ФТПРПИ №2, 2010. Аннотации.

ГЕОМЕХАНИКА

О НЕЛИНЕЙНЫХ ДЕФОРМАЦИОННО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССАХ В ВИБРАЦИОННЫХ ГЕОТЕХНОЛОГИЯХ ОСВОЕНИЯ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В. Н. Опарин, Б. Ф. Симонов

Институт горного дела СО РАН,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

В рамках активно развиваемой ныне теории волн маятникового типа дается объяснение ряду наблюдаемых эффектов, связанных с вибрационным воздействием на нефтегазовые пласты с поверхности земли. Среди них — кольцеобразный характер и время задержки реакции продуктивного пласта, сейсмическая люминесценция, ее спектральный состав и др. Приводятся сведения о скоростных группах волн маятникового типа, существующих в напряженных массивах горных пород блочно-иерархического строения, и обосновывается выбор скоростной группы, генерируемой мощными наземными виброисточниками конструкции ИГД СО РАН. Приводимый в статье набор теоретических и феноменологических формул может конструктивно использоваться при совершенствовании существующих и создании новых технологических схем вибрационного воздействия на нефтегазовые месторождения с поверхности земли для повышения дебета нефти и газа.

Блочно-иерархическое строение массивов горных пород, нефтегазовые пласты, волны маятникового типа, вибрационные геотехнологии, напряженное состояние, акустодеформационная «радуга» и сейсмоэлектромагнитная люминесценция

