авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 12 |

«ФОНД ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ И ВОСТРЕБОВАННОСТЬ НАУКИ В СОВРЕМЕННОМ КАЗАХСТАНЕ IV ...»

-- [ Страница 2 ] --

В дальнейшем к этим функциям закладки добавилась функция утилизации (захоронения) в выработанном пространстве минеральных и жидких (зачастую – токсичных) отходов горного и обогатительного производств.

На современных горных предприятиях (в основном использующих технологию подземной разработки месторождений разнообразных твердых полезных ископаемых – металлических руд, калийных солей, горючих сланцев, угля и т.д.) себестоимость закладки выработанного пространства в добыче минерального сырья зачастую доходит до значения 30-35 %. Такой довольно высокий показатель обусловливает необходимость разработки по главным классификационным признакам и таксонам (табл. 1) научной группировки различных способов и видов закладки выработанного пространства.

Таблица 1 - Классификационные признаки группировки закладки выработанного пространства № Классификационный признак 1. Агрегатное состояние закладки 2. Фазовое состояние закладки 3. Гранулометрический состав закладки Физическая природа перемещения закладочного материала в выработанное 4.

пространство Последовательность закладки выработанного пространства и ведения горных 5.

работ 6. Вид закладочного материала 7. Состав и характеристики закладочного материала 8. Вид активизации закладочного материала «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Первоначально, в соответствии с представленными классификационными признаками группировки закладки выработанного пространства, необходимо выделять твердеющие и бесцементные ее виды (рис. 1), а также различать жидкую и сухую формы закладки.

Закладка выработанного пространства Твердеющая Нетвердеющая Жидкая Сухая Мелкодробленная Шламовая Пульповая Песковая Бутовая Самотечная под Под действием Под действием Перемещение действием гидравлических пневматических машинами и гравитационных сил сил сил механизмами последовательность последовательность последовательность закладки одиночной проведения горных закладки групп Различная Различная Различная камеры камер работ Подача на закладку Подача на закладку отдельных компонентов готовой смеси катализаторов твердения химических добавок пластификаторов и характеристика и характеристика и характеристика и характеристика и характеристика Разный состав Разный состав Разный состав Разный состав Разный состав Разный состав заполнителя и тип вод вяжущего Механическая Химическая Электромеханическая активизация активизация активизация закладочной смеси закладочной смеси закладочной смеси Рис. 1. Группировка закладки выработанного пространства 36 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»





Что касается формы закладки, то к настоящему времени разработан и применяется способ гидрозакладки, в соответствии с которым производят подачу хвостов обогатительной фабрики по кольцевому трубопроводу с возможностью отвода в несколько закладочных комплексов, расположенных последовательно по всей его длине.

На каждом закладочном комплексе из кольцевого трубопровода отводят часть хвостов, с их последующим разделением в гидроциклоне на пески и слив. Из слива гидроциклона выделяют сгущенный продукт, который совместно с песками подают на формирование закладочной смеси, и слив, который возвращают обратно в кольцевой трубопровод. А уже в смесителе образуют закладочную смесь из песков, сгущенного продукта и различных добавок.

Также известен еще один способ гидрозакладки, который включает гидротранспорт пульпы по вертикальному и горизонтальному пульпопроводам к закладываемым участкам и последующую закладку выработанного пространства.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ УДАЛЕНИЯ ГРУНТОВОГО КЕРНА ПРИ СООРУЖЕНИИ ЗАКРЫТЫХ ПЕРЕХОДОВ МЕТОДОМ ПРОДАВЛИВАНИЯ А.С. Кондратенко Институт горного дела СО РАН, Новосибирск Общеизвестно, что бестраншейный (закрытый) метод сооружения подземных инженерных коммуникаций является наиболее прогрессивным и экологичным. Этот метод находит все более широкое применение в связи с увеличением плотности застройки и с развитием коммуникационных сетей различного назначения.

Большинство бестраншейных переходов совершается под авто и железнодорожными магистралями. В связи с этим к технологии сооружения подземной скважины предъявляются повышенные требования, основным из которых являются исключение просадки или вспучивания дневной поверхности дорожного полотна как в процессе сооружения подземного перехода, так и в процессе последующей эксплуатации соответствующего участка магистрали.

В последние годы в подземном строительстве расширилось применение установок направленного горизонтального бурения. Однако использование их в городских условиях связано с риском разрушения дорог, магистралей, других объектов, под которыми сооружаются скважины [1].

Причиной этого является сам принцип гидравлического бурения, связанный с опасностью размывания каверн, вздутия дневной поверхности и Рис.1 - Разрушение дневной поверхности другими последствиями использования при бурении бурового раствора, поступающего в скважину под большим давлением (рис.1).

При прокладке коммуникаций под транспортным магистралями, особенно на небольшой глубине заложения, нашел широкое применение метод, основанный на погружении в грунт трубы с открытым передним торцом, поскольку он в наибольшей «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

степени исключает возможность вспучивания или просадки дорожного полотна [2].

Реализация такой проходки возможна двумя различными способами. В первом случае труба забивается в грунтовый массив пневмомолотом (рис.2а), а во втором вдавливается статической силой гидродомкратами (рис.2б).





Виброударное погружение характеризуется высокой скоростью проходки скважины и отсутствием необходимости сооружения подпорной стенки в рабочем котловане. К недостатком виброударного погружения относятся повышенный уровень шума от работы пневмомолота, что не всегда приемлемо в городских условиях, и вибрация, способная не только переуплотнить технологические песчаные и щебеночные «подушки» под авто- и ж/д магистралями, но и привести к разрушению фундаментов близлежащих строений.

а б Рис. 2 – Методы погружения труб в грунтовый массив с открытым переднем торцом: а-виброударное;

б - статическое Как при статическом, так при динамическом погружении во внутреннюю полость трубы поступает грунт, который постепенно уплотняется, в конечном счете образуя грунтовую пробку. Продвижение трубы с грунтовой пробкой требует больших затрат энергии. Это связано с тем, что очередные порции грунта из забоя уже не могут поступать во внутреннюю полость трубы. Происходит вытеснение грунта в стенки скважины, что приводит к резкому росту деформаций окружающего грунтового массива в радиальном направлении, т.е. труба продолжает перемещаться в грунте с заметно меньшей скоростью аналогично трубе с закрытым передним торцом. Таким образом, своевременное удаление грунтового керна является важным фактором определяющим эффективность технологии в целом.

Существующие технологии промежуточного удаления керна не в полной мере соответствуют достигнутым возможностям, которые обеспечивают современные средства для погружения кожуха. Циклическое удаление керна эффективно для переходов длиной до 20-25м [3]. При большей длине начинает существенно сказываться органический недостаток любого циклического процесса – наличие холостого хода. Технология гидроразмыва связана с обводнением рабочих приямков, что далеко не всегда приемлемо. Бурение со шнековым транспортером связано с применением громоздких и энергоемких механизмов, которые подвержены интенсивному износу. Способ вибротранспортирования основан на перемещении керна при действии на трубу ударной или вибрационной нагрузки. Как показывают исследования, в чистом виде этот процесс малопроизводителен, весьма неустойчив и не обеспечивает качественную очистку трубы[4].

Наиболее логичным представляется удаление грунтового керна из трубы по мере его поступления без применения дополнительных средств механизации циклического действия [5]. Реализация такой возможности представлена на рисунке 3.

38 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Рис. 3 - Продавливание с порционным удалением керна Сущность предлагаемого решения заключается в установке на переднем торце трубы насадки, коротая образует с трубой герметичную круговую камеру с одним входным отверстием для подачи выталкивающей среды и несколькими выходными, равномерно распределенными в диаметральной плоскости по внутреннему периметру трубы. При образовании грунтовой пробки в насадку по отдельному трубопроводу под давлением подается выталкивающая среда, которая попадая через выходные отверстия во внутреннюю полость трубы, отсекает часть грунтового керна и образует внутри трубы рабочую камеру. Сила, создаваемая давлением выталкивающей среды, перемещает грунтовую пробку по трубе в рабочий котлован. Важным моментом в технологии порционной очистки является герметичность рабочей камеры, т.е.

грунтовая пробка должна быть достаточно плотной и заполнять все поперечное трубы.

В противном случае порционная очистка будет невозможна.

