Отдельные статьи ГИАБ (Препринты)

Несмотря на широкое применение комплексов вегетационных индексов в сельскохозяйственных науках, их комплексное использование для оценки качества экосистем практически не используется. Новизна авторского подхода заключается в создании алгоритма применения комплекса из нескольких вегетационных индексов для экологических исследований, последовательно сочетающего индексы NDVI, SIPI и NDNI. Помимо этого, представленный комплекс имеет перспективы дополнения других методов оценки состояния экосистем данными качественного состояния окружающей среды. Методология базируется на обработке мультиспектральных снимков и реализована в виде алгоритма, структурирующего процесс от получения технического задания до верификации источников загрязнения. Апробация метода проведена в условиях Рыбинского водохранилища, испытывающей многолетнее воздействие металлургического комплекса и имеющего значительную научную базу исследований другими методами. Динамический анализ данных за 2015–2020 годы позволил не только идентифицировать участки деградации растительности, но и дифференцировать природу стресса. Важнейший результат получен благодаря индексу NDNI: низкое содержание азота на фоне подтверждения уровня вегетационного стресса вегетационным индексов SIPI, позволило верифицировать доминирующий тип загрязнения тяжелыми металлами, исключив органическую природу воздействия. Также был выявлен тренд восстановления показателей NDVI, что коррелирует с внедрением природоохранных технологий на градообразующем предприятии и подтверждает эффективность метода при оценках восстановления экосистем. Полученные результаты доказывают, что предложенный комплекс вегетационных индексов является надежным инструментом оценки качества экосистем, способным не только констатировать факт стресса, но и диагностировать его вид и источник, что открывает перспективы для его внедрения в системы государственного экологического надзора.

Рассмотрен способ проецирования проектных координат на местность при открытых горных работах с использованием беспилотного летательного аппарата, оснащённого лазерным целеуказателем, установленным на гиростабилизированном подвесе. Актуальность исследования обусловлена потребностью в повышении оперативности и безопасности маркшейдерских работ, а также в снижении трудоёмкости выноса проектных точек в условиях карьера. Представлена структура разработанного комплекса, включающего беспилотную платформу мультироторного типа, навигационный модуль RTK GNSS, канал передачи дифференциальных поправок, наземную станцию управления и исполнительный лазерный модуль. Особое внимание уделено анализу факторов, определяющих точность выноса координат. Рассмотрены основные составляющие общей погрешности, связанные с позиционированием БПЛА, ориентацией летательного аппарата, работой гиростабилизированного подвеса и определением центра лазерного пятна на поверхности. Показано, что смещение беспилотника под воздействием внешних факторов требует введения системы коррекции направления лазерного луча в реальном времени. В работе приведена математическая постановка задачи наведения, основанная на использовании локальной системы координат и учёте пространственного положения коптера, цели и исполнительного модуля. Описанный подход ориентирован на повышение точности и воспроизводимости выноса проектных координат в условиях изменяющейся внешней обстановки. Предложенное решение может рассматриваться как основа для дальнейшего развития беспилотных средств маркшейдерского обеспечения открытых горных работ.

В рамках процедуры синтеза проектной функциональной структуры технологической системы горнодобывающего предприятия предлагается использование динамического анализа, основанного на концептуальных методических положениях «клиентского» уровня Каплана–Нортона. Также предлагается оценка уровней активности учитываемых факторов и сила их взаимовлияния на основе составляющих лингвистики «интервальной шкалы», наличия сценарного подхода со следующей основополагающей онтологией: начальное состояние альтернативного проектного варианта, последовательность реализации возмущений и преобразований функциональной структуры, конечное состояние альтернативного проектного варианта. Фаза перехода отдельных подсистем технологической системы горнодобывающего предприятия из одного состояния в другое реализуется под воздействием соответствующих потоков с определённой скоростью изменения количественных значений потоковых признаков. Каждый из возможных сценариев синтеза альтернативных проектных решений может быть реализован в рамках следующих сценарных подходов со следующими основополагающими онтологиями: • синтез с процедурой установления прогнозных тенденций развития сценарных ситуаций без воздействующих импульсов, что трактуется как эволюционная фаза; • синтез с процедурой установления прогнозных тенденций развития сценарных ситуаций с заранее очерченным комплексом управленческих мероприятий, что трактуется как прямая задача; • синтез с процедурой установления прогнозных тенденций развития сценарных ситуаций с дополнительным синтезом комплекса управленческих мероприятий в рамках достижения требуемого состояния сценарной ситуации, что трактуется как обратная задача. Временной фактор в данном модельном представлении имеет функцию отражения последовательности изменения состояний функциональной структуры в режиме когнитивного моделирования. Реализация данной процедуры предоставляет возможность варьировать характер причинно-следственных связей с целью прослеживания и изучения путей их распространения и, в конечном итоге, выбрать приоритетные направления реализации проектных решений и оценить степень их достижения.

