ФТПРПИ №5, 2021. Аннотации.

ГЕОМЕХАНИКА

УДК 622.831 

ГЕОДИНАМИКА И ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ МАЛО-ТУЛУКУЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ЮГО-ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ)
И. Ю. Рассказов, В. А. Петров, Ю. В. Федотова, П. А. Аникин, М. И. Потапчук, В. И. Усиков

Институт горного дела ДВО РАН,
E-mail: rasskazov@igd.khv.ru, ул. Тургенева, 51, 68000, г. Хабаровск, Россия
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН,
пер. Старомонетный, 35, 119017, г. Москва, Россия

Приведены результаты комплексных геодинамических и геомеханических исследований урановых руд Мало-Тулукуевского месторождения в юго-восточной части Забайкалья. На основе изучения тектонической структуры и морфометрического анализа рельефа Стрельцовского рудного поля выявлены особенности современных геодинамических процессов в районе месторождения и их взаимосвязь с характером напряженно-деформированного состояния массива горных пород. По результатам определения параметров поля напряжений и физико-механических свойств горных пород месторождения установлена возможность разрушения краевых частей массива в динамической форме. В процессе численного моделирования напряженно-деформированного состояния и натурных шахтных наблюдений подтверждена склонность Мало-Тулукуевского месторождения к горным ударам, нижние горизонты которого (с глубины 500 м) отнесены к категории опасных. Для обеспечения безопасности горных работ разработан комплекс мероприятий по предотвращению горных ударов и снижению геодинамического риска.

Геодинамическое районирование, напряженно-деформированное состояние, физико-механические свойства, моделирование, геомеханический контроль, удароопасность

DOI: 10.15372/FTPRPI20210501 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петухов И. М., Батугина И. М. Геодинамика недр. — М.: Недра коммюникейшенс, 1999. — 256 с.
2. Курленя М. В. Геодинамика и техносфера. — Новосибирск: Наука, 2004. — 131 с.
3. Филиппов В. Н., Еременко А. А., Христолюбов Е. А. Отработка предохранительных целиков в удароопасных условиях на Таштагольском и Шерегешевском месторождениях // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 62 – 72.
4. Рассказов И. Ю. Контроль и управление горным давлением на рудниках Дальневосточного региона. — М.: Горн. книга, 2008. — 329 с.
5. Meifeng C. Prediction and prevention of rockburst in metal mines — a case study of Sanshandao gold mine, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2016, Vol. 8, Issue 2. — P. 204 – 211.
6. Williams Stroud S. C. Earth stress and seismic hazard from the size-frequency distribution of seismic events, Proc. of 51st Rock Mech., Geomech. Symp. California, San-Francisco, American Rock Mech. Association, 2017. — P. 544 – 550.
7. Marcak H. and Mutke G. Seismic activation of tectonic stresses by mining, J. Seismology, 2013, Vol. 17, No. 4. — Р. 1139 – 1148.
8. Keneti A. and Sainsbury B. Review of published rockburst events and their contributing factors, Eng. Geol., 2018, No. 246. — P. 361 – 373.
9. Manchao H., Fuqiang R., and Dongqiao L. Rockburst mechanism research and its control, Int. J. Min. Sci. Technol., 2018, Vol. 28, Issue 5. — P. 829 – 837.
10. Rasskazov I. Yu., Saksin B. G., Petrov V. A., Shevchenko B. F., Usikov V. I., and Gil’manova G. Z. Present day stress strain state in the upper crust of the amurian lithosphere plate, Izvestiya Phys. Solid Earth, 2014, Vol. 50, No. 3. — P. 444 – 452.
11. Карта современной геодинамики Азии. Масштаб 1:5000000 / Сост. К. Г. Леви, С. И. Шерман, В. А. Саньков, О. В. Лунина, А. В. Лухнев. — Иркутск: ИЗК СО РАН, 2007.
12. Seminskii K. Zh. Hierarchy in the zone-block lithospheric structure of central and eastern Asia, Russ. Geol. Geoph., 2008, Vol. 49, No. 10. — P. 771 – 779.
13. Рассказов И. Ю., Саксин Б. Г., Петров В. А., Просекин Б. А. Геомеханические условия и особенности динамических проявлений горного давления на месторождении “Антей” // ФТПРПИ. — 2012. — № 3. — С. 3 – 13.
14. Имаева Л. П., Гусев Г. С., Имаев B. C., Ашурков С. В., Мельникова В. И., Середкина А. И. Геодинамическая активность новейших структур и поля тектонических напряжений северо-востока Азии // Геодинамика и тектонофизика. — 2017. — Т. 8. — № 4. — С. 737 – 768.
15. Петров В. А., Сим Л. А., Насимов Р. М., Щукин С. И. Разломная тектоника, неотектонические напряжения и скрытое урановое оруденение в районе Стрельцовской кальдеры // Геология рудных месторождений. — 2010. — Т. 52. — № 4. — С. 310 – 320.
16. Саньков В. А. Современная геодинамика внутриконтинентальных областей: инструментальные и геолого-геоморфологические оценки движений и деформаций земной коры центральной Азии // Геодинамика и тектонофизика. — 2014. — Т. 5. — № 1. — С. 159 – 182.
17. Рассказов И. Ю., Саксин Б. Г., Усиков В. И., Потапчук М. И. Геодинамическое состояние массива пород Николаевского полиметаллического месторождения и особенности проявления удароопасности при его освоении // Горн. журн. — 2016. — № 12. — С. 13 – 19.
18. Рассказов И. Ю., Петров В. А., Гладырь А. В., Тюрин Д. В. Геодинамический полигон Стрельцовского рудного поля: практика и перспективы // Горн. журн. — 2018. — № 7. — С. 15 – 19.
19. Урановые месторождения Стрельцовского рудного поля в Забайкалье / под ред. С. С. Наумова — Иркутск: ГК “Геологоразведка”, 2007. — 260 с.
20. Усиков В. И. 3D-модели рельефа и строение верхней части земной коры Приамурья // Тихоокеанская геология. — 2011. — № 6. — С. 14 – 33.
21. Рыбас О. В., Гильманова Г. З. Применение теории масштабируемого пространства для выделения и анализа структур рельефа по радиолокационным данным // Исследование Земли из космоса. — 2011. — № 6. — С. 45 – 52.
22. Влох Н. П. Управление горным давлением на подземных рудниках. — М.: Недра, 1994. — 208 с.
23. Зубков А. В., Феклистов Ю. Г., Липин Я. И., Худяков С. В., Криницын Р. В. Деформационные методы определения напряженного состояния пород на объектах недропользования // Проблемы недропользования. — 2016. — № 4. — С. 41 – 49.
24. Петухов И. М., Линьков А. М., Сидоров В. С. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов. — М.: Недра, 1992. — 256 с.
25. Зотеев О. В. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород численными методами // Горн. журн. — 2003. — № 5. — С. 108 – 115.
26. Курленя М. В., Серяков В. М., Еременко А. А. Техногенные геомеханические поля напряжений. — Новосибирск: Наука, 2005. — 264 с.
27. Сидоров Д. В., Потапчук М. И., Сидляр А. А., Курсакин Г. А. Оценка удароопасности при освоении глубоких горизонтов Николаевского месторождения // Записки горн. ин-та. — 2019. — Т. 238. — С. 392 – 398.
28. Рассказов И. Ю., Мигунов Д. С., Аникин П. А., Гладырь А. В., Терешкин А. А., Желнин Д. О. Геоакустический портативный прибор нового поколения для оценки удароопасности массива горных пород // ФТПРПИ. — 2015. — № 3. — С. 169 – 179.
29. Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых ФНП в области промышленной безопасности / Приказ Ростехнадзора № 505 от 08.12.2020 г. — М., 2020. — 275 с.
30. Саньков В. А., Леви К. Г., Лухнев А. В., Мирошниченко А. И. Современные движения литосферных блоков Центральной Азии по данным GPS-геодезии // Актуальные вопросы современной геодинамики Центральной Азии. — Новосибирск: СО РАН, 2005. — С. 165 – 179.
31. Лухнев А. В., Саньков В. А., Мирошниченко А. И., Ашурков С. В., Кале Э. Вращения и деформации Земной поверхности в Байкало-Монгольском регионе по данным GPS-измерений // Геология и геофизика. — 2010. — Т. 51. — № 7. — С. 1006 – 1017.
32. Петров В. А., Лексин А. Б., Погорелов В. В., Ребецкий Ю. Л., Саньков В. А., Ашурков С. В., Рассказов И. Ю. Геодинамическое моделирование рудоносных геологических структур (на примере района Стрельцовского урановорудного поля) // Геология рудных месторождений. — 2017. — Т. 59. — № 3. — С. 173 – 200.

УДК 624.131 

ДИЛАТАНСИОННЫЕ СВОЙСТВА СЛУЧАЙНЫХ УПАКОВОК ШАРОВ
А. Ф. Ревуженко, А. П. Бобряков, В. П. Косых

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: revuzhenko@yandex.ru, v-kosykh@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Приведены экспериментальные данные по дилатансионным свойствам сыпучих сред, состоящих из одинаковых частиц сферической формы — стеклянных шариков, пшена, гороха. Рассмотрен простой сдвиг и сложное нагружение с непрерывным поворотом осей тензора деформаций. Циклическое деформирование способствует частичному устранению дефектов начальной стохастической упаковки и последующему ее переходу в обратимое состояние. Указана оптимальная относительная плотность упаковки для использования ее в методе дискретных элементов.

Дилатансия, простой сдвиг, сложное нагружение, циклическое деформирование, сыпучие тела, стохастические упаковки, относительная плотность

DOI: 10.15372/FTPRPI20210502 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Николаевский В. Н. Механические свойства грунтов и теория пластичности // Итоги науки и техники. Серия Механика твердых деформируемых тел. — М.: ВИНИТИ, 1972. — Т. 6. — 86 с.
2. Определяющие законы механики грунтов: новое в зарубежной науке. — М.: Мир, 1975. — 230 с.
3. Механика гранулированных сред: теория быстрых движений: сост. И. В. Ширко. — М.: Мир, 1985. — 280 с.
4. Бобряков А. П., Ревуженко А. Ф., Шемякин Е. И. Однородный сдвиг сыпучего материала. Дилатансия // ФТПРПИ. — 1982. — № 5. — С. 23 – 29.
5. Кеплер И. О шестиугольных снежинках. — М.: Наука, 1982. — 192 с.
6. Hales T. C. An overview of the Kepler conjecture, 1998.
7. Гильберт Д., Кон-Фоссен С. Наглядная геометрия. — М.: Наука, 1981. — 344 с.
8. Дересевич Г. Механика зернистой среды // Проблемы механики / под ред. Х. Драйдена, Т. Кармана. — М.: ИЛ, 1961. — С. 91 – 152.
9. Белов. В. В., Образцов И. В., Иванов В. К., Коноплев Е. Н. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач. — Тверь: ТвГТУ, 2015. — 108 с.
10. He Y., Evans T. J., Yu A., and Yang R. Discrete modelling of compaction of non-spherical particles, Powders and Grains — 8th Int. Conf. on Micromech. on Granular Media, 2017, Vol. 140, 01005.
11. Klishin S. V., Lavrikov S. V., and Revuzhenko A. F. Numerical simulation of abutment pressure redistribution during face advance, AIP Conf. Proc., 2017, 020086. DOI: 10/1063/1.5013767.
12. Цзян Ж., Ван Г., Ли Ц., Сунь К., Хоу Я. Оптимизация параметров футеровки крупной мельницы полусамоизмельчения на основе метода дискретных элементов и модели кригинга // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 36 – 48.
13. Allersma H. G. Photo-elastic stress analysis and strains in simple shear, Deform. and Failure Granylar Mater., Rotterdam, 1982. — P. 345 – 353.
14. Drescher A., de Josselin de Jong G. Photoelastic verification of a mechanical model for the flow of a granular material, J. Mech. Phys. Solids, 1972, Vol. 20, No. 5. — P. 337 – 351.
15. Тарасевич Ю. Ю. Перколяция: теория, приложения, алгоритмы. — М.: Едиториал УРСС, 2002. — 112 с.
16. Кочарян Г. Г., Марков В. К., Остапчук А. А., Павлов Д. В. Мезомеханика сопротивления сдвигу по трещине с заполнителем // Физ. мезомеханика. — 2013. — Т. 16. — № 5. — С. 5 – 15.
17. Ревуженко А. Ф. О самых простых течениях сплошной среды // ДАН СССР. — 1988. — Т. 303. — № 1. — С. 54 – 58.
18. Бобряков А. П., Ревуженко А. Ф. Об одном методе испытания неупругих материалов // Изв. АН СССР, Механика твердого тела. — 1990. — № 4. — С. 178 – 182.

УДК 550.34 + 550.8.01 

ВОЗБУЖДЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ПОТОКОМ ВОДЫ В ТРЕЩИНЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ПАРАМЕТРОВ ПО РЕГИСТРИРУЕМОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ
С. В. Сердюков, А. В. Азаров

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: antonazv@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Приведены результаты численных и экспериментальных исследований возбуждения сейсмического излучения потоком воды в трещине. Показана возможность дистанционного контроля параметров потока по амплитудно-частотной характеристике регистрируемых колебаний. Даны рекомендации по включению инфранизкочастотных наблюдений в систему сейсмического мониторинга горнодобывающих предприятий, опасных по гидродинамической обстановке.