Порционное удаление не только повышает эффективность продавливания, но и расширяет границы его применения. Очевидными достоинствами предлагаемого способа являются:

Возможность прокладки труб малого диаметра (до 300мм) с открытым передним торцом.

Применимость как при статическом, так и при виброударном продавливании.

Снижение энергоемкости продавливания, за счет гарантированного отсутствия грунтовой пробки и значительного снижения сил трения между внутренней поверхностью трубы и грунтовым керном.

Высокая производительность, независимость от стадии погружения трубы и при некоторых условиях возможность очистки без остановки процесса продавливания.

Высокая точность скважины за счет постоянного режима резания грунта и отсутствия вдавливания грунта в стенки скважины.

Отсутствие гидротранспортирующего оборудования, лебедки или шнекового транспортера, не происходит обводнения котлованов.

Насадка на переднем торце трубы, безусловно, увеличивает лобовое сопротивление трубы, однако ее применение снижает силу трения между трубой и грунтовым массивом, за счет зазора (рис.4) [4].

Экспериментально подтверждена возможность порционного удаления керна сжатым воздухом или воздушно-жидкостной смесью. Эксперименты проводились в условиях максимально приближенных Рис.4 - Влияние насадки на к реальности. Труба длиной 2м и диаметром 100мм погружение трубы погружалась в грунтовый массив на глубине 1м от дневной поверхности (рис.5). Фиксировалось нарастание длины грунтового керна по мере продвижения трубы в грунтовый массив.

Очистка осуществлялась после прекращения роста грунтового керна, т.е. после «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

образования грунтовой пробки, путем подачи сжатого воздуха или воздушножидкосной смеси по специальному каналу внутри основной трубы. После удаления первой порции процесс погружения возобновлялся до момента образования новой пробки, которая впоследствии также удалялась. Так продолжалось до полного погружения трубы в грунтовый массив.

Рис. 5 -Экспериментальное оборудование для проверки работоспособности способа очистки трубы от грунтового керна В результате выявлен ряд особенностей, влияющих на эффективность процесса:

1.При диаметре трубы 100 мм максимально возможная длина грунтовой пробки составляет 300мм.

2. При виброударном погружении трубы грунтовая пробка значительно длиннее.

В этом случае на первый план выходит равенство между выталкивающей силы и силами трения в паре «труба-керн».

3. Для увеличения длины грунтового керна и уменьшения сил трения в паре «труба-керн» в процессе погружения в зону контакта трубы и керна можно подавать под незначительным давлением жидкость.

4. При виброударном погружении трубы насадка должна быть установлена на некоторое расстояние от переднего торца трубы. В противном случае происходит разгерметизация рабочей камеры через переднюю часть трубы.

5. Расположение канала для подачи выталкивающей среды внутри трубы уменьшает герметичность рабочей камеры и целостность движущейся грунтовой пробки. В случае, когда этот канал расположен на внешней поверхности трубы на первый план выходит проблема его надежного крепления к насадке.

Полученные результаты позволяют рассчитывать на получение в конечном счете современного способа удаления грунтового керна из внутренней полости трубы при сооружения протяженных бестраншейных переходов высокой точности на основе метода продавливания. Основными направлениями дальнейших исследований являются:

Выявление взаимосвязи факторов влияющих на образование грунтовой пробки (свойства грунтового массива, размеры трубы и качество ее внутренней поверхности, энергия и частота ударов пневмомолота).

Исследование процесса перемещения грунтовой пробки в трубе с целью:

оптимизации давления выталкивающей жидкости при очистке и ее состава, определения влияния стыков секций трубы и длины транспортирования на целостность движущейся грунтовой пробки.

Литература 1. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий – М, 2005, 299 с.

2. Кондратенко А.С., Петреев А.М. Особенности процесса удаления грунтового керна при виброударном воздействии на трубу и статическом воздействии на керн// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых – Новосибирск, 2008-№6.

40 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

3. Воронцов Д.С., Петреев А.М., Смоляницкий Б.Н. Проходка скважин в грунте ударным устройством с кольцевым инструментом// Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых – Новосибирск, 2005-№5.

4. Кершенбаум Н. Я., Минаев В. И. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. — М: Недра, 1984с.

5. Патент 2116405 Российской Федерации, МПК Е02F5/18 C1. Способ бестраншейной прокладки трубопровода в грунте и устройство для его осуществления / Костылев А.Д., Курленя М.В.,Маслаков П.А.,Смолянский Б.Н.,Терсков А.Д.;

заявитель и правообладатель Институт горного дела СО РАН;

заявл. 28.11.1996;

опубл. 27.07.1998, Бюл. №2 -5с.: 2 ил.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ГОРНЫХ МАШИН Д.М.Нургалиев Карагандинский государственный технический университет Развитие техники ставит новые задачи в области исследования работоспособности машин и их элементов. Повышение их надежности и долговечности, являясь важнейшим фактором, определяющим рост конкурентоспособности изделий, связано с достоверным определением «опасных» мест конструкции.

Наиболее эффективным широко используемым современным средством достижения поставленной цели является использование метода конечных элементов.

Сущность метода конечных элементов состоит в аппроксимации исследуемого тела некоторой моделью, которая представляет собой совокупность элементов с конечным числом степеней свободы. Эти элементы взаимосвязаны только в узловых точках, куда прикладываются фиктивные силы, эквивалентные поверхностным напряжениям, распределенным по границам элементов. Параметры приведенной идеализированной системы определяются исходя из соответствующих вариационных решений.

Метод конечных элементов позволяет значительно уменьшить затраты при разработке новых изделий, так как позволяет существенно сократить объемы или даже полностью отказаться от дорогостоящих стендовых испытаний. Кроме того, с помощью метода конечных элементов можно в сравнительно короткие сроки оценить характеристики разных вариантов конструкций и выбрать наилучший вариант.

Одним из программных пакетов, основанных на методе конечных элементов, является пакет прикладных программ ANSYS. ANSYS известен на рынке уже более двадцати лет и является наиболее распространенным средством для научных и инженерных расчетов. Особенностью ANSYS является чрезвычайно широкий спектр задач, которые он в состоянии решать.

Графический интерфейс системы ANSYS существенно отличается от графического интерфейса большинства приложений для ОС Windows. Это можно объяснить двумя факторами. Во-первых, тем, что у систем САПР, к которым относится и ANSYS, выработаны свои правила построения интерфейса пользователя, например, большинство команд во многих САПР вводится с помощью очень разветвленного бокового меню (например, Pro Engineer, старые версии AutoCAD). Этот же подход использован и в ANSYS. Вторым фактором является то, что изначально графический интерфейс ANSYS создавался для систем семейства Unix и позже был перенесен в «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Windows с чисто косметическими изменениями (что, впрочем, также характерно для мощных САПР).

В 2009 году сотрудниками кафедры «Промышленный транспорт» в рамках конструкторско-технологической работы выполненной для ПО «Карагандацветмет», филиала ТОО «Корпорации Казахмыс» были определены рациональные конструктивные параметры, элементов усиления обечайки отклоняющих барабанов грузовой ветви рудных ленточных конвейеров c использованием метода конечных элементов, реализованные в среде ANSYS [1]. Сравнение результатов прочностного расчета отклоняющих барабанов и метода конечных элементов ANSYS, в целом, подтвердила адекватность расчетных значений, и погрешность не превышает 10% (рисунок).

Рисунок – Сравнение расчетных показателей напряжений с данными моделирования в ANSYS Полученные результаты исследований позволили рекомендовать как наилучшую конструкцию среди рассматриваемых моделей, отклоняющий барабан, имеющий диск с углом разветвления 720, внутренний диаметр и толщину диска – 310 и 20 мм, соответственно [2].

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование современной компьютерной программы пространственного моделирования «ANSYS»

позволяет достаточно полно решать актуальные прикладные задачи по определению рациональных конструктивных параметров основных узлов горных машин.

Литература 1. Повышение эффективности работы магистрального ленточного конвейера на руднике «Нурказган» за счет определения его наиболее рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров и выбора метода очистки конвейерной ленты. – НИОКР.- Караганда.: КарГТУ, 2009. 77 с.

2. Заявление о выдаче инновационного патента Республики Казахстан на изобретение № 20628 от 22 июня 2010 года.

