Анастасия Литвинова

При разработке проектов буровых работ необходим целый комплекс сведений о свойствах горных пород и условиях их залегания. Учет геомеханических процессов, происходящих в околосважинной зоне, позволяет избежать множества осложнений, связанных с нарушением устойчивости стенок выработки на всех стадиях ее сооружения и эксплуатации. Большое влияние на напряженно-деформированное состояние массива, вскрытого скважиной, оказывают технологические и технические факторы – вибрации и вращение бурильной колонны, образование желобов при спуске и подъеме снаряда, пульсации давления при пуске и остановке насосов, гидростатическое и гидродинамическое давления бурового раствора, его рецептура и свойства. Промывочная жидкость, циркулирующая по скважине, должна обеспечивать противодавление на пласт, химически не взаимодействовать с горной породой, в пористых и трещиноватых породах кольматировать каналы, тем самым препятствуя проникновению бурового раствора вглубь массива, создавать непроницаемый барьер при проходке глинистых толщ, склонных к набуханию, растрескиванию и т.д.

При разработке полезных ископаемых подземным способом на определенной глубине возникают динамические проявления горного давления, что существенно снижает безопасность при проведении горных работ. Нормативные документы предписывают на стадии изысканий и проектирования устанавливать критическую глубину отнесения месторождения к склонным по горным ударам. В настоящее время существует ряд, в основном инструментальных, методов определения склонности массивов горных пород к горным ударам и методов, основанных на определении физико-технических свойств и напряженно-деформированного состояния массивов горных пород.

Показана роль геомеханики для прогнозирования развития геосистем и обеспечения безопасности эксплуатации горных предприятий в условиях перехода к новому технологическому укладу. Рассмотрено состояние и перспективы развития минерально-сырьевой базы, включая арктическую зону Российской Федерации.

Процесс резания хрупких углей и пород одиночным резцом горных машин рассматривается, в отличие от общепринятого интегрального подхода, дифференцированно, с позиций формирования последовательных элементарных сколов, составляющих срез. Процесс формирования элементарного скола во времени рассматривается в виде последовательно сменяющих друг друга фаз. Ввиду сложности и многофакторности процесса предпочтение отдается экспериментальным стендовым исследованиям с использованием эталонных резцов, изотропных материалов и реальных блоков пород.

ГЕОЛОГИЯ Игорь Мовчан, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия;

В южной части региона Хур расположена система разломов, имеющая преимущественно северозападное направление простирания. Указанная сеть тектонических нарушений является одной из наиболее важных систем разломов в Центральном Иране и сечет метаморфические породы палеозоя, меловые известняки и вулканические породы эоцена. Интерпретация данных спутниковой съемки ETM+ (Enhanced Thematic Mapper plus, Landsat) и полевых наблюдений показала наличие левосторонних сдвигов вдоль системы разломов. Это сформировало структуру оперяющих разломов на северо-восточном окончании основного разлома. Другая особенность, связанная со сдвиговыми дислокациями, проявляется в ротации блоков в северо-восточных и юго-западных сегментах рассматриваемой территории. В регионе присутствует несколько бассейнов и «положительных» структур в виде серии взбросов и надвигов, указывающих на наличие в геологическом прошлом тектонических режимов сжатия и растяжения.

В статье выполнен анализ амплитуды спектров данных аудиомагнитотеллурического зондирования (АМТЗ). Особое внимание акцентировано на частотном диапазоне от 1 до 5 кГц, который принято называть мертвым частотным диапазоном или «dead band». Анализировались данные базовых станций, используемых при выполнении полевых работ в летне-осенний период 2013, 2014 и 2017 годов. Район работ расположен в Чукотском автономном округе за Северным полярным кругом. Предыдущими исследователями отмечалось, что надежный сигнал в мертвом частотном диапазоне можно получить лишь в ночное время. Авторами статьи было установлено, что на Чукотке в дневное время на фоне минимума сигнала в пределах «dead band» существует локальный максимум на частоте 2,4 кГц. При регистрации поля более 3 ч в дневное время в большинстве случаев удается восстановить частоты 2,2 и 2,6 кГц. Данные частоты являются надежными реперами, позволяющими в некоторых случаях восстановить кривую АМТЗ с использованием взаимосвязи между амплитудой и фазой. Предложены способы улучшения качества данных в мертвом частотном диапазоне при измерениях в дневное время.