Установлена необходимость трансформации механизма адаптации и переориентации технологических процессов строительства горнотехнических систем с использованием подземных горных работ к реакции геологической среды и максимального нивелирования геотехнологических рисков при их ведении с использованием методологических и методических особенностей метода конечных элементов. Данный подход предусматривает выполнение численных расчётов в двухфазной нелинейной постановке в трёхмерном проектном пространстве объёмных фильтрационных сил, что формирует учёт всех составляющих физической нелинейности взаимодействия геологических элементов вмещающих грунтов с вводом в модельное представление ряда известных целевых ограничений и допущений. В сфере обозначенных проблемных составляющих проектирования рассматриваемых горнотехнических сооружений наиболее рациональной и содержательной является методология с модельным представлением, где в качестве базовой составляющей заявляется модель дискретного (континуального) типа) типа МКЭ. В рамках расчётной модели и отдельных конечных элементов, рациональным является ввод в расчётную систему отдельной инвариантной составляющей, которая обеспечивает их неизменность и независимость в рамках используемой системы координат. На основании исходных данных выполнено расчётное обоснование проектных решений водозабора, технологически реализованного в виде шахтного вертикального ствола с учётом напряженно-деформированного состояния (НДС) в границах черновой и чистовой обделок, поэтапности ведения проходческих работ и возведения несущих конструкций и элементов обделки, работ в области контакта бетон-скальный массив и пр. Для задания поэтапности используются специальные функции существования (Existence Functions) и функции загружения (Load Functions), с помощью которых можно задать появление или исчезновение в определённые моменты тех или иных конечных элементов, изменение их свойств, изменение величин нагрузок. Численное моделирование выполнено с использованием сертифицированных программно-вычислительных комплексов. В рамках моделирования задействована модель Хоека-Брауна и базисная составляющая нелинейного модельного представления Ньютона-Рафсона, которая связана с искомым поиском решения с учётом узловых перемещений и сопутствующих внешних сил.

В сборнике рассмотрены современные подходы к цифровому моделированию технологических и геомеханических процессов открытых угольных разработок на основе анализа пространственных данных. Представлены методы геоинформационного моделирования, позволяющие формировать цифровые модели ключевых элементов горнотехнической системы карьера. Первый блок исследований посвящён анализу пространственно-­временных данных мониторинга карьерной техники и построению имитационных моделей транспортных потоков, учитывающих стохастический характер движения автосамосвалов и конфигурацию дорожной сети. Второй блок рассматривает геоинформационный метод моделирования внешних породных отвалов на основе блочного представления техногенного массива и интеграции маркшейдерских, инженерно-­геологических и гидрогеологических данных. Показано, что использование комплексных геоинформационных моделей позволяет повысить точность прогнозирования технологических показателей, выявлять потенциально проблемные зоны в транспортной инфраструктуре и отвальных сооружениях, а также обеспечивать информационную поддержку проектирования и управления горными работами. Разработанные подходы формируют основу для создания цифровых двой­ников горнотранспортных систем и техногенных массивов угольных карьеров.

В проблеме борьбы с пылью на горно-металлургических предприятиях гидрообеспыливание занимает одно из ведущих мест, составляя основу противопылевого комплекса. Рассмотрены результаты теоретических исследований зависимости коэффициента захвата пылевых частиц каплями жидкости от размеров капли и частицы. Полученные результаты показывают выраженную зависимость коэффициента захвата от соотношения размеров частицы и капли. При фиксированном диаметре капли 100 мкм увеличение диаметра частицы от 2,5 мкм до 10 мкм приводит к росту коэффициента захвата примерно от 0,21 до 0,88 (примерно в 4,2 раза). Это объясняется прежде всего увеличением числа Стокса и резким усилением инерционного механизма улавливания. Для PM2.5 вклад броуновской диффузии и перехвата остаётся сравнительно малым, тогда как для PM10 доминирует инерционное соударение. В целом расчёт подтверждает положение о том, что при прочих равных условиях крупные частицы улавливаются каплями существенно эффективнее, чем тонкодисперсные фракции. Зависимость коэффициента захвата от соотношения размеров частицы и капли является ключевой задачей в проектировании систем пылеподавления.

В работе приведены результаты численного моделирования проведения ультразвукового каротажа в неводозаполненной скважине с целью определения информативных параметров упругих волн, зависящих он наличия на обследуемом интервале водозаполненной трещины с различной величиной раскрытия. Результаты показали, что основными информативными параметрами, изменение которых может говорить о наличии водозаполненной трещины, могут быть амплитуда волны Рэлея, а также амплитуды в областях частот 80 кГц и 106 кГц в спектре упругой волны, а именно: падение амплитуды волны Рэлея в не менее чем 2,5 раза, падение амплитуд на частотах 80 кГц и 106 кГц в не менее чем 2,8 и 2,5 раза.. Также было определено, что изменение величины раскрытия полностью водозаполненной трещины оказывает слабое влияние на спектральные характеристики упругой волны. Был сформирован алгоритм проведения исследований в неводозаполненных скважинах с целью выделения в массиве трещин и определения типа их водопроводимости.

Предложен научно-методический подход к формализации процедуры моделирования и оптимизации производительности выемочно-транспортно-разгрузочных комплексов оборудования, в состав которых входят машины послойного фрезерования (фрезерные комбайны) и автосамосвалы с учетом площади неровностей и построения композиционной когнитивной карты проектной функциональной структуры технологической системы угольной шахты с использованием парадигмы когнитивного моделирования, предусматривающей построение композиционной когнитивной карты с сопутствующими продукционными правилами. В рамках данных правил предусматривается формирование алгоритмического обеспечения ментальной модели с кортежами множества альтернативных вариантов.