42 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ Г.А.Кадыралиева Институт геомеханики и освоения недр, Бишкек Освоение средне- и высокогорных территорий, в том числе и эксплуатация дорог, построенных на горных склонах, непосредственно связано с обеспечением устойчивости этих геотехнических объектов. В горных районах почвенный покров имеет незначительную толщину, а на крутых склонах коренные горные породы выходят на дневную поверхность и перекрыты продуктами выветривания, которые образуются в результате воздействия на поверхность откоса природных факторов:

атмосферных осадков, сезонных колебаний температуры, скорость ветра, химического выщелачивания, которые образуют зону выветривания.

Мощность зоны выветривания измеряется первыми десятками метров, но иногда достигает 100 и 200 метров [1]. В процессе выветривания снижаются такие параметры грунта как размеры твердых частиц, плотность скелета, сцепление грунта, сопротивление сдвигу, что способствует развитию процессов эрозии, сплывов, а в отдельных случаях нарушению общей устойчивости склонов, береговых откосов, откосов горных дорог, рабочих бортов карьеров.

В связи с этим изучение физических свойств грунтов, влияющих на сопротивление грунтов сдвигу является одной из актуальных задач при эксплуатации геотехнических объектов на горных склонах.

Сопротивление грунтов сдвигу является основным прочностным показателем устойчивости грунтов на склоне. Характерными показателями сопротивления грунтов сдвигу это угол внутреннего трения - коэффициент трения, и сцепления, которое состоит из структурного сцепления и связности [2]. Сопротивления грунтов сдвигу зависит от физического состояния грунта, степени нарушенности естественной структуры, плотности, влажности и размеров твердых частиц.

Для многократного повторения эксперимента в одинаковых условиях испытания производили в лабораторных условиях на искусственных образцах-близнецах грунта, с заданными значениями диаметров частиц грунта, плотности и влажности.

Методы определение гранулометрического состава могут быть разделены на прямые и косвенные [3]. Прямые методы: ситовый метод, метод Сабанина и пипеточный, позволяют непосредственно выделять необходимые фракции, взвешивать и определять их процентное содержание в породе. Косвенные методы, такие как визуальный и ареометрический не предусматривают разделение породы на фракций.

Основным видом грунтов, слагающих откосы горных дорог, являются суглинки различного генезиса, представляющие собой механическую смесь глинистых и песчаных частиц, от 10 до 30% составляют глинистые частицы. Среди песчаных частиц преобладают мелкие и пылеватые (размером менее 0,25 мм);

частицы свыше мм обычно отсутствуют, для определения гранулометрического состава использовался ситовый метод. Этот метод позволяет определять содержание в породе фракций диаметром более 0,1 мм. Для работы использован воздушно-сухой грунт. Согласно принятой методике подготовки грунта к анализу гранулометрического состава [4], высушенный грунт растирали, не разрушая структуры грунта.

Для оценки влияния размеров твердых частиц грунта на сопротивления сдвигу использовали искусственные образцы грунтов с диаметром твердых частиц равные 2мм, 1мм, 0,5мм, 0,25мм «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

При отсутствии приборов стандартного уплотнения максимальную плотность сухого грунта, кг/см3, (при заданной влажности) ориентировочно определили по формуле (1) s 1 V a d W 1 s w, (1) где: s - плотность грунта в сухом состоянии, кг/см3;

Vа - содержание воздуха в грунте max плотности, %, W- фактическая влажность грунта, %;

w - плотность воды, кг/см3;

Для получения заданной влажности образцов, в заранее взвешенную массу грунта добавляли количество воды, рассчитываемое согласно выражения 2 [4]. Перед расчетом количества воды также необходимо определить исходную влажность используемого грунта W (2).

mг Wз W Qp w 1 W (2) где, mг- масса исследуемого грунта при влажности, W г;

Wз- заданная влажность грунта, %, W – исходная влажность грунта, %, w – плотность воды, равная 1г/см После увлажнения грунт тщательно перемешали и поместили в эксикатор (для равномерного распределения влаги) не менее чем на 2 часа с последующим контрольным определением влажности, после чего изготовлялись образцы на стандартных кольцах.

Испытание производили в условиях быстрого сдвига, при постоянной уплотняющей нагрузке.

Первая серия лабораторных испытаний проведена для грунтов с размером частиц 2мм, 1мм, 0,5мм, 0,25мм, заданная плотность 1300кг/м3;

1500кг/м3;

1700кг/м3.

Влажность грунта для каждого значения плотности задавали в интервале от 10% до 25%. Результаты зависимости сопротивления грунтов сдвигу при различной влажности и разными диаметрами твердых частиц показаны рисунке 1.

На основании анализа полученных результатов выявлено, что сопротивление грунта сдвигу зависит не только от плотности и влажности, но и от размера частиц грунтов. В результате проведенных экспериментов по влиянию размера твердых частиц грунта на него сопротивление сдвигу установлено:

При плотности 1300кг/м3 и влажности 10% наибольшим сопротивлением сдвигу обладают грунты, у которых диаметр частиц 0,25 мм 0,5 мм (сд=0,012 МПа). С увеличением влажности до 25% сопротивление сдвигу для грунтов с таким размером частиц уменьшается до значений 0,008 МПа Грунты, у которых диаметр частиц был равен 1 мм и 2 мм при этих же условиях обладали сопротивлением сдвигу 0, 08 МПа и 0, 06 МПа при влажности 10% и 0,02 МПа и 0,01 МПа соответственно при влажности 25%.(Рисунок 1,а) При плотности 1500кг/м3 наблюдается снижение сопротивлению сдвигу до 0, МПа для грунтов с диаметром частиц 0,25 мм и 0,5 мм при влажности10%, и 0, 05 и 0, 04 МПа соответственно при влажности 25%. Для грунтов с диаметром частиц 1 мм и мм сопротивление сдвигу при влажности 10% составляет 0, 06 МПа, а при влажности 25% 0,01 МПа (Рисунок 1,б ) При плотности 1700кг/м3 также наблюдается некоторое превышение значений сопротивления сдвигу грунтов с диаметром частиц 0,25 мм по сравнению с грунтами, у которых размер частиц был задан 1 мм и 2 мм. При этом наблюдается снижение сопротивления сдвигу при влажности 10% от 0,009 МПа до 0,001 МПа для всех грунтов (Рисунок 1,в).

44 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Результаты лабораторных экспериментов по установлению влияния диаметра частиц грунта на его сопротивление сдвигу показаны на рисунке 2.

На основании анализа полученных результатов выявлено, что с увеличением диаметра частиц грунта сопротивление сдвигу уменьшается. Причем при плотности грунта 1300кг/м3 (рисунок 2. а) сопротивление сдвигу при влажности на границе раскатывания уменьшается в 1,3 раза, а на границе текучести практически в 4 раза. При этом сопротивление сдвигу на границе раскатывания больше, чем на границе текучести в три раза.

При плотности грунта 1500кг/м3 (рисунок 2,б) сопротивление сдвигу на границе текучести с увеличением диаметра частиц снижается в 1,5 раза, а при влажности на границе текучести остается неизменным и составляет 0,01 МПа. Разница в значениях сопротивления сдвигу на границе раскатывания и границе текучести отличается практически в семь раз.

При плотности грунта 1700кг/м3 (рисунок 2, в) сопротивление сдвигу на границе текучести при диаметре частиц 0,25 мм и 0,5 мм практически не изменяется, при диаметре части 1 мм сопротивление сдвигу уменьшается с 0, 12МПа до 0,09МПа и с увеличением диаметра части практически не изменяется.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

a - плотность грунта 1300 кг/м3;

б - плотность грунта 1500 кг/м3;

в - плотность грунта 1700 кг/м3;

1 - диаметр частиц грунта 0,25 мм;

2 - диаметр частиц грунта 0,5 мм;

3 - диаметр частиц грунта 1мм;

4 - диаметр частиц грунта 2 мм;

Рисунок 2. Зависимость сопротивления грунтов с различным диаметром твердых частиц сдвигу от влажности 46 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

а – плотность грунта 1300 кг/м3;

б - плотность грунта 1500 кг/м3;

в - плотность грунта 1700 кг/м3;

1 – испытание проведены при влажности на границе раскатывания;

2 испытание проведены при влажности на границе текучести;

Рисунок 3 Влияние диаметра частиц грунта на сопротивление сдвигу Выводы 1. При влажности на границе текучести в грунтах с диаметре частиц 0,25 мм и 0, мм сопротивление сдвигу увеличивается с 0,06 МПа до 0,1 МПа и с увеличением диаметра частиц не изменяется.

