Rambler's Top100
Институт горного дела СО РАН
 Чинакал Николай Андреевич Знак «Шахтерская слава» Лаборатория механики деформируемого твердого тела и сыпучих сред Кольцевые пневмоударные машины для забивания в грунт стержней
ИГД » Научная деятельность » ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ… » Важнейшие результы исследований…

Важнейшие результы исследований ИГД СО РАН в 2009 г.

ГЕОМЕХАНИКА

1. Обоснован и предложен метод совокупной оценки свойств горных пород, влияющих на их абразивную способность, посредством представления физико-механических свойств в структурно-иерархической канонической шкале.

2. Методами физического моделирования на «плоских» моделях блочных геосред в изменяющемся поле напряжений изучены особенности распространения упругих волновых пакетов от импульсных источников заданных энергетических уровней.

3. Разработан и изготовлен стенд для проведения экспериментальных исследований параметров распространения упругих волн в «одномерных» неоднородных геосредах. Исследованы изменения амплитуды, периода и частоты упругих колебаний, вызванных импульсным воздействием с разной энергией удара, от размера неоднородности.

4. Выполнена проверка кинематического критерия прогнозирования предельного состояния массива горных пород по шахтным сейсмологическим данным на рудниках Талнахско-Октябрьского месторождения за период 1994–2009 гг. Экспериментально доказано, что отношение скоростей движения приведённого центра сейсмоэнерговыделения и «миграции» отдельных сейсмособытий для упорядоченной по времени их проявления последовательности в пределах зон концентрации напряжений для шахтных полей является важным диагностическим признаком перехода контролируемых участков массивов горных пород в удароопасное состояние.

5. Разработана и внедрена измерительная система «Сдвиг ИГД СО РАН» для мониторинга деформационных процессов в потенциально опасных к обрушению откосов бортов карьеров в экстремальных природно-климатических условиях Сибири.

6. Разработан, изготовлен, аттестован на взрывобезопасность и испытан в подземных условиях рудника «Октябрьский» ОАО "ГМК «Норильский никель» многоканальный измерительный комплекс для регистрации перемещений и деформаций геологических блоков через скважину.

7. Выполнен комплекс экспериментально-теоретических исследований, связанных с разработкой радиочастотных геофизических методов применительно к созданию средств навигации бурового инструмента в грунте, обладающих требуемой точностью, помехоустойчивостью и разрешающей способностью по дальности.

8. На основе современных достижений в области нелинейной геомеханики разработана и успешно испытана технология сейсмической стимуляции добычи нефти. Разработанные комплекты скважинного оборудования (32 шт.) изготовлены двумя сериями на заводе «Ижнефтемаш». С их использованием в НК «Башнефть» и «Русснефть» дополнительно добыто 17 тыс. т нефти из истощенных старых месторождений в терригенных и карбонатных коллекторах.

9. Экспериментально изучены закономерности упруго-пластического деформирования проявляющих реологические свойства горных пород при простом и сложном нагружениях. Установлено, что увеличение скорости деформирования вызывает снижение прочностных и деформационных свойств на до- и запредельной стадиях, при этом боковое давление оказывает существенное влияние на характер упрочнения материала. Это позволило в обобщенных координатах «максимальное касательное напряжение главный сдвиг» построить универсальную паспортную зависимость, положенную в основу модели взаимодействия породоразрушающих машин и бурового инструмента с массивом горных пород и нефтяным коллектором.

10. Определены динамико-кинематические характеристики зоны локализации деформаций в образцах плоской формы при жестком однородном сжатии образцов сильвинита с помощью двух-экспозиционной спекл-фотографии. Построены полные диаграммы деформирования. Установлено, что пластическая деформация осуществляется макроскопически локализованно; время включения зон пластической макролокализации описывается канонической зависимостью 2n/2, n — целое число; макролокализация носит волновой (прерывистый) характер, положения максимумов локальных деформаций, периоды колебаний удовлетворяют этой зависимости.

11. На базе концепции массивов горных пород как геосред с блочно-иерархической структурой разработаны математические модели с определяющими соотношениями, учитывающими геометрические параметры и физические свойства блоков, деформационные и прочностные характеристики межблочных нарушений, вид напряженно-деформированного состояния и скорость внешнего нагружения. Использование этих моделей позволило теоретически доказать, что существует критическое значение введенного параметра разупрочнения геоматериала, превышение которого приводит к неконтролируемому динамическому высвобождению накопленной в массиве горных пород упругой энергии; описать процесс карстообразования с удовлетворительной сходимостью результатов физического и математического моделирования; оценить динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа.