Приведены результаты лабораторных исследований по определению зависимости характеристик упругих волн от параметров водозаполненной трещины в отсутствии внешнего водопритока. Результаты показали, что энергия первого вступления продольной волны, пройденной через водозаполненную трещину, зависит от шероховатости поверхностей и раскрытия трещины. Было получено пороговое значение энергии первого вступления, при котором наблюдается изменение типа водопроводимости трещины с диффузионного на гидравлический. Также для образцов с разными величинами шероховатости берегов трещины были получены граничные значения раскрытия, при которых наблюдается переход от диффузионного типа водопроводимости к гидравлическому, для этих параметров трещины была определена связь линейного типа и получено регрессионное уравнение этой связи.

Введение. 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 напряжённо-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.

Результаты. На основании анализа полученных результатов математического моделирования натурного эксперимента, выявлены масштабные коэффициенты влияния размеров базы измерения и глубины разгрузочной скважины на результаты определения напряжений в бетонной крепи. Полученные данные коррелируют с действующими нормативными документами, регламентирующими контроль и оценку прочности бетона.

Выводы. При изменении различных параметров технологии проведения измерений, по результатам серий расчетов математической модели метода частичной разгрузки по схеме Ж. Талобра выявлено: масштабный коэффициент влияния линейных размеров базы измерения, Кб.изм. = ∆Ϭn / ∆Ϭn + 1, d / R ≥ 2. Масштабный коэффициент влияния глубины разгрузочной скважины: Кгл = ∆Ln / ∆Ln + 1, L/d = 6,25. 

Представлены результаты определения содержания и состава ПАУ в техноземах и инициальном эмбриоземе, сформированных на отходах углеобогащения и проведена оценка их экологической опасности. Установлено, что техногенные почвы (эмбриоземы и техноземы) отвалов отходов углеобогащения характеризуются широким интервалом концентраций ПАУ (от 25,5 до 2248,8 нг/г). Наиболее активно процессы геохимической трансформации (выветривания) продуктов углепереработки протекают в инициальных эмбриоземах, где отходы углеобогащения экспонированы на поверхности. В меньшей степени выражены процессы высвобождения ПАУ в техноземах, особенно в дифференцированных, в которых отходы углеобогащения экранированы от поверхности слоями суглинистого (потенциально плодородные породы, далее — ППП) и гумусосодержащего (плодородный слой почвы, далее — ПСП) материала. Доминирующим среди ПАУ в молодых почвах (техноземов и эмбриоземов), а также отходах углеобогащения является нафталин, доля которого в техногенных почвах составляет 26,3–68,5 %. Оценка экологической опасности исследуемых почв осуществлялась по средством расчета бенз(а)пиренового эквивалента токсичности (Б(а)Пэкв). Рассчитанный коэффициент эквивалентности (Б(а)Пэкв) в исследуемых почвах варьировал от 0,1 до 62,4 нг/г. Для крупнообломочных отходов углеобогащения и продукта флотации «кек» Б(а)Пэкв составил, соответственно, 31,1 и 166,6 нг/г. Таким образом, можно отметить, что низкое содержание тяжелых ПАУ в исследуемых почвах определяет их незначительную токсичность.

В статье представлен комплексный анализ многолетней динамики пылевого и аэрозольного загрязнения воздушной среды в том числе на объектах горно-металлургического комплекса (ГМК) за период 2015–2024 гг. на основе данных государственных докладов Роспотребнадзора. Установлено снижение удельного веса проб воздуха рабочей зоны с превышением предельно допустимых концентраций (ПДК) по пыли и аэрозолям в исследуемый период, что свидетельствует об эффективности реализуемых природоохранных мероприятий, при этом согласно выявленному темпу удельного веса проб эффективность мер по борьбе с пылевой нагрузкой снизилась примерно в 2 раза за период с 2020-2024.

Особое внимание уделено методологическим изменениям в статистическом учете профессиональных заболеваний: с 2021 г. заболевания, связанные с воздействием промышленных аэрозолей, перестали выделяться в отдельную нозологическую группу и были интегрированы в категорию «заболевания от воздействия химических факторов», что затрудняет ретроспективный анализ динамики пневмокониозов и пылевых бронхитов. Предложена рекомендация снова ввести отдельный статистический учет аэрозоль-индуцированной патологии для совершенствования системы управления данными профессиональными рисками в горно-металлургической отрасли.

Рассмотрены различные методы исследования причин отказов горных машин, позволяющие   выявлять элементы конструкции, лимитирующие эксплуатационную надёжность ответственных узлов в различных условиях эксплуатации. Использование для этих целей инструментов моделирования, а также данных производственной статистики позволяет решать задачи повышения ресурса технологического оборудования комплексно с учетом всех воздействующих факторов. Результаты этих исследований способствуют поиску и разработке эффективных решений по усовершенствованию конструкции, технологии изготовления, регламентов техобслуживания и ремонта ключевых узлов горных машин.