2. На основании анализа полученных данных, установлено, что:

3. Наиболее чувствительными к влажности являются грунты с размером частиц 0,25 мм и 0,5 мм.

4. При влажности на границе текучести (22%) и плотности 1700 кг/м3 для грунтов с размером частиц сопротивление сдвигу увеличивается с 0,06 МПа до 0,1 МПа и с увеличением диаметра частиц не изменяется. При плотности грунтов кг/м3 сопротивление сдвигу при влажности на границе раскатывания уменьшается в 1,3 раза, а на границе текучести практически в 4 раза и кг/м3 сопротивление сдвигу на границе текучести с увеличением диаметра частиц снижается в 1,5 раза, а при влажности на границе текучести остается неизменным и составляет 0,01 МПа.

Литература 1. ГОСТ 30416-96 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ГРУНТЫ Лабораторные испытания Общие положения ОКС 13.080 ОКСТУ 5702 Дата введения 1997-01-01.

2. Е.М. Сергеев Инженерная геология изд. 2 М., Изд-во Москва ун-та 1982. 248с.

3. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. М.: Высшая школа. 1982.

4. В.Д Ломтадзе ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Методы лабораторных исследований. Ленинград «Недра» 1990 324 с.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

УДК 622.42/. К ВОПРОСУ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ШАХТНЫХ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК С ОСЕВЫМИ ВЕНТИЛЯТОРАМИ А.С.Белоусова Институт горного дела СО РАН, Новосибирск Разработка новых, более экономичных шахтных главных вентиляторных установок (ГВУ) с осевыми вентиляторами является важным мероприятием в повышении эксплуатационного статического к.п.д. Эффективным способом повышения экономичности вентиляторной установки кроме повышения к.п.д. самого вентилятора, устранения утечек воздуха, является уменьшение аэродинамического сопротивления элементов вентиляторных установок главного проветривания [1]. В связи с тем, что растут объемы работ в забоях, задача совершенствования шахтной вентиляции – важнейшего звена системы жизнеобеспечения – актуальна, имеет важное научное и практическое значение.

С целью разработки метода расчета аэродинамических форм элементов ГВУ рассматривалась главная вентиляторная установка шахты «Костромовская».

Нагнетательная установка (рис.1) с горизонтальными вентиляторами включает элементы, потери давления в которых могут существенно повлиять на эффективность установки в целом. К таким элементам относятся входная коробка 3, диффузор 6, колено 4, выходная коробка 7.

Рис. 1. Нагнетательная вентиляторная установка с реверсивными на ходу осевыми вентиляторами ВО-24К (стрелкой показано направление потока воздуха: 1 – помещение калориферной;

2 – синхронные электродвигатели (630 кВт, 6 кВт, об/мин.);

3 – входная коробка;

4 – поворотное колено;

5 – одноступенчатые вентиляторы ВО-24К;

6 – диффузор;

7 – выходная коробка;

8 – флажковая дверь и отсечная ляда В реальных условиях в ГВУ движение потока является вихревым, его теоретическое исследование затруднено. «… При отрывном обтекании тел обычно превалирует крупномасштабное движение жидкости, которое слабо зависит от молекулярной вязкости, поэтому и теоретический и практический интерес представляет вопрос о возможности моделирования отрывных течений на основе схемы идеальной среды…» [2]. Задача нахождения аэродинамических форм элементов ГВУ сводится к исследованию потенциального движения потока идеальной жидкости в элементах ГВУ и определение границ свободных струй [3-5].

48 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Идея работы основана на применении дискретных вихрей для построения форм элементов ГВУ. В расчетах при помощи дискретных вихрей, которым посвящено много работ, например, [2, 6, 7], расчетная схема обтекания тела конструируется с помощью присоединенных и свободных вихрей. «…Для того чтобы, оставаясь в рамках теории идеального безвихревого потока, определить величину воздействия потока на помещенное в него тело, Жуковский заменяет крыло некоторым воображаемым жидким крылом, ограниченным замкнутой линией тока, и предполагает, что внутри этого жидкого крыла происходит движение с особенностью – вихрем. Такой вихрь Н.Е.

Жуковский назвал присоединенным…» [3]. Интенсивность присоединенного вихря вычисляется при помощи дополнительного допущения – постулата Жуковского Чаплыгина о конечности скорости на острой кромке крылового профиля. От основного присоединенного вихревого шнура крыла отделяются и уносятся потоком свободные вихри, оси которых в некотором удалении от тела совпадают с линиями тока уносящей их жидкости. Свободные вихри представляют собой математическую модель тех реальных вихрей, которые образуются при обтекании тела и существуют в жидкой среде. Скорости, индуцируемые вихрями, удовлетворяют уравнению неразрывности.

Все используемые в расчетах вихревые элементы строятся с учетом следующих теорем о вихрях [7]:

1. Циркуляция скорости по любому замкнутому контуру, движущемуся вместе с жидкой средой, во времени не изменяется;

2. Циркуляция скорости по любому замкнутому контуру, охватывающему вихревую нить, постоянна вдоль длины нити.

Моделирование вентиляторной установки проведем на основе гипотезы «активных сечений», применяемой в работах по аэрогидродинамике [6]. Физически активное сечение а (рис. 2) с подводом механической энергии соответствует вращающемуся рабочему колесу вентилятора. Когда струя создается смоделированным вентилятором, мы предположили наличие одного активного сечения (рис. 2), в котором скачкообразно изменяются полное и статическое давления, массовый расход жидкости при переходе через это сечение не изменяется. Математической моделью такого активного сечения будет поверхность разрыва полного и статического давлений.

Известна геометрия рабочего колеса вентилятора – его диаметр. Также известны:

скорость, плотность и статическое давление невозмущенного внешнего потока;

плотность жидкости в струе, скорость в струе при статическом давлении, равном давлению невозмущенного потока.

Рис. 2. Схема вентиляторной установки:

а – сечение, моделирующее рабочее колесо вентилятора Заменим поверхность тела (входной элемент – участок до сечения а (рис. 2)) и границу развивающейся струи (выходной элемент – участок после сечения а (рис. 2)) вихревым слоем, т.е. системой замкнутых дискретных вихревых элементов, моделирующих присоединенные и свободные вихри. Сечение а имеет форму плоского кольца, заменяем его непрерывно распределенными источниками. Наша задача сведется к нахождению: распределения вихревого слоя на жесткой границе (входной элемент) и ее формы;

распределения вихревого слоя на границах струи (выходной «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

элемент);

формы жидких границ (струи);

интенсивностей источников в активном сечении а, таких, чтобы удовлетворялись все перечисленные ниже граничные условия.

Входной элемент (до сечения а) является поверхностью тока, ограниченной жесткой непроницаемой поверхностью. Эту поверхность разбиваем на замкнутые четырехугольные ячейки. Каждая из ячеек состоит из двух продольных и двух поперечных вихревых отрезков постоянной циркуляции, в их центрах выбираются контрольные точки (рис. 3). Геометрические центры ячеек определяются как среднее арифметическое координат четырех их вершин, в которых необходимо выполнение следующих граничных условий:

1. Условие непроницаемости границ тела на контуре тела s (жесткой поверхности):

;

(1) 2. Условие непроницаемости на поверхности струи f:

, (2) где – потенциал скорости n – орт нормали к поверхности.

Поскольку течение вне жестких поверхностей, границ струи и вихревого следа безвихревое, то в каждой из областей существуют потенциалы скоростей, удовлетворяющие уравнению Лапласа [3].

3. Условие отсутствия скачка статических давлений на поверхностях s и f:

, (3) где индексы «+» и «-» указывают на принадлежность к разным сторонам поверхностей:

- статическое давление непосредственно под границей (в потоке);

- статическое давление над границей.

4. Условие сохранения массового расхода в каждой точке активного сечения выводится из уравнения массового расхода [4] и записывается в виде:

(4) 5. Условие Чаплыгина - Жуковского о конечности скоростей на задних кромках схематизированного вентилятора, с которого сходит вихревая поверхность f.

