Вертикальный шахтный ствол, как техническое сооружение с большим сроком эксплуатации, подвергается интенсивным нагрузкам различного происхождения. Своевременное выявление опасных геомеханических процессов в крепи стволов является весьма актуальным и способствует повышению его безопасной эксплуатации. Цель работы - совершенствование методов экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния бетонной крепи эксплуатируемых шахтных стволов. Методика исследования. Выполнено математическое моделирование модернизированного метода частичной разгрузки для оценки напряженно-деформированного состояния бетонной крепи вертикальных стволов с применением метода конечных элементов и специализированного программного комплекса Midas.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Науки о Земле
- УДК
- 622. Горное дело
Проблематику оценки напряженно-деформированного состояния приконтурного массива пород и крепи вертикальных шахтных стволов широко осветили в своих научных трудах ведущие отечественные ученые И. В. Баклашов, Е. В. Боликов, Н. С. Булычев, А. А. Козырев, В. Ф. Компанеец, Б. А. Картозия, А. Н. Панкратенко, М. С. Плешко, А. Г. Протосеня, А. С. Саммаль, С. В. Сергеев, Т. Ф. Харисов, Ф. И. Ягодкин и др. На основе анализа работ этих ученых можно сделать вывод о том, что в качестве наиболее эффективного подхода следует рассматривать применение прямых геомеханических методов исследования напряженно-деформированного состояния системы «крепь–массив» в сочетании с современными высокоскоростными геофизическими методами изучения свойств материала крепи и пород. Вместе с тем применение подобных комплексных методов для оценки напряженно-деформированного состояния крепи эксплуатационных стволов встречает серьезные технологические трудности из-за большой трудоемкости работ и недостатка свободного стволового времени [7–17].
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Баклашов И. В. Геомеханика: учеб. для вузов: в 2 т. Т. 1. Основы геомеханики. М.: Изд-во МГУ, 2004. 208 с.
2. Борщ-Компониец В. И. Практическая механика горных пород. М.: Горная книга, 2013. 322 с.
3. Влох Н. П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 206 с. EDN: RCJRTF
4. Геомеханика: учеб. пособие / Э. В. Каспарьян [и др.]. М.: Высшая школа, 2006. 503 с. EDN: QKFZOJ
5. Каспарьян Э. В., Федотова Ю. В., Кузнецов Н. Н. Развитие представлений о естественном напряженном состоянии массивов скальных пород // Труды Кольского научного центра РАН. 2019. Т. 10. № 6-1. С. 110-128. EDN: JRHPFK
6. Зубкова А. В., Феклистов Ю. Г., Сентябов С. В. Особенности формирования напряженно-деформированного состояния в бетонной крепи стволов Донского и Гайского ГОКов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2019. № 4. С. 12-23. EDN: UHAYGB
7. Харисов Т. Ф. Обоснование несущей способности крепи вертикальных стволов при совмещенной схеме проходки: дисс.. канд. техн. наук. Екатеринбург, 2017. 120 с. EDN: WSEJAQ
8. Pleshko M. S., Pankratenko A. N., Nasonov A. A., Isaev A. S. Geo-mechanical monitoring and stress-strain analysis of lining in ultra deep mine shafts // Eurasian Mining. 2023. No. 39(1). P. 13-19. EDN: JHWYOJ
9. Дарбинян Т. П., Былков А. В., Цымбалов А. А., Плешко М. С. Исследование деформационных процессов в крепи приствольных выработок глубокого шахтного ствола рудника “Скалистый” // Горный журнал. 2023. № 12. С. 36-40.
10. Jendrys M. Analysis of stress state in mine shaft lining, taking into account superficial defects // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2019. No. 261. Art. 012016. DOI: 10.1088/17551315/261/1/012016
11. Cheng W., Zhishu Y, Weipei X., Ping Z., Fang Y Experimental study on the dynamic mechanical properties of high-performance hybrid fiber-reinforced concrete of mine shaft lining // Journal of Materials Research and Technology. 2021. No. 14(05). DOI: 10.1016/j.jmrt.2021.07.015
12. Sugawara K. Measuring rock stress and rock engineering in Japan // Proceedings of International Symposium Rock Stress, Kumamoto: Department of Civil Engineering and Architecture, Japan, Balkema. 1997. Vol. 15-24. No. 1. Р. 473.