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 09–05–00793), СО РАН (интеграционные проекты №№ 61, 74), ОНЗ РАН (интеграционный проект ОНЗ-3.1)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Опарин В. Н., Симонов Б. Ф., Юшкин В. Ф. и др. Геомеханические и технические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях. — Новосибирск: Наука, 2009.
2. Опарин В. Н., Тапсиев А. П., Розенбаум М. А. и др. Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008.
3. Курленя М. В., Опарин В. Н., Тапсиев А. П., Аршавский В. В. Геомеханические процессы взаимодействия породных и закладочных массивов при отработке пластовых рудных залежей. — Новосибирск: Наука, 1997.
4. Опарин В. Н., Чередников Е. Н., Симонов Б. Ф. и др. Вибросейсмическое воздействие на нефтяные пласты с земной поверхности // Наука и технология углеводородов. — 2000. — № 6.
5. Сердюков С. В., Кривопутский В. С., Гамзатов С. М. Исследование сейсмических и акустических полей при низкочастотном вибрационном воздействии на нефтяной пласт / Препринт ИГД СО РАН № 43, 1991.
6. Симонов Б. Ф., Сердюков С. В., Чередников Е. Н. Результаты опытно-промысловых работ по повышению нефтеотдачи вибросейсмическим методом // Нефтяное хозяйство. — 1996. — № 6.
7. Симонов Б. Ф., Чередников Е. Н., Сердюков С. В. и др. Технология вибросейсмического воздействия на нефтяные пласты с земной поверхности (ВСВ) для повышения нефтеотдачи пластов // Нефтяное хозяйство. — 1998. — № 4.
8. Ягафаров А. К. Геолого-геофизические основы технологий интенсификации притоков в нефтегазоразведочных скважинах / Автореф. дис. … д-ра геол.-мин. наук. — Тверь, 1994.
9. Опарин В. Н., Аннин Б. Д., Чугуй Ю. В. и др. Методы и измерительные приборы для моделирования и натурных исследований нелинейных деформационо-волновых процессов в блочных массивах горных пород. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007.
10. Отчет по х/д № 373–20 с НГМК «Экспериментально исследовать деформационно-волновые и сейсмические процессы в окрестностях очаговых зон разрушения массивов горных пород с целью разработки достоверных критериев прогнозирования горных ударов». — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005 (фонды ИГД СО РАН).
11. Итоги научной и научно-организационной деятельности за 2008 г. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2009.
12. Сарайкин В. А. Учет упругих свойств блоков в низкочастотной составляющей волны возмущений, распространяющейся в двумерной среде // ФТПРПИ. — 2009. — № 3.
13. Александрова Н. И., Шер Е. И., Черников А. Г. Влияние вязкости прослоек на распространение низкочастотных маятниковых волн в блочных средах // ФТПРПИ. — 2008. — № 3.
14. Сарайкин В. А. Расчет волн, распространяющихся в двумерной сборке из прямоугольных блоков // ФТПРПИ. — 2008. — № 4.
15. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. I // ФТПРПИ. — 1999. — № 3.
16. Бобряков А. П. Сети трещин в геоматериалах и их физическое моделирование // ФТПРПИ. — 2004. — № 5.
17. Курленя М. В., Опарин В. Н., Востриков В. И. Волны маятникового типа. Ч. III: Данные натурных наблюдений // ФТПРПИ. — 1996. — № 5.
18. Курленя М. В., Опарин В. Н. Проблемы нелинейной геомеханики. Ч. II // ФТПРПИ. — 2000. — № 4.
19. Опарин В. Н. Энергетический критерий объемного разрушения горных пород / Труды научного семинара «Неделя горняка-2009». — М.: Изд-во МГГУ, 2009.
20. Тимонин В. В. Обоснование параметров породоразрушающего инструмента и гидравлической ударной машины для бурения скважин в горных породах / Автореф. дис. … канд. техн. наук. — Новосибирск, 2009.
21. Садовский М. А., Кедров О. К., Пасечник И. П. О сейсмической энергии и объеме очагов при коровых землетрясениях и подземных взрывах // ДАН. — 1985. — Т. 283. — № 5.
22. Курленя М. В., Опарин В. Н., Востриков В. И. О геомеханических условиях возникновения квазирезонансов в геоматериалах и блочных средах // ФТПРПИ. — 1998. — № 5.
23. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. VII: Теория упругости. — М.: Наука, 1987.
24. Опарин В. Н., Курленя М. В., Акинин А. А. и др. Особенности эволюции гармонических акустических сигналов при нагружении блочных сред с цилиндрической полостью // ФТПРПИ. — 1999. — № 6.
25. Яковицкая Г. Е. Методы и технические средства диагностики критических состояний горных пород на основе электромагнитной эмиссии. — Новосибирск: Параллель, 2008.
26. Курленя М. В., Опарин В. Н., Востриков В. И. Об эффекте аномально низкого трения в блочных средах // ФТПРПИ. — 1997. — № 1.
27. Опарин В. Н., Юшкин В. Ф., Акинин А. А., Балмашнова Е. Г. О новой шкале структурно-иерахических представлений как паспортной характеристике объектов геосреды // ФТПРПИ. — 1998. — № 5.
28. Лавров А. В., Шкуратник В. Л., Филимонов Ю. Л. Акустоэмиссионный эффект памяти в горных породах. — М.: Изд-во МГГУ, 2004.
29. Опарин В. Н., Сашурин А. Д., Кулаков Г. И. и др. Современная геодинамика массива горных пород верхней части литосферы: истоки, параметры, воздействие на объекты недропользования. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008.
30. Бобряков А. П. Влияние слабых сотрясений на статически напряженный массив сыпучей среды // ФТПРПИ. — 2008. — № 2.
31. Бобряков А. П., Лубягин А. В. Экспериментальное исследование неустойчивых режимов скольжения // ФТПРПИ. — 2008. — № 4.
32. Сердюков С. В. Экспериментальное обоснование вибросейсмической технологии добычи нефти / Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Новосибирск, 2001.
33. Александрова Н. И. О распространении упругих волн в блочной среде при импульсном нагружении // ФТПРПИ. — 2003. — № 6.
34. Александрова Н. И., Шер Е. Н. Моделирование процесса распространения волн в блочных средах // ФТПРПИ. — 2004. — № 6.
35. Александрова Н. И., Черников А. Г., Шер Е. Н. Экспериментальная проверка одномерной расчетной модели распространения волн в блочной среде // ФТПРПИ. — 2005. — № 3.
36. Александрова Н. И., Черников А. Г., Шер Е. Н. О затухании маятниковых волн в блочном массиве горных пород // ФТПРПИ. — 2006. — № 5.
37. Шер Е. Н, Александрова Н. И., Айзенберг-Степаненко М. В., Черников А. Г. Влияние иерархической структуры блочных горных пород на особенности распространения сейсмических волн // ФТПРПИ. — 2007. — № 6.
38. Курленя М. В., Опарин В. Н., Востриков В. И. О формировании упругих волновых пакетов при импульсном возбуждении блочных сред. Волны маятникового типа U_μ // ДАН. — 1993. — Т. 333 — № 4.
39. Губерман Ш. А. Д-волны и землетрясения / Теория и анализ сейсмологических наблюдений. Вычислительная сейсмология. Вып. 12. — М.: Наука, 1979.
40. Жадин В. В. Пространственно-временные связи сильных землетрясений // Физика Земли. — 1984. — № 1.
41. Тажибаев К. Т., Дуйшеев Д. С. Экспериментальные исследования характеристик разрушения горных пород при различных контактных условиях и режимах нагружения / Исследования, прогноз и предотвращение горных ударов. (Материалы IX Всесоюзной конференции по механике горных пород, 1989). — Фрунзе: Илим, 1991.
42. Курленя М. В., Опарин В. Н., Ревуженко А. Ф., Шемякин Е. И. О некоторых особенностях реакции горных пород на взрывные воздействия в ближней зоне // ДАН. — 1987. — Т. 293. — № 1.
43. Курленя М. В., Опарин В. Н. Некоторые особенности реакции горных пород на взрывные воздействия в ближней зоне. — Новосибирск, 1984. (Препр. / ИГД СО АН СССР; № 10).
44. Адушкин В. В., Спивак А. А. Необратимые проявления крупномасштабного подземного взрыва в неоднородной среде. — М., 1989. (Препр. / ИФЗ АН СССР).
45. Курленя М. В., Адушкин В. В., Гарнов В. В., Опарин В. Н. и др. Знакопеременная реакция горных пород на динамическое воздействие // ДАН. — 1992. — Т. 323. — № 2.

К ВОПРОСУ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОСЛАБЛЕНИЙ В БЛОКЕ ПОРОД
А. А. Красновский, В. Е. Миренков

Институт горного дела СО РАН, E-mail: mirenkov@misd.nsc.ru,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Предлагается метод определения положения ослабления в блоке пород и алгоритм его численной реализации, использующий решение прямых задач и некоторую дополнительную информацию по смещениям границы. Возникающие обратные задачи решаются с помощью системы сингулярных интегральных уравнений, связывающих граничные значения компонент напряжений и смещений. Численный эксперимент показывает, что с ростом количества приближений решение сходится к точному.