6. На бесконечном удалении от активного сечения в струе возмущения убывают, жидкость движется со скоростью невозмущенного потока:

,. (5) Рис. 3. Расчетная нестационарная модель течения жидкости в ГВУ: Ns – суммарное число вихрей, размещаемых на поверхности входного элемента ГВУ s при входе потока вентилятор;

Nf - число вихрей, моделирующих вихревой слой на расчетном участке выходного элемента f установки;

Na – число источников 50 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

на активном сечении a, моделирующих рабочее колесо вентилятора;

– вихри на отрезке k, Х – контрольные точки, Тs – контрольные точки на поверхности s Все перечисленные условия должны выполняться в каждый расчетный момент времени для рассматриваемого нестационарного процесса. Задача является нелинейной относительно потенциала, поскольку он нелинейным образом входит в интеграл Коши - Лагранжа – первый интеграл уравнений движения [3].

Итерационный процесс состоит из следующих этапов: в первом приближении задаемся положением струи по невозмущенному потоку и интенсивностями вихрей на ней из условий на бесконечности (5). Затем решается система линейных алгебраических уравнений, относительно неизвестных интенсивностей источников в активном сечении и циркуляций присоединенных вихрей на поверхности входного элемента (жестких границах) и уравнение сохранения расхода. В результате расчета поле скоростей полностью определено, и по линиям тока строится новое положение границы струи, при этом автоматически выполняется граничное условие (2) и определяются циркуляции дискретных вихрей на поверхности выходного элемента (жидких границах). Используя динамическое условие (3), находим новые значения интенсивностей вихрей на струе и начинаем следующую итерацию. Ячейки, из которых состоит поверхность струи, прилегающие друг к другу в направлении поперечном оси струи, образуют замкнутое кольцо, охватывающее струю, интенсивности продольных и поперечных вихрей этих ячеек связаны условием сохранения циркуляции, являющимся дискретным аналогом уравнения Гельмгольца [3]. Итерационный процесс ведется до сходимости. В конечном итоге получаем скорости в струе и определяем форму ее границ, удовлетворяющие всем граничным условиям.

Проведено математическое моделирование вентиляторной установки с осевыми вентиляторами с использованием дискретных вихрей. Если в рассмотренной схеме в сечении а источники заменить распределенными стоками [3] такой же интенсивности, а направление скорости поменять на противоположное, то коробка из входного элемента превратится в выходную, что позволит уменьшить потери полного давления при проектировании оптимальных форм элементов ГВУ при реверсе. В реальных условиях в потоке вязкой жидкости предложенный подход на основе схемы идеальной среды может и не привести к безотрывному течению воздуха, но плавное оттеснение линий тока от стенки мы получить сможем, что уменьшит потери и, как следствие, повысит к.п.д. ГВУ.

Литература 1. Попов Н.А., Белоусова А.С., Лаврова О.В. Анализ потерь давления в элементах шахтных вентиляторных установок с осевыми вентиляторами // Горный информационно - аналитический бюллетень – М.: МГГУ - 2006 - № 5 – с. 232 – 235.

2. Белоцерковский О.М., Белоцерковский С.М., Давыдов Ю.М., Ништ М.И.

Моделирование отрывных течений на ЭВМ. – М.: Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» АН СССР, 1984. – 123 с.

3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М., Физматгиз, 1959. – 840 с.

4. Бабак Г.А., Левин Е.М., Пак В.В. Элементы шахтных вентиляционных установок главного проветривания. – М.: Недра, 1972. – 265 с.

5. Пак В.В. О движении потока во входных коробках шахтных вентиляторных установок // ФТПРПИ. - 1969. – № 5. – с. 128-130.

6. Бабкин В.И., Белоцерковский С.М., Гуляев В.В., Дворак А.В. Струи и несущие поверхности: Моделирование на ЭВМ. – М.: Наука, 1989. – 208 с.

7. Белоцерковский С.М., Гиневский А.С. Моделирование турбулентных струй и следов на основе метода дискретных вихрей. – М.: Физматлит, 1995. – 367 с.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ СХЕМЫ ВООРУЖЕНИЯ БУРОВЫХ ДОЛОТ И МЕТОД ИХ ОЦЕНКИ В.В.Тимонин Институт горного дела СО РАН, Новосибирск На основе обобщения результатов, полученных при исследовании процесса динамического внедрения бурового инструмента, оснащенного твердосплавными породоразрушающими штырями в геоматериалы, была предложена методика расчета основных параметров бурового снаряда. Под основными параметрами здесь имеется ввиду - энергетические показатели ударной машины и геометрические параметры породоразрушающего инструмента. Расчет этих параметров по предложенной методике позволяет решить задачу оптимизации вооружения инструмента буровых машин по критерию минимизации энергозатрат.

Напомним, основной проблемой при проектировании породоразрушающего инструмента является осуществление наименее энергоёмкого объемного разрушения породы. Этого можно достичь путем наращивания удельной нагрузки на породоразрущающий инструмент и рациональным расположением по торцу инструмента инденторов необходимой формы и размеров.

Разработанные по результатам выполненных исследований и приведенные в настоящем отчёте рекомендации позволяют обеспечить положительный эффект от взаимодействия полей напряжений соседних областей напряженно деформированного состояния разрушаемой горной породы.

На рисунке 1 представлен породоразрушающий инструмент, оснащенный твердосплавными штыревыми вставками со сферической торцевой поверхностью.

Геометрия забойной части инструмента, предназначенной для формования скважины, сконструирована так, чтобы периферийные штыри, работали в паре, центральные же образовывали треугольники, обеспечивая тем самым их взаимодействие. Система продувки и выноса разрушенного геоматериала должна обеспечивать мгновенную очистку забоя, во избежании повторного измельчения породы, и соответствующих с этим энергозатрат.

Рисунок 1 – Буровое долото Испытания на Таштагольском руднике пневмоударника ПП110 ЭН оснащенного представленным породоразрушающим инструментом позволили установить, что новая машина легко управляема в широком диапазоне рабочих давлений энергоносителя, безотказно запускается в работу на всех интервалах бурения, устойчиво работает на воздушно водяной смеси, обеспечивающей нормативное пыле подавление в буровой выработке, имеет эффективную очистку забоя скважины, судя по выносу укрупненной фракции бурового шлама из скважины (рисунок 2). Это является практическим результатом работы по рациональному сочетанию энергетических характеристик ударной машины и геометрических параметров бурового инструмента (диаметра инденторов, их количества и расположения) к которым мы приблизились в данной 52 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

конструкции бурового снаряда. Этому свидетельствует снижение энергоемкости разрушения буримой породы, и как следствие, повышение скорости бурения.

Рисунок 2 – Гранулометрический состав выбуренного шлама при бурении скважины пневмоударником ПП110 ЭН Комплексные исследования, проведенные в ИГД СО РАН под руководством чл. корр. РАН В.Н. Опарина, позволили открыть явление знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия [1, 2]. Его сущность заключается в том, что при образовании полостей внутри массивов горных пород под действием взрыва, в окрестностях последних происходят колебательные смещения геоблоков относительно друг друга с их трансляционным и вращательным движением. Наличие этого эффекта свидетельствует о том, что значительная доля энергии взрыва и запасенной упругой энергии горных массивов расходуется не только на дробление горных пород в очаговой зоне, но и передается им в виде кинетической энергии. Используя это явление, В.Н. Опариным теоретически обосновано и экспериментально доказано существование в массивах горных пород нового типа нелинейных упругих волн. Элементарными носителями этого типа волн являются геоблоки различного иерархического уровня за счет своего трансляционного и вращательного движения в результате импульсного воздействия определенного энергетического класса. Эта группа низкоскоростных волн (300-600 м/с и менее) получила название волн маятникового типа U. Лабораторные и натурные эксперименты свидетельствуют о том, что наиболее разрушительное действие на массивы горных пород связано именно с волнами маятникового типа.

Энергетический критерий такого воздействия на породный массив оказалось удобным представить в безразмерном виде:

W k M, (1) p где М – масса пород очаговой зоны их объемного разрушения;

– скорость продольной волны для соответствующего типа пород объемом V ( M V, – плотность пород);

и – коэффициенты с положительными значениями, лежащими в достаточно ограниченном диапазоне;

W – энергетическая характеристика для очаговой зоны разрушения, которая может иметь различное представление в зависимости от использования той или иной «априорной» информации.