12. Экспериментально и теоретически исследовано распространение нелинейно-упругих волн в блочных геосредах. Установлено, что при импульсном нагружении среды преобладают высокочастотные моды с периодом собственных колебаний блоков и низкочастотные волны маятникового типа с относительно слабым затуханием, скорость распространения и степень затухания которых определяются массой блоков и существенно зависят от реологических свойств прослоек. С использованием построенных моделей описаны закономерности распространения сейсмических волн при взрывах в блочно-слоистом породном массиве, характерном для условий открытых карьеров. Доказано существование групп маятниковых волн, распространяющихся в геосредах с податливым верхним и жестким подстилающим слоями.

13. С использованием дискретных элементов разработан метод и реализующий его алгоритм решения задачи нелинейной геомеханики эволюции напряженно-деформированного состояния отрабатываемых месторождений полезных ископаемых. Построена модель разрушения рудного блока и выпуска породы через донное отверстие. Доказана возможность существенного расширения зоны течения руды в блоках за счет перехода от последовательного режима выпуска к одновременному, исключающему формирование застойных зон. Получено соотношение для оценки критического по условию устойчивости размера последних. Обоснована принципиальная возможность повышения показателя извлечения полезных компонентов при последовательном порционном режиме выпуска через систему отверстий.

ГЕОТЕХНОЛОГИЯ И ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

1. Разработана алгоритмическая база для формирования пакета прикладных программ, используемых для подсчета запасов, выбора главных параметров горнодобывающих предприятий, оптимизации порядка развития горных работ. При разработке алгоритмической базы использован новый принцип прогнозирования параметров оруденения по порядку концентрации основного полезного компонента.

2. Для геомеханической оценки технологических схем ведения очистных работ под охраняемыми объектами предложен метод расчета напряженно-деформированного состояния массива горных пород в области подработки, учитывающий обрушение пород в выработанное пространство и разрушение сплошной среды в зоне формирования растягивающих напряжений. Применительно к условиям отработки одного из слепых рудных тел месторождений Горной Шории получены критические параметры напряженно-деформированного состояния массива, при которых обрушение пород может достичь земной поверхности.

3. Выполнено технико-экономическое и геомеханическое обоснование параметров новой (патент РФ № 2310753 с приложением от 02.10.09) высокоэффективной технологии разработки мощных рудных месторождений для условий рудника «Заполярный» ЗФ ОАО "ГМК «Норильский никель». В данной технологии отбойку и отгрузку руды производят из лавной подсечки высокопроизводительным самоходным оборудованием. Обоснованы технологические параметры варианта лаво-этажной системы разработки, обеспечивающие устойчивость конструктивных элементов при поддержании подсечки столбчатыми целиками.

4. Установлена причина улучшения взрывного рыхления уступов на карьерах при использовании систем неэлектрического инициирования (СИНВ). Показано, что взрывание заряда каждой последующей скважины с интервалами замедления 25÷42 мс производится в условиях интерференции поверхностных волн Рэлея от нескольких ранее взорванных скважин, в результате чего взрывание подавляющего числа скважин проходит в предварительно напряженном массиве.

5. Разработан, апробирован в промышленных условиях и принят заказчиком комплекс мероприятий по повышению эффективности закладочных работ на рудниках ЗФ ОАО "ГМК «Норильский никель». Для повышения производительности поверхностных закладочных комплексов рудников внесены конструктивные изменения в действующее помольное оборудование, согласованные с заводом-изготовителем. Реализация предложений в совокупности с использованием разработанной методики оптимизации режима шаровой загрузки позволила увеличить производительность действующих шаровых мельниц при измельчении компонентов закладочной смеси на 15–20%.

6. По заказу ОАО «Кыргызалтын» Кыргызской Республики выполнено геомеханическое обоснование и разработан "Специальный проект по закладке пустот Южного рудного тела и отработке руды в целиках горизонтов штолен № 7 и № 6 «Макмальского месторождения», по которому в настоящее время ведутся горные работы. Проектом предусмотрена технология отработки изрезанных выработками целиков общей высотой более 100 м с предварительным заполнением выработанного пространства смежных камер сухой закладкой через провалы в дне карьера и единовременной отбойкой целиков массовым взрывом.

7. Выявлено, что брусит является эффективным сорбентом для очистки водных сред от стронция, а также эффективно удаляет уран, который находится в форме уранил-иона. В проведенных экспериментах сорбционная емкость брусита по отношению к Sr составила 100–200 мг/г, степень извлечения урана составила 82%.

8. Предложен метод определения изменения крупности извлекаемых частиц при использовании в флотационной машине ПАВ или аполярного реагента. Предложен критерий выбора молекулярной формы реагента для повышения эффективности процесса.