13. Milosz Bak. The use of automatic measurement techniques in the geotechnical monitoring system of PGE GiEK S.A., KWB Turow branch // International Journal of Coal Science & Technology. 2022. No. 9(1). DOI: 10.1007/s40789-022-00555-4 EDN: QVBHEI
14. Carla T., Intrieri E., Farina P., Casagli N. A new method to identify impending failure in rock slopes // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017. No. 93(C). P. 76-81. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2017.01.015
15. Silva A., Girao Sotomayor J. M., Torres V. F. N. Correlations of geotechnical monitoring data in open pit slope back-analysis - a mine case study // Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2021. No. 121(10). P. 557-564.
16. Xuehui Zhang Х., Zhu H., Jiang X., Broere W. Distributed fiber optic sensors for tunnel monitoring: A state-of-the-art // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2024. No. 16(1). DOI: 10.1016/j.jrmge.2024.01.008 EDN: KGDDQT
17. Huang L., Fan Х., He H., Yan L., He Z. Single-end hybrid Rayleigh Brillouin and Raman distributed fibre-optic sensing system // Advanced Manufacturing. 2023. No. 4(3). P. 171-180. DOI: 10.37188/lam.2023.016
18. Казикаев Д. М., Сергеев С. В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. М.: Горная книга, 2011. 244 с.
19. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Управление геотехническими рисками в шахтном и подземном строительстве // Устойчивое развитие горных территорий. 2025. Т. 17. № 1. С. 556-563. DOI: 10.21177/1998-4502-2025-17-1-556-563 EDN: EKBXYI
20. Машин А. Н. Методика оценки устойчивости эксплуатационных вертикальных стволов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2023. № 8. С. 156-163. EDN: QEBRSP
21. Панкратенко А. Н., Машин А. Н., Насонов А. А., Паринов Д. С. Особенности оценки технического состояния шахтных стволов с большим сроком эксплуатации // Горный журнал. 2023. № 1. С. 20-25.
22. Паринов Д. С. Экспериментальная оценка напряженно-деформированного состояния крепи шахтных стволов // Метро и тоннели. 2023. № 3. С. 24-25. EDN: GNMZJP
23. Паринов Д. С., Давыденко А. П. Анализ способов экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния бетонной крепи горных выработок // Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: матер. конф. Тула: Изд-во ТулГУ, 2022. С. 202-207. EDN: VMYFWH
24. Трофимов А. В., Киркин А. П., Румянцев А. Е., Яваров А. В. Применение численного моделирования для определения оптимальных параметров метода полной разгрузки керна при оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород // Цветные металлы. 2020. № 12. С. 22-27. EDN: VTSIFS
25. Meskhi B., Pleshko M., Buligin Y, Alexeenko L., Molev M. Ensuring safe operation and assessing the condition underground structures by the method of acoustic resonance flaw detection // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 90. Art. 012217. EDN: XNIVKY
Выпуск
Другие статьи выпуска
Флюорито-селлаитовый концентрат, получаемый при переработке руд Суранского месторождения, в последние годы является востребованным продуктом для рафинирования стали, он используется в качестверазжижителя шлака в сталеплавильном производстве. Для обеспечения высокой скорости наведения шлака, снижения температуры плавления и вязкости в состав шлаковой смеси вводят флюорит. Добавление селлаита повышает степень десульфурации металла, к тому же он является более инертным материалом по отношению к огнеупорной футеровке ковшей. Контроль содержания дифторида кальция в продукте осуществляется химическим способом. Для определения содержания дифторида магния такая методика отсутствует. Целью исследований стала разработка способа определения содержания дифторида магния во флюорито-селлаитовом и селлаитовом продуктах. Техническая задача заключается в получении стабильных показателей и повышении достоверности результатов при нахождении массовой доли дифторида магния во флюорито-селлаитовом и селлаитовом продуктах. Сущность предлагаемого способа заключается в определении массовой доли дифторида магния во флюорито-селлаитовом и селлаитовом продуктах, при этом отсутствует необходимость применения фотометрического прибора для определения содержания оксида магния в анализируемых материалах. Для прямого определения дифторида магния используется титриметрический метод. Повышение достоверности результатов анализа достигается исключением использования методики расчета эквивалентной величины дифторида магния по содержанию его оксида, что обеспечивает повышение эффективности метода химического анализа для лабораторий горного и металлургического производства. Результатом является реализация способа определения содержания дифторида магния во флюорито-селлаитовом и селлаитовом продуктах по методике, не требующей продолжительного времени выполнения, применения дорогостоящих химических реагентов и специального оборудования.