Так, например, в свободном состоянии контактирующих между собой геоблоков массой М возникновение волны маятникового типа происходит лишь при внешних энергетических воздействиях W, при которых 1 4, а = 9.

Для очаговых зон землятресения и горных ударов практически всех энергетических классов, W – это значение излучаемой сейсмической энергии из соответствующих этим зонам породных объемов (V). Какая доля накопленной потенциальной энергии U0 в очаге при этом излучается в сейсмическую энергию – вопрос в значительной мере открытый, хотя некоторые исследователи и полагают, что «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

её можно оценивать по значению коэффициента – сейсмического действия взрывов соответствующей энергии (отвечающей сравниваемому классу землетрясения или горного удара), т.е. W (V ) U 0.

Как показано М.А. Садовским, можно установить динамические параметры очагов коровых землетрясений и подземных взрывов (см. таблицу).

Динамические парметры очагов коровых землетрясений и подземных взрывов по акад.

М.А. Садовскому Расчетный коэффициент сейсмического действия подземных взрывов lg Ec, Vc, Y, Е0, 1, 2,, кТ эрг энергия в эрг см для для средних для рыхлых и плотных любых пород, % пород, % пород, % 17 16, 1 4,2·1019 6,3·1013 0,15 0,1 0, 16, 18,4 17, 10 4,2·1020 1,25·1015 0,3 0,15 0,8 - 18, 19,8 19, 100 4,2·1021 2,5·1015 0,6 0,2 2- 19, 21,2 20, 1000 4,2·1022 5,0·1017 1,2 0,3 3- 20, В приведенной таблице Y и Е0 – соответственно, вес взрывчатки и эквивалентная ей энергия, Vc – объем разрушенной породы.

Как видно из представленных здесь значений для и Е0, возрастание энергии взрывов на три порядка приводит к возрастанию коэффициента сейсмического действия подземных взрывов лишь на один порядок. Поэтому можно ожидать, что при 1,5 10 6, механическом разрушении горных пород для Е0 ~ 103 Дж коэффициент а для Е0 ~ единицы Дж коэффициент 1,5 10.

Связь между явлением знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия [1, 2] и процессов разрушения, протекающих при формировании скважины в результате взаимодействия инденторов бурового долота с породным массивом, позволила определить условия ударного разрушения горной породы с минимальной энергоемкостью.

Согласно результатам этих исследований при разрушении породного материала инструментом, оснащенным инденторами со сферической торцевой поверхностью, существует пороговое значение энергии удара, обеспечивающее объемное разрушение геоматериала. Соответствующий пороговому значению энергии удара безразмерный энергетический критерий механического воздействия ударника на породу совпадает с энергетическим условием возникновения волн маятникового типа, и свидетельствует о том, что в зоне минимальной энергоемкости возникают геомеханические квазирезонансные явления.

Для оценки эффективности использования энергии удара, подведенной к забою от генератора ударных импульсов при ударно вращательном бурении скважин, предложено использовать безразмерный энергетический критерий:

54 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

, где - коэффициент сейсмического действия динамического воздействия;

E0 – подводимая на разрушаемую поверхность энергия от породоразрушающего инструмента;

- частота ударов пневмоударной машины;

n - количество твердосплавных инденторов в буровом долоте;

– плотность пород;

d – диаметр скважины;

Vбур – скорость бурения, V – скорость продольной волны для соответствующего типа пород.

Указанный диапазон безразмерного энергетического критерия свидетельствует о рациональном сочетании энергетических параметров ударной машины и геометрических параметров бурового долота, а также о наличии оптимального по энергоемкости объемного разрушения породы.

Литература 1. Курленя М.В. Проблемы нелинейной геомеханики [Текст] / М.В. Курленя, В.Н. Опарин. Ч.I. // ФТПРПИ. – 1999. -№3. С. 12-26.

2. Курленя М.В. Проблемы нелинейной геомеханики [Текст]/ М.В. Курленя, В.Н. Опарин. Ч.II. // ФТПРПИ. – 2000. -№4. С. 3-26.

3. Тимонин В.В. Оценка процесса разрушения горных пород при динамическом вдавливании группы инденторов с точки зрения нелинейной геомеханики [Текст] / В.В. Тимонин. Тр. науч. конф. // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Новосибирск, 2008, с. 470–474.

РАЗРАБОТКА ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ МИКРОПРИМЕСИ КИСЛОРОДА В ИНЕРТНЫХ И НЕЙТРАЛЬНЫХ ГАЗАХ В.А.Колесников АО «Казчерметавтоматика»

Разработка и освоение производства перспективных средств и систем автоматизации и освоение производства импортозамещающей и экспорто ориентированной высокотехнологичной продукции для предприятий и организаций всех секторов экономики соответствуют принятой Правительством Республики Казахстан программе форсированного индустриально-инновационного развития нашей страны.

В институте АО «Казчерметавтоматика» проводится опытно-конструкторская работа для отрасли приборостроения по разработке и освоению производства прибора для контроля содержания микропримеси кислорода в инертных и нейтральных газах.

Необходимо отметить, что государства, имеющие приборостроительную отрасль, относятся к развитым странам, способным создавать высокотехнологичную, наукоемкую продукцию.

В связи с этим предлагаемая работа является весьма актуальной.

Кислород является естественным и наиболее распространенным окислителем, входящим в состав атмосферы, поэтому получение чистых газов в промышленности требует тщательной их очистки от примесей кислорода. При этом значительное количество технологических процессов, где в дальнейшем используются чистые газы (аргон, азот, неон, ксенон и т.д.), предполагает весьма строгие критерии по «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

допустимой концентрации остаточного кислорода. Практическая реализация этих требований невозможна без приборов контроля остаточной концентрации кислорода.

Эти приборы или комлексы часто называют анализаторами кислорода.

Проблемы создания современной автоматической аппаратуры для измерения и воспроизведения объемной доли кислорода в газовых смесях занимают важное место в аналитическом приборостроении [1]. С одной стороны, ни одна отрасль промышленности не может сейчас обойтись без автоматических газоанализаторов кислорода, а с другой, правомерность практического использования этих газоанализаторов определяется наличием современных технических средств для метрологического обеспечения [2, 3].

Как показывает анализ, качество полимеров, изделий электронной промышленности, сплавов, прочность сварки, а также эффективность научных исследований и систем обеспечения жизнедеятельности человека во многом зависят от уровня техники измерения кислорода.

Газоанализаторы кислорода в настоящее время составляют довольно широкий парк приборов. Особое место среди них занимают газоанализаторы микропримесей кислорода [4]. Своим появлением они обязаны требованиям современных отраслей промышленности, связанных с применением или получением чистых и сверхчистых веществ [5]. Наиболее широкое применение газоанализаторы микропримесей кислорода нашли в химической и электронной промышленности, в порошковой металлургии и криогенной технике, а также при создании защитных технологических атмосфер (например, при выполнении сварочных работ).

Трудности практического применения газоанализаторов для измерений микропримесей кислорода вызваны отсутствием средств для их метрологического обеспечения. Это связано как со сложностью приготовления, так и с невозможностью длительного хранения поверочных газовых смесей (ПГС) с содержанием микроконцентраций кислорода, а также с техническими сложностями при разработке эталонных средств измерений микроконцентраций кислорода. Как правило, оценка погрешности таких газоанализаторов осуществляется путем сравнения их показаний с данными химического анализа или методом косвенных измерений. Эти способы поверки весьма сложны, особенно при их реализации в условиях эксплуатации газоанализаторов, и, зачастую, не охватывают всего диапазона измерений и не обеспечивают требуемой точности. Необходимость проведения периодической поверки газоанализаторов при существующей сложности и невысокой точности средств их метрологического обеспечения создает неудобства по применению газоанализаторов микропримесей кислорода как в промышленных, так и в лабораторных условиях.

Кроме того, класс точности газоанализаторов, подвергающихся поверке (градуировке), может быть занижен против потенциально возможного или завышен из-за применения несоответствующих средств поверки. Эти обстоятельства, с одной стороны, препятствуют совершенствованию самих технологических процессов промышленных производств, а с другой - могут привести к выпуску бракованной продукции. В этой связи создание автоматической аппаратуры для получения газовых смесей с известным содержанием микропримесей кислорода, предназначенной для калибровки или поверки газоанализаторов кислорода, приобретает важное значение для приборостроения.