Эффективность добычи металлов (урана) методом скважинного подземного выщелачивания (СПВ) определяется продолжительностью отработки добычной единицы (ячейки, блока, залежи, месторождения). Чем продолжительность меньше, тем ниже затраты на добычу. При этом продолжительность добычи тесно связана со степенью вовлеченности в работу всей или значительной части мощности продуктивного водоносного горизонта. Настоящая статья посвящена оценке степени вовлеченности мощности пласта в процесс извлечения полезного продукта путем регулирования направления движения потока продуктивных растворов, за счет применения поинтервального расположения рабочих участков фильтров технологических скважин с размещением их под кровлей и над подошвой отрабатываемого водоносного горизонта. Обеспечение условий для сокращения продолжительности и затрат на добычу металлов методом СПВ в пределах добычных единиц. Поставленная задача решается путем систематизации, корреляционного и регрессионного анализа и интерпритации сведений о загруженности фильтров технологических скважин, при отработке добычных ячеек на месторождениях урана Российской Федерации и Республики Казахстан. Выполненные исследования показали, что наиболее эффективным способом снижения продолжительности отработки продуктивных водоносных горизонтов методом СПВ металлов является степень (полнота) вовлеченности их мощности в процесс извлечения путем поинтервального распределения рабочих участков фильтра. Применение предлагаемого решения приводит к повышению эффективности отработки рудного тела.

Для поточной технологии угледобычи, которой является классическая гидротехнология или скважинная гидравлическая добыча угля, одним из основопологающих и ключевых проектных и технологических решений является необходимость обеспечения строгой согласованности технологических подсистем. В результате анализа накопленного опыта проектирования и ранее проведенных исследований установлено, что существуют три метода согласования поточных технологических подсистем при сочетании открытой и скважинной гидравлической геотехнологии. Кроме этого, определены специфические особенности гидромеханизации в целом, и скважинной гидравлической добычи угля в частности. Согласование звеньев технологической системы комбинированной геотехнологии при сочетания открытой и скважиной гидравлической добыче угля может рассматриваться в двух аспектах. Первое — максимальное повышение добычи угля по участку СГД при сохранении общего объёма расходов воды, за счет увеличения содержания твердого в пульпе. Второе — сохранение суточной, месячной, годовой мощности (нагрузки) с одновременным существенным уменьшением расхода воды, т.е. по существу повышение пропускной способности технологических звеньев по углю.  Для достижения согласованности звеньев технологических системы комбинированной геотехнологии при сочетания открытой и скважиной гидравлической добычи угля предлагается целый ряд проектных и технологических решений.

Приведен анализ отечественного и зарубежного опыта применения, при освоении рудных и угольных месторождений, горнотехнических систем на базе сочетания открытой и подземной геотехнологии. Показано, что комбинированная геотехнология в нашей стране получила свое развитие в 60-х годах прошлого столетия при разработке рудных месторождений и только в 80-е годы начнутся исследования по внедрению комбинированных геотехнологий на угольных месторождениях. Следует отметить, что применительно к широкому диапазону горно-геологических и горнотехнических условий Кузбасса назрела острая необходимость разработки технологических решений по применению горнотехнических систем на базе сочетания открытой и скважинной гидравлической геотехнологии. Разработаны концепция, механизм и принцыпы проектирования горнотехнических систем на базе сочетания открытой и скважинной гидравлической геотехнологии для конкретных условий функционирования. В качестве базовых вариантов сочетания с открытой геотехнологией рекомендуется скважинная гидравлическая геотехнология с различными исполнительными органами, схемами и режимами разрушения угольного пласта. Разработана методика по определению производительности скважинных гидромониторных агрегатов с повышенной разрушающей способностью.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью снижения разубоживания руды при добыче тонких жильных месторождений в условиях многолетней мерзлоты. Цель работы — обоснование параметров конструкции зарядов для предварительного контурного взрывания, обеспечивающих направленное трещинообразование в многолетнемерзлых породах. Методы исследования включают аналитический анализ процессов распространения взрывных волн и деформирования горного массива, а также оценку влияния температуры на прочностные свойства пород. В результате установлено, что давление на стенку скважины при взрыве рассредоточенного заряда типа «гирлянда» уменьшается по гиперболическому закону с увеличением длины воздушного промежутка между патронами. Получены расчетные зависимости для определения радиуса зоны сжатия и оптимального расстояния между контурными шпурами при использовании шланговых зарядов и зарядов типа «гирлянда». Показано, что применение компенсационных холостых шпуров позволяет в 1,5 раза уменьшить расстояние между зарядами при сохранении эффективности направленного раскола. Научная новизна заключается в установлении аналитических зависимостей для параметров контурного взрывания с учетом температуры многолетнемерзлых пород. Главный вывод: наиболее эффективной для снижения разубоживания является технология предварительного трещинообразования с использованием шлангового заряда и компенсационного холостого шпура.