Породный массив, трещина, поток воды, сейсмическое излучение, амплитуда и частота упругих колебаний, математическое моделирование, натурный эксперимент

DOI: 10.15372/FTPRPI20210503 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горная энциклопедия. Подземные воды. — М.: Сов. энцикл., 1989. — Т. 4. — 623 с.
2. Заглянуть в провал: что происходит на месте аварии “Уралкалия”. URL: http://www.rbc.ru/business/24/11/2014/5472f367cbb20f47fd664aa1 (дата обращения: 06.06.2021).
3. Инструкция по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок / А. И. Субботин, В. В. Грицков, М. Г. Козаченко, О. А. Коняхина // Охрана недр и геолого-маркшейдерский контроль: сб. документов. — Вып. 8. — М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2010.
4. Одинцев В. Н., Милитенко Н. А. Прорыв воды в горные выработки как следствие самопроизвольного гидроразрыва массива пород // ФТПРПИ. — 2015. — № 3. — С. 3 – 16.
5. Куликова Е. Ю. Предпосылки прорыва подземных и поверхностных вод в горные выработки // ГИАБ. — 1996. — № 6. — С. 109 – 113.
6. Марфин Е. А. Скважинная шумометрия и виброакустическое воздействие на флюидонасыщенные пласты. — Казань: КФУ, 2012. — 44 с.
7. Aki K., Fehler M., and Das S. Source mechanism of volcanic tremor: Fluid-driven crack models and their application to the 1963 Kilauea eruption, J. Volcanology and Geothermal Rese., 1977, Vol. 2, No. 3. — P. 259 – 287.
8. Chouet B. Dynamics of a fluid?driven crack in three dimensions by the finite difference method, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 1986, Vol. 91, No. B14. — P. 13967 – 13992.
9. Balmforth N. J., Craster R. V., and Rust A. C. Instability in flow through elastic conduits and volcanic tremor, J. Fluid Mech., 2005, Vol. 527. — P. 353 – 377.
10. Julian B. R. Volcanic tremor: nonlinear excitation by fluid flow, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 1994, Vol. 99, No. B6. — P. 11859 – 11877.
11. Corona-Romero P., Arciniega-Ceballos A., and Sanchez-Sesma F. J. Simulation of LP seismic signals modeling the fluid–rock dynamic interaction, J. Volcanology and Geothermal Res., 2012, Vol. 211. — P. 92 – 111.
12. Winberry J. P., Anandakrishnan S., and Alley R. B. Seismic observations of transient subglacial water-flow beneath MacAyeal ice stream, West Antarctica, Geophys. Res. Let., 2009, Vol. 36. — L11502.
13. Lawrence W. S. T. and Qamar A. Hydraulic transients: A seismic source in volcanoes and glaciers, Sci., 1979, Vol. 203, No. 4381. — P. 654 – 656.
14. Roosli C., Walter F., Husen S., Andrews L., Luthi M., Catania G. and Kissling E. Sustained seismic tremors and ice quakes detected in the ablation zone of the Greenland ice sheet, J. Glaciology, 2014, Vol. 60, No. 221 — P. 563 – 575.
15. Potter R. M. and Dennis B. R. Seismic and fluid pressure response from a series of hydraulic fractures in granite, Transactions-American Geophys. Union, 2000 Florida ave NW, Washington, dc 20009: Amer Geophys. Union, 1974, Vol. 55, No. 4. — P. 430 – 430.
16. Tary J. B., Baan M., and Eaton D. W. Interpretation of resonance frequencies recorded during hydraulic fracturing treatments, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 2014, Vol. 119, No. 2. — P. 1295 – 1315.
17. Das I. and Zoback M. D. Long-period, long-duration seismic events during hydraulic stimulation of shale and tight-gas reservoirs. Part 1: Waveform Characteristics, Geophysics, 2013, Vol. 78, No. 6. — P. KS97-KS108.
18. Das I. and Zoback M. D. Long-period, long-duration seismic events during hydraulic fracture stimulation of a shale gas reservoir, The Leading Edge, 2011, Vol. 30, No. 7. — P. 778 – 786.
19. Eaton D., Baan M., Tary J., Birkelo B., Spriggs N., Cutten S. and Pike K. Broadband microseismic observations from a Montney hydraulic fracture treatment, Northeastern BC, Canada, CSEG Recorder, 2013, Vol. 38, No. 3 — P. 44 – 53.
20. Сердюков С. В., Курленя М. В., Патутин А. В., Рыбалкин Л. А., Шилова Т. В. Экспериментальная проверка способа направленного гидроразрыва горных пород // ФТПРПИ. — 2016. — № 4. — С. 3 – 11.
21. Chouet B. and Julian B. R. Dynamics of an expanding fluid?filled crack, J. Geophys. Res.: Solid Earth, 1985, Vol. 90, No. B13. — P. 11187 – 11198.
22. Yamamoto M. and Kawakatsu H. An efficient method to compute the dynamic response of a fluid-filled crack, Geophys. J. Int., 2008, Vol. 174, No. 3. — P. 1174 – 1186.
23. Frehner M. and Schmalholz S. M. Finite-element simulations of Stoneley guided-wave reflection and scattering at the tips of fluid-filled fractures, Geophysics, 2010, Vol. 75, No. 2. — P. T23 – T36.
24. Balmforth N. J., Craster R. V., and Rust A. C. Instability in flow through elastic conduits and volcanic tremor, J. Fluid Mech., 2005, Vol. 527. — P. 353 – 377.
25. Rust A. Flow-induced oscillations: A source mechanism for volcanic tremor?, Course Lectures “Conceptual models of the climate 2003. Program of Study: Non-Newtonian Geophys. Fluid Dynamics”, Woods Hole Oceanog. Inst. Tech. Rept., WHOI-2004–03, 2004. — P. 113 – 132.
26. Чичинин И. С. Вибрационное излучение сейсмических волн. — М.: Недра, 1984. — 224 с.
27. Бородачев Н. М. Динамическая контактная задача для штампа с плоским круглым основанием, лежащего на упругом полупространстве // Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. — 1964. — № 2. — C. 82 – 90.
28. Азаров А. В., Сердюков С. В., Чечурова Р. Д. Возбуждение сейсмических волн при движении жидкости в трещине массива горных пород // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2017. — Т. 4. — № 3. — С. 5 – 10.
29. Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология: Теория и методы: пер. с англ. — М.: Мир, 1983. — Т. I. — 520 с.
30. Сердюков С. В., Азаров А. В., Дергач П. А., Дучков А. А. Аппаратные решения микросейсмического мониторинга геодинамических процессов при подземной разработке твердых полезных ископаемых // ФТПРПИ. — 2015. — № 3. — C. 192 – 200.
31. Курленя М. В., Сердюков А. С., Азаров А. В., Никитин А. А. Численное моделирование волновых полей от микросейсмических событий при подземной добыче полезных ископаемых // ФТПРПИ. — 2015. — № 4. — С. 61 – 69.
32. Логинов Г. Н., Яскевич С. В., Дучков А. А., Сердюков А. С. Совместная обработка данных поверхностных и подземных систем микросейсмического мониторинга при добыче твердых полезных ископаемых // ФТПРПИ. — 2015. — № 5. — С. 100 – 107.
33. Azarov A. V., Serdyukov A. S., and Gapeev D. N. Frequency domain orthogonal projection filtration of surface microseismic monitoring data, Geophys. Prosp., 2020, Vol. 68. — P. 382 – 392.
34. Serdyukov A. S., Yablokov A. V., Duchkov A. A., Azarov A. A., and Baranov V. D. Slant f-k transform of multichannel seismic surface wave data, Geophysics, 2019, Vol. 84, No. 1. — P. A19-A24.
35. Сердюков С. В. Экспериментальное обоснование вибросейсмической технологии добычи нефти: автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 2001. — 282 с.

УДК 539.3 

ДИСКРЕТНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ ДЕФОРМАЦИЙ В СЫПУЧЕЙ СРЕДЕ ПРИ ПАССИВНОМ ДАВЛЕНИИ НА ПОДПОРНУЮ СТЕНКУ
С. В. Клишин

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: sv.klishin@gmail.com, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

На основе метода дискретных элементов в трехмерной постановке исследована задача о пассивном давлении плотного грунта на подпорную стенку. Частицы среды имеют сферическую форму с радиусами, выбранными из нормального распределения. При расчете касательных сил, действующих между элементами материала, учитываются трение скольжения и сопротивление качению. Продемонстрировано влияние степени шероховатости подпорной стенки на развитие зон локализации сдвиговых деформаций в сыпучей среде, а также на давление, действующее на подпорную стенку со стороны материала. Проведено сравнение с классическим решением, полученным в рамках теории предельного состояния.

Сыпучий материал, плотный грунт, подпорная стенка, пассивное давление, локализация сдвиговых деформаций, метод дискретных элементов

DOI: 10.15372/FTPRPI20210504 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Craig R. F. Craig’s soil mechanics, 7th edition, CRC press, 2004. — 448 p.
2. Budhu M. Soil mechanics and foundation, 3rd edition, John Wiley & Sons, 2010. — 780 p.
3. Duncan J. M., Wright S. G., and Brandon T. L. Soil strength and slope stability, John Wiley & Sons, 2014. — 336 p.
4. James R. G. and Bransby P. L. Experimental and theoretical investigations of a passive earth pressure problem, Geotechnique, 1970, Vol. 20, No. 1. — P. 17 – 37.
5. Gudehus G. and Nubel K. Evolution of shear bands in sand, Geotechnique, 2004, Vol. 54, No. 3. — P. 187 – 201.
6. Niedostatkiewicz M., Lesniewska D., and Tejchman J. Experimental analysis of shear zone patterns in cohesionless for earth pressure problems using particle image velocimetry, Strain, 2011, Vol. 47. — P. 218 – 231.
7. Kosykh V. P. Experimental investigation into variable density of granular material under deformation cycling, J. Min. Sci., 2012, Vol. 48, No. 6. — P. 990 – 995.
8. Клишин С. В., Косых В. П., Ревуженко А. Ф. Экспериментальное и теоретическое исследование процесса локализации деформаций в сыпучей среде // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2019. — № 5. — С. 268 – 272.
9. Tejchman J., Kozicki J., and Lesniewska D. Discrete simulations of shear zone patterning in sand in earth pressure problems of a retaining wall, Int. J. Solids and Structures, 2011, Vol. 48, Issue 7 – 8. — P. 1191 – 1209.
10. Клишин С. В. Численный анализ движения сыпучего материала за подпорной стенкой // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2014. — № 1. — Т. 1. — С. 128 – 134.
11. Liu S., Xia Y., and Liang L. A modified logarithmic spiral method for determining passive earth pressure, J. Rock Mech. and Geotech. Eng., 2018, Vol. 10, No. 6. — P. 1171 – 1182.
12. Xu S. Y., Kannangara K. K. P. M., and Taciroglu E. Analysis of the stress distribution across a retaining wall backfill, Comp. and Geotech., 2018, Vol. 103. — P. 13 – 25.
13. Kang K., Fomenko I. K., Wang J., and Nikolskaya O. V. Probabilistic assessment of rock slope stability in open pit mine Сhaarat using the generalized Hoek – Brown criterion, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 5. — P. 732 – 740.
14. Rankine W. J. M. II. On the stability of loose earth, Philos. Trans. R. Soc. London, 1857, Vol. 147. — P. 9 – 27.
15. Соколовский В. В. Статика сыпучей среды. — М.: Физматгиз, 1960. — 240 с.
16. Tejchman J. Shear localization in granular bodies with micro-polar hypoplasticity, 2008, Springer. — 317 p.
17. Dyszlewicz J. Micropolar theory of elasticity, 2004, Springer. — 345 p.
18. Revuzhenko A. F. and Mikenina O. A. Elastoplastic model of rocks with internal self-balancing stresses. Continuum approximation, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 2. — P. 159 – 166.
19. Matuttis H. G. and Chen J. Understanding the discrete element method: simulation of non-spherical particles for granular and multi-body systems, 2014, John Wiley & Sons. — 448 p.
20. Wang X., Li B., Xia R., and Ma H. Engineering applications of discrete element method. Volume 4: Operation analysis and optimization design of coal and agricultural machinery, 2021, Springer, Singapore. — 177 p.
21. Shamsi M. M. M. and Mirghasemi A. A. Numerical simulation of 3D semi-real-shaped granular particle assembly, Powder Technol., 2012, Vol. 221. — P. 431 – 446.
22. Podlozhnyuk A., Pirker S., and Kloss C. Efficient implementation of superquadric particles in discrete element method within an open-source framework, Comput. Particle Mechanics, 2017, Vol. 4, No. 1. — P. 101 – 118.
23. Soltanbeigi B., Podlozhnyuk A., Papanicolopulos S. A., Kloss C., Pirker S., and Ooi J. Y. DEM study of mechanical characteristics of multi-spherical and superquadric particles at micro and macro scales, Powder Technol., 2018, Vol. 329. — P. 288 – 303.
24. Wei D., Wang J., Nie J., and Zhou B. Generation of realistic sand particles with fractal nature using an improved spherical harmonic analysis, Comput. and Geotech., 2018, Vol. 104. — P. 1 – 12.
25. Klishin S. V., Revuzhenko A. F., and Kazantsev A. A. Rolling friction in loose media and its role in mechanics problems, IOP Conf. Series: Materials Sci. and Eng., 2016, Vol. 142, Issue 1. — P. 012132.
26. Sanchidrian J. A., Ouchterlony F., Segarra P., and Moser P. Size distribution functions for rock fragments, Int. J. Rock Mech. and Min. Sci., 2014, Vol. 71. — P. 381 – 394.
27. Fowler A. C. and Scheu B. A theoretical explanation of grain size distributions in explosive rock fragmentation, Proc. Royal Soc. A: Mathem., Phys. and Eng. Sci., 2016, Vol. 472, Issue 2190. — P. 20150843.
28. Bobryakov A. P., Klishin S. V., and Revuzhenko A. F. Stress state of conical granular pile, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 6. — P. 876 – 882.

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

УДК 539.431: 624.19.059.22 

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КАУСТИК ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН ВОКРУГ ТОННЕЛЯ ПРИ ВЗРЫВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Кан Лю, Дунмин Го, Цзюнь Чжан, Синьчао Кан

Китайский университет горного дела и технологий,
E-mail: liukang0512@163.com, Дорога Хуэйюань, 11, 100080, г. Пекин, Китай

С помощью метода каустик изучен механизм развития естественных изначальных трещин в окружающей породе возле тоннеля под действием взрыва. Процесс развития таких трещин можно разделить на два этапа, которые разграничиваются моментом проникновения радиальной трещины от взрыва в изначальную. На первом этапе изначальная трещина развивается в поле напряжений, определяемом свободной поверхностью тоннеля параллельно ей, в вертикальном направлении. На втором этапе под влиянием радиальной трещины изначальная трещина поворачивается и развивается параллельно радиальной. На противоположной стороне тоннеля, в нижней ее части, возможно появление новой трещины. Моделирование показало, что направление развития такой трещины изменяется после того, как изначальная трещина достигает свободной поверхности тоннеля.

Взрывная нагрузка, окрестность тоннеля, изначальная естественная трещина, механизм развития трещины, метод каустик

DOI: 10.15372/FTPRPI20210505 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Hu M., Zhou H., Zhang Y., Zhang C., Gao Y., Hu D., and Lu J. Acoustic emission monitoring on damage evolution of surrounding rock during headrace tunnel excavation by TBM, Eur. J. Environ. Civil Eng., 2019, No. 23. — P. 1248 – 1264.
2. Baum N., Boxheimer S., Krause D., Renz F., Hoffmann B., Wachter J., and Klingeberg T. Drill & blast and special foundation in Gothenburg, Bautechnik, 2019, No. 96. — P. 549 – 556.
3. Tao M., Hong Z., Peng K., Sun P., Cao M., and Du K. Evaluation of excavation-damaged zone around underground tunnels by theoretical calculation and field test methods, Energies, 2019, No. 12. — P. 1 – 18.
4. Li X. B., Li C. J., Cao W. Z., and Tao M. Dynamic stress concentration and energy evolution of deep-buried tunnels under blasting loads, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2018, Vol. 104. — P. 131 – 146.
5. Zhang S., Li Y., Shen B., Sun X., and Gao L. Effective evaluation of pressure relief drilling for reducing rock bursts and its application in underground coal mines, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2019, Vol. 114. — P. 7 – 16.
6. Li X.-H., Long Y., Ji C., Zhou X., and Lu L. Dynamic stress concentration factor for tunnel surrounding rock under blasting seismic waves, Chin. J. Geotech. Eng., 2013, Vol. 35, No. 3. — P. 378 – 382.
7. Li Y., Zhang S., and Zhang X. Classification and fractal characteristics of coal rock fragments under uniaxial cyclic loading conditions, Arabian J. Geosci., 2018, Vol. 11, No. 9. — P. 201.
8. Shin J.-H., Moon H.-Q., and Chae S.-E. Effect of blast-induced vibration on existing tunnels in soft rocks, Tunneling Underground Space Tech., 2011, Vol. 26, No. 1. — P. 51 – 61.
9. Xia X., Li H. B., Li J. C., Liu B., and Yu C. A. Case study on rock damage prediction and control method for underground tunnels subjected to adjacent excavation blasting, Tunneling Underground Spacing Tech., 2013, No. 35. — P. 1 – 7.
10. Zhang S., Li Y., Shen B., Sun X, and Gao L. Effective evaluation of pressure relief drilling for reducing rock bursts and its application in underground coal mines, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2019, Vol. 114. — P. 7 – 16.
11. Zhu Z., Mohanty B., and Xie H. Numerical investigation of blasting-induced crack initiation and propagation in rocks, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2007, Vol. 44, No. 3. — P. 412 – 424.
12. Papadopoulos G. A. Dynamic caustics and its applications, Opt. Lasers Eng., 1990, Vol. 13, No. 3. — P. 211 – 249.
13. Guo D., Liu K., Lu H., Yang R., Wang C., and Wang Y. Fracture behavior of an empty hole using the digital laser dynamic caustic method under directional controlled blasting, Mater. Testing, 2016, No. 58. — P. 982 – 991.
14. Arakawa K., Mada T., and Takahashi K. Correlations among dynamic stress intensity factor, crack velocity and acceleration in brittle fracture, Int. J. Fracture, 2000, Vol. 105, No. 4. — P. 311 – 320.
15. Yang R. S., Wang Y. B., and Guo D. M. Experimental research of crack propagation in polymethyl methacrylate material containing flaws under explosive stress waves, J. Test. Eval., 2016, Vol. 44, No. 1. — P. 248 – 257.
16. Freund L. B. Dynamic fracture mechanics, New York, Cambridge University Press, 1990. — 563 p.
17. Guo D., Zhou B., Liu K., Yang R., and Yan P. Dynamic caustics test of blast load impact on neighboring different cross-section roadways, Int. J. Min. Sci. Tech., 2016, Vol. 26. — P. 803 – 808.
18. Hu R., Zhu Z.-M., Hu Z.-Y., et al. Experimental study of regularity of crack propagation under blasting dynamic loads, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2013, Vol. 32, No. 7. — P. 1477 – 1481.
19. Nemat-Nasser S. and Horii H. Compression-induced nonplanar crack extension with application to splitting, exfoliation, and rockburst, J. Geophys. Res., 1982, Vol. 87, No. B8. — P. 6805 – 6821.
20. Ma G. W. and An X. M. Numerical simulation of blasting-induced rock fractures, Int. J. Rock Min. Sci., 2008, Vol. 45. — P. 966 – 975.
21. Li J. C., Li H. B., Ma G. W., and Zhou Y. X. Assessment of underground tunnel stability to adjacent tunnel explosion, Tunnelling and Underground Space Tech., 2013, Vol. 35. — P. 227 – 234.

УДК 622.02:539.3 

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОПАСНЫХ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ЗАТОПЛЕНИИ ВЫРАБОТОК ЗАКРЫТЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
М. Буковская, П. Буковский

Центральный горный институт,
E-mail: mbukowska@gig.eu, пл. Гваркова, 1, 40–166, г. Катовицеe, Польша

Выполнена оценка угрозы затопления и обоснован выбор методов его предотвращения в областях повышенного водонасыщения и интенсивных фильтрационных процессов в Верхнесилезском каменноугольном бассейне. Такая оценка актуальна для областей, граничащих с закрытыми и затопленными шахтами, что обусловливает необходимость рассмотрения повторного насыщения водой пород действующих шахт. В направлении реструктуризации шахт рассмотрено изменение состояния массива при горных ударах. Дана оценка склонности массива к горным ударам в пограничных областях между действующими и закрытыми шахтами.

Склонность к горным ударам, геомеханическая угроза, затопление, закрытие шахты

DOI: 10.15372/FTPRPI20210506 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bukowski P. Predicting water hazard related to the flooding of hard coal mine workings. Prace Naukowe Glownego Instytutu Gornictwa, Studia-Rozprawy-Monografie, 2010, No. 882, Wydawnictwo GIG, Katowice. — 214 p.
2. Rogoz M. and Posylek E. Hydrogeological problems in Polish hard coal mines, Wydawnictwo GIG, 2000, Katowice. — 402 p.
3. Rogoz M. Mine hydrogeology with the basics of general hydrogeology, Wydawnictwo GIG, Katowice, 2004. — 683 p.
4. Wilk Z., ed. Hydrogeology of Polish mineral deposits and mining water problems. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Krakow, 2003, Vol. 1. — 611 p.
5. Rogoz M. and Posylek E. Principles and criteria for the assessment of water hazard related to the liquidation of mines, Przeglad Gorniczy, 1993, R 48/10. — P. 1 – 6.
6. Bukowski P., Bukowska M., Rapantova N., Hemza, P., and Niedbalska K. Secondary water saturation of a carboniferous rock mass in a abandoned mines as the cause behind the changes in geomechanical conditions and state of hazards in active mines of the upper silesian coal basin // Khayurulina E., Wokelsdorfer Ch., Polyakova S., and Bogush A., Int. Mine Water Association Conf. Water — Technolo-gical and Ecological Challenges. — Perm, Russia, 2019. — P. 3 – 10.
7. Szczepanski A., Adamczyk A. F., Haladus A., and Zdechlik R. About the purposefulness of changes to the drainage systems of closed hard coal mines. Mat. VII Konf. nt.: Problemy geologii i ekologii w gornictwie podziemnym, Prace Naukowe GIG, 1998, Vol. 24. — P. 215 – 229.
8. Younger P. L., Wolkersdorfer Ch., eds. Mining impacts of the fresh water environment: Technical and managerial guidelines for catchment scale management. Mine Water and the Environment, J. Int. Mine Water Association (IMWA), 2004, Supl. I, Vol. 23.
9. Li Z. and Reddish D. J. The effect of groundwater recharge on broken rocks, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2004, Vol. 41 (Suppl. 1). — P. 280 – 285.
10. Vasarhelyi B. and Van P. Influence of water content on the strength of rock, Eng. Geology, 2006, Vol. 84, No. 1 – 2. — P. 70 – 74.
11. Yilmaz I. Influence of water content on the strength and deformability of gypsum, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2010, Vol. 47, No. 2. — P. 342 – 347.
12. Yao Q., Li X., Zhou J., Ju M., Chong Z., and Zhao B. Experimental study of strength characteristics of coal specimens after water intrusion, Arabian J. of Geosciences, 2015, Vol. 8, Issue 9. — P. 6779 – 6789.
13. Shi X., Cai W., Meng Y., Li G., Wen K., and Zhang Y. Weakening laws of rock uniaxial compressive strength with consideration of water content and rock porosity, Arabian J. Geosciences, 2016, Vol. 9, Issue 51, Article 369.
14. Majeed Y. and Abu Bakar M. Z. Water saturation influences on engineering properties of select sedimentary rocks of Pakistan, J. Min. Sci., 2018, Vol. 54, Issue 6. — P. 914 – 930.
15. ?zdemir E. and Sarici D. E. Combined effect of loading rate and water content on mechanical behavior of natural stones, J. Min. Sci., 2018, Vol. 54. — P. 931 – 937.
16. Dubinski J. and Konopko W. Rockbursts — assessment, Prediction, Combating (in Polish), Wydawnictwo GIG, Katowice, 2000.
17. Lurka A., Mutke G., Stec K., Kurzeja, J., Chodacki J., Siata R., et al. Seismic hazard, in Kabiesz, J., ed. 2018, Annual Report on the basic natural and technical hazards in hard coal mining, Wydawnictwo GIG, 2018, Katowice.
18. Bukowski P. Evaluation of water hazard in hard coal mines in changing conditions of functioning of mining industry in Upper Silesian Coal Basin — USCB (Poland), Arch. Min. Sci., 2015, Vol. 60, Issue 2. — P. 455 – 475.
19. Salamon M. G. D. Stability, instability and design of pillar workings, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1970, Vol. 7. — P. 613 – 631.
20. He J., Gong S., Dou L., Li J., and Zhiqiang M. Rock burst assessment and prediction by dynamic and static stress analysis based on micro-seismic monitoring, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2017, Vol. 93. — P. 46 – 53.
21. Quan Jiang., Guo-shao Su., Xia-ting Feng., Jie Cui., Peng-zhi Pan., and Jian-qing Jiang. Observation of rock fragment ejection in post-failure response, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2015, Vol. 74. — P. 30 – 37.
22. Bukowska M. Post-critical mechanical properties of sedimentary rocks in the Upper Silesian Coal Basin (Poland), Arch. Min. Sci., 2015, Vol. 60, No. 2. — P. 517 – 534.
23. Kabiesz J. Rock burst hazard, in Kabiesz J. (ed). Annual Report on the basic natural and technical hazards in hard coal mining, Wydawnictwo GIG, 2019, Katowice.
24. Bula Z. and Kotas A., eds. Geological atlas of the upper silesia coal basin, Panstwowy Instytut Geolo¬giczny, 1994, Warszawa.
25. Bukowska M. Susceptibility of the rock mass to rock bursts — geological and geomechanical assessment methods, Wydawnictwo GIG, 2012, Katowice.
26. Smolka J. Stress-and-strain characteristics of failure of coals and rocks in uniaxial compression tests. Symp. Nauk.-Tech. Tapania ’94, Wydawnictwo GIG, 1994, Katowice. — P. 53 – 61.
27. Malkowski P. and Niedbalski Z. A comprehensive geomechanical method for the assessment of rockburst hazards in underground mining, Int. J. Min. Sci. Technol., 2020, Vol. 30. — P. 345 – 355.
28. Szecowka Z. Changes in certain mechanical properties of coal caused by water in the context of preventing rock bursts, Komunikat GIG, 1972, No. 568, Katowice.
29. Bukowska M., Sanetra U., and Wadas M. Zonation of deposits of hard coals of different porosity in Upper Silesian Coal Basin, Gospodarka Surowcami Mineralnymi — Mineral Resources Management, 2016, Vol. 32, Issue 1. — P. 5 – 24.
30. Ulusay R. and Hudson J. A., eds. The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974 – 2006, Commision on testing methods ISRM, 2007, Ankara, Turkey.
31. Rozkowski A., ed. Hydrogeochemical environment of productive Carboniferous of the Upper Silesia Coal Basin, Wydawnictwo Uniwersytetu Slaskiego, 2004. — 174 p.
32. Kabiesz J. and Konopko W. Rock burst prevention through saturating coal seams with water, Prace Naukowe GIG, 1996, Seria Instrukcje, No. 2, Katowice.

ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.281.76 

ОБОСНОВАНИЕ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ФРИКЦИОННЫМИ АНКЕРАМИ В ЗАКЛАДОЧНОМ МАССИВЕ
Ю. Н. Шапошник, А. И. Конурин, А. А. Неверов, С. А. Неверов, О. М. Усольцева, С. Н. Шапошник

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: shaposhnikyury@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Восточно-Казахстанский технический университет,
ул. Серикбаева, 19, г. Усть-Каменогорск, Казахстан

Рассмотрен вопрос выбора рационального типа крепи и ее параметров в горных выработках, пройденных в закладочном массиве. Проанализирована существующая технология крепления выработок в закладке на Артемьевской и Орловской шахтах. Проведены лабораторные испытания деформационно-прочностных свойств образцов закладки. Представлены результаты численного моделирования методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния рудного и закладочного массивов вокруг горных выработок с оценкой их устойчивости. Приведены вероятные зоны разрушений закладочного и рудного массивов при слоевой нисходящей системе разработки. Обоснованы рациональные параметры крепления выработок в закладочном массиве I, II, III категории устойчивости. Дана оценка опытно-промышленным испытаниям несущей способности фрикционных анкеров в закладочном массиве. Показана сравнительная экономическая эффективность установки металлической рамной крепи и фрикционных анкеров в закладочном массиве.

Выработка, заходка, слой, закладочный массив, крепление, категория устойчивости закладочного массива, испытания, деформационно-прочностные свойства, моделирование, разрушение, прочность, устойчивость, фрикционные анкеры, эффективность

DOI: 10.15372/FTPRPI20210507 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рубчевский Ю. И. Геомеханическое обоснование способов поддержания выработок в закладочном массиве при разработке Яковлевского месторождения: дис. … канд. техн. наук. — СПб.: СПГУ, 2016. — 173 с.
2. Матвеев А. В., Луговской Ю. Н., Очкуров В. И., Максимов А. Б. Рациональные параметры поддерживающей крепи горизонтальных выработок // Зап. ГИ. — 2006. — Т. 168. — С. 191 – 195.
3. Огородников Ю. Н., Зыков Д. Б. Устойчивость горизонтальных выработок в рудах Яковлевского рудника // Изв. ТГУ. — 2003. — № 5. — С. 200 – 203.
4. Зыков Д. Б. Геомеханическое обоснование типов и параметров крепи для крепления выработок в слабых рудах // Зап. ГИ. — 2005. — Т. 167. — С. 129 – 132.
5. Технологический регламент производства закладочных работ на Артемьевской шахте Артемьевского производственного комплекса ТОО “Востокцветмет”, 2018.
6. Технологический регламент производства закладочных работ на Орловской шахте Орловского производственного комплекса ТОО “Востокцветмет”, 2017.
7. Руководство по определению нормативной прочности твердеющей закладки на рудниках цветной металлургии. — СПб.: ВНИМИ, 1993. — 38 с.
8. Голик В. И., Дмитрак Ю. В., Габараев О. З., Разоренов Ю. И. Использование остаточной прочности пород в несущих конструкциях при подземной добыче руд // Вестн. РУДН. Серия: Инженерные исследования. — 2019. — № 20 (2). — С. 193 – 203.
9. Технологический регламент по выбору типов и параметров крепей и технологии их возведения при отработке Артемьевского месторождения ТОО “Востокцветмет”, 2017.
10. Технологический регламент по выбору типов и параметров крепей и технологии их возведения при отработке Орловского месторождения ТОО “Востокцветмет”, 2017.
11. Аршавский В. В. Формирование дискретной блочной среды в закладочном массиве // ГИАБ. — 2005. — № 11. — С. 145 – 153.
12. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 543 с.
13. Шапошник Ю. Н., Неверов А. А., Неверов С. А., Никольский А. М. Оценка влияния накопившихся пустот на безопасность доработки Артемьевского месторождения // ФТПРПИ. — 2017. — № 3. — С. 108 – 118.
14. Шапошник Ю. Н., Неверов С. А., Неверов А. А., Конурин А. И., Шапошник С. Н. Геомеханическое обоснование подэтажно-камерной системы разработки при отработке нижних горизонтов Орловского месторождения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 310 – 316.
15. Казикаев Д. М. Геомеханика подземной разработки руд. — М.: МГГУ, 2005. — 542 с.
16. Неверов С. А., Неверов А. А. Геомеханическая оценка устойчивости выработок выпуска руды при системах с обрушением // ФТПРПИ. — 2013. — № 2. — С. 113 – 122.
17. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи. — М.: Стройтехиздат, 1983. — 272 с.
18. ГОСТ 31559–2012. Крепи анкерные. Общие технические условия (с изменениями № 1).
19. ГОСТ 18662–83. Государственный стандарт “Профили горячекатаные СВВ для крепи горных выработок. Сортамент”.

УДК 504.55.054:622(470.6)

ДИФФЕРЕНЦИРОВАННАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОБНАЖЕНИЙ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ПОДЭТАЖНО-КАМЕРНОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ С ЗАКЛАДКОЙ
В. И. Голик, Ю. И. Разоренов, В. С. Пузин, Г. В. Стась

Южно-Российский государственный политехнический университет,
Е-mail: v.i.golik@mail.ru, ул. Просвещения, 132, 346428, г. Новочеркасск, Россия
Тульский государственный университет,
Е-mail: galina_stas@mail.ru, просп. Ленина, 92, 300012, г. Тула, Россия
Московский политехнический университет,
ул. Б. Семеновская, 38, 107023, г. Москва, Россия

Предложен комплексный подход к оценке безопасных параметров подземных технологий при выемке рудных залежей редких, благородных и цветных металлов, основанный на совместном учете постоянно меняющихся свойств горных пород, принципах районирования месторождений и ранжированного использования критерия сохранности пролета свода естественного равновесия. На примере месторождения Шокпак-Камышовое выполнено обоснование устойчивости горнотехнических конструкций при освоении камерной системы разработки. Установлена возможность отработки обособленных залежей малой мощности без закладки выработанного пространства или с принудительным обрушением вмещающих пород.

Массив горных пород, система разработки, устойчивость, методика

DOI: 10.15372/FTPRPI20210508 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Голик В. И., Полухин О. Н., Петин А. Н., Комащенко В. И. Экологические проблемы разработки рудных месторождений КМА // Горн. журн. — 2013 — № 4. — С. 91 – 94.
2. Качурин Н. М., Стась Г. В., Корчагина Т. В., Змеев М. В. Геомеханические и аэродинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса // Изв. ТулГУ. Науки о земле. — 2017. — Вып. 1. — С. 170 – 182.
3. Burdzieva O. G., Zaalishvili V. B., Beriev O. G., Kanukov A. S., and Maysuradze M. V. Mining impact on environment on the North Ossetian territory, Int. J. Geomate, 2016, Vol. 10, No. 1. — P. 1693 – 1697.
4. Лискова М. Ю. Негативное воздействие, оказываемое на окружающую среду предприятиями по добыче и обогащению калийно-магниевых солей // Вест. Пермского нац. иссл. политех. ун-та. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2017. — Т. 16. — № 1. — С. 82 – 88.
5. Ляшенко В. И., Стусь В. П. Охрана окружающей среды в зоне влияния уранового производства // Безопасность жизнедеятельности. — 2015. — № 3. — С. 37 – 44.
6. Воробьев А. Е., Голик И. И., Лобанов Д. П. Приоритетные пути развития горнодобывающего и перерабатывающего комплекса Северо-Кавказского региона. — Владикавказ, 1998. — 360 с.
7. Голик В. И., Разоренов Ю. И., Страданченко С. Г., Хашева З. М. Принципы и экономическая эффективность комбинирования технологии добычи руд // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. — 2015. — Т. 326. — № 7. — С. 6 – 14.
8. Абрамкин Н. И., Местоева Х. Х., Местоев И. Х. Обоснование технологических решений при интегрированное отработке запасов выемочных участков угольных шахт // ГИАБ. — 2018. — № S47. — С. 3 – 12.
9. Клюев Р. В., Босиков И. И., Майер А. В., Гаврина О. А. Комплексный анализ применения эффективных технологий для повышения устойчивого развития природно-технической системы // Устойчивое развитие горных технологий. — 2020. — № 2. — С. 283 – 290.
10. Серяков В. М. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород при применении технологий с закладкой разработанного пространства // ФТПРПИ. — 2014. –– № 5. — С. 51 – 60.
11. Разоренов Ю. И., Голик И. И., Куликов М. М. Экономика и менеджмент горной промышленности. — Новочеркасск, 2010. — 247 с.
12. Бурмистров К. В., Осинцев Н. А. Принципы устойчивого развития горнотехнических систем в переходные периоды // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — T. 331. — № 4. — С. 179 – 195.
13. Молев М. Д., Масленников С. А., Занина И. А., Стуженко Н. И. Прогнозирование состояния техносферной безопасности. — Шахты, 2015. — 113 с.
14. Месхи Б., Плешко М., Булыгин Ю., Алексеенко Л., Молев М. Обеспечение безопасной эксплуатации и оценка состояния подземных сооружений методом акустико-резонансной дефектоскопии // Серия конференций ИОП: Наука о Земле и окружающей среде. — 2017. — Вып. 90. — № 1. — Article ID 012217.
15. Калинченко В. М., Шурыгин Д. Н., Круковский Ю. М. Математическое моделирование толщи горных пород с целью прогноза тектонической нарушенности угольного пласта // Маркшейдерский вестник. — 2020. — № 2 (135). — С. 25 – 30.
16. Бригида В. С., Кожиев Х. Х., Сарян А. А., Джиоева А. К. Пространственно-временные задачи геоэкологии — междисциплинарный подход // ГИАБ. — 2020. — № 4. — С. 20 – 32.
17. Zaalishvili V. B., Melkov D. A., Dzeranov B. V., Morozov F. S., and Tuaev G. E. Integrated instrumental monitoring of hazardous geological processes under the Kazbek volcanic center, Int. J. Geomate, 2018, Vol. 15, No. 47. — P. 158 – 163.
18. Aksenov V. V., Khoreshok A. A., Beglyakov V. U., and Efremenkov A. B. The concept of creating perspective technological paradigm of formation (development) of the underground space on the basis of the leading development of new approaches in construction geotechnology and geotechnics. Premises and basic provisions (Part 2), ISPCIET 2019, IOP Conf. Series: Materials Sci. Eng., 2019, Vol. 656, Article ID 012005.
19. Курленя М. В., Миренков В. Е. Динамика смешений пород крови при разработке в процессе ведения чистых работ // ФТПРПИ. –– 2020. –– № 1. — С. 3 – 11.
20. Неверов С. А., Неверов А. А., Щукин С. А., Шапошник Ю. Н., Никольский А. М. Обоснование разработки подкарьерных запасов золотосодержащего месторождения восходящей выемкой с породной закладкой // ФТПРПИ. — 2020. — № 4. — С. 79 – 93.

УДК 622.271.3 

УСЛОВИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ БАКЧАРСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В. И. Ческидов, В. Л. Гаврилов, А. В. Резник, А. С. Бобыльский

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: cheskid@misd.nsc.ru, gvlugorsk@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия

Отмечена актуальность освоения новых железорудных месторождений Сибири в связи с истощением существующей минерально-сырьевой базы металлургических предприятий и потенциалом внутреннего и внешнего потребления качественной железосодержащей продукции. Рассмотрены особенности природно-климатических, гидрологических и горно-геологических условий в районе Бакчарского оолитового месторождения бурых железняков в Томской области как перспективного объекта недропользования. Приведены результаты анализа публикаций и научно-технических решений, касающихся добычи бакчарской руды. Показаны риски освоения месторождения в условиях высоких экологических стандартов к сохранению природной среды региона и неопределенности рынка. Сформулированы основные требования к потенциальным геотехнологиям добычи руды и предложены концептуальные основы варианта ресурсосберегающей эколого-ориентированной отработки месторождения с рациональным использованием в технологическом цикле добычи руды природных и техногенных ресурсов.

Месторождение, бурый железняк, горно-геологические условия, обводненность, карьерные воды, продуктивная толща, технология отработки, гидромеханизация, выработанное пространство

DOI: 10.15372/FTPRPI20210509 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 году. Гос. доклад. — М., 2020. — 494 с. https://www.mnr.gov.ru/docs/gosudarstvennye_doklady (дата обращения 12.07.2021 г.).
2. ЕВРАЗ. Годовые отчеты https://www.evraz.com/ru/investors/reports-and-results/annual-reports/ (дата обращения 12.07.2021 г.).
3. Филиппов П. А., Фрейдин А. М. О развитии рудной базы металлургического комплекса Западной Сибири // ФТПРПИ. — 2012. — № 4. — С. 133 – 143.
4. Рогов В. Ю. Современные представления о реальных направлениях размещения предприятий черной металлургии в Сибири // Вестн. ЗабГУ. — 2020. — Т. 26. — № 7. — С.132 – 139.
5. Данилов Ю. Г., Григорьев В. П. Стратегия развития Дальневосточного металлургического кластера // ЭКО. — 2015. — № 5. — С. 99 – 110.
6. ГИС-Пакеты оперативной геологической информации (ГИС-Атлас “Недра России”) http://vsegei.com/ru/info/atlaspacket/ (дата обращения 12.07.2021 г.).
7. Rudmin M., Banerjee S., and Mazurov A. Compositional variation of glauconites in Upper Cretaceous-Paleogene sedimentary iron-ore deposits in South-eastern Western Siberia, Sedimentary Geology, 2017, Vol. 355. — P. 20 – 30.
8. Мазуров А. К., Боярко Г. Ю., Емешев В. Г., Комаров А. В. Перспективы освоения Бакчарского железорудного месторождения, Томская область // Руда и металлы. — 2006. — № 2. — С. 64 – 70.
9. Паровинчак М. С., Лукьянов В. Г., Гринев О. М., Ростовцев В. Н. Освоение Бакчарского железорудного месторождения в Томской области — главный проект стратегии развития Сибири на ближайшие десятилетия // Вестн. РАЕН. Зап.-Сиб. отд.-ние. — 2017. — № 20. — С. 57 – 66.
10. Рудмин М. А., Мазуров А. К., Рева И. В., Стеблецов М. Д. Перспективы комплексного освоения Бакчарского железорудного месторождения (Западная Сибирь. Россия) // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. — 2018. — Т. 329. — № 10. — С. 85 – 94.
11. Рудмин М. А. Особенности осадочных отложений, вмещающих железные руды Бакчарского месторождения (Томская область) // Металлогения древних и современных океанов. — 2013. — № 19. — С. 120 – 123.
12. Перспективы освоения Бакчарского железорудного месторождения / отв. ред. Н. А. Чинакал. — Новосибирск: ИГД СО РАН, 1971. — 283 с.
13. Ермашова Н. А. Гидрогеологическая типизация Бакчарского железорудного месторождения и прогноз условий его освоения // Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири: материалы Межрегион. науч.-практ. конф. — Томск: ТПУ, 2005. — С. 125 – 128.
14. Кузеванов К. И., Кузеванов К. К., Дутова Е. М., Покровский В. Д. Гидрогеологические условия Бакчарского железорудного месторождения и предварительная оценка водопритоков // Изв. РАЕН. Геология разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. — 2018. — Т. 41. — № 4 (65). — С. 23 – 36.
15. Постановление Правительства РФ от 16.12.2017 г. № 1563 “Об учреждении государственного природного заповедника “Васюганский”.
16. Копысов C. Г. Параметры экологически допустимой разработки Бакчарского железорудного месторождения // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2011. — № 5. — С. 420 – 425.
17. Шайхиев И. Р. Геоэкологический мониторинг природных сред района Бакчарского железорудного месторождения (Томская область) // Современные проблемы науки и образования. http://science-education.ru/ru/article/view?id=19954 (дата обращения 12.07.2021 г.).
18. Апасов А. М., Едешева Ч. В. Большая руда Бакчара // Вестн. горно-металлургической секции РАЕН. Отделение металлургии. — 2014. — № 32. — С. 186 – 194.
19. Янин Е. П. Оценка воздействия разработки российских железорудных месторождений на окружающую среду. Обзор // Экол. экспертиза. — 2019. — № 5. — С. 2 – 94.
20. Резник А. В., Ческидов В. И. Технология открытой разработки обводненных буроугольных месторождений Канско-Ачинского бассейна // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — С.106 – 115.
21. Ческидов В. И., Резник А. В. Особенности формирования гидроотвала вскрышных пород при разработке обводненного буроугольного месторождения // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С.105 – 111.

УДК 622.831 

МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПОДХОД К ОРГАНИЗАЦИИ МОНИТОРИНГА УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ
В. В. Рыбин, К. Н. Константинов, И. Ю. Розанов

Горный институт КНЦ РАН,
E-mail: k.konstantinov@ksc.ru, ул. Ферсмана, 24, 184209, г. Апатиты, Россия

Показано, что повышение безопасности при ведении открытых горных работ в сложных горно-геологических условиях может быть достигнуто при организации на предприятии многоуровневой системы геомеханического мониторинга по отслеживанию состояния уступов и бортов карьера, а также законтурного массива пород на различных масштабных уровнях. Приводится характеристика широко используемых как в отечественной, так и в зарубежной практике методов мониторинга за устойчивостью конструктивных элементов карьера. Предложенный подход свидетельствует о необходимости оснащения действующих предприятий современными средствами контроля, методиками, специальными службами, которые в своей взаимосвязи существенно расширяют возможности геомеханического мониторинга.

Мониторинг, многоуровневость, устойчивость бортов карьеров, геодезия, радарные технологии, геофизические методы, напряженно-деформированное состояние, коэффициент Пуассона

DOI: 10.15372/FTPRPI20210510 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Данилкин А. А., Козырев А. А., Бочаров С. Н., Рыбин В. В. Перспективная концепция развития горных работ на АО “Ковдорский ГОК” // Горн. журн. — 2019. — № 6. — С. .30 – 34.
2. Низаметдинов Н. Ф., Низаметдинов Р. Ф., Нагибин А. А., Естаева А. Р. Устойчивость откосов уступов и бортов карьера в глинистых породах // ФТПРПИ. — 2020. — № 2. — С. 43 – 44.
3. Каспарьян Э. В., Кожуховский А. В., Розанов И. Ю. Опыт организации мониторинга устойчивости бортов и уступов карьера // Горн. журн. — 2015. — № 5. — С. 67 – 74.
4. Низаметдинов Ф. К., Барышников В. Д., Жанатулы Е., Нагибин А. А., Туякбай А. С., Низаметдинов Н. Ф., Естаева А. Р. Обоснование и выбор расчетных параметров прочностных свойств горных пород для оценки устойчивости бортов карьеров // ФТПРПИ. — 2021. — № 3. — С. 31 – 37.
5. Машуков В. И., Пирля К. В., Барышников В. Д. Структура горной породы и ее паспорт прочности // ФТПРПИ. — 1990. — № 3. — С. 21 – 27.
6. Ильинская Е. А., Будилова В. В. Комплексный маркшейдерский мониторинг при совместном применении спутниковой и наземной систем наблюдении за деформациями бортов карьеров // Материалы VI Всерос. молодежной науч.-практ. конф. “Проблемы недропользования”, 8 – 10 февраля 2012. — Екатеринбург, 2012. — С. 446 – 452.
7. Романько Е. А., Ковырзин К. Л. Организация маркшейдерских наблюдений на месторождении Юбилейное ООО “Башкирская медь” // Маркшейдерский вестн. — 2014. — № 4. — С. 22 – 24.
8. Панжин А. А., Сашурин А. Д., Панжина Н. А., Ефремов Е. Ю. Методика и результаты геодинамического мониторинга при разработке Узельгинского и Талганского месторождений Южного Урала // ФТПРПИ. — 2017. — № 6. — С. 41 – 49.
9. Спирин В. И. Принципы организации инструментальных наблюдений за деформационными процессами, протекающими в прибортовых массивах карьера “Восточный” Олимпиадинского ГОКа // Материалы VI Всерос. молодежной науч.-практ. конф. “Проблемы недропользования”, 8 – 10 февраля 2012. — Екатеринбург, 2012. — С. 529 – 540.
10. Sakurai S. and Shimizu N. Monitoring the stability of slopes by GPS, Int. Symp. on Stability of Rock Slopes in Open Pit Min. and Civil Eng., SAIMM, 2007. — P. 353 – 359.
11. Kim D., Langley R. B., Bond J., Chrzanowski A. Local deformation monitoring using GPS in an open pit mine: Initial study, GPS Solutions, 2003, No. 7. — P. 176 – 185.
12. Zahariadis H. and Tsakiri M. Low cost monitoring system in the open pit lignite mines of megalopoli, Greece, 3rd IAG / 12th FIG Symp., Baden, May 22 – 24, 2006.
13. Kozyrev A. A., Kasparian E. V., Savchenko S. N., and Dostovalov R. N. Rock Mechanics monitoring of hard rock massifs using space geodesy methods, Proc. of the 23rd Int. Mining Congr. of Turkey, April 16 – 19, 2013, Antalya, Turkey, Ed. Ilkay Celik & Mehtap Kilic, Publ. TMMOD Maden Muhendisleri Odasi Selanic Cad. 19/14 Kizilay-Ankara, ISBN: 978–605–01–0467–7. — P. 627 – 629.
14. Dyke G. P. Best practice and new technology in open pit mining geotechnics: Geita gold mine, Mali — a case study, World Gold Conf. 2009, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2009.
15. Severin J., Eberhardt E., Ngidi S., and Stewart A. Importance of understanding 3-D kinematic controls in the review of displacement monitoring of deep open pits above underground mass mining operations: Proc. of the 3rd CANUS Rock Mechanics Symp., Toronto, 2009.
16. Ingegneria Dei Sistemi (IDS) — Radar for mining applications, Available at: www.mining-technology.com/contractors/exploration/idsingegneria (Accessed 05 October, 2011).
17. Розанов И. Ю., Завьялов А. А. Применение радара IBIS FM для контроля состояния борта карьера рудника “Железный” (АО “Ковдорский ГОК”) // ГИАБ. — 2018. — № 7. — С. 40 – 46.
18. Верхоланцев А. В., Дягилев Р. А., Шулаков Д. Ю., Шкурко А. В. Мониторинг сейсмического воздействия взрывов на карьере “Шахтау” // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С. 59 – 69.
19. Маловичко Д. А., Линч Р. Э. Микросейсмический мониторинг бортов карьеров // Горн. эхо. — 2006. — № 2 (24). — C. 21 – 30.
20. Wesseloo J. and Sweby G. J. Microseismic monitoring of hard rock mine slopes, Proc. South. Hemisphere Int. Rock Mech. Symp. (SHIRMS), Vol. 1, Perth, Western Australia, 2008. — P. 433 – 450.
21. Lynch R. A., Wuite R., Smith B. S., and Cichowicz A. Micro-seismic monitoring of open pit slopes. Proc. of the 6th Simp. on Rockbursts and Seismicity in Mines, ed. Y. Potvin and M. Hudyma,ACG: Perth, 2005. — P. 581 – 592.
22. Kozyrev A. A., Kagan M. M., and Chernobrov D. S. Results related pit wall microseismic monitoring (“Zhelezny” mine, Kovdorsky GOK, JSC), Proc. of 8th Int. Symp. on Rockbursts and Seismicity in Mines., Perm. Mining Institute of RAS, 2013. — P. 501 – 505.
23. Rybin V. V., Panin V. I., Kagan M. M., and Konstantinov K. N. Geophysical monitoring as an inherent part of the technological process in deep open pits, Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses: Proc. of the 2018 European Rock Mechanics Symp., 2018, 1st Edition, Vol. 1. — P. 551 – 556.
24. Rybin V. V., Konstantinov K. N., and Kalyuzhny A. S. Integrated approach to slope stability estimation in deep open pit mines, Eurasian Min., 2019, No. 2. — P. 23 – 26.

ГОРНОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 622.23.01 

ВЛИЯНИЕ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ РЕЗЦОВОГО ИНСТРУМЕНТА НА РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
Е. А. Аверин, А. Б. Жабин, А. В. Поляков, Ю. Н. Линник, В. Ю. Линник

Скуратовский опытно-экспериментальный завод,
E-mail: evgeniy.averin.90@mail.ru, ул. Экспериментальная, 8, 300911, г. Тула, Россия
Тульский государственный университет,
E-mail: zhabin.tula@mail.ru, polyakoff-an@mail.ru, просп. Ленина, 92, 300012, г. Тула, Россия
Государственный университет управления,
E-mail: yn_linnik@guu.ru, d0c3n7@gmail.com, Рязанский проспект, 99, 109542, г. Москва, Россия

Приводятся рекомендации по схемам расстановки резцов, способствующим недопущению существенного роста усилий на соседних с вышедшим из строя резцах. Предложено решение задачи своевременного выявления повреждения резцового инструмента на основе анализа характера изменения нагруженности трансмиссии исполнительного органа горной машины. Согласно теоретическим расчетам, при выходе из строя резцового инструмента относительный рост усилия подачи не превышает относительного роста усилия резания, в отличие от увеличения нагрузки вследствие изменения прочности разрушаемых горных пород. Данная гипотеза проверена при проходке шахтного ствола на Талицком участке Верхнекамского месторождения калийно-магниевых руд комбайном 1СПКВ-8.0 и получила подтверждение.

Тангенциальный поворотный резец, износ, выход инструмента из строя, резание горных пород, аварийный режим работы, соотношение усилий резания и подачи

DOI: 10.15372/FTPRPI20210511 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Prokopenko S. A., Ludzish V. S., and Kurzina I. A. Improvement of cutting tools to enhance performance of heading machines in rocks, J. Min. Sci., 2016, Vol. 52. No. 1. — P. 153 – 159.
2. Шуо Цяо, Айлунь Ванг, Юмин Сья, Лайкунг Лин, Цзайчжен Лю, Цзиньшу Лю. Оценка влияния расположения резцов коронки на производительность проходческого комбайна // ФТПРПИ. — 2018. — № 6. — С. 98 – 108.
3. Ордин А. А., Окольнишников В. В., Рудометов С. В., Метельков А. А. Оценка производительности очистного комбайна при изменяющихся горно-технических и геомеханических характеристиках угольного пласта // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — С. 64 – 73.
4. Dewangan S. and Chattopadhyaya S. Performance analysis of two different conical picks used in linear cutting operation of coal, Arabian J. Sci. Eng., 2016, Vol. 41, No. 1. — P. 249 – 265.
5. Линник Ю. Н., Жабин А. Б., Линник В. Ю., Поляков А. В. Оценка влияния отказов резцов и резцедержателей на показатели эффективности работы угледобывающих комбайнов // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. — 2018. — № 2. — С. 247 – 263.
6. Талеров М. П., Болобов В. И. Долговечность и виды отказов тангенциальных поворотных резцов // Горн. журн. — 2018. — № 4. — С. 77 – 81.
7. Клишин В. И., Герике Б. Л., Никитенко С. М., Крестовоздвиженский П. Д. Виды и причины отказов тангенциальных поворотных резцов // Горн. журн. — 2016. — № 7. — С. 92 – 95.
8. Dewangan S. and Chattopadhyaya S. Characterization of wear mechanisms in distorted conical picks after coal cutting, Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49, No. 1. — P. 225 – 242.
9. Krauze K., Skowronek T., and Mucha K. Influence of the hard-faced layer welded on tangential-rotary pick operational part on to its wear rate, Arch. Min. Sci., 2016, Vol. 61, No. 4. — P. 779 – 792.
10. Yang D., Jianping L., Zheng K., and Jiang H. High-hardness alloy substituted by low hardness during drilling and cutting experiments of conical pick, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2017, No. 95. — P. 73 – 78.
11. Клишин В. И., Никитенко С. М., Герике Б. Л., Крестовоздвиженский П. Д. Новые армирующие вставки для тангенциальных поворотных резцов // Горн. журн. — 2014. — № 12. — С. 89 – 92.
12. Liu S., Ji H., Liu X., and Jiang H. Experimental research on wear of conical pick interacting with coal-rock, Eng. Failure Analysis, 2017, Vol. 74. — P. 172 – 187.
13. Yang D., Li J., Wang L., Kuidong G., Tang Y., and Wang Y. Experimental and theoretical design for decreasing wear in conical picks in rotation-drilling cutting process, Int. J. Advanced Manufacturing Techn., 2015, Vol. 77, No. 9 – 12. — P. 1571 – 1579.
14. Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А. О необходимости введения государственного стандарта для определения абразивности горных пород // Уголь. — 2018. — № 11. — С. 86 – 91.
15. Талеpов М. П., Болобов В. И., Чупин С. А. Методика расчета долговечности и установления причины выхода из строя тангенциальных поворотных резцов // Горное оборудование и электромеханика. — 2014. — № 1. — С. 16 – 23.
16. Dogruoz C., Bolukbasi N., Rostami J., and Acar C. An experimental study of cutting performances of worn picks, Rock Mech. Rock Eng., 2016, Vol. 49, No. 1. — P. 213 – 224.
17. Wang X., Su O., Wang Q. F., and Liang Y. P. Effect of cutting depth and line spacing on the cuttability behavior of sandstones by conical picks, Arabian J. Geosciences, 2017, Vol. 10, No. 23. — P. 525.
18. Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Линник Ю. Н., Линник В. Ю. Об учете неоптимальных режимов резания горных пород тангенциальными резцами // Уголь. — 2019. — № 7. — С. 20 – 24.
19. Жабин А. Б., Поляков А. В., Аверин Е. А., Сарычев В. И. Состояние научных исследований в области разрушения горных пород резцовым инструментом на рубеже веков // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. — 2018. — № 1. — С. 230 – 247.
20. Шишлянников Д. И., Трифанов М. Г., Чекмасов Н. В., Иванов С. Л. Выбор технически обоснованных режимов работы комбайнов “Урал” на основе оценки нагруженности их приводов в реальных условиях эксплуатации // Горное оборудование и электромеханика. — 2017. — № 7. — С. 3 – 8.
22. Лукин Д. Г., Юнгмейстер Д. А., Ячейкин А. И., Исаев А. И. Совершенствование работы исполнительного органа проходческого щита КТ 1–5.6М // Горн. журн. — 2018. — № 12. — С. 73 – 76.

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.7 

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДИФИЦИРОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНО-КИНЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АЛМАЗОВ ПОСРЕДСТВОМ ГИДРОФОБИЗАЦИИ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЛЮМИНОФОРОВ
В. В. Морозов, В. А. Чантурия, Г. П. Двойченкова, Е. Л. Чантурия

Институт проблем комплексного освоения недр РАН,
E-mail: dvoigp@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия

Комплексом термодинамических расчетов и спектральных исследований обоснованы концентрации реагентов-гидрофобизаторов (бутилового ксантогената и олеата натрия), обеспечивающие хемосорбцию и химическое взаимодействие с силикатной матрицей люминофора ФЛ-530. Обнаружено, что в оптимальных условиях происходит поверхностное взаимодействие реагентов-гидрофобизаторов с ортосиликатом цинка без протекания объемной реакции, которая приводит к снижению спектральных характеристик люминофора. Увеличение олеофильности люминофора ФЛ-530 повышает его способность удерживаться в органической фазе эмульсии и эффективность закрепления на поверхности алмазов. С использованием визиометрического анализа в ультрафиолетовом свете установлено повышение интенсивности закрепления гидрофобизированных люминофоров на алмазах и определены оптимальные концентрации растворов бутилового ксантогената калия и олеата натрия. Эксперименты на сепараторе “Полюс-М” подтвердили эффективность использования гидрофобизированного люминофора ФЛ-530, обеспечивающего существенное увеличение амплитуд быстрой и медленной компонент сигнала рентгенолюминесценции слаболюминесцирующих алмазов и их извлечение в процессе сепарации.

Алмазы, рентгенолюминесцентная сепарация, люминофоры, композиция, спектрально-кинетические характеристики, модифицирование

DOI: 10.15372/FTPRPI20210512 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Морозов В. В., Яковлев В. Н., Ковальчук О. Е., Подкаменный Ю. А. Экспериментальное обоснование состава люминофорсодержащих композиций для извлечения не люминесцирующих алмазов // ФТПРПИ. — 2019. — № 1. — С. 128 – 136.
2. Чантурия В. А., Двойченкова Г. П., Морозов В. В., Ковальчук О. Е., Подкаменный Ю. А., Яковлев В. Н. Исследование механизма и выбор режимов селективного закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах // ФТПРПИ. — 2020. — № 1. — С. 104 – 113.
3. Ковальчук О. Е., Двойченкова Г. П., Яковлев В. Н. Повышение извлечения аномально люминесцирующих алмазов методом модифицирования свойств их поверхности // Проблемы и перспективы эффективной переработки минерального сырья в ХХI веке (Плаксинские чтения — 2019). — М., 2019. — С. 253 – 255.
4. Дерябин В. А. Фарафонтова Е. П. Физическая химия дисперсных систем / под науч. ред. Е. А. Кулешова. — М.: Юрайт, 2018. — 86 с.
5. Shchukin E. and Zelenev A. Physical-chemical mechanics of disperse systems and materials, CRC Press, 2016. — 400 p.
6. Сорокин М. М. Флотационные методы обогащения. Химические основы флотации. — М.: ИД МИСиС, 2011. — 411 c.
7. Абрамов А. А. Флотация. Физико-химическое моделирование процессов. — М.: МГГУ, 2010. — 607 с.
8. Фиштик И. Ф. Термодинамика сложных химических равновесий. — Кишинев: Штиинца, 1989. — 313 с.
9. Бондарева Л. П., Кунахова Е. Н., Никулина А. В. Ионообменное концентрирование неорганических анионов из водных растворов // Вестн. ВГУИТ. — 2016. — № 4. — С. 222 – 227.
10. Эткинс П., де Паула Дж. Физическая химия. Ч. 1. Равновесная термодинамика. — М.: Мир, 2007. — 494 с.
11. Handbook of chemistry and physics, CRC Press, 2018. — 2560 р.
12. Лидин Р. А., Андреева Л. Л., Молочко В. А. Константы неорганических веществ. — М.: Дрофа, 2008. — 685 с.
13. База данных “Термические константы веществ”. ИТЭС ОИВТ РАН и Химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова. http://www.chem.msu.ru/cgi-bin/tkv.pl?show=welcome.html.
14. Чантурия В. А., Кондратьев С. А. Закономерности флотации несульфидных минералов олеиновой кислотой // ФТПРПИ. — 2014. — № 1. — С. 162 – 170.
15. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия. — М.: Мир, 1982. — 328 с.
16. Тарасевич Б. Н. Основы ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Подготовка проб в ИК- спектроскопии. — М.: Изд. МГУ им. М. В. Ломоносова, 2012. — 22 с.
17. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Циф¬ровая обработка изображений в среде Matlab. — М.: Техносфера, 2006. — 616 с.
18. Yoon R. H., Flinn D. H., and Rabinovich Y. I. Hydrophobic interactions between dissimilar surfaces, J. Colloid Interface Sci., 1997, Vol. 185. — P. 363 – 370.
19. Abraham M. H. and Acree W. E. Equations for the transfer of neutral molecules and ionic species from water to organic phases, J. Org. Chem. 2010, Vol. 75. — P. 1006 – 1015.
20. Сепаратор “Полюс-М”. Паспорт и инструкция по эксплуатации. — СПб.: АО “Буревестник”, 2015. — 134 с.
21. Park J., Park K., Lee S., Kim J., Kim G., and Yoo J. A simple synthesis method for Zn2SiO4:Mn2+ phosphor films and their optical and luminescence properties, J. Lumin., 2013, Vol. 134. — P. 71 – 74.
22. Demchenko A. P. Introduction to fluorescence sensing, Vol. 1: Materials and Devices, New York: Springer, 2020. — 673 p.
23. Годэн А. М. Флотация. — М.: Госгортехиздат, 1959. — 656 с.
24. Сидоров В. И., Малявский Н. И., Покидько Б. В. Получение низкоосновных силикатов некоторых переходных металлов методом осаждения // Вестн. МГСУ. — 2007. — № 1. — С. 163—166.
25. Яковлева А. А., Чыонг С. Н., Придатченко Ю. В., Шуваева Е. М. К вопросу о критической концентрации мицеллообразования олеата натрия // Прикладная химия и биотехнология. — 2013. — № 1. — С. 105 – 111.
26. Ahmed A. Seifelnasr, Ghorashi Z. Zain, and Abdel-Zaher M. Abouzeid Flotation of an oxidized copper sulfide ore, J. Min. World Express (MWE), Vol. 6, 2017. — P. 1 – 9.
27. Морозов В. В., Пестряк И. В., Эрдэнэзуул Ж. Влияние концентрации неионогенного собирателя — аллилового эфира амилксантогеновой кислоты на флотацию медно-молибденовых руд // Цв. металлы. — 2018. — № 11. — С. 14 – 20.
28. Макалин И. А. Исследование закономерностей распределения характеристик рентгеновской люминесценции алмазосодержащего сырья: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2013. — 140 с.

УДК 669.054.8:669.053.4 

КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ СМЕШАННОЙ МЕДНОЙ РУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛОТАЦИОННЫХ И ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
О. Е. Горлова, Н. Л. Медяник, О. А. Мишурина, Э. Р. Муллина

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,
Е-mail: medyanikmagnitka@mail.ru, ул. Ленина, 38, 455000, г. Магнитогорск, Россия

Изучены условия извлечения сульфидов рудной минерализации с применением комплекса методов флотации, выщелачивания окисленных минералов меди в условиях измельчения руды с некислотным комплексообразующим реагентом — сернокислым аммонием, сорбционно-электролитического извлечения меди из продуктивных высокоминерализованных медьсодержащих растворов. Представлен анализ результатов термодинамической функции состояния продуктов, полученных после взаимодействия основных минералов меди с продуктами гидролизных растворов сернокислого аммония. Предложен механизм сульфатно-аммонийного выщелачивания окисленных минералов меди при суммарных механотермоактивирующих воздействиях. Выполнены экспериментальные исследования по разработке комплексной технологии переработки некондиционных смешанных медных руд из отвалов путем сочетания химических и электрохимических методов, а также по переработке смешанной медной руды с применением комплексной флотационно-гидрометаллургической технологии.

Смешанная медная руда, комплексная технология, флотация, выщелачивание, сульфат аммония, параметры процесса

DOI: 10.15372/FTPRPI20210513 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Халезов Б. Д. Кучное выщелачивание медных и медно-цинковых руд (отечественный опыт). — Екатеринбург: УрО РАН, 2013. — 346 с.
2. Украинцев И. В., Трубилов В. С., Клепиков А. С. Бедное, некондиционное и техногенное сырье как перспективный источник получения меди // Цв. металлы. — 2016. — № 10. — С. 36 – 42.
3. Медяник Н. Л., Мишурина О. А., Муллина Э. Р., Смирнова А. В., Зайцева Е. В. Технология комплексной переработки гидротехногенных образований горных предприятий медноколчеданного профиля // Вестн. МГТУ им. Г. И. Носова. — 2019. — Т. 17. — № 4. — С. 10 – 17.
4. Chanturia V. A., Shadrunova I. V., Medyanik N. L., Mishurina O. A., and Mullina E. R. Conditions of bubbling in electrolytic flotation, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 3. — Р. 414 – 419.
5. Kordosky G. A. Copper recovery using leach/solvent extraction/electrowinning technology: Forty years of innovation, 2.2 million tonnes of copper annually, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2002, Vol. 102, No. 8. — P. 445 – 450.
6. Горлова О. Е., Юн А. Б., Синянская О. М., Медяник Н. Л. Разработка и опытно-промышленные испытания комбинированной технологии переработки отвала труднообогатимых смешанных медных руд месторождения Таскора // Цв. металлы. — 2018. — № 12. — С. 14 – 20.
7. Абрамов А. А. Собрание сочинений. Т. 7. Флотация. Реагенты-собиратели. — М.: Горн. книга, 2012. — 656 с.
8. Sinclair L. and Thompson J. In situ leaching of copper: challenges and future prospects, Hydrometallurgy, 2015, Vol. 157. — P. 306 – 324.
9. Ekmekyapar A., Aktas E., Kunkul A., and Demirkiran N. Investigation of leaching kinetics of copper from malachite ore in ammonium nitrate solutions, Metall. Mater. Trans. B, 2012, Vol. 43, Issue 4. — P. 764 – 772.
10. Chmielewski T., Wodka J., and Iwachow L. Ammonia pressure leaching for Lubin shale middlings, Physicoch. Problems Miner. Proc., 2009, Vol. 43. — Р. 5 – 20.
11. Baba A. A., Ghosh M. K., Pradhan S. R., Rao D. S., Baral A., and Adekola F. A. Characterization and kinetic study on ammonia leaching of complex copper ore, Trans. Nonferrous Metals Society of China, 2014, Vol. 24. — Р. 1587 – 1595.
12. Горлова О. Е. Развитие научно-методологических основ технологии переработки горнопромышленных отходов: дис. …д-ра техн. наук. — Магнитогорск, 2020. — 375 с.

РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА

УДК 62–543.3:624.191.94 

МЕТОДИКА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СИСТЕМЫ ШАХТНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ
Ананда Шанкар Хати

Индийский технологический институт,
E-mail: anandashati@iitism.ac.in, 826004, г. Дханбад, Индия

Обобщены закономерности регулирования скорости асинхронного электродвигателя системы шахтной вентиляции при изменении параметров, измеряемых в режиме реального времени, таких как температура и влажность. На основе адаптивной системы управления с эталонной моделью рассмотрена методика бездатчиковой оценки скорости асинхронного электродвигателя, используемого в приводах шахтной вентиляции при изменении температуры и влажности. Разработанный метод проверен аналитически и экспериментально в программах MATLAB/Simulink и LabVIEW-2013. Статистически подтверждено эмпирическое соотношение между температурой и влажностью воздуха в шахте и скоростью электропривода системы вентиляции.

Оценка скорости, адаптивная система управления, эталонная модель, асинхронный электропривод, система вентиляции

DOI: 10.15372/FTPRPI20210514 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Moger G. D., Murthy Ch. S., and Udayakumar R. U. Experimental study on energy consumption of wound rotor induction motor in mine applications, Int. J. Eng. Sci. Innovative Technol., 2013, Vol. 2, No. 5. — P. 363 – 369.
2. Lee K., Rugge R., Zheng K., and Yang B. Energy saving HVAC system modelling and closed loop control in industrial and commercial adjustable speed drives, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Pittsburgh, USA, 2014, P. 1286 – 1292.
3. Krouse P. C., Wasynczuk O., and Sudhoff S. Analysis of electrical machinery and drive system, IEEE Press, 2004 — 613 p.
4. Schachter N. Energy efficient speed control using modern variable frequency drives, CIMENTEC Eng. Ltd. — P. 1 – 8.
5. Chuang H. C., Chi J., Chang K., and Lee C. Study on a fan coil unit and chiller by an intelligent control method with a stepless variable speed driving technology, Building and Environment, 2018, Vol. 132. — P. 137 – 146.
6. Magzoub M., Saad N., Ibrahim R., and Irfan M. An experimental demonstration of hybrid fuzzy-fuzzy space-vector control on AC variable speed drives, Neural Computing and Applications, 2019, Vol. 31, No. 2. — P. 777 – 792.
7. Hannan M., Ali J., Mohamed A., and Hussain A. Optimization techniques to enhance the performance of induction motor drives: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, Vol. 81. — P. 1611 – 1626.
8. Chuang H., Li G., and Lee C. The efficiency improvement of AC induction motor with constant frequency technology, Energy, 2019, Vol. 174. — P. 805 – 813.
9. Moger G. D., Murthy C. S. N., and Kumar R. Y. U. Energy consumption of mine haulage drive system in an underground coal mine — a case study, Int. J. Emerging Technol. Advanced Eng., 2013, Vol. 3. — P. 271 – 277.
10. Nie X., Wei X., Li X., and Lu C. Heat treatment and ventilation optimization in a deep mine, Advances in Civil Eng., 2018, Vol. 4. — P. 1 – 12.
11. Toliyat H. A. and Kliman G. B. Handbook of electric motors, CRC Press, 2018. — 850 p.
12. Kingeri D. S. Introduction to mine ventilation principles and practices, Washington, U. S. Govt. Print. Off., Bull. 589, 1960. — 54 p.
13. Schauder C. Adaptive speed identification for vector control of induction motors without rotational transducers, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 28, No. 5, 1992. — P. 1054 – 1061.
14. Babu V. R., Maity T., and Prasad H. Energy saving techniques for ventilation fans used in underground coal mines — a survey, J. Min. Sci., 2015, Vol. 51, No. 5. — P. 1001 – 1008.
15. Mishra G. B. Mine environment and ventilation, Calcutta, Oxford univ. press, 2013. — 619 p.
16. Hartman H. L., Mutmansky J. M., Ramani R. V., and Wang Y. J. Mine ventilation and air conditioning, John Wiley & Sons, 2013. — 752 p.
17. Lawrence M. The relationship between relative humidity and the dewpoint temperature in moist air: A simple conversion and applications, Bull. Am. Meteorological Soc., 2005, Vol. 86, No. 2. — P. 225 – 234.
18. Chatterjee A., Zhang L., and Xia X. Optimization of mine ventilation fan speeds according to ventilation on demand and time of use tariff, Applied Energy, 2015, Vol. 146. — P. 65 – 73.
19. Babu V. R., Maity T., and Burman S. Optimization of energy use for mine ventilation fan with variable speed drive, ICICPI, 2016. — P. 148 – 151.
20. Shonin O. B. and Pronko V. S. Increasing energy efficiency of mine ventilation systems via multipurpose control of a main fan adjustable speed electric drive, Mechanization, Electrification and Automation in Mines, 2013, Vol. 56. — P. 163 – 169.
21. Orlowska-Kowalska T. and Dybkowski M. Stator-current-based MRAS estimator for a wide range speed-sensorless induction-motor drive, IEEE Trans. Industrial Electronics, 2009, Vol. 57, No. 4. — P. 1296 – 1308.
22. Arulmozhiyal R. and Baskaran K. Speed control of induction motor using fuzzy PI and optimized using GA, Int. J. Recent Trends in Eng., 2009, Vol. 2, No. 5. — P. 43.
23. Mourougan S. and Sethuraman K. Hypothesis development and testing, J. Bus. Manag, 2017, Vol. 19. — P. 34 – 40.
24. Sinha A. K., Das S., and Chatterjee T. K. Empirical relation for broken bar determination in SCIM, COMPEL Int. J. Comput. Math. Electric. Electron. Eng., 2018, Vol. 37, No. 1. — P. 242 – 265.
25. Camblor P. M. On correlated z-values distribution in hypothesis testing, Comput. Statistics & Data Analysis, 2014, Vol. 79. — P. 30 – 43.
26. Mare P. Novel simulations for energy management of mine cooling systems, Doctoral dissertation, North-West University, South Africa, 2017. — 245 p.
27. McPherson M. J. Subsurface ventilation and environmental engineering, Springer Science & Business 28. McPherson M. J. Subsurface ventilation engineering, Springer, 2015.
28. Saidur R., Mekhilef S., Ali M. B., Safari A., and Mohammed H. A. Applications of variable speed drive (VSD) in electrical motors energy savings, Renewable Sustainable Energy Reviews, 2012, Vol. 16, No. 1. — P. 543 – 550.
29. Acuna E. I. and Feliu A. Considering ventilation on demand for the developments of the New Level Mine Project, El Teniente, Proc. 7th Int. Conf. Deep High Stress Min., Australian Centre for Geomechanics, 2014. — P. 813 – 821.
30. Peng W., Kunlei Z., Jingxian L., Yu Z., and Changyan S. Research and application of controlled circulating ventilation in deep mining, Proc. Eng., 2017, Vol. 84. — P. 758 – 763.
31. Babu V. R., Maity T., and Gupta S. Adaptive environment-friendly mine ventilation fan speed control using PLC, J. Eng. Technol., 2017, Vol. 6, No. 2. — P. 407 – 413.
32. Zucker G., Sporr A., Marijuan A. G., Ferhatbegovic T., and Hofmann R. A ventilation system controller based on pressure drop and CO2 model, Energy Build., 2017, Vol. 155. — P. 378 – 389.
33. Demirel N. Energy-efficient mine ventilation practices, Energy Efficiency in the Minerals Industry, Springer, 2018. — P. 287 – 299.
34. Papar R., Szady A., Huffer W. D., Martin V., and McKane A. Increasing energy efficiency of mine ventilation systems, Engineering, 1999.
35. Du Plessis J. J. L., Marx W. M., and Nell C. Efficient use of energy in the ventilation and cooling of mines, J. South. Afr. Inst. Min. Metall., 2014, Vol. 114, No. 12. — P. 1033 – 1037.
36. Gy J. Mine ventilation network based on cultural particle swarm optimization algorithm, J. Southeast University (Natural Science Edition), 2013.
37. Sui J., Yang L., Zhu Z., and Hua Z. Mine ventilation optimization design based on improved harmony search, WASE Int. Conf. Inform. Eng., IEEE, 2010. — P. 67 – 70.

ГОРНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА

УДК 622.4 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ КРЕПЬЮ ШАХТНОГО СТВОЛА И ПРОХОДЯЩИМ ПО СТВОЛУ ВОЗДУХОМ В УСЛОВИЯХ СМЕШАННОЙ КОНВЕКЦИИ
Е. В. Колесов, Б. П. Казаков, М. А. Семин

Горный институт УрО РАН,
Е-mail: kolesovev@gmail.com, ул. Сибирская, 78а, 614007, г. Пермь, Россия

Приведены результаты теоретического исследования динамики воздушных потоков в вертикальном шахтном стволе в условиях смешанной конвекции с применением трехмерного численного моделирования в программном комплексе Ansys. Получены средние коэффициенты теплоотдачи на границе “крепь – воздух” в зависимости от перепада температуры между воздухом и крепью ствола, а также от средней скорости воздушной струи. Определены пороговые скорости воздушного потока для различных перепадов температуры крепи и воздуха. Показано, что при скоростях выше пороговой в инженерных расчетах можно пренебречь влиянием термогравитационных сил и использовать формулу для теплоотдачи при вынужденной конвекции, а при скоростях ниже пороговой необходимо учитывать поправку на величину коэффициента теплоотдачи вследствие действия свободной конвекции. Предложена эмпирическая формула для вычисления среднего безразмерного коэффициента теплоотдачи при доминирующем влиянии свободной конвекции.

Рудничная вентиляция, шахтный ствол, смешанная конвекция, коэффициент теплоотдачи, CFD-моделирование, теплообмен

DOI: 10.15372/FTPRPI20210515 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Яковенко А. К. Методы прогноза и нормализации тепловых условий в высокопроизводительных лавах глубоких угольных шахт: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1985. — 18 c.
2. Дядькин Ю. Д. Основы горной теплофизики для шахт и рудников Севера. — М.: Недра, 1968. — 255 c.
3. Sherratt A. F. Temperatures around a cooled mine roadway, Coll. Eng., 1964, No. 2. — P. 221 – 225.
4. Красовицкий Б. А., Попов Ф. С. Температурный режим горных выработок // ИФЖ. — 1976. — Т. 31. — № 2. — С. 339 – 346.
5. Красовицкий Б. А., Попов Ф. С., Капитонова Т. А. Определение оптимальной толщины теплоизоляции по длине горной выработки // Материалы Междунар. симп. “Градиент-77”. — Киев: Наук. думка, 1977. — С. 238 – 245.
6. Журавленко В. Я., Шелиманов В. А., Козлов Е. Н., Мукоед Н. И. О методах вычисления параметров рудничного воздуха в лаве и их сравнении // ДАН УССР, Серия А. — 1979. — № 10. — С. 859 – 862.
7. Коздоба Л. А., Черняк В. П. Физическая характеристика и математическое описание системы “массив – выработка” в связи с проблемой прогноза и регулирования теплового режима глубоких шахт и металлических рудников // Материалы Междунар. симп. “Градиент-77”. — Киев: Наук. думка, 1977. — С. 40 – 49.
8. Черняк В. П., Киреев В. А., Полубинский А. С. Нестационарный тепломассоперенос в разрушаемых массивах горных пород. — Киев: Наук. думка, 1992. — 224 c.
9. Кияница Л. А., Лугин И. В., Красюк А. М. Исследование тепловых режимов протяженных железнодорожных горных тоннелей в холодный период года // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 169 – 188.
10. Брайчева Н. А., Черняк В. П., Щербань А. Н. Методы расчета температуры вентиляционного воздуха подземных сооружений. — Киев: Наук. думка, 1981. — 184 с.
11. Черняк В. П. Тепловые расчеты подземных сооружений. — Киев: Наук. думка, 1993. — 199 с.
12. Коздоба Л. А., Черняк В. П. Физическая характеристика и математическое описание системы “массив – выработка” в связи с проблемой прогноза и регулирования теплового режима глубоких шахт и металлических рудников // Материалы Междунар. симп. “Градиент-77”. — Киев: Наук. думка, 1977. — С. 40 – 49.
13. Щербань А. Н., Кремнев О. А. Научные основы расчета и регулирования теплового режима глубоких шахт: в 2 т. — Киев: АН УССР, 1959. — Т. 1. — 430 с.
14. Кремнев О. А., Журавленко В. Я. Тепло- и массообмен в горном массиве и подземных сооружениях. — Киев: Наук. думка, 1986. — 342 с.
15. Бурцев А. Н., Постольник Ю. С. Аналитическое исследование теплообмена между бесконечным массивом и цилиндрической полостью с нестационарной температурой среды // Горн. журн. — 1978. — № 9. — С. 63 – 67.
16. Гендлер С. Г. Способ определения коэффициента теплоотдачи в горных выработках // Пром. теплотехника. — 1986. — Т. 8. — № 3. — С. 44 – 47.
17. Брайчева Н. А., Добрянский Ю. П., Щербань А. Н. К постановке задач о тепловом режиме теплоносителя, движущегося в горной выработке // Пром. теплотехника. — 1986. — Т. 8. — № 1. — С. 19 – 22.
18. Воропаев А. Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах. — М.: Недра, 1966. — 219 с.
19. Шалимов А. В. Теоретические основы прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания рудников: дис. … д-ра техн. наук. — Пермь, 2012. — 329 c.
20. Венгеров И. Р. Теплофизика шахт и рудников. Математические модели. Т. 1. Анализ парадигмы. — Донецк: Норд-Пресс, 2008. — 632 с.
21. Levin L. Y., Semin M. A., and Zaitsev A. V. Mathematical methods of forecasting microclimate conditions in an arbitrary layout network of underground excavations, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50, No. 2. — P. 371 – 378.
22. Казаков Б. П., Шалимов А. В. Устойчивость конвективного проветривания рудника после отключения вентилятора // ФТПРПИ. — 2019. — № 4. — С. 122 – 130.
23. Kolesov E. V., Kazakov B. P., and Grishin E. L. Study of the convective stratification of airflows in a mine shaft, J. Physics: Conf. Series, 2021, Vol. 1945, 012020.
24. Петухов Б. С., Поляков А. Ф., Шехтер Ю. Л. Турбулентное течение и теплообмен в поле силы тяжести // ТВТ. — 1978. — Т. 16. — Вып. 3. — С. 624 – 639.
25. Петухов Б. С., Медвецкая Н. В. Турбулентное течение и теплообмен в вертикальных трубах при сильном влиянии подъемных сил // ТВТ. — 1978. — Т. 16. — Вып. 4. — С. 778 – 786.
26. Петухов Б. С. Вопросы теплообмен: избр. тр. — М.: Наука, 1987. — 278 с.
27. Петухов Б. С., Поляков А. Ф. Теплообмен при смешанной турбулентной конвекции. — М.: Наука, 28. Справочник по теплообменникам: в 2 т. Т. 1: пер. с англ. под ред. О. Г. Мартыненко и др. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 560 с.
29. Kazakov B. P., Shalimov A. V., and Semin M. A. Stability of natural ventilation mode after main fan stoppage, Int. J. Heat and Mass Transfer, 2015, Vol. 86. — P. 288 – 293.
30. Поляков А. Ф. Границы и характер начала влияния термогравитационных сил на турбулентное течение и теплообмен в вертикальных трубах // ТВТ. — 1973. — Т. 11. — № 1. — С. 106 – 116.
31. Semin M. A. and Levin L. Yu. Theoretical research of heat exchange between air flow and shaft lining subject to convective heat transfer, Min. Inform. and Analyt. Bulletin, 2020, Vol. 6. — P. 151 – 167.
32. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. — М.: Физматлит, 2008. — 368 с.
33. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.: Энергия, 1977. — 344 с.

УДК 622.4 

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ В СИСТЕМЕ ВЕНТИЛЯЦИИ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ НА ОСНОВЕ ПСИХРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
М. Ондер, Н. Курсуноглу, С. Ондер

Эскишехирский университет Османгази,
Е-mail: monder@ogu.edu.tr, 26480, г. Эскишехир, Турция
Батманский университет,
72100, г. Батман, Турция

Предложена стратегия решения проблемы негативного влияния высокой температуры и влажности воздуха в выработках угольной шахты. Показано, что содержание влаги существенно влияет на состояние воздуха и тепловой поток, выделяемый от различных источников тепла. Выполнен расчет объема потока воздуха при его движении по сети выработок, обеспечивающего допустимые климатические условия согласно национальному стандарту Турции EN ISO 7243:2017.

Психрометрия, вентиляция шахты, влажность, тепловыделение

DOI: 10.15372/FTPRPI20210516 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Roghanci P., Kocsis K. C., and Sunkpal M. Sensitivity analysis of the effect of airflow velocity on the thermal comfort in underground mines, J. Sustainable Min., 2016, Vol. 15, No. 4. — P. 175 – 180.
2. Guyaguler T. High temperature and humudity problem in underground coal mining, The Sixth Coal Congress of Turkey, Zonguldak, 1988. — Р. 133 – 141.
3. Xiaojie Y., Qiaoyun H., Jiewen P., Xiaowei S., Dinggui H., and Chao L. Progress of heat-hazard treatment in deep mines, Min. Sci. Technol., Xuzhou, China, 2011, Vol. 21, No. 2. — P. 295 – 299.
4. Watson A. G. The contribution of conveyed coal to mine heat problems, University of Nottingham, 1981. — 290 с.
5. McPherson M. J. Subsurface ventilation and environmental engineering, Chapman and Hall, 1993. — 891 p.
6. Zhongpeng X. Distribution law of high temperature mine’s thermal environment parameters and study of heat damage’s causes, Procedia Eng., 2012, Vol. 43. — P. 588 – 593.
7. Zhao-gui S., Zhong-an J., and Zhong-Qiang S. Study on the heat hazard of deep exploitation in high-temperature mines and its evaluation index, Procedia Earth Planet. Sci., 2009, Vol. 1, No. 1. — P. 414 – 419.
8. Maurya T., Karena K., Vardhan H., Aruna M., and Raj M. G. Potential sources of heat in underground mines — a review, Procedia Earth Planet. Sci., 2015, Vol. 11. — P. 463 – 468.
9. Sunkpal M., Roghanchi P., and Kocsis K. C. A method to protect mine workers in hot and humid environments, Safety Health Work, 2018, Vol. 9, No. 2. — P. 149 – 158.
10. Man-Chao H. Application of HEMS cooling technology in deep mine heat hazard control, Min. Sci. Technol., Xuzhou, China, 2009, Vol. 19, No. 3. — P. 269 – 275.
11. Pickering A. J. and Tuck M. A. Heat: sources, evaluation, determination of heat stress and heat stress treatment, Min. Technol., 1997, Vol. 79. — P. 147 – 156.
12. 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.
13. Kiyanitsa L. A. On the calculation of air flow rates to ventilate closed-type stations in subway with the double-track tunnel, IOP Conf. Series Earth and Env. Sci., 2018, Vol. 134. — Article ID 012027.
14. Levin L. Y., Semin M. A., and Zaitsev A. V. Mathematical methods of forecasting microclimate conditions in an arbitrary layout network of underground excavations, J. Min. Sci., 2014, Vol. 50, No. 2. — P. 371 – 378.
15. Khanal M., McPhee R., Belle B., Brisbane P., and Kathage B. Preliminary investigation on using IS approved real time dry bulb and relative humidity sensors in underground coalmines, J. Min. Sci., 2019, Vol. 55, No. 1. — P. 169 – 174.
16. Li X. and Fu H. Development of an efficient cooling strategy in the heading face of underground mines, Energies, 2020, Vol. 13, No. 5. — Article ID 1116.
17. Parsons K. C. Environmental ergonomics: a review of principles, Methods and Models, Appl. Ergonomics, 2000, Vol. 31, No. 6. — P. 581 – 594.
18. Zare S., Shirvan H. E., Hemmatjo R., Nadri F., Jahani Y., Jamshidzadeh K., and Paydar P. A. Comparison of the correlation between heat stress indices (UTCI, WBGT, WBDT, TSI) and physiological parameters of workers in Iran, Weather and Climate Extremes, 2019, Vol. 26. — Article ID 100213.
19. Onder M. Climatic condition simulation of underground mines, Osmangazi University, 2001.
20. EN ISO 7243:2017. Ergonomics of the thermal environment — assessment of heat stress using the WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) Index, 2017. — 18 p.
21. Howes M. J. and Nixon C. A. Development of procedures for safe working in hot conditions, Proc. of the 6th Int. Mine Ventilation Congress, Soc. for Min., Metal. and Explorat., 1997.
22. Schutte P. C. and Kielblock A. J. Heat stress protection in abnormally hot environments, Proc. of the 6th Int. Mine Ventilation Congress, Society for Min., Metal. and Explorat., 1997.

ГЕОИНФОРМАТИКА

УДК 522.122 

КЛАССИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ УГЛЯ ИЗ ОКОЛОРАЗРЫВНЫХ ЗОН С ПОМОЩЬЮ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
М. Скиба, К. Годин, М. Млинарчук

Институт исследований механики горных пород Польской академии наук,
Е-mail: skiba@img-pan.krakow.pl, ул. Реймонта, 27, 30–059, г. Краков, Польша

Проведено исследование применения искусственных нейронных сетей для определения структуры угля. Показано, что предлагаемая методика классификации может успешно использоваться в качестве инструмента принятия решений, связанных с описанием угля из околоразрывных зон. Эффективность методики подтверждается более чем 90 % случаев “правильного” определения структуры угля.

Структура угля, искусственная нейронная сеть, количественный анализ трещин, околоразрывная зона

DOI: 10.15372/FTPRPI20210517 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Shepherd J., Rixon L. K., and Creasey J. W. Analysis and prediction of geological structures associated with outbursts at Collinsville, Queensland. The Occurrence, Prediction and Control of Outbursts in Coal Mines Symp., Australian Institute of Min. and Metallurgy. Parkville, Victoria, Australia, 1980. — P. 159 – 171.
2. Beamish B. and Crosdale P. J. Instantaneous outbursts in underground coal mines: An overview and association with coal type, Int. J. Coal Geol., 1998, Vol. 35. — P. 27 – 55.
3. Cao Y., Mitchell G. D., Davis A., and Wang D. Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China, Int. J. Coal Geol., 2000, Vol. 43. — P. 227 – 242.
4. Li H., Ogawa Y., and Shimada S. Mechanism of methane flow through sheared coals and its role on methane recovery, Fuel, 2003, Vol. 82. — P. 1271 – 1279.
5. Skoczylas N. Laboratory study of the phenomenon of methane and coal outburst, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2012, Vol. 55. — P. 102 – 107.
6. Oparin V. N., Kiryaevaa T. A., and Potapovc V. P. Methods and models for analyzing methane sorption capacity of coal based on its physicochemical characteristics, J. Min. Sci., 2017, Vol. 53, No. 4. — P. 614 – 629.
7. Kudasik M., Skoczylas N., and Pajdak A. The repeatability of sorption processes occurring in the coal-methane system during multiple measurement series, Energies, 2017, Vol. 10, No. 5. — 661 p.
8. Lama R. D. and Bodziony J. Management of outburst in underground coal mines, Int. J. Coal Geol., 1998, Vol. 35. — P. 83 – 115.
9. Kendall P. E. and Briggs H. The formation of rock joints and the cleat of coal, Proc. R. Soc. Edinburgh, 1933, Vol. 53. — P. 164 – 187.
10. Barker-Read G. R. The geology and related aspects of coal and gas outbursts in the Gwendraeth valley, MSc Thesis. Univ. Wales, Cardiff, 1980.
11. Lama R. D. and Bodziony J. Outburst of gas, coal and rock in underground coal mines, R. D. Lama and Associates, Wollongong, NSW Australia, 1996.
12. Shadrin A. V. Geophysical criterion of pre-outburst crack propagation in coal beds, J. Min. Sci., 2016, Vol. 52, No. 4. — P. 670 – 682.
13. Juntgen H. and van Heek K. H. Brennstoff-Chemie, 1969, Vol. 50. — P. 172.
14. Rakowski Z., Kraussova J., and Benes K. Studium zmen textury a struktury uhli ve slojich nachylnych k prutrzim uhli a plynu v dolech Paskov a Staric v OKR, Sbornik vedeckych praci Vysoke skoly banske v Ostrave, Rada Hornicko-Geologicka, 1977, Vol. 23, No. 1. — P. 1 – 29.
15. Cao Y., Mitchell G. D., Davis A., and Wang D. Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China, Int. J. Coal Geol., 2000, Vol. 43. — P. 227 – 242.
16. Cao Y. X., He D., and David G. C. Coal and gas outbursts in footwalls of reverse faults, Int. J. Coal Geol., 2001, Vol. 48. — P. 47 – 63.
17. Cao Y., Davis A., Liu R., Liu X., and Zhang Y. The influence of tectonic deformation on some geochemical properties of coals — a possible indicator of outburst potential, Int. J. Coal Geol., 2003, Vol. 53. — P. 69 – 79.
18. Jiang B., Ju Y., and Quin Y. Textures of tectonic coals and their porosity, Min. and Sci. Technol., Taylor and Group, London, 2004.
19. Godyn K. Structurally altered hard coal in the areas of tectonic disturbances — an initial attempt at classification, Arch. Min. Sci., 2016, Vol. 61, No. 3. — P. 677 – 694.
20. Godyn K. and Kozusnikova A. Microhardness of coal from near-fault zones in coal seams threatened with gas-geodynamic phenomena, Upper Silesian Coal Basin, Poland, Energies, 2019, Vol 12, No. 9. — P. 1756.
21. Bodziony J., Gabzdyl W., and Ratajczak T. Evaluation of effect of a subjective factor on the results of stereological analysis of coal, Arch. Min. Sci., 1986, Vol. 31. — P. 689 – 702.
22. Skiba M. The influence of the discrepancies in the observers’ decisions on the process of identification of maceral groups using artificial neural networks, J. Sustainable Min., 2016, Vol. 15. — P. 151 – 155.
23. England B. A., Mikka R. A., and Knott A. C. The characterisation of coal by automated petrographic analysis, NERDDC research report BHPCRL, 1981.
24. Choa E. C. T., Minkin J. A., and Thompson C. L. Application of automated image analysis to coal petrography, Int. J. Coal Geol., 1982, Vol. 2. — P. 113 – 150.
25. Pratt K. The use of composite and mosaic imaging of polished surfaces to enhance petrographic analysis of coal by image analysis, Org Geochem, 1993, Vol. 20. — P. 759 – 768.
26. Cloke M., Lester E., Allen M., and Miles N. J. Repeatability of maceral analysis using image analysis systems, Fuel, 1995, Vol. 74, No. 5. — P. 654 – 658.
27. O’Brien G., Jenkins B., Esterle J., and Beath H. Coal characterisation by automated coal petrography, Fuel, 2003, Vol. 82. — P. 1067 – 1073.
28. Tadeusiewicz R. Neural networks in Mining sciences — general overview and some representative examples, Arch. Min. Sci., 2015, Vol. 60, No. 4. — P. 971 – 984.
29. Bychkov I. V., Vladimirov D. Ya., Oparin V. N., Potapov V. P., and Shokin Yu. I. Mining information science and big data concept for integrated safety monitoring in subsoil management, J. Min. Sci., 2016, Vol. 52, No. 6. — P. 1195 – 1209.
30. Mlynarczuk M., Godyn K., and Skiba M. The application of artificial neural networks for the classification of altered structures of hard coal in near-fault zones, Przeglad Gorniczy, 2015, Vol. 11. — P. 15 – 20 (in polish).
31. Mlynarczuk M. and Skiba M. The application of artificial intelligence for the identification of the maceral groups and mineral components of coal, Comput. Geosci., 2017, Vol. 103. — P. 133 – 141.
32. Skiba M. and Mlynarczuk M. Identification of macerals of the inertinite group using neural classifiers, based on selected textural features, Arch. Min. Sci., 2018, Vol. 63, No. 4. — P. 827 – 837.
33. Skiba M. Investigating structural and petrographic properties of coal in the aspect of methane hazard using methods of image analysis and artificial neural networks, PhD thesis, Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Cracow, 2018 (in polish).
34. Kohonen T. Self-organizing maps, Springer-Verlag, Berlin, 1995.
35. Tadeusiewicz R. Sieci neuronowe, Akademicka Oficyna Wydawnicza, Warszawa, 1993.
36. Tadeusiewicz R., Chaki R., and Chaki N. Exploring neural networks with C#, CRC Press, Taylor and Francis Group, Boca Raton, 2014.
37. Skiba M. and Mlynarczuk M. The application of self-organizing map to the classification of altered structures of coal, Transactions of the Strata Mechanics Research Institute, 2016, Vol. 18, No. 3. — P. 61 – 66 (in polish).
38. Hagan M. T. and Menhaj M. B. Training feedforward networks with the Marquardt algorithm, IEEE Trans. Neural Net., 1994, Vol. 5, No. 6. — P. 989 – 993.

  Версия для печати