В статье предложен метод прогноза деформации земной поверхности при устройстве котлованов в условиях плотной городской застройки с применением способа «стена в грунте», основанный на моделировании методом конечных элементов. Приведены результаты численного моделирования строительства полузаглубленного сооружения под защитой «стены в грунте». Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния в зависимости от параметров стены и физико-механических свойств грунтов. В работе приведены мульды оседаний поверхности при строительстве котлована способом «стена в грунте», эпюры изгибающих моментов, поперечных и продольных сил, возникающих в стене. Для оценки расхождения результатов моделирования в плоской и объемной постановке задачи выполнены численные эксперименты в Plaxis 2D и 3D.

В качестве объекта исследования выступает система гидротранспорта хвостов обогащения железной руды на АО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК». Целью работы являлось определение параметров гидравлического транспорта хвостов обогащения железной руды при массовых концентрациях твердой фазы от 30 до 70 % и разработка рекомендаций для промышленной эксплуатации систем гидротранспорта высоконцентрированных пульп ЦХХ Качканарского ГОКа. Проведены лабораторные исследования параметров гидротранспорта сгущенных хвостовых пульп с разработкой методики расчета; опытно-промышленные испытания гидротранспортной системы в условиях ЦХХ Качканарского ГОКа. Установлено, что при использовании полиуретановых покрытий внутренней поверхности пульповодов значительно (в 1,75 раза) снижаются удельные потери напора на гидротранспорт сгущенных смесей. Это позволяет значительно увеличить дальность транспортирования для укладки хвостов обогащения в дальние участки хвостохранилища. Внедрение результатов исследований – в проекте реконструкции и развития хвостохранилища ЦХХ Качканарского ГОКа на период 2018-2020 гг. Предлагается использовать результаты работы в проекте реконструкции системы гидротранспорта в ЦХХ Качканарского ГОКа путем перехода на гидротранспорт гидросмесей, сгущенных до массовых концентраций 35-40 % в пульповодах с внутренним полиуретановым покрытием, что обеспечит энергосбережение в технологическом процессе гидротранспорта.

В работе обсуждаются особенности решения задачи структурных построений (прогноза глубин отражающих горизонтов) по системе сейсмических и скважинных данных. Сейсмические данные представлены значениями вертикального времени и скоростью суммирования, данные скважин – отметками глубины отражающих горизонтов. Вертикальное время и глубина отражающих горизонтов связаны уравнением средней скорости, но значение средней скорости не определяется в сейсмическом эксперименте, поэтому возникает задача подбора скоростной модели сложного природного объекта. Задача структурных построений решается подбором формальных конструкций, в которых находят корреляционные зависимости между параметрами глубинной модели среды и кинематическими параметрами волнового поля. Оптимальное решение задачи подбора модели определяется по минимальному расхождению прогнозных и фактических значений глубины по выборке скважин. На конкретном практическом примере представлены возможные варианты интерпретационной модели. Обратная кинематическая задача в формате преобразования вертикального времени отраженных волн в глубину горизонтов решается в каждом производственном отчете по результатам сейсморазведочных работ и, вероятно, является наиболее распространенной задачей сейсморазведки. В силу многообразия объектов исследования и кажущейся очевидности решения эта тема слабо представлена в научной литературе.

Ртуть – один из красивейших металлов в природе. Он остается в жидком состоянии при комнатной температуре. При этом минерал очень токсичен и контакт с ним может иметь тяжелые последствия для здоровья человека.

ГЕОЛОГИЯ Алексей Егоров, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой, Санкт-Петербургский горный университет; Илья Винокуров, кандидат геолого-минералогических наук, заместитель заведующего отделом, ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт имени А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ)»; Александр Телегин, доктор геолого-минералогических наук, заведующий кафедрой, Санкт-Петербургский горный университет.

Целью данного исследования являлось получение диагностических признаков и критериев распределения тяжелых металлов в техногенно-нарушенных почвах в зоне промышленных объектов в зависимости от их измененных геохимических свойств, позволяющих закреплять химические элементы в ландшафтах (образование геохимических барьеров). На основе геоэкологической оценки выявлены нарушения буферных свойств почв, что проявляется в изменении ионного состава, защелачивании, повышении pH, сульфатно-хлоридном засолении. Это формирует щелочной барьер на пути распространения тяжелых металлов, например, для Cu, Pb, Zn, N, способствует их аккумуляции и последующей концентрации в слое почвы за счет обменных взаимодействий химических элементов с катионами Na+, K+, Cа2+. Насыщение почвенной среды сульфатами также повышает вероятность закрепления металлов в почвенном слое. Показано, что в техногенно-измененных почвах внутрипрофильная почвенная миграция нефтепродуктов (одного из наиболее распространенных загрязнителей промышленных территорий) и химических элементов происходит до глубины 30-50 см, где формируется техногенный барьер в виде нефтепродуктов на глинистом сорбционном слое. Обнаружена прямая зависимость содержания нефтепродуктов в почве от суммы токсичных сульфатных и хлоридных солей. Совокупность выявленных факторов создает условия для взаимообусловленного фиксирования поступающих на поверхность загрязняющих веществ и химических элементов, в том числе тяжелых металлов, формируя спонтанные техногенно обусловленные геохимические барьеры в зоне промышленных производств. Обнаруженные эффекты являются обоснованием для создания на практике искусственных геохимических барьеров на пути миграции как загрязняющих веществ, так и ценных компонент с целью их последующего извлечения из почв при разработке соответствующего способа извлечения.

ГЕОЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Семен Гендлер, доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский горный университет; Тхе Ха Нгуен, кандидат технических наук, заведующий кафедрой, Горный колледж, Вьетнам.

Проблемным является вопрос о многократном использовании бурового раствора. Для повторного использования необходимо раствор качественно очистить от твердых шламов по классу 0,04-0,07 мм. Анализ существующих технологий и оборудования показал, что схемы регенерации бурового раствора достаточно сложны в эксплуатации и дороги. В мировой практике наметилась тенденция по созданию универсального оборудования, позволяющего за один цикл обработки наиболее полно очищать буровой раствор по тонким классам. В работе предложен инновационный виброакустический модуль для очистки буровых растворов от шламов. Креативным элементом предложения является воздействие виброакустических колебаний на буровой раствор, проходящий через сетчатый элемент. При этом около сетки возникают специфические эффекты, за счет которых повышаются производительность и эффективность процесса. Представлена конструкция виброакустического аппарата и принцип его работы. Важным элементом предложения является то, что колебание создается поршнями, соединенными между собой тягами и расположенными по разные стороны от сетки. Данная дипольная система обеспечивает возбуждение переменных давлений разной полярности до сетки и после нее. Приведены результаты промышленных испытаний виброакустического модуля при обслуживании буровой установки БУ-75-БрЭ. Обнаружена зависимость производительности и эффективности установки от амплитуды колебаний. Определен оптимальный динамический диапазон воздействия (от 5,5 до 6,5 мм). Анализы показали, что в составе очищенного бурового раствора максимальный размер частиц твердой фазы не превышал 0,04 мм. Проведенные промышленные испытания подтвердили возможность применения виброакустического модуля для очистки промывочной жидкости и разработки на его основе безамбарной технологии бурения.

Знание текущего напряженно-деформированного состояния какого-либо участка или конструкции трубопровода позволяет принимать обоснованные решения по их эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту, а также по прогнозированию технического состояния. Рассматривается задача определения характеристик напряженно-деформированного состояния участка газопровода, имеющего отводы холодного гнутья (ОХГ) по данным внутритрубной диагностики (ВТД). Гнутая часть ОХГ характеризуется наличием остаточных напряжений и деформаций в стенке отвода, которые вносят долю своего влияния в общий уровень напряженно-деформированного состояния газопровода, работающего под действием внешних и внутренних нагрузок. Используя результаты внутритрубной диагностики, численным моделированием и решением определено изменение значений продольных напряжений и показана необходимость учета остаточных напряжений в зоне упругопластических деформаций отводов холодного гнутья.