Обозначены проблемы определения газового баланса выемочных участков угольных шахт, применяющих сложные комбинированные способы управления газовыделением. Оценка фактического газового баланса важна с точки зрения контроля эффективности мероприятий, применяемых для управления метанообильностью очистных забоев и выемочных участков в контексте разработки проектов новых участков: определения рациональных геометрических параметров выемочных полей, планируемых нагрузок на очистной забой (скорости подвигания забоя), обоснования способа дегазации и ее требуемой эффективности, параметров схем вентиляции и дегазации. В нормативных документах по аэрологической безопасности четко указано о необходимости определения газового баланса выемочных участков и шахты в целом. Однако, поскольку утвержденной методики для применяемых сегодня схем подготовки выемочных участков с управлением метановыделением комбинированными способами не существует, то на шахтах специалисты делают это так, как им удобно, т. е. единого подхода к оценке газового баланса и эффективности способов управления газовыделением нет. А это затрудняет контроль и надзор в области аэрологической безопасности – как со стороны управляющих компаний, так и органов государственного надзора. Несмотря на то, что нормативные документы Ростехнадзором непрерывно совершенствуются, уточняются и дополняются, эта задача остается нерешенной, хотя необходимость ее решения становится все более актуальной в связи с проявлениями выделения метана из почвы разрабатываемых пластов. В статье предложен подход к созданию универсальной методики оценки газового баланса выемочного участка для адекватной оценки фактической эффективности применяемых способов управления метановыделением.

В настоящее время серьезной проблемой в горнодобывающей отрасли остается высокий уровень производственного травматизма. Результаты анализа статистических данных производственного травматизма позволили установить, что негативное влияние человеческого фактора является основной причиной возникновения несчастных случаев. Как правило указанный фактор проявляется в форме грубых нарушений требований безопасности, которые обусловленны недостаточностью квалификации работников и низкой производственной дисциплиной. Исследования показывают, что безопасность на рабочем месте зависит не только от уровня приобретенных знаний сотрудников, но и от их способности эффективно применять эти знания в условиях производства. Эта способность реализуется под воздействием многочисленных факторов и характеризуется как компетентность в сфере обеспечения безопасности труда. Критерии, определяющие уровень компетентности персонала, можно условно разделит на группы критериев компетентности: профессиональные, базовые и психофизиологические. Установленная зависимость в данной работе показывает неоспоримое влияние компетентности персонала горнодобывающей промышленности на уровень травматизма, что дает возможность разработать эффективные мероприятия для повышения уровня компетентности персонала с целью снижения производственного травматизма.

В настоящее время не существует общепринятого стандарта, регламентирующего определение скорости растворения образца каменной соли в лабораторных условиях. Предложен новый метод измерения скорости растворения соляных пород в лабораторных условиях, реализующий схему растворения образцов только по их боковой поверхности. Предложена схема лабораторного стенда и описано применяемое в эксперименте оборудование. Приведены расчетные формулы, основанные на рекомендациях СТО Газпром 2–2.1–718–2013. Проведены эксперименты на двух группах образцов — ​гигантозернистой каменной соли и среднезернистой каменной соли с собирательной перекристаллизацией с ослабленными связями. Экспериментально установлена взаимосвязь между скоростью растворения соляных пород и размером зёрен, из которых они состоят. Результаты проведенных исследований показали, что скорость растворения гигантозернистой каменной соли оказалась существенно (примерно на 30%) ниже скорости растворения среднезернистой каменной соли с собирательной перекристаллизацией с ослабленными связями. Намечены пути дальнейших исследований.

Результаты качественной классификации абразивности грунтов по лабораторным испытаниям на образцах используются для сравнительного прогноза поведения режущего инструмента, предварительной количественной оценки его износа и планирования замен. Для данного анализа использованы методы Л. И. Барона – А. В. Кузнецова (метод вращающегося полого стержня, показатель — коэффициент Kаб) и LCPC (метод вращающейся крыльчатки, показатель — коэффициент LAC), а также широко распространенный метод Cerchar (метод царапания пробы, показатель — коэффициент CAI). По результатам анализа имеющихся данных и проведенных испытаний была составлена таблица, характеризующая скорость износа дисков DWR в зависимости от типа грунта, а также коэффициентов LAC и Kаб. По результатам таблицы построен график зависимости DWR от коэффициента абразивности LAC, дающий возможность прогнозирования скорости износа дисков по результатам определения коэффициентов LAC и Kаб.

Руководство Гвинейской Республики взяло курс на развитие горнодобывающей промышленности. Развитие горнодобывающей промышленности требует поиска новых технологических и научных решений для повышения эффективности добычи и переработки полезных ископаемых. В статье описывается местоположение месторождения бокситов «Балая», его геологическое строение и технология добычи, применяемая при его разработке, а также изложены результаты анализа горно-геологических и горнотехнических особенностей разработки месторождения бокситов «Балая». Показана проблема, возникающая при разработке месторождения бокситов «Балая», связанная с высокой изменчивостью прочностных свойств бокситов на отдельных участках. При фрезеровании на этих участках, глубина резания бокситов в пределах полосы фрезерования меняется. В результате после прохода фрезерного комбайна формируется неровная поверхность. Перепады высот соседних точек (бугры) на такой поверхности в пределах полосы фрезерования могут достигать 15−20 см. Для дальнейшей послойной отработки участка необходимо выровнять поверхность участка, срезав выступающие бугры, что приведет к снижению производительности фрезерного комбайна и увеличению затрат на добычу. Дальнейшее исследование будет направлено на оптимизацию параметров технологических схем отработки бокситов с высокой изменчивостью прочностных свойств, с целью повышения производительности добычного комплекса оборудования и эффективности добычи.

Достоверность геометризации горно-геологических показателей месторождения, которые, как известно, служат основой для эффективного производства горных работ и рационального использования ресурсов недр является одной из актуальных проблем в горном деле. В данной статье на примере горно-геологического показателя полиметаллического месторождения предлагается один из вариантов решения этой проблемы. Для этого предлагается провести комплексный анализ системы “месторождение”, который состоит из двух этапов. На первом этапе производится исследование элементов этой системы, которые состоят из горно-геологических показателей (признаков), и выбор наиболее значимых из них с помощью метода понижения размерности — метода главных компонентов. На втором этапе с помощью теории распознавания образов производится опознавание искомого горно-геологического показателя с учетом уже выбранных на первом этапе значимых показателей. При этом, источником информации и на первом, и на втором этапах служат данные, полученные с помощью разведочных сетей как на обучающем, так и на разведуемых участках месторождения. Такой синтез метода главных компонентов и теории распознавания образов позволил понять внутренние связи системы “месторождение” между различными горно-геологическими показателями и повысить достоверность геометризации показателя полиметаллического месторождения до 81%, что безусловно существенно повышает эффективность и надежность принимаемых экономических, технологических и экологических решений горного производства.

На всех шахтах обеспечение безопасности является приоритетной задачей. Наиболее важный вопрос связан с эффективным и надежным проветриванием. В настоящее время нет действующего документа по проектированию вентиляции угольных шахт. Существовавшее ранее Руководство по проектированию вентиляции шахт, утвержденное Минуглепром СССР от 15.08.1989 года в настоящее время не действует. В ранее действующих документах некоторые параметры, влияющие на проветривание, не были достаточно изучены. Так ряд вопросов касательно определения величины аэродинамического сопротивления требуют пересмотра. Существующие эмпирические коэффициенты, указанные в Руководстве и справочниках, не учитывают изменившиеся виды технологий, применяемые при проходке горных выработок, современные виды крепи и горное оборудование. Отдельно обращает на себя внимание вопрос определения и учета величины лобового аэродинамического сопротивления. Данной теме посвящена настоящая публикация. Для определения величины дополнительной депрессии, затрачиваемой на преодоление движущегося препятствия, предлагается использовать численное трехмерное моделирование. Величина лобового аэродинамического сопротивления не постоянная. Она зависит от скорости движения горных машин и воздуха, формы и площади сечения горной выработки и миделева сечения перемещающегося препятствия. Разработанные рекомендации позволяют рассчитать величину дополнительной депрессии, затрачиваемой на преодоление лобового аэродинамического сопротивления, значения этого вида сопротивления и соответствующего коэффициента. При проектировании проветривания для обеспечения безопасности рекомендуется принимать максимальное значение лобового аэродинамического сопротивления. Предложенный алгоритм учета лобового аэродинамического сопротивления при расчёте вентиляции апробирован и может быть использован на шахтах и рудниках. В примере показано, что неучитывание лобового аэродинамического сопротивления может привести к уменьшению расхода воздуха на 20 % по отношению к расчётной величине.

Аварии на угольных шахтах происходят регулярно. Часто это случаи, связанные с травмированием или гибелью одного или двух человек. Периодически происходят крупные катастрофы, где гибнет и травмируется большое количество горнорабочих. Для их спасения и оказания помощи в начальный момент возникновения аварии создаются вспомогательные горноспасательные команды из числа работников предприятия. Аттестация с обучением членов вспомогательных горноспасательных команды проводится один раз в три года. При этом их обучают работе с горноспасательным оборудованием, работе в дыхательных аппаратах, оказанию первой помощи, изучают противоаварийную защиту шахты и законодательную базу, регламентирующую их деятельность. Вопросы тактики ведения горноспасательных работ членами вспомогательных горноспасательных команд требуют дополнительной проработки. В данной публикации приведена разработанная тактика ведения горноспасательных работ для членов вспомогательных горноспасательных команд. Она разработана для всех видов аварий и с учетом того, что по разным причинам может собраться неполное отделение по составу. Приведенные исследования наглядно показывают, что тот объем аварийно-­спасательных работ, который может быть выполнен различным составом, и время, затраченное на его выполнение, существенно отличается. Данные результаты, приведенные в статье, могут быть использованы при разработке плана мероприятий по локализации и ликвидации аварий на угольных шахтах. Также разработанная тактика ведения горноспасательных работ может быть использована для подготовки членов вспомогательных горноспасательных команд и их тренировки на предприятиях.

Ключевые слова: безопасность, шахта, вспомогательные горноспасательные команды, тактика, численность, авария.

В выпуск включены статьи молодых ученых, посвященные повышению эффективности стационарных машин: рудничных подъемных установок и центробежных насосов для рудничного водоотлива. В статьях представлены разработанные цифровые модели, позволяющие имитировать рабочие процессы, которые наблюдаются во время эксплуатации стационарного оборудования. Цифровые модели позволяют провести анализ конструктивных и режимных параметров стационарного оборудования и обосновать их с учетом условий эксплуатации. На основании выполненных исследований авторами предложены перспективные направления модернизации стационарных машин.