Уравнения, метод, ослабление, блок пород, граница, смещение, напряжение, моделирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 09–05–00133) и СО РАН (интеграционный проект № 61).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лаврентьев М. М. Некорректные задачи математической физики и анализа. — М.: Наука, 1981.
2. M. Bonnet, A. Constantinescu. Inverse problems in elasticity. Inverse probl., No. 21, 2005.
3. Красновский А. А., Миренков В. Е. Восстановление граничных условий при сжатии пород // ФТПРПИ. — 2009. — № 4.
4. Миренков В. Е., Шутов В. А. Математическое моделирование деформирования горных пород около ослаблений. — Новосибирск: Наука, 2009.
5. Миренков В. Е., Шутов В. А. Аналитические вопросы механики разрушения. — Новосибирск: НАрхИ, 1996.
6. Денисов А. М. Введение в теорию обратных задач. — М.: МГУ, 1994.
7. Ватулян А. О. Обратные задачи в механике деформируемого твердого тела. — М.: Физматлит, 2007.
8. Капцов А. В., Шифрин Е. И. Идентификация плоской трещины в упругом теле с помощью инвариантных интегралов // МТТ. — 2008. — № 3.
9. Цвелодуб И. Ю. Обратные задачи неупругого деформирования неоднородных сред // МТТ. — 2005. — № 2.
10. Красновский А. А., Миренков В. Е. К расчету напряженно-деформированного состояния пород около нефтеносного пласта // ФТПРПИ. — 2008. — № 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЗДУХА В КЕРНАХ ГОРНЫХ ПОРОД
А. П. Куршин

Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского,
E-mail: wtdiv@tsagi.ru, 140180, г. Жуковский Московской области, Россия

Описана методика исследований и приведены результаты экспериментального определения скорости распространения фильтрационных возмущений. Проницаемость изученных образцов в области линейной фильтрации отличалась более чем на четыре порядка. Наблюдения выполнялись при давлениях газа в образцах 0.5, 1, 2, 5, 10 МПа. Установлены зависимости скорости от давления газа, структуры и гидродинамических характеристик образцов.

Пористая среда, скорость распространения фильтрационного возмущения, эксперимент, образцы из кернов горных пород

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Христианович С. А. Неустановившееся течение жидкости и газа в пористой среде при резких изменениях давления во времени при больших градиентах пористости // ФТПРПИ. — 1985. — № 1.
2. Христианович С. А. Об основах теории фильтрации // ФТПРПИ. — 1989. — № 5.
3. Куршин А. П. Закономерности течения газа через пористые среды с жесткой структурой // Ученые записки ЦАГИ. — 1981. — Т. 12. — № 6.
4. Куршин А. П. Гидравлическое сопротивление пористой среды при фильтрации газа // Ученые записки ЦАГИ. — 1985. — Т. 16. — № 4.
5. Куршин А. П. Методика определения гидравлического сопротивления пористых сред при фильтрации газа // Теплоэнергетика. — 1991. — № 2.
6. Куршин А. П. Исследование фильтрационных течений газа через образцы из кернов горных пород на режимах с критическим истечением // МЖГ. — 1990. — № 6.

ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ТИШИНСКОГО РУДНИКА ПРИ ОТРАБОТКЕ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ
Ю. А. Кашников, С. Г. Ашихмин, Д. В. Шустов, А. Е. Фандеев*, А. И. Ананин**

Пермский государственный технический университет,
Комсомольский проспект, 29, 614990, г. Пермь, Россия
*ТОО «Казцинк»,
**ДГП «Вниицветмет»,
ул. Промышленная, 1, 070002, г. Усть-Каменогорск, Казахстан

На основе экспериментальных и аналитических исследований выполнен прогноз напряженно-деформированного состояния горного массива Тишинского месторождения при отработке руды на глубоких горизонтах. Произведена оценка состояния основных вскрывающих выработок, расположенных в бортах Тишинского карьера.

Карьер, шахтный ствол, сдвижения, деформации, напряженное состояние, метод конечных элементов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кашников Ю. А., Ашихмин С. Г., Фандеев А. Е., Ананин А. И. Напряженно-деформированное состояние горного массива Тишинского свинцово-цинкового месторождения. Международное общество по маркшейдерскому делу / Труды XIII международного конгресса. — Будапешт, 2007.
2. W. Wittke. Rock Mechanics, Theory and Applications with case histories. Berlin, Springer-Verlag, 1990.
3. Сашурин А. Д. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлургии. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999.
4. Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок // ФТПРПИ. — 1987. — № 1.
5. Квочин В. А. Управление сдвижением и удароопасностью горного массива при разработке железорудных месторождений Сибири на основе изучения их геодинамики / Автореф. … д-ра техн. наук. — Новокузнецк, 2000.
6. Кузнецов М. А., Акимов А. Г., Кузьмин В. И. и др. Сдвижение горных пород на рудных месторождениях. — М.: Недра, 1971.
7. Кашников Ю. А., Ашихмин С. Г. Механика горных пород при разработке месторождений углеводородного сырья. — М.: Недра-Бизнесцентр, 2007.

МЕХАНОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД ТАШТАГОЛЬСКОГО РУДНИКА ПРИ ВЗРЫВНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ
А. А. Беспалько, Л. В. Яворович, Е. В. Виитман, П. И. Федотов, В. А Штирц*

Томский политехнический университет, E-mail: Lusi@tpu.ru,
проспект Ленина, 30, 634050, г. Томск, Россия,
*Таштагольский филиал ОАО «Евразруда»,
652992, г. Таштагол, Россия

Приведены экспериментальные результаты измерений электромагнитной и акустической эмиссий при изменении напряженно-деформированного состояния массива горных пород в период проведения технологических взрывов на Таштагольском руднике. Показано, что по изменениям параметров механоэлектрических преобразований возможно выявление этапов подготовки геодинамических событий и определение характера перераспределения напряженно-деформированного состояния массива горных пород.

Механоэлектрические преобразования, электромагнитная эмиссия, напряженно-деформированное состояние, массив горных пород, регистратор электромагнитной эмиссии

Работа выполнена в рамках Интеграционного проекта СО РАН № 61 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Егоров П. В., Шевелев Ю. А., Матвеев И. Ф., Скляр Н. И., Квочин В. А. Управление состоянием массива горных пород на рудниках Горной Шории. — Кемерово: Ин-т угля СО РАН, 1999.
2. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных к горным ударам. — Новокузнецк: ВостНИГРИ, ВНИМИ, 1991.
3. Еременко А. А., Гайдин А. П., Ваганова В. А., Еременко В. А. О критерии удароопасности массива горных пород // ФТПРПИ. — 1999. — № 6.
4. Кузнецов Б. М., Трофимов В. А. Аномальные поля напряжений в окрестности тектонических напряжений // ФТПРПИ. — 2002. — № 6.
5. Опарин В. Н., Юшкин В. Ф., Акинин А. А., Балмашнова Е. Г. О новой шкале структурно-иерархических представлений как паспортной характеристике объектов геосреды // ФТПРПИ. — 1998. — № 5.
6. Воробьев А. А. Электрические и электромагнитные явления при нагружении и разрушении образцов минералов и горных пород. Импульсное радиоизлучение при трении и царапании некоторых диэлектрических тел / Равновесие и преобразование видов энергии в недрах. — Томск: ТГУ, 1980.
7. Ласуков В. В., Мастов Ш. Р. Электромагнитный предвестник обрушения пород // ФТПРПИ. — 1993. — № 2.
8. Беспалько А. А., Суржиков А. П., Яворович Л. В. Исследование механоэлектрических преобразований в горных породах при динамических воздействиях // Горный журнал. — 2006. — № 4.
9. Беспалько А. А., Яворович Л. В., Федотов П. И. Связь параметров электромагнитных сигналов с электрическими характеристиками горных пород при акустическом и квазистатическом воздействиях // Известия ТПУ. — 2005. — Т. 308. — № 7.
10. Беспалько А. А., Гольд Р. М., Яворович Л. В., Дацко Д. И. Возбуждение электромагнитного излучения в слоистых горных породах при акустическом воздействии // ФТПРПИ. — 2003. — № 2.
11. Иванов В. В., Егоров П. В., Пимонов А. Г. Статистическая теория эмиссионных явлений в нагруженных структурно-неоднородных горных породах и задача прогнозирования динамических явлений // ФТПРПИ. — 1990. — № 4.
12. Беспалько А. А., Хорсов Н. Н. Аппаратурный комплекс для исследования напряженно-деформированного состояния горных пород в шахтах / Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды международной конференции. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2004.
13. Беспалько А. А., Суржиков А. П., Климко В. К., Штирц В. А., Шипеев О. В. Исследование взаимосвязи изменения напряженно-деформированного состояния породного массива с вариациями интенсивности электромагнитного излучения / Проблемы и перспективы развития горных наук. Труды международной конференции. Геомеханика. Т. 1. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005.
14. Беспалько А. А., Яворович Л. В., Федотов П. И., Виитман Е. В., Штирц В. А. Механоэлектрические преобразования при деформационных процессах в горных породах / Тектонофизика и актуальные вопросы наук о Земле. К 40-летию создания М. В. Гзовским лаборатории тектонофизики в ИФЗ РАН: Тезисы докладов Всероссийской конференции. Т. 2. — М.: ИФЗ РАН, 2008.

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АНИЗОТРОПНОГО ПО ПРОЧНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД В ОКРЕСТНОСТИ СОПРЯГАЮЩИХСЯ ВЫРАБОТОК
Н. В. Черданцев, В. Т. Преслер, В. Ю. Изаксон

Институт угля и углехимии СО РАН,
Ленинградский пр., 10, 650065, г. Кемерово, Россия

Путем решения объемной задачи теории упругости, построения зон нарушения сплошности и на основе специально введенных показателей нарушенности проведена оценка техногенной нарушенности массива с регулярной прочностной анизотропией, вмещающего сопрягающиеся горизонтальные горные выработки квадратного поперечного сечения.