В инженерной практике нередко встречается задача определения мощности водонасыщенного слоя грунта либо геологического состава приповерхностного слоя на небольших участках поверхности Земли, когда бурение сети скважин и непосредственное определение состава грунта по каким-либо причинам невозможно. В качестве альтернативных применяются различные геофизические методы, в частности электроразведки: зондирование и профилирование. Существующие в настоящее время методы зондирования основаны на том, что питающие электроды установки располагаются в возрастающем логарифмическом масштабе. Это приводит к некоторым искажениям измерений и погрешностям при интерпретации в случае малоглубинного электрического зондирования, когда разнос электродов составляет 20-30 м. В связи с этим модификация метода вертикального электрозондирования, ориентированная именно на малоглубинную диагностику грунтов, представляется важной и актуальной. Цель работы - произвести модификацию метода вертикального электрозондирования в части расчета теоретических значений кажущегося удельного электросопротивления для малоглубинной диагностики грунта.
В условиях увеличения общей продолжительности эксплуатации шахт и рудников России происходит рост доли аварийных участков горных выработок, непригодных для нормальной эксплуатации. Разработка эффективных технических и технологических решений по их восстановлению является весьма актуальной. Цели работы - совершенствование методов оценки напряженно-деформированного состояния системы «крепь - упрочненный слой - разрушенный слой - породный массив» в плоской постановке задачи методами механики подземных сооружений, а также оценка влияния величины радиуса зоны упрочнения пород вокруг ствола на параметры напряженного состояния крепи. Методика исследования. В статье рассмотрены способы оценки напряженно-деформированного состояния крепи и массива методами механики подземных сооружений в плоской постановке задачи, а также геофизические методы изучения геометрических параметров упрочненных пород (георадиолокация). Результаты определения фактического контура упрочненного слоя пород вокруг ствола методом георадиолокации, а также оценки влияния соответствующего коэффициента неровности на интенсивность напряжений в крепи описаны в работе.
С ускорением глобальной индустриализации безопасность на шахтах стала предметом пристального внимания правительств разных стран и руководств горнодобывающих предприятий. Особенно в таких крупных ресурсодобывающих странах, как Китай и Россия, где и по сей день происходят аварии на шахтах, серьезно угрожающие безопасности жизни шахтеров и устойчивому развитию предприятий. Поэтому создание роботов-спасателей для шахт и рудников - это перспективное направление, разрабатываемое для разведки, поиска и помощи людям в аварийных ситуациях. Цель исследования - проведение анализа ходовой части шестигусеничного спасательного робота с четырьмя качающимися рычагами для повышения его адаптивности к пересеченной местности с препятствиями и способности их преодоления. Методика исследования. Рассмотрена кинематика процессов преодоления препятствий (подъем по ступеням и преодоление траншей), проведен анализ изменения положения центра масс для описания способности ходовой части робота преодолевать препятствия. Трехмерное моделирование ходовой части робота выполнено в КОМПАС-3D, затем модель импортирована в расчетный модуль, имитирующий моделирование процесса преодоления ступеней и траншей. Анализ результатов. Робот способен преодолевать ступени высотой 200 мм и траншеи шириной 950 мм. Кроме того, получены данные о скорости и ускорении ведущих колес робота в процессе преодоления препятствий. Область применения результатов. Проведенное моделирование подтвердило, что робот обладает высокой адаптивностью и способностью к преодолению препятствий на сложных поверхностях. Это открывает значительный практический потенциал и широкие перспективы его применения при спасательных операциях в опасных условиях со сложным рельефом.
Для калийных рудников условием соблюдения природоохранных мер является применение гидрозакладочных комплексов. При эксплуатации на них насосных станций наблюдается рост случаев выхода из строя центробежных насосов по причине аварийных отключений и перебоев в сетях электроснабжения. Такие отключения оказывают негативное влияние на работу насосных станций и приводят к увеличению затрат на капитальные ремонты и обслуживание насосов. Цель работы - анализ процесса работы насосных установок в насосной станции при авариях в сетях электроснабжения; определение методов использования гидрогенераторных установок в составе насосных станций; практические расчеты условий и результатов применения гидрогенераторов в насосных станциях калийных рудников. Методология проведения работы. Для определения характеристик гидрогенераторных установок рассматриваются режимы работы сетей электроснабжения, а также процессы, возникающие при аварийных отключениях насосов. Решение о возможности применения гидрогенераторов в технологическом процессе гидрозакладочного комплекса принято на основе выполненного анализа, обобщения научно-технической информации и нормативных правил. Результаты анализа позволили определить условия применения гидрогенераторных установок в насосных станциях гидрозакладочного комплекса. Обозначены методы подключения гидрогенераторов к сетям электроснабжения, а также способы автоматизации. Проведены практические расчеты условий применения гидрогенераторов в составе насосных станций.
При разработке открытым способом перспективных участков Ерунаковского месторождения Кузнецкого угольного бассейна проектными решениями предусматривается строительство первоначального блока, который в дальнейшем будет являться емкостью для складирования вскрышных пород последующих блоков. При этом не решены вопросы повышения концентрации горных работ, сокращения расходов на наиболее сложный и затратный процесс транспортирования породы на отвалы, расположение которых определяется схемой транспортных коммуникаций между блоками. Цель исследования - разработка и обоснование технологического решения по организации строительства первоначального блока, обоснование решения по транспортированию вскрыши и сокращению расходов при перемещении породы на отвалы. Методология проведения исследования: определение и анализ основных технологических решений, принятых в проектной документации; разработка нового подхода к формированию выработанного пространства первоначального блока и оптимизации процесса транспортирования вскрышной породы на внутренний отвал.
Основными факторами, снижающими эффективность угольной энергетики, являются повышение экологических требований к горным предприятиям, увеличение зольности угля (что эквивалентно снижению его качества, т. е. теплоты сгорания), возрастание стоимости электроэнергии. Основное негативное влияние на окружающую среду оказывают относительно высокозольные, мелкие фракции угля (-13+0 мм). Их выход при механизированной выемке может доходить практически до 80 %. Цель работы - обосновать конструктивные и режимные параметры фрикционно-воздушного сепаратора. Методология исследования включает в себя применение имитационных и физических моделей, проведение экспериментальных работ и статистическую обработку данных с использованием регрессионного анализа.
Статья посвящена разработке методики цифровой фотограмметрической съемки структурной нарушенности горного массива бортов карьеров с использованием доступных технических средств. Актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования методов документирования трещиноватости для повышения безопасности и оперативности работ. Целью исследования является разработка оптимизированного подхода к цифровой съемке структурной нарушенности с применением экшен-камеры GoPro HERO11. Основное внимание уделено оптимизации настроек камеры (разрешение 5.3K, 4: 3, режим объектива «линейный», высокая резкость) и условий съемки (расположение камеры относительно уступа с учетом его высоты и угла откоса). Методика включает полевую съемку с использованием разработанных параметров, получение необходимых фотоматериалов и последующий количественный анализ характеристик структурных нарушенностей. Апробация проведена на месторождениях Южного Урала (Малый Куйбас, Известковый, Юбилейный).
Актуальность. До 30 % геологоразведочных скважин бракуется из-за неконтролируемого искривления и превышения допустимых отклонений от проектной траектории, что приводит к искажению геологической модели и ошибкам в подсчете запасов. Существующие технические решения, применяемые для направленного бурения скважин, имеют ряд существенных ограничений ввиду присущих им конструктивных и технологических особенностей и в большинстве случаев не решают проблему. Это обуславливает потребность в простом, пассивном, но управляемом методе коррекции направления скважин, совместимом с вращательным бурением с применением снарядов со съемным керноприемником. Методика проведения исследований. Проведено аналитическое исследование кинематики и динамики забойной компоновки с пневмоударником в наклонной скважине, рассмотрены особенности ее работы. На основе уравнений равновесия сил и моментов определены зависимости для углов перекоса и накатывания забойной компоновки. Результаты и их анализ. Установлено, что искривление скважин при ударновращательном бурении обусловлено асимметричным разрушением забоя при устойчивом перекосе забойной компоновки с пневмоударником. Угол ее накатывания на стенки скважины, задающий направление искривления скважины, имеет зависимость от коэффициента трения в системе «буровая компоновка - стенка скважины», который возможно плавно изменять путем смены очистного агента (воздух - газожидкостная смесь), а также дополнительного введения смазывающих добавок. Выводы и область применения результатов. Ударно-вращательное бурение пневмоударниками обладает значительным потенциалом активного управления направлением скважины благодаря управляемому асимметричному разрушению забоя, обеспечивает слабую зависимость от анизотропии и неоднородности пород и обладает повышенной траекторной устойчивостью. Управление траекторией скважины возможно производить пассивно, но целенаправленно - за счет применения различных центраторов в забойной компоновке и изменения места их установки, а также регулирования коэффициента трения в системе «буровая компоновка - стенка скважины».
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2026 год.
Издательство
- Издательство
- УГГУ
- Регион
- Россия, Екатеринбург
- Почтовый адрес
- 620144, Свердловская обл, г Екатеринбург, Ленинский р-н, ул Куйбышева, стр 30
- Юр. адрес
- 620144, Свердловская обл, г Екатеринбург, Ленинский р-н, ул Куйбышева, стр 30
- ФИО
- Батрак Глеб Игоревич (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- OFFICE@URSMU.RU
- Контактный телефон
- +7 (343) 2830606