Статья: РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ГЕОМЕХАНИКИ МЕТОДОМ ЛАГРАНЖЕВЫХ ЧАСТИЦ (2025)

В статье рассмотрены особенности процесса экскавации горных пород рабочим оборудованием прямая лопата карьерного экскаватора в аспекте определения рациональных значений режимных параметров главных механизмов (подъемного и напорного). Установлено, что в процессе экскавации при совместном действии приводов главных механизмов образуется общий передаточный механизм приводов (включающий главные и рычажный механизмы) соединяющий главные механизмы с ковшом. Показано, что рычажный механизм имеет две степени подвижности и за его обобщенные координаты приняты координаты вершины режущей кромки ковша (среднего зуба). Методология исследования. Основным инструментом для установления взаимосвязей между конструктивными и режимными параметрами рычажного и главных механизмов является математическое моделирование процесса экскавации. Основой математической модели является структурный, кинематический и силовой анализ рычажного механизма.

Цель исследования - точный мониторинг трехмерных смещений подработанной территории в горнодобывающих районах и расширение применения метода радарной интерферометрии InSAR. Методика исследования. Предлагается метод извлечения информации о трехмерных смещениях из одногеометрического набора данных, полученных с помощью радара с синтезированной апертурой (РСА). Сначала создается модель на основе геометрической связи РСА-изображений и пропорциональной зависимости между движением поверхности и наклоном, затем трехмерные смещения района разработки инвертируются на основе созданной модели и проверяются с использованием данных нивелирования. Анализ результатов. На основе описанного выше метода два набора данных с радаров RadarSAT-2 и TerraSAR-X были использованы для получения трехмерного поля поверхностной деформации подработанной территории в горнодобывающем районе Фэнфэн, провинция Хэбэй, Китай (забой 132610). Поле размерной поверхностной деформации, полученное из двух наборов данных, согласовано. Данные измеренного уровня были выбраны для проверки точности полученных вертикальных смещений. Результаты показывают, что среднеквадратическая ошибка определения вертикальных смещений составляет 7,3 мм, а точность составляет несколько миллиметров. Эксперимент доказывает, что предложенный в этой статье метод обеспечивает высокую степень достоверности. Область применения результатов. Новый, основанный на технологии InSAR метод, предложенный в этой статье, может быть применен для точного мониторинга трехмерных смещений подработанных территорий большой площади. При проверке в горнодобывающем районе Фэнфэн в Китае метод показал отличные результаты.

Проблема возникающих эндогенных пожаров на угольных разрезах, отвалах и прочих объектах горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности недостаточно освещена, учитывая тот вред, который данные инциденты наносят экологии, здоровью населения, а также экономике предприятий и регионов. Существующей официальной статистике зафиксированных случаев самовозгорания на объектах угольных предприятий насчитывается более 5 лет, а на текущий момент информацию собрать не представляется возможным ввиду особой конфиденциальности вопроса, соответственно, проблема получает меньше внимания как со стороны научных сотрудников, которые могут исследовать и развивать методы контроля эндогенных пожаров, так и со стороны угольных предприятий. Цель работы состоит в том, чтобы раскрыть текущую ситуацию с эндогенными пожарами на предприятиях страны и тем самым показать необходимость развития методов контроля возгораний. Методы исследования. Проведен анализ самовозгораний угольного массива в условиях угольных предприятий путем изучения актуальной научной литературы. Также описан перечень объектов, которые являются потенциально пожароопасными вследствие возникновения эндогенных пожаров, приведено их количество на территории Кемеровской области - Кузбасса. Приведены методы, применяющиеся для обнаружения, локации очагов пожара и границ зоны возгорания. Результаты. Систематически проводимые обследования на угольных предприятиях страны и, в частности, Кузбасса, а также общее количество объектов, склонных к возникновению самовозгорания угля, дают понимание о действительном количестве инцидентов и значительности вопроса контроля эндогенных пожаров. Развитие методов, позволяющих предупреждать горение породоугольных массивов, является важным аспектом, который может свести к минимуму данную проблему и значительно сократить количество аварий, а следовательно, сохранить жизни сотрудников и здоровье населения.

Точность результатов исследований процессов флотации зависит от множества факторов, в том числе и от моделей лабораторных флотационных машин (ЛФМ). Конструктивные особенности ЛФМ оказывают существенное влияние на качество проведения флотации, которое выражается в коэффициенте извлечения ценного компонента. Такое влияние обусловлено воздействием формы, размеров и расположения основных элементов конструкции ЛФМ на траекторию и скорость движения потока флотируемого материала. Если при флотации не будет осуществляться управление направлением и скоростным режимом движущегося потока, то часть всплывающих частиц может возвращаться к зоне вращения импеллера, что в свою очередь может привести к снижению коэффициента извлечения ценного компонента. Поэтому вопрос совершенствования основных элементов конструкции ЛФМ является актуальным. Цель исследования - выявить зависимость траектории движения и скоростного режима флотируемой жидкости во флотокамере от конструктивного исполнения ЛФМ. Метод исследования. В работе использованы теоретический метод исследования с моделированием процесса флотации в программе FloEFD и метод лабораторных испытаний.

Обработка призабойной зоны пласта солянокислотными растворами и их вариативными модификациями является одним из широко используемых методов при разработке нефтеносных отложений, приуроченных к карбонатным коллекторам Урало-Поволжья. Особенностью проведения такой обработки призабойной зоны является нелинейный механизм взаимодействия рабочего агента и горных пород, что оказывает существенное влияние на успешность количественно-качественной оценки реального коэффициента продуктивности как с использованием общепринятых подходов, так и в рамках применения действующих прогнозных моделей. Это вызывает ряд трудностей разного характера и снижает вероятность принятия высококвалифицированных решений по управлению активами недропользователей. Цель работы заключается в разработке и экспериментальной апробации алгоритма моделирования реального коэффициента продуктивности, в полной мере отражающего свойства продуктивных пластов в точке вскрытия и удаленных зонах объекта, с учетом фактора проведения в период освоения солянокислотных обработок. Методика исследования состоит из комплексного применения элементов дискриминантного анализа и статистических тестов для построения актуальных геолого-статистических моделей в условиях разной плотности геолого-промысловой информации.

Авторы формулируют ряд разработанных ими критериев отнесения месторождений и залежей газа к нетрадиционным и трудноизвлекаемым типам, а также более углубленно рассматривают геологические, технологические и экономические аспекты нефтегазоносности глубокозалегающих домеловых отложений Восточного Устюрта. Актуальность исследования. В настоящее время все вновь открываемые месторождения относятся к глубоким и сверхглубоким. Естественно, что в таких труднодоступных условиях для эффективного поиска и разведки месторождений и ускорения их промышленного освоения требуются специальные новые углубленные научные исследования. Методология проведения исследований заключалась в анализе и обобщении самых последних комплексных геолого-геофизических и геолого-промысловых данных. При выполнении работ использованы методы геофизической корреляции разрезов и построения геологических профилей, анализа и интерпретации сейсморазведочных данных метода общей глубинной точки (МОГТ-3D) и фактических данных глубокого бурения. Результаты. Разработана новая классификация месторождений нетрадиционного типа с очень сложными геологическими размещениями. В основе классификации несколько факторов - геологические, технологические, экономические особенности и др. Вывод. В заключении обобщены результаты отнесения месторождений и залежей газа к трудноизвлекаемым типам, детально сформулированы 22 осложняющих геологических и технологических критерия отнесения месторождений к трудноизвлекаемому (по запасу) и к недонасыщенному (по насыщению) типам залежей. При этом доминирующими критериями являются строение и условия формирования природных резервуаров, их начальные термобарические параметры, толщина пласта, глубина скважины, низкопористость, низкопроницаемость и начальная водонасыщенность. Такие залежи сложно идентифицировать в условиях разных нефтегазоносных регионов, и их рекомендуется использовать в средне и долгосрочной перспективе при обосновании и принятии геолого-геофизических, технико-технологических и иных решений по выбору и освоению новых поисково-разведочных и эксплуатационных объектов, что позволяет учесть различные реальные физические явления, происходящие в коллекторе при добыче нефти и газа.

Обрушения бортов карьеров, сдвижение горных пород, разрушение горных выработок, горные удары - основные опасные геомеханические явления, сопровождающие разработку полезных ископаемых. Так или иначе все они связаны со сложной механикой деформирования горных трещиновато-блочных массивов. Расчет и прогнозирование таких процессов - сложнейшая задача в силу того, что горный массив не является сплошным. Методология исследований. Исследования основаны на ранее предложенном автором критерии прочности трещиновато-блочного массива горных пород. Результаты исследований, их анализ и рекомендации к применению. Выделены три вида возможной потери устойчивости блочным массивом. В работе, возможно, впервые в мировой практике, показано, что многие явления и процессы геомеханики, такие как обрушения бортов карьеров, сдвижение горных пород, формирование нагрузки на крепь и даже горные удары, имеют единую природу, они обусловлены дилатансионными процессами в трещиновато-блочном массиве. Предложен метод расчета откосов в трещиновато-блочном массиве, сделан вывод о том, что он имеет принципиальное отличие от расчета откосов в рыхлой толще. Предложенный метод учитывает механику разрушения блочного массива, тем самым показывается некорректность использования критерия Кулона при расчете устойчивости блочных массивов. При использовании предложенного метода (критерия прочности массива) снимается главная прикладная проблема - обоснование характеристик прочности блочного массива. Указана необходимость оценки устойчивости трещиновато-блочных откосов бортов карьеров в горизонтальной плоскости. На основе критерия предложена зависимость определения нагрузки на крепь выработок в зависимости от напряженного состояния массива в пластической фазе. Дана интерпретация явления зональной дезинтеграции массива.

В работе представлен анализ чувствительности параметров расчета чистого дисконтированного дохода (ЧДД) и бортового содержания (БС) полезных компонентов в добываемой руде с целью выявления факторов, в наибольшей степени влияющих на конечный результат. Актуальность работы заключается в выявлении риск-факторов расчета бортового содержания и чистого дисконтированного дохода, что позволит контролировать выявленные факторы на протяжении жизненного цикла реализации проекта и снизить риски недостижения заданных экономических показателей. Цель работы - определение параметров расчета ЧДД и БС, в наибольшей степени влияющих на конечный результат. Метод проведения исследования. Основополагающий метод для определения риск- факторов - анализ чувствительности и стохастическое моделирование Монте-Карло для проведения численных экспериментов. Результаты. При проведении анализа чувствительности показателей ЧДД и БС параметры расчета ранжированы по степени влияния на конечный результат. Выявлены факторы, имеющие минимальную, среднюю и высокую степень влияния на ЧДД и БС. Вывод. Параметры, в наибольшей степени влияющие на ЧДД и БС, а именно цена на конечный продукт, коэффициент извлечения, коэффициент вскрыши и производительность, требуют тщательного анализа и контроля на протяжении жизненного цикла реализации проекта. Это позволит оценивать текущее состояние проекта относительно позитивного и негативного сценариев, своевременно реагировать на возможные негативные последствия при изменении одного из риск- факторов.

Возрастающая потребность в полезных ископаемых приводит к увеличению объемов открытых и подземных горных работ и, соответственно, глубины разработки месторождений. Следствие этого - формирование и постановка новых геомеханических задач, связанных с исследованием напряженнодеформированного состояния массива горных пород, изменением его во времени, а также с внедрением полученных результатов в технологический процесс. Знание параметров изменения напряженнодеформированного состояния массива горных пород во времени и его прогноз на период работы горного предприятия позволяет рассмотреть способ разработки мощных крутопадающих рудных тел с закладкой выработанного пространства в условиях высокого напряженного состояния массива горных пород на больших глубинах. Цели работы - снижение засорения и разубоживания руды, обеспечение безопасности отработки руд и повышение производительности рудника в условиях высокого напряженного состояния массива горных пород на больших глубинах. Методика исследований подразумевает натурные экспериментальные измерения напряженного состояния массива пород и руд месторождения на доступных глубинах и горизонтах месторождения. Использован комплексный метод научных исследований, включающий анализ и теоретическое обобщение закономерностей распределения напряжений в массиве горных пород. Также проведено сопоставление теоретических результатов с результатами инструментальных наблюдений. Анализ результатов. Рассмотрен способ разработки мощных крутопадающих рудных тел с закладкой выработанного пространства, включающий отработку очистных камер первой и последующих очередей, кровле которых придают полигональную форму. Выемка руды производится одновременно на нескольких горизонтах (этажах). Камеры нижележащего горизонта выполняются под камерами верхнего горизонта без смещения, исключается прямой контакт отбиваемых камер нижнего горизонта с заложенными камерами на верхнем горизонте путем оставления на горизонте междуэтажных целиков ромбовидной асимметричной формы.

Исследование расплава горных пород проводится с целью поиска альтернативного крепления горной выработки, соответствующего горногеологическим и горнотехническим условиям. На основании проведенного анализа горногеологических условий, рассмотрена возможность проведения опыта: использование наплавки каменного литья на электропроводящих рудах. Исследования направлены на крепление горной выработки расплавом породы, который образуется под воздействием электрической дуги и формирует монолитный упрочненный слой вследствие изменения горной породы по периметру выработки. Методика проведения исследования. Суть способа заключается в том, что через массив горной породы, обладающий свойствами электропроводности, пропускают постоянный электрический ток таким образом, чтобы на границе контакта с электродом образовалась электрическая дуга. Под воздействием электрической дуги расплавляют горную породу, осуществляя перемещение площади соприкосновения электрической дуги с массивом. В процессе естественного остывания ванны с расплавленным каменным материалом образуется монолитный слой измененной структуры горной породы. Результаты и их анализ. Исследования электроплавки горных пород электродуговым способом позволяют оценить применимость данного способа в качестве крепежного для свариваемых поверхностей в зоне трещин горных выработок. Предлагаемый способ инновационной технологии формирования упрочненного слоя крепления горной выработки позволит повысить эффективность производства крепления горных выработок за счет использования руды, представляющей законтурный массив выработки. Область применения результатов. Технология может быть востребована при креплении горных выработок в условиях электропроводящих горных пород.