Объемное напряженное состояние, прочностная анизотропия, поверхности ослабления, зона нарушения сплошности, техногенная нарушенность

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Изаксон В. Ю. Методы расчета устойчивости выработок, пройденных комбайнами, в условиях Кузбасса / Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Новосибирск, 1975.
2. Ержанов Ж. С., Изаксон В. Ю., Станкус В. М. Комбайновые выработки шахт Кузбасса. Опыт поддержания и расчет устойчивости. — Кемерово: Кемеров. кн. изд-во, 1976.
3. Лурье А. И. Теория упругости. — М.: Наука, 1970.
4. Партон В. З., Перлин П. И. Методы математической теории упругости. — М.: Наука, 1981.
5. Черданцев Н. В., Изаксон В. Ю. Некоторые трехмерные и плоские задачи геомеханики. — Кемерово: КузГТУ, 2004.
6. Черданцев Н. В. Разработка методических основ изучения геомеханического состояния анизотропного (по прочности) массива с системой выработок / Автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Кемерово, 2007.
7. Широков А. П., Писляков Б. Г. Расчет и выбор крепи сопряжений горных выработок. — М.: Недра, 1988.
8. Ержанов Ж. С., Изаксон В. Ю. Зоны нарушения сплошности на сопряжениях горных выработок / Всесоюзная конференция по механике горных пород. — М.: МГИ, 1974.
9. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела. — М.: Мир, 1987.
10. Черданцев Н. В., Изаксон В. Ю. Устойчивость сопряжения двух выработок сводчатой формы // ФТПРПИ. — 2004. — № 2.

ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫПУСКА УГЛЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ И КРУТЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
В. И. Клишин, С. В. Клишин

Институт горного дела СО РАН, E-mail: vklishin@misd.nsc.ru, s-klishin@misd.nsc.ru,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Предложена технология выпуска угля при подземной разработке мощных угольных пластов. Разработаны способ управления процессом перемещения предварительно разрушенной горной породы за счет принудительно-управляемого выпуска на забойный конвейер, а также конструкция механизированной крепи. На основе метода дискретных элементов разработана математическая модель для численного моделирования процессов гравитационного движения гранулированных материалов. Исследована задача о выпуске угля из мощных пластов в системе подэтажного обрушения в двумерной постановке. Продемонстрировано влияние очередности открывания выпускных отверстий на процесс течения.

Механизированная крепь, подземная добыча угля, гравитационное движение, численная модель, метод дискретных элементов

Работа выполнена при финансовой поддержке РАН (программа фундаментальных исследований ОНЗ-3.3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Саламатин А. Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. — М.: Недра, 1997.
2. Шундулиди И. А., Марков А. С., Калинин С. И., Егоров П. В. Выбор параметров технологии отработки мощных угольных пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля. — Кемерово: Кемеров. кн. изд-во, 1999.
3. Гапанович Л. Н., Савченко П. Ф., Бернацкий В. А. Развитие механизированных крепей и технологии с выпуском угля // Уголь. — 1986. — № 11.
4. Сагинов А. С., Жетесов С. С. Совершенствование технологии выемки мощных пологих угольных пластов. — Алма-Ата: Изд-во «Казахстан», 1981.
5. Сагинов А. С., Жетесов С. С. Двухзабойная выемка угля на мощных пологих пластах. — Алма-Ата: Наука, 1982.
6. Клишин В. И., Фокин Ю. С., Кокоулин Д. И., Кубанычбек Б. Разработка мощных пластов механизированными крепями с регулируемым выпуском угля. — Новосибирск: Наука, 2007.
7. Клишин В. И., Власов В. Н., Кубанычбек уулу Бакыт. Механизированная крепь с принудительным выпуском угля из подкровельной толщи. № 11. — М.: ГИАБ, 2003.
8. Клишин В. И., Фокин Ю. С., Кокоулин Д. И. Разработка мощных метанонасыщенных угольных пластов при совместной добыче угля и газа / Научно-техническое обеспечение горного производства. Материалы Международной научно-практической конференции. Горные науки Республики Казахстан — итоги и перспективы. Ч. 1. Т. 68. — Алматы, 2004.
9. Томашевский Л. П., Левочко В. П., Боровиков П. А., Блинов Ю. С., Кузин Г. С., Калугин О. Ф. Разработка и научное обоснование технологии подэтажной выемки угля и параметров выпускного механизированного комплекса «крепь — штрек» / Сб. науч. тр. № 25: Совершенствование технологии разработки крутых пластов Кузбасса. — Прокопьевск: КузНИУИ, 1974.
10. Томашевский Л. П. Технология разработки мощных крутых нарушенных пластов Кузбасса и направления ее совершенствования. Обзор ЦНИЭИуголь. — М., 1978.
11. Дмитриев С. Н., Запреев С. И., Сенько Л. С., Крылов В. Ф., Томашевский Л. П. Основы технологии разработки угля с применением гибких перекрытий. — М.: Недра, 1967.
12. Stanislaw Gajos. Experience and practical aspects of utilizing a shrinkage metod of extraction at «Kazimierz-Juliusz» coal mine in Sosnowiec. International mining forum, New technologies in underground mining, Safety in mines. Cracow-Szczyrk-Wieliczka, Poland 2004.
13. P. A. Cundall, O. D. L. Strack. A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique, 1979, Vol. 29.
14. K. L. Johnson. Contact Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge, 1989.
15. G. Kuwabara, K. Kono. Restitution coefficient in collision between two spheres, Japanese Journal of Applied Physics, 1987, Vol. 26.
16. H. Kruggel-Emden. Review and extension of normal force models of the Discrete Element Method. Powder Technology, 2007, Vol. 171.
17. J. Schafer, S. Dippel, D. E. Wolf. Force schemes in simulations of granular materials. Journal de Physique, 1996. Vol. 6.
18. Русин Е. П., Стажевский С. Б., Хан Г. Н. Геомеханические аспекты генезиса экзо- и эндокарста // ФТПРПИ. — 2007. — № 2.
19. Псахье С. Г., Смолин А. Ю., Коростелев С. Ю., Дмитриев А. И., Шилько Е. В., Астафуров С. В. Метод подвижных клеточных автоматов и его применение при моделировании на разных масштабах / Механика — от дискретного к сплошному. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008.
20. G. G. W. Mustoe, M. Miyata, M. Nakagawa. Discrete element methods for mechanical analysis of systems of general shaped bodies, Proceedings of the 5th International Conference on Computational Structures Technology, Leuven, Belgium, 2000.
21. H. Kruggel-Emden, M. Sturm, S. Wirtz, V. Scherer. Selection of an appropriate time integration scheme for the discrete element method (DEM), Computers and Chemical Engineering, 2008, Vol. 32.
22. M. P. Allen, D. J. Tildesley. Computer Simulation of Liquids. Clarendon Press, Oxford, 1987.
23. V. I. Klishin, S. V. Klishin. DEM analysis of coal drawing from high coals in sublevel caving systems. Extended abstracts of ECCOMAS Thematic Conference «Multibody Dynamics 2009», Poland, Warsaw, 2009.
24. Клишин С. В. Дискретно-элементный анализ гравитационного течения гранулированного материала в сходящихся каналах / Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды конференции с участием иностранных ученых. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2008.
25. K. Han, Y. T. Feng, D. R. J. Owen. Sphere packing with a geometric based compression algorithm, Powder Technology, 2005, Vol. 155.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ СУСПЕНЗИИ И СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА ПРИ УПРОЧНЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД ЦЕМЕНТАЦИЕЙ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫМИ АНКЕРАМИ
А. Е. Майоров

Кемеровский научный центр СО РАН, E-mail: majorov-ae@mail.ru,
проспект Советский, 18, 650099, г. Кемерово, Россия

На лабораторном стенде исследованы переходные процессы, имеющие место при цементационном упрочнении нарушенных пород через шпуры с отфильтровыванием жидкой фазы раствора при их напряженном армировании анкерами. Рассмотрены вопросы структурирования горных пород, твердых частиц суспензии и сыпучего, влияющие на качество цементации и устойчивость контура выработки. Выявлен эффект прямого и обратного прилива плотности при нагружении твердых частиц, приведены зависимости, отражающие влияние формы частиц на их проникающую способность.

Горные породы, выработка, крепление, цементация, анкер, упрочнение, структурирование, частицы, фильтрация

Работа выполнена при финансовой поддержке администрации Кемеровской области (грант губернатора Кемеровской области для молодых ученых — кандидатов наук на проведение фундаментальных и прикладных исследований по приоритетным направлениям социально-экономического развития Кемеровской области, 2007)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шемякин Е. И. О прочности горного массива / Научные сообщения ННЦ ГП — ИГД им. А. А. Скочинского. Вып. 308. — Люберцы, 2004.
2. Шемякин Е. И. Синтетическая теория прочности // Физическая мезомеханика. — 1999. — Т. 2. — № 6.
3. Ревуженко А. Ф., Стажевский С. Б., Шемякин Е. И. О структурно-дилатансионной прочности горных пород // ДАН СССР. — 1989. — Т. 305. — № 35.
4. Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды. — Новосибирск: «Офсет», 2003.
5. Ревуженко А. Ф., Стажевский С. Б., Шемякин Е. И. Задачи механики сыпучих сред в горном деле // ФТПРПИ. — 1982. — № 3.
6. Панин В. Е, Лихачев В. А., Гриняев Ю. В. Структурные уровни деформации твердых тел. — Новосибирск: Наука, 1985.
7. Панин В. Е. Физическая мезомеханика материалов — новое направление на стыке физики и механики деформируемого твердого тела / Современные проблемы науки. Материалы научной сессии 25 — 26 ноября 2003. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004.
8. Хямяляйнен В. А., Бурков Ю. В., Сыркин П. С. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок. — М.: Недра, 1994.
9. M. Shirato, T. Murase, A. Tokunaga, O. Yamada. Calculations of consolidation period in expression operations, J. Chem. Eng., Japan, 1974, Vol. 7, No. 3.
10. Жужиков В. А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. — М.: Химия, 1980.
11. Заславский Ю. З., Лопухин Е. А., Дружко Е. Б., Качан И. В. Инъекционное упрочнение горных пород. — М.: Недра, 1984.
12. Гольдштик М. А. Процессы переноса в зернистом слое. — Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР, 1984.

К РАСЧЕТУ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОТГРУЗКИ ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
П. Сегарра, Дж. А. Санчидриан, Л. М. Ло, Э. Кверол

Политехнический университет, E-mail address: pablo.segarra@upm.es,
E. T. S.I. Minas. Rios Rosas, 21, 28003, г. Мадрид, Испания

Предложена модель расчета производительности одноковшового экскаватора. Производительность рассчитывается как произведение теоретической производительности (один из коэффициентов модели) на эксплуатационный КПД, который представлен как функция трех переменных: контактной прочности породы, номинальной грузоподъемности ковша, концентрации энергии ВВ и эмпирических коэффициентов. Коэффициенты модели получены на основе полевых измерений 20-ти промышленных взрывов на двух рудных карьерах; проведены замеры механических свойств руды, характеристик взрывания и темпов выемки взорванных горных пород. Модель имеет важное значение со статистической точки зрения и объясняет до 90 % изменчивости результатов замеров производительности.

Производительность выемки, энергия, удельный расход взрывчатого вещества, прочность породы, грузоподъемность ковша, экскаватор

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. R. J. Sweigard. Materials handling: loading and haulage, in Hartman H. L. (ed.), SME Mining Engineering Handbook on CD-Rom, Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc., 1998.
2. T. Atkinson. Selection and sizing of excavating equipment, in: Hartman H. L. (ed.), SME Mining Engineering Handbook on CD-Rom, Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc., 1998.
3. V. I. Kuznetsov, A. R. Mattis, A. S. Tashkinov, E. I. Vasil’ev, and G. D. Zaytsev. Efficiency of excavation of overburden rock at quarries with the use of blast-free technology, Journal of Mining Science, 38, No. 5, 1997.
4. C. K. McKenzie, P. Geddes, K. Grohs, and M. Morrish. Blasting trials to control and monitor displacement of narrow vein gold ore, in: Proc. the 24th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, New Orleans, 1998.
5. J. Eloranta. Selection of powder factor in large diameter blastholes, in: Proc. the Explo’95. Exploring the Role of Rock Breakage in Mining and Quarrying, Brisbane, 1995.
6. I. Brunton, D. Thornton, R. Hodson, and D. Sprott. Impact of blast fragmentation on hydraulic excavator dig time, in Proc. the 5th Large Open Pit Conference, Kalgoorlie, 2003.
7. P. Segarra, J. A. Sanchidrián, J. J. Montoro, and L. M. López. Mucking efficiency in open pit blasting, CIM/ICM Bulletin Technical Papers 2007: peer-reviewed technical papers publ. by the Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2008.
8. F. H. Tallarico, B. R. Figueiredo, D. I. Groves, N. Kositcin, N. J. McNaughton, I. R. Fletcher, and J. L. Rego. Geology and SHRIMP U-Pb geochronology of the Igarapé Bahia deposit, Carajás copper-gold belt, Brazil: an archean (2.57 Ga) example of iron-oxide Cu-Au-(U-REE) mineralization, Economic Geology, 100, No. 1, 2005.
9. E. Hamdi, M. Audiguier, J. du Mouza, and K. Fjäder. Blast induced micro cracks assessment in muckpile blocks: P-wave velocity and porosity measurements, in: Holmberg, R. (ed.), Proc. the 2nd World Conference on Explosives and Blasting Technique, Prague, 2003.
10. P. D. Katsabanis, S. Gregersen, C. Pelley, and S. Kelebek. Small scale study of damage due to blasting and implications on crushing and grinding," in: Proc. the 29th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, Nashville, 2003.
11. P. D. Katsabanis, G. Kunzel, C. Pelley, and S. Kelebek. Damage development in small blocks, in: Proc. the 29th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, Nashville, 2003.
12. ISRM, Suggested method for determining point load strength, J. A. Franklin (working group co-coordinator), Int. J. of Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., 22, No. 2, 1985.
13. AENOR, Propiedades mecánicas de las rocas. Ensayos para la determinación de la resistencia, Parte 5: Resistencia a carga puntual (Norma UNE 22950–5) [in Spanish], Asociación Española de Normalización y Certificación, Madrid, 1996.
14. J. N. Miller and J. C. Miller. Statistics and chemometrics for analytical chemistry, Prentice Hall, Harlow, 2000.
15. S. Williamson, C. McKenzie, and H. O’Loughlin. Electric shovel performance as a measure of blasting efficiency, in: Proc. the 1st International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Luleå, 1983.
16. A. Hall. Characterizing the operation of a large hydraulic excavator, Master’s Thesis, The University of Queensland, Brisbane, 2003.
17. E. P. Bohnet. Method advantages and disadvantages, in: Hartman H. L. (ed.), SME Mining Engineering Handbook on CD-Rom, Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, Inc., 1998.
18. K. Awuah-Offei and S. Frimpong. Cable shovel digging optimization for energy efficiency, Mechanism and Machine Theory, 42, No. 8, 2007.
19. S. H. Chung, and P. D. Katsabanis. A discrete element code for diggability analysis, in: Proc. the 34th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, New Orleans, 2008.
20. S. H. Chung and D. S. Preece. Explosive energy and muckpile diggability, in: Proc. the 25th Annual Conference on Explosives and Blasting Technique, Nashville, 1999.
21. C. Hendricks, J. Peck, and M. Scoble. Integrated drill and shovel performance monitoring towards blast optimization, in: Proc. the 3rd International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Brisbane, 1990.
22. C. López Jimeno, E. López Jimeno, and P. Bermúdez. Evaluación de los resultados de la voladura, Manual de perforación y voladura de rocas [in Spanish], Madrid, 2003.
23. M. Osanloo and A. Hekmat. Prediction of shovel productivity in the Gol-e-Gohar iron mine, Journal of Mining Science, 41, No. 2, 2005.
24. S. P. Singh, R. Narendrula, and D. Duffy. Influence of blasted muck on the performance of loading equipment, in: Holmberg et al. (eds.), Proc. the 3rd EFEE Conference on Explosives and Blasting, Brighton, 2005.
25. S. Kahraman. Evaluation of simple methods for assessing the uniaxial compressive strength of rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 38, No. 7, 2001.
26. H. Vardhan, G. R. Adhikari, and M. G. Raj. Estimating rock properties using sound levels produced during drilling, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., doi:10.1016/j.ijrmms.2008.07.011, 2008.
27. C. V. B. Cunningham. Fragmentation estimations and the Kuz-Ram model — four years, in: Proc. the 2nd International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Keystone, 1987.
28. S. Sulukcu and R. Ulusay. Evaluation of the block punch index test with particular reference to the size effect, failure mechanism and its effectiveness in predicting rock strength, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 38, No. 8, 2001.
29. S. H. Chung, and P. D. Katsabanis. Fragmentation prediction using improved engineering formulae, Int. J. for Blasting and Fragmentation, 4, No. 3 — 4, 2000.
30. F. Ouchterlony, B. Niklasson, and S. Abrahamsson. Fragmentation monitoring of production blasts at MRICA, in: Proc. the 3rd International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Brisbane, 1990.
31. R. F. Chiappetta, A. Bauer, P. J. Dailey, and S. L. Burchell. The use of high speed motion picture photography in blast evaluation and design, in: Proc. the 9th Conference on Explosives and Blasting Technique, Dallas, 1983.
32. J. A. Sanchidrián, P. Segarra, and L. M. López. On the relation of rock face response time and initial velocity with blasting parameters, in: Holmberg et al. (Eds.), Proc. the 3rd EFEE Conference on Explosives and Blasting, Brighton, 2005.
33. R. L. Yang, A. Kavetsky, and C. McKenzie. A two dimensional kinematic model for predicting muckpile shape in bench blasting, Int. J. of Mining and Geological Engineering, 7, No. 3, 1989.
34. W. Swanepoel. The influence of bench height and equipment selection on effective mineral resource utilization, Thesis (M. Eng.), Pretoria: University of Pretoria, 2003.
35. C. J. Konya. Blast Design, Montville: Intercontinental Development Corporation, 1995.
36. R. F. Chiappetta and M. E. Mammele. Analytical high-speed photography to evaluate air decks, stemming retention and gas confinement in presplitting, reclamation and gross motion applications, in: Proc. the 2nd International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Keystone, 1987.
37. C. V. B. Cunningham. The Kuz-Ram model for prediction of fragmentation from blasting, in: Proc. the 1st International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, Luleå, 1983.
38. J. A. Sanchidrián and L. M. López. Calculation of the energy of explosives with a partial reaction model, Propellants Explosives Pyrotechnics, 31, No. 1, 2006.
39. P. A. Persson, R. Holmberg, and J. Lee. Shock Waves and Detonations, Explosive Performance, Rock Blasting and Explosives Engineering, Boca Raton: CRC Press, 1994.