9. Предложен системный подход к управлению качеством угольной продукции на основе механизма адаптации добывающих предприятий в части проектирования и планирования к единым международным стандартам серии ISO 9000 — 2000. Он состоит в достижении баланса целей производителя и потребителя, что при высоких ценах на топливную продукцию и с учетом невосполнимости недр позволяет максимально использовать природный потенциал месторождения и повысить его инвестиционную привлекательность. Разработанный комплекс алгоритмов и программ по стабилизации зольности и оптимизации состава товарной продукции (концентрат, промышленный продукт) по результатам геолого-технологического картирования запасов опробован на примере Эльгинского каменноугольного месторождения (Южная Якутия).

10. Экспериментальными исследованиями в условиях шахты «Березовская» на удароопасном угольном пласте XXVI при подходе механизированного комплекса DBT косым заездом с опережением конвейерного штрека в предварительно пройденную демонтажную камеру установлено, что эффективность и безопасность работ в очистном забое в условиях труднообрушающихся кровель обеспечивается направленным гидроразрывом кровли, выполняемым из демонтажной камеры, как по слоистости, так и вкрест простирания, причем последний осуществляется навстречу и под углом к очистному забою. Установлено, что применение гидроразрыва кровли, позволяет существенно снизить ударо- и выбросоопасность угольного массива. На основе метода конечных элементов разработаны алгоритмы и программное обеспечение, позволяющие численно исследовать характеристики напряженно-деформированного состояния кровли, механизированной крепи и угольного целика, а также их взаимодействия в условиях труднообрушаемых кровель при расслоении кровли направленным гидроразрывом.

11. На основе статистического анализа состояния добычи угля в Кузбассе открытым и подземным способами в период 1998–2008 гг., показано, что шахты добывают более ценный коксующийся уголь, поэтому несмотря на более высокую себестоимость добычи угля подземным способом прибыль в 2008 г. примерно была одинакова на шахтах и разрезах, а удельные капвложения на строительство шахт почти в 4 раза превышали соответствующие инвестиции на новое строительство разрезов.

12. Аналитическими исследованиями механизма повышения гидродинамической подвижности поровой воды под влиянием низкочастотного сейсмоволнового вибровоздействия произведена оценка фильтрационной виброчувствительности гидрогенного урановорудного пласта. Установлено, что минимальная величина интенсивности сейсмоволнового поля (плотности потока сейсмической энергии) в пласте, необходимой для совершения работы адгезионного отрыва и гидродинамической активации в его поровом пространстве сорбированной воды, должна составлять не менее 10-3-10-2 Вт/м2 при продолжительности вибровоздействия в пределах 1 часа.

13. Предложен механизм сейсмического воздействия, основанный на влиянии слабых колебаний на пластическую деформацию продуктивного нефтяного пласта, выведенного из равновесного состояния процессом разработки, и способ усиления сейсмического воздействия на пористые среды снижением пластового давления в момент импульсного нагружения матрицы горной породы. Для реализации способа разработан и испытан комплекс скважинного оборудования с механическим каналом (волноводом), обеспечивающим передачу импульсного воздействия в глубокозалегающий продуктивный пласт. Разработана подземная компоновка оборудования модульного комплекса в скважине для Дмитриевского месторождения.

14. Для комплексных систем скважинных воздействий на продуктивные пласты за время каждого цикла работы скважинных гидроударных установок, оснащенных необходимым дополнительным оборудованием, удается обеспечить выполнение в определенной последовательности следующих операций: откачка, депрессия, волновое воздействие. Из анализа давлений в системе показано, что наиболее целесообразно использовать изменение давления в подплунжерной камере гидроударного генератора для ее дальнейшего преобразования в механическое усилие или импульс давления в скважине при помощи формирователя гидравлических импульсов или механических волноводов. Изменение давления в надплунжерной камере целесообразно применять для усиления эффекта механического воздействия при низких забойных давлениях в скважине. Наряду с механическими волноводами целесообразно применение гидравлического канала для воздействия импульсами повышенного давления на призабойную зону и пласт.

ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ

1. Созданы и в натурных условиях рудников ООО «Евразруда» испытаны погружные пневмоударники П110, П150 и расширители скважин до диаметра 250 мм на базе пневмоударников П150, в которых реализованы новые рабочие циклы, обеспечивающие увеличение до 2 раз энергии удара и до 50% скорости бурения по сравнению с отечественными аналогами. Разработаны и испытаны оригинальные сепарирующие устройства, обеспечивающие максимальную производительность и устойчивое функционирование пневмоударников с питающе-разрядной системой воздухораспределения на воздушно-водяной смеси с необходимой для эффективного пылеподавления концентрацией воды. Разработан погружной пневмоударник для буровых станков СПБ и СПА, обеспечивающий бурение этими станками дегазационных, увлажнительных, технических и анкерных скважин диаметром до 45 мм в породах прочностью до 14 единиц.

2. На примере погружных пневмоударников определена зависимость изменения долговечности бойка ударного устройства от скорости соударения его с породоразрушающим инструментом. Установлено, что применение составных бойков приводит к увеличению длительности ударного импульса при некотором снижении его амплитуды и, в итоге, к повышению долговечности бойка за счет снижения наиболее опасных растягивающих напряжений.

3. Обоснованы основные принципы построения автоколебательной гидравлической ударной системы, состоящей из источника расхода и нескольких ударных устройств. Разработан метод ее расчета. Применительно к созданию ковша активного действия экскаватора ЭКГ-5В разработана конструктивная схема гидравлического ударного устройства двухстороннего действия с управляемой камерой прямого хода и задержкой движения бойка в начале обратного хода. На стенде определены характеристики системы ударных устройств и их параметры.

4. Создан и испытан в производственных условиях экспериментальный образец установки горизонтального бурения, в которой для исключения в грунте каверн и последующих просадок дневной поверхности транспортирование разрушенного грунта осуществляется сжатым воздухом по горизонтальному вращающемуся трубопроводу постоянного сечения на расстояние до 100 м.

5. Разработаны и испытаны в лабораторных и полевых условиях генераторы ударных импульсов для реализации новой технологии погружения в грунт конструкционных элементов (труб, профилей, стержней), основанной на сочетании импульсной и статической нагрузок при сниженной по сравнению с аналогами энергии импульсов и повышенной частоте их приложения. Новая технология обеспечивает не менее, чем двукратное увеличение скорости погружения элементов в грунт при проведении специальных работ в подземном строительстве.

6. Установлены значения обратных аэродинамических качеств венцов рабочего колеса со сдвоенными листовыми лопатками и спрямляющего аппарата, для тоннельных вентиляторов в характерном для них диапазоне коэффициента теоретического давления, что позволяет определить области их рациональных расчетных параметров и оценить к.п.д. установки в целом на ранней стадии проектирования.

7. Доказана возможность равномерного выпуска из емкости связного материала с существенным силами сцепления между частицами при вибрационном воздействии на него; разработан в лабораторных условиях экспериментальный образец вибрационного устройства, обеспечивающего равномерный выпуск связных материалов из емкости, в котором рабочий орган, кроме изгибных колебаний, совершает дополнительное возвратно-поступательное движение относительно основания; выявлен рациональный режим выпуска материала, обеспечиваемый частотой вибрационного воздействия в диапазоне 20–35 Гц и амплитудой 5–8 м/с2.

8. В системах возбуждения генераторов на основе тиристорных преобразователей постоянного тока с естественным охлаждением тиристоров за счет использования системы обратной связи при управлении параллельно работающими ветвями достигнут разброс токов в ветвях параллельно соединяемых мостов при достижении током нагрузки номинальной величины не превышающий 4–7%, а питание обмотки возбуждения синхронного генератора от трехобмоточного трансформатора с двумя вентильными обмотками и двумя преобразовательными мостами обеспечивает уменьшение мощности выпрямительных трансформаторов, снижение уровня пиковых напряжений на роторе и обратных напряжений на тиристорах, улучшает гармонический состав напряжений.

9. Совместно с НПО «ЭЛСИБ» ОАО созданы и освоены в производстве уравнительные реакторы для тиристорных преобразователей постоянного тока с естественным охлаждением тиристоров в системах возбуждения и микропроцессорные системы самовозбуждения, обеспечивающие высокую стабильность работы генерирующих установок, в том числе с воздушным и водородным охлаждением, мощностью 60–125 МВт. Новые разработки применены НПО «ЭЛСИБ» ОАО для генераторов ТФ-80–2 мощностью 80 МВт Минской ТЭЦ и ТФ-63–2У3 мощностью 63 МВт Томской ТЭЦ, для гидрогенератора Вилюйской ГЭС.


Версия для печати  Версия для печати (откроется в новом окне)
Rambler's Top100   Рейтинг@Mail.ru
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт горного дела им. Н.А. Чинакала
Сибирского отделения Российской академии наук
Адрес: 630091, Россия, Новосибирск, Красный проспект, 54
Телефон: +7 (383) 205–30–30, доб. 100 (приемная)
Факс: +7 (383) 217–06–78
E-mail: mailigd@misd.ru
© Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН, 2004–2021. Информация о сайте