тем самым существенно снизить вероятность их слеживания, налипания на элементы конструкции и зависания в ней.

Бункер для трудносыпучих материалов: а)общий вид; b)эпюры напряжений, действующих на элементы конструкции при течении материала

• Питатели для подачи шлакообразующих смесей в кристаллизаторы машин для непрерывной разливки стали — внедрены на предприятиях металлургической промышленности.

  Версия для печати