Исследованы изменения значений динамического модуля упругости пирита при СВЧ-воздействии по результатам лазерно-ультразвуковых испытаний. Целью работы является косвенное подтверждение результатов предыдущих испытаний СВЧ-воздействия на зерна пирита в кварцево-пиритной руде, показавших существенные изменения их структурного состояния, выразившиеся в росте величины плотности дислокаций на этапе температурной стабилизации, момент наступления которого зависит от среднего размера зерен пирита и концентрации пирита в образце. Представлены основные преимущества лазерно-ультразвукового метода исследований, описано оборудование и методика выполнения ультразвуковых замеров, проведён анализ их результатов. В качестве основного показателя, характеризующего степень изменения структурного состояния зерен пирита, был выбран динамический модуль упругости, значение которого рассчитывалось на основе данных о времени регистрации прихода продольных и поперечных волн. Значение динамического модуля упругости при каждом замере сопоставлялось с соответствующей данной итерации температурой зерна пирита. Выявленные закономерности анализировались и сравнивались с результатами более ранних экспериментов, показавших резкий рост плотности дислокаций в зернах пирита на участке температурной стабилизации.

В работе приведены результаты исследований по определению типа водопроводимости трещин в массиве скальных пород на основе ультразвуковых измерений. Изготовлена лабораторная установка, позволяющая фиксировать образец керна горной породы с возможностью изменять раскрытие трещины и проводить ультразвуковое прозвучивание. Результаты показали, что границей раскрытия капиллярных трещин является раскрытие равное 150 мкм. Подобраны параметры аппроксимирующей спектр ультразвуковой волны, пройденной через водозаполненную трещину капиллярного раскрытия, функции нижних частот Баттерворта для возможности выделения таких трещин в горной породе и определения их раскрытия. Результаты показали, что наиболее чувствительным параметром является порядок функции. При прохождении через водозаполненную трещину он падает более чем в два раз по сравнению с прохождением через ненарушенный образец. Установлена линейная связь между раскрытием трещины и порядком функции. Результаты компьютерного моделирования ультразвукового каротажа показали возможность выделения таких трещин в массиве горных пород по падению амплитуд частот при прохождении через водозаполненные трещины.

В сборник вошли статьи молодых ученых, работающих в области геоэкологии. Тематика статей посвящена широкому кругу актуальных проблем в области управления отходами добычи минерального сырья и его переработки, оценки безопасности добываемых углей в части содержания в них потенциально-опасных элементов и рисков самовозгорания, разработки метрологического обеспечения для контроля измерений показателей безопасности углей и отходов, а также перспективным технологиям улавливания парниковых газов.

Рассмотрена технология добычи песчано-гравийной смеси (ПГС) экскаваторно-гидравлическим способом (ЭГС). Проанализированы ключевые аспекты её применения, включая особенности гидротранспортирования, предварительного дробления, использования роторной дробилки на всасе грунтонасоса и организации добычных работ. Проведено сравнение эффективности ЭГС с альтернативными методами добычи, выявлены преимущества и ограничения. Рассмотрены геологические и технологические условия применения метода, а также возможности его адаптации к различным месторождениям. Представлены результаты опытно-промышленного использования технологии на Иршинском ГОКе, а также произведен технологический расчет её внедрения на одном из месторождений песчано-гравийной смеси в Калужской области. Показано, как внедрение данной технологии снижает себестоимость добычи, сократит численность работников, снизит затраты на транспортировку горной массы и повысит эффективность использования оборудования. Работа может быть полезна для специалистов горнодобывающей отрасли, занимающихся проектированием и оптимизацией технологий разработки месторождений с горизонтальным залеганием полезных ископаемых (ПГС).

Приведены результаты исследования по обоснованию технологии повторной выемки ранее оставленных запасов из междукамерных целиков в блоках в сложных горнотехнических условиях зоны обрушения с полевой подготовкой с применением металлической арочной крепи и последующим обрушением и выпуском руды. Дана сущность данной адаптивной повторной геотехнологии при выемке междукамерных целиков участках, предусматривающихся из полевых буро-доставочных выработок, пройдённых в подстилающих породах под днище блока с дополнительным креплением металлической арочной рамой и последующим обрушением вмещающих пород массива в условиях зоны обрушения. При этом, требуются повышенные меры безопасности ведения горных работ и системы постоянного мониторинга геомеханическому контролю массива вокруг буродоставочных выработок. Определены конструктивные параметры буро-доставочных выработок при системе с полевой подготовкой и представлена технологическая схема с расчетами параметров отбойки для разбуривания междукамерных целиков, а также порядок проведения горных работ при отработке оставленных запасов руд из целиков. Представлены расчетные технологические сетки и глубина анкерного крепления на отрабатываемом участке по рекомендуемой технологической схеме. Обоснованы шаг установки податливых металлических арочных рам в зависимости от физико-механических свойств массива пород для проходки буро-доставочных выработок. Спроектированы сечения буро-доставочных выработок с деталями крепления податливого металлического арочного рамного крепления с объемами работ и расходом материалов. Решены вопросы вентиляции и выбраны самоходные погрузочно-доставочные машины с расчетами их производительности до участкового рудоспуска рудника.