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЫШЬЯКА ИЗ ПРИРОДНЫХ ВОД И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРИРОДНОГО СОРБЕНТА И КАТАЛИЗАТОРА
Г. Р. Бочкарев, Г. И. Пушкарева, К. А. Коваленко

Институт горного дела СО РАН, E-mail: grboch@misd.nsc.ru,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Изучена возможность использования брусита и псиломелана для извлечения соединений мышьяка из водных сред. Установлено высокое сродство модифицированного брусита по отношению к трех- и пятивалентному мышьяку. Обнаружен эффект каталитического окисления арсенитов до арсенатов при контакте с поверхностью псиломелана в процессе фильтрации. Полученные результаты исследований могут служить основой для создания сорбционно-каталитической технологии извлечения соединений мышьяка из природных вод и технологических растворов с использованием природного минерального сырья.

Арсенаты, арсениты, брусит, псиломелан, сорбция, окисление, извлечение

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 07–05–00571).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mohan Dinesh, U. Charles, Jr. Pittman. Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents, A critical review, Journal of Hazardous Materials, 2007, No. 142.
2. US Patent 6821434. Sandia Corp., Moore Robert C., Anderson D, Richard, System for removal of arsenic from water, 2004.
3. Пушкарева Г. И. Сорбционное извлечение металлов из моно- и поликомпонентных растворов с использованием брусита // ФТПРПИ. — 1999. — № 6.
4. Пушкарева Г. И. Влияние температурной обработки брусита на его сорбционные свойства // ФТПРПИ. — 2000. — № 6.
5. Бочкарев Г. Р., Пушкарева Г. И. Удаление стронция из водных сред с использованием природного и модифицированного сорбента // ФТПРПИ. — 2009. — № 3.
6. Никамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. — М.: Мир, 1966.
7. H. W. Nesbitt, G. W. Canning, G. M. Bancroft. Geochim. Cosmochim, Acta 62, 1998.

  Версия для печати