Предлагаемая конструкция анализатора предполагает моноблочную конструкцию с размещением элементов пневматической схемы внутри корпуса, а процессорной платы и индикаторов для настройки анализатора и отображения результатов измерения - на передней панели анализатора. По результатам исследований и последующих модельных измерений принято решение использовать метод стабилизации расхода анализируемой смеси, а не стабилизации давления на входе в пневматическую схему анализатора. Это решение дало возможность сократить габариты и вес прибора, более рационально построить конструкцию и разместить элементы пневматической схемы.

56 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Такое решение необходимо, прежде всего, для использования блока питания с высоким коэффициентом стабилизации напряжения и, следовательно, более высокой надежностью работы процессорной платы и остальной части электронной схемы анализатора.

Исходя из изложенного и соответствуя принятой концепции конструктивных решений, разработаны и изготовлены основные чертежи анализатора кислорода в нейтральных и инертных газах. В комплект первичной (эскизной) конструкторской документации вошли чертежи общего вида, чертежи корпуса датчика кислорода, сборочные чертежи и чертежи передней и задней панелей прибора. Кроме того, туда же вошли принципиальные электрические схемы, пневматическая схема и схема соединений электрическая. На основе разработанной эскизной конструкторской документации подготовлен процесс изготовления макетного образца анализатора кислорода.

Основной метод расчета концентрации кислорода в азоте и инертных газах и учете их влияния на параметры люминесценции эозина базируется на стандартном законе экспоненциального спада люминесценции. Основная расчетная модель иллюстрируется на рисунке 1.

0, 0, 0, 0, I/I 0, Линия отсечки дискриминатора 0, 0, 0, t1 t2 t 0 2 4 6 8 10 12 14 t, mls Рисунок 1 - Расчетная модель угасания люминесценции в зависимости от концентрации кислорода Если концентрация кислорода в инертном газе достигает значения (0,1-1,0)%, то сигнал люминесценции эозина практически гаснет, т.е. наблюдается классическая обратно-пропорциональная зависимость величины концентрации микропримеси кислорода в инертном газе, омывающем люминесцирующий краситель, от времени жизни люминесценции.

Поскольку время жизни люминесценции, точнее фронт спада, описывается классической экспоненциальной зависимостью, то можно записать следующее выражение:

I I0e kct, (1) где I – текущее значение люминесценции красителя, I 0 – исходное (максимальное) значение люминесценции красителя, c – концентрация кислорода в газе, время, t – «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

соответствующее значению текущей интенсивности люминесценции, k – коэффициент пропорциональности.

После логарифмирования и перехода к линейной форме записи, получаем выражения для любого текущего значения времени:

I kc1 t ln I0. (2) I kc 2 t ln I0. (3) I ln 3 kc 3 t I0.т.д. (4) В том случае, если I1 I 2 I 3, то для сохранения соотношения, поскольку I 0 и k – константы, получаются очевидные следствия:

c1 c 2 c 3. (5) kc1 t 1 kc 2 t 2 kc 3 t 3. (6) c t const A. (7) Таким образом, становится очевидным способ определения концентрации кислорода по тушению люминесценции органического красителя. Эти времена t, t, t 3 определяются относительно точек пересечения уровнем дискриминации 1 сигнала люминесценции линий фронта спада люминесценции.

Основным элементом конструкции анализатора является люминесцентный датчик, или, иначе, люминесцентная ячейка.

Конструкция ячейки предусматривает беспрепятственную подачу и свободное протекание газа над поверхностью люминофора, свечение которого меняется в зависимости от концентрации кислорода в смеси, т.е. меняется квантовый выход люминесценции. В основу работы люминесцентной ячейки положен принцип измерения времени свечения люминофора после освещения его единичным световым импульсом высокоэффективного светодиода, а свечение регистрируется твердотельным полупроводниковым фотоприемником. Этот способ позволяет добиться стабильных измерительных характеристик. В связи с малым энергопотреблением полупроводниковых излучателей и их высоким быстродействием частоту импульсов можно устанавливать от десятков до сотен герц. Такой подход позволяет получить сразу два преимущества – существенно сокращает время одного анализа и обеспечивает непрерывность процесса измерения концентрации кислорода в потоке газа. Кроме того, обеспечивается накопление ряда измерений в оперативно запоминающем устройстве анализатора с их последующей статистической обработкой.

Таким образом, на экран дисплея выводится уже статистически нормализованный результат измерения.

Схема электрическая принципиальная модуля управления свечением светодиодов и снятия сигналов с твердотельного полупроводникового фотоприемника приведена на рисунке 2.

58 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная модуля светодиодов и фотоприемника Научная новизна полученных результатов заключается в полученных экспериментальных данных о динамике тушения люминесценции люминофоров, адсорбированных на твердый носитель.

Получены новые экспериментальные данные о зависимости эффективности тушения люминесценции кислородом в зависимости от скорости течения газа над поверхностью люминофора и в зависимости от давления в измерительной ячейке.

Предложена принципиально новая конструкция датчика для определения концентрации кислорода в среде азота или инертных газов, способного определять примесь кислорода при его концентрации 10-8 % об.

Практическая значимость работы заключается в прямом прикладном использовании результатов исследований для создания высокочувствительного прибора для определения сверхмалых примесей кислорода в азоте, аргоне, криптоне, ксеноне, гелии. Такой прибор аналитического назначения может быть использован в металлургии, при сборке микросхем, в процессах высокоточной сварки для контроля чистоты используемых газов. Кроме того, такое устройство могло бы заменить существующие при производстве осветительных газонаполненных приборов.

Конкурентоспособность проведенных исследований определяется не только новыми, вновь полученными данными по динамике тушения люминесценции люминофоров адсорбированных на твердый носитель, но и, в первую очередь, практической направленностью проводимых исследований, а именно тем, что конечным результатом работы является создание устройства для оперативного определения малых (от 10-8 % об.) концентраций кислорода в газовых смесях.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Литература 1. Горина М.Ю. Образцовые средства измерений для поверки автоматических приборов.-М.: Измерительная техника.-1985.

2. Постников B.C. Перспективы применения химических эквивалентов для метрологического обеспечения газоанализаторов контроля качества.-М.:

Измерительная техника.-1989.

3. Кулаков М.В., Казанов А.В., Шелястин М.В. Технологические измерения и аналитические приборы в химической промьшленности.-М.: Машиностроение. 1964.

4. Колеров Д.К. Тезисы докладов симпозиума "Чистые вещества и технические средства эталонирования аналитических приборов".-Ленинград, 1973.

5. Справочник химика. Т.З. М.: Химия, 1964.

ПРИМЕНЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ОЧИСТКИ ЛЕНТЫ НА РУДНЫХ КОНВЕЙЕРАХ Д.А.Жаудин Карагандинский государственный технический университет Разнообразие транспортных средств, обусловило создание большого количества типов машин и механизмов очистки. Несмотря на разнообразие механизмов очистки, они могут быть объединены в несколько групп, отличающихся по принципу действия и конструктивному исполнению рабочего органа: устройство гидравлического и пневматического действия;

устройства вибрационного действия;

очистка ультразвуком;

механические очистные устройства.

Работа механизмов, использующих пневмогидроэнергию, основана на воздействии струи воды или воздуха непосредственно на налипший слой.

Вибрационный способ очистки заключается в том, что под влиянием интенсивной вибрации частицы, расположенные в зоне действия вибромашин, отделяются от общего массива и от стенок кузова и приводятся в колебательное движение около своего равновесного положения. При этом, разрушение налипшего слоя происходит вследствие уменьшения сил трения между отдельными частицами материала при вибрации и действия на них сил тяжести. Достоинством вибрационных машин является возможность очистки поверхности любой конфигурации с весьма неопределенным и сложным характером загрязнения. Принцип ультразвуковой очистки основан на совместном воздействии моющей жидкости и распространяющихся в ней ультразвуковых волн на загрязненную поверхность, находящуюся в акустическом поле.

Однако, эффект очистки ленты конвейера таким образом сравнительно слабый и может найти применение для лент в сочетании с гидроочисткой, как финишная операция [1].