На основании анализа результатов инклинометрических и геодезических

измерений, произведённых в зонах пересечений железнодорожных путей и трасс

строящихся тоннелей метро, а также на основании анализа результатов конечно-

элементного моделирования, был выявлен ряд закономерностей

деформирования грунтового массива в процессе закрытой проходки с помощью

тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК). В частности,

выявлено несимметричное относительно оси железной дороги распределение

областей пластических деформаций, способное приводить к различным

величинам вертикальных деформаций рельсов. Эта ситуация может вызывать

перекосы железнодорожных путей. Показано, что описываемая разница

вертикальных деформаций способна приводить к значениям перекоса,

превышающем допустимые значения согласно действующей нормативной

документации. Другая выявленная особенность деформирования породного

массива связана с возникновением на определённых глубинах двух временных

максимумов абсолютных значений скоростей горизонтальных деформаций с

одним минимумом между ними. Cоотношение абсолютных значений скоростей в

этих двух максимумах предлагается использовать в качестве параметра,

опираясь на который можно добиваться снижения деформаций и минимизации

нежелательных изменений напряженно-деформированного состояния грунтового

массива путем подбора оптимального давления нагнетания тампонажного

раствора.

Перегонные тоннели метрополитена являются стратегически важными объектами народного хозяйства, обеспечивающими комфортное и безопасное перемещение в черте города. Согласно информации Департамента транспорта города Москвы, максимальный вес электропоезда метрополитена в часы пик может доходить до 400 тонн, при этом средняя скорость в перегонных тоннелях составляет 40 км/ч, а максимальная 80 км/ч. С точки зрения объектного размещения, перегонные тоннели метрополитена представляют собой протяженные линейные подземные конструкции с постоянно изменяющимися пространственно-геометрическими характеристиками. Своевременный контроль за эксплуатационной устойчивостью конструкций обделки перегонных тоннелей позволит повысить безопасность пассажирских перевозок. Деформации рассматриваемых конструкций в первую очередь проявляются на внутренней поверхности тюбинговой обделки в виде различных визуальных дефектов. Наиболее распространенным видом дефектов являются протечки, в т.ч. мокрые пятна и выщелачивание. Применение современных и инновационных подходов позволит повысить оперативность выявления и фиксации таких дефектов. Сбор пространственных данных, осуществляемый с использованием передвижной тоннельной фотостанции, позволяет сформировать необходимый объем цифровых фото- и видеоматериалов, на основе которых будут созданы цифровые модели и карты внутренней поверхности обделки перегонных тоннелей. В свою очередь, процедура формирования приемлемого уровня достоверности, объективности и надежности выявления визуальных дефектов обделки на цифровых картах перегонных тоннелей должна включать в себя использование нейронных сетей. В совокупности вышеописанные виды работ формируют методическое обеспечение построения цифровых карт перегонных тоннелей метрополитена для выявления визуальных дефектов с использованием нейронных сетей, использование которого повысит эксплуатационную устойчивость перегонных тоннелей метрополитена и обеспечит безопасность пассажирских перевозок.

Исследовано влияние типа забойки на характер формирования пылегазового облака с использованием численного моделирования методом сглаженных частиц (SPH), который положительно зарекомендовал себя при решении динамических задач геомеханики с учетом процессов разрушения. Рассмотрены методические возможности количественного прогноза интенсивности источников пылеобразования на открытых горных работах. Выдвинута и разработана гипотеза о двойственности процесса дезинтеграции геоматериалов в зоне бризантного действия заряда.

Добыча горной породы экскаватором на открытых горных работах связана с разной интенсивностью исчерпания ресурса в зависимости от условий эксплуатации, что требует адаптации работ по техническому обслуживанию и ремонту согласно этим условиям. Для этого необходимо оценить степень влияния условий функционирования экскаватора на формирование нагрузок, преодолеваемых его ковшом, при разработке забоя. Исследование процесса копания на реальном объекте связано с рядом ограничений и сложностей, поэтому целесообразно проводить моделирование данного процесса на лабораторном стенде. В работе описан порядок выбора критериев подобия при физическом моделировании процесса копания ковшом экскаватора модельной породы заданного гранулометрического состава. Дано описание специально разработанного стенда для моделирования процесса копания. Описаны условия и ход проведения эксперимента, а также представлены

Представлены результаты комплекса проведенных аналитических и экспериментальных исследований в области обоснования параметров горнотехнических систем с использованием численного моделирования на основе модельного представления Хоека-Брауна и алгоритма Ньютона-Рафсона поиска решения для нелинейных задач. Рассматриваются вопросы совершенствования и развития методологии проектирования горнотехнических систем в области синтеза функциональной структуры технологической системы угольной шахты. С учетом проведенных исследований, обосновывается утверждение о необходимости использования в данной проблематичной области системотехнического подхода и композиционных гибридных нечетких моделей с использованием  импульсных возмущений (проведение динамического анализа).