Способ очистки, при котором удаление налипших наслоений производится щетками или скребками, условно получил название механического. Различные горно геологические условия эксплуатации обусловили создание многообразных конструкций очистных устройств. Их можно разделить на: неподвижные;

вращающиеся («активные»);

гусеничные. При этом в качестве рабочего органа очистного устройства чаще всего используется скребок или щетка [1].

В результате обследования средств очистки конвейерной ленты магистрального ленточного конвейера рудника «Нурказган» в рамках конструкторско-технологической работы выполненной кафедрой «Промышленный транспорт» для ПО 60 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

«Карагандацветмет», филиала ТОО «Корпорации Казахмыс» было установлено (рисунок 1):

- некачественная очистка налипшей горной массы;

- срезы на ленты от средств очистки [2].

Рисунок 1 – Результаты визуального осмотра работы средств очистки ленты Анализ показал, что для магистральных ленточных конвейеров наиболее эффективно применение скребковых очистителей (рисунок 2, а), имеющих индивидуальный привод. Их исполнительным органом являются прикрепленные к цепям щетки, состоящие из пучков капроновых стержней (диаметром 1-2 мм), которые движутся навстречу ленте с относительной скоростью до 7,5 м/с. Можно также использовать вращающиеся щеточные очистители, в которых щетки (резиновые, роликовые или капроновые) приводятся в движение от индивидуального двигателя либо от приводного вала конвейера (рисунок 2, б) навстречу грузонесущему полотну через передачу, повышающую их окружную скорость до 3,5-7,5 м/с. Улучшить очистку можно, путем смачивания щеток, вращая их в сосуде с постоянным уровнем воды, или направлять на место очистки струю воды или сжатого воздуха, что благоприятствует также освобождению самих щеток от налипшего груза [2].

Рисунок 2 – Средства очистки лент для рудных ленточных конвейеров Литература 6. Тогизбаева Б.Б., Жаудин Д.А. К вопросу использования средств и способов очистки рабочих органов горных машин // Тр. Межд. науч. конф. «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030». – Караганда, 2010.

7. Повышение эффективности работы магистрального ленточного конвейера на руднике «Нурказган» за счет определения его наиболее рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров и выбора метода очистки конвейерной ленты. – НИОКР.- Караганда.: КарГТУ, 2009. 77 с.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕЛЕЦКОГО ОЗЕРА ПО ЗАЛЕЖАМ ГАЗОВЫХ ГИДРАТОВ И.Л.Байлагасова, А.Е.Воробьев Российский университет дружбы народов, Москва В XX веке огромное внимание в мире уделялось изучению, разведке, освоению месторождений природного газа, представляющих собой обычные газосодержащие скопления углеводородов. В связи с истощением в будущем запасов традиционных месторождений углеводородных источников энергии возрастает актуальность более точного научного прогноза и совершенствования методов поиска нетрадиционных видов минерального топлива. Особое значение необходимо уделять аквальным газовым гидратам.

Оценка запасов природного газа залегающего в виде газогидрата противоречива, однако, по самым скромным подсчетам, значительно превышает сегодняшние мировые запасы традиционного природного газа и составляет – 21016 м3. Только ресурсы природного газа в гидратах континентальной и шельфовой части России оцениваются в 100-1000 трлн. м3.

Известно, что 98 % природных газогидратов (ГГ) сосредоточены в акваториях на континентальном склоне и шельфе Мирового океана. В основном они приурочены к зонам различных разломов или конусам выноса рек, а также располагаются вблизи подводных грязевых вулканов.

В настоящее время в мире выявлено более 230 газогидратных залежей.

До последнего времени специализированных поэтапных исследований с целью промышленной добычи газа из природных газогидратных скоплений в России пока не проводилось. Тем не менее, полученный в настоящее время фактический материал позволяет судить о перспективах газогидратных скоплений России, оценить прогнозные ресурсы гидратного газа, а также наметить первоочередные полигоны для проведения специализированных поисково-разведочных и опытно-экспериментальных работ как на континентальные, так и на субаквальные газогидраты.

Как известно гидраты природных газов (преимущественно метана) формируются при определенных термобарических условиях в донных отложениях морей и океанов, а также в областях распространения многолетнемерзлых пород. Зона стабильности газогидратных образований в криолитозоне начинается с глубин 200- метров и распространяется в подмерзлотные горизонты до глубин 800-1500 метров.

В последнее время появились данные, которые позволяют говорить о возможности существования газогидратов метана в толщах мерзлых пород выше зоны стабильности (до глубин 200-250 метров), в так называемой зоне метастабильности газовых гидратов. Эти «реликтовые» газогидратные образованиях в мерзлых толщах могли сформироваться ранее, когда были благоприятные термобарические условия. В дальнейшем в результате регрессии моря или отступания ледника они оказались в метастабильном (законсервированном) состоянии благодаря проявлению эффекта самоконсервации газовых гидратов при отрицательных температурах.

Основываясь на экспериментальных исследованиях благоприятными факторами, способствующими геологическому проявлению эффекта самоконсервации газовых гидратов, являются низкие температуры, высокая льдистость, низках газопроницаемость, а также некоторое повышенное (выше атмосферного) давление.

Термобарические условия, существующие в осадках оз. Байкал, были идентифицированы в 70-80-х гг. прошлого столетия после накопления информации о рельефе, температуре дна и тепловом потоке через дно. Сейчас известно, что среднегодовая температура придонной воды на глубинах более 300 м изменяется незначительно и в среднем составляет (3,3±0,2) С.

62 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Телецкое озеро – уникальный природный объект Горного Алтая, являющийся хранилищем более 40 кубокилометров экологически чистой пресной воды, в 1998 г.

включен ЮНЕСКО в список природных объектов Мирового Наследия. Часть его акватории и восточное побережье входит в состав Алтайского государственного природного заповедника – одного из старейших в стране. Район Телецкого озера исторически является местом проживания коренных малочисленных этносов Алтая – тубаларов и челканцев.

Озеро (Алтын-Кель) находится в Северо-Восточном Алтае, на территории Турочакского и Улаганского районов Республики Алтай. Оно локализовано в узкой грабеноподобной впадине тектонического происхождения. Площадь водного зеркала 227.3 км2, водосборного бассейна 20200 км2, отметка многолетнего уреза воды 434.8 м над уровнем моря. Длина озера 78.6 км, минимальная ширина 2.9 км, максимальная 5. км, средняя глубина 181 м, максимальная глубина 323 м, длина береговой линии км, отношение площади водного зеркала к площади водосборного бассейна – 1.13 %.

По температурному режиму озеро относится к умеренному типу. Поступление и расход тепла осуществляется в первую очередь через его поверхность, а также через борта и дно котловины. Перераспределение тепла по вертикали происходит за счет конвективного (гравитационного) и ветро-волнового перемешивания. В целом, Телецкое озеро характеризуется низкой температурой. Верхний десятиметровый слой прогревается летом только до 11 С, а средняя температура всей толщи воды в течение года не поднимается выше 4-5,5 С. Установлено, что температура придонной воды Телецкого озера сохраняется постоянной в течение года даже в наиболее глубоких его частях. Сезонные вариации температуры приводят к существенным изменениям температуры донных осадков в слое до 5-7 м ниже дна и геотермического градиента в этом слое. Вся толща воды в озере в течение семи месяцев охлаждена ниже 4 °С, а свыше пяти месяцев ниже 3 °С. Сроки нагревания до высоких температур в Телецком озере очень малы. Температура свыше 10 °С ежегодно наблюдается только в верхних 10-20 м и то в течение крайне непродолжительного времени: на поверхности – до двух с половиной месяцев, на глубине 20 м – до одной декады.

Вследствие значительной силы ветра, дующего вдоль вытянутой долины, влияние ветрового, а также конвективного перемешивания на распределение тепла простирается до максимальных глубин озера. Этим и определяются главные характерные черты его теплового режима. К моменту начала весеннего нагревания температура поверхности воды в озере достигает 0,4-0,8 °С, у дна – 2,2-2,8 °С. Ярко выражена обратная стратификация (рис. 1).

Рис. 1. Эпюры температур.

Вертикаль №6: а – обратная стратификация (31/I 1969 г.), б – дихотермия (28/II г.), в – максимальный прогрев поверхности (2/VIII 1969 г.);

вертикаль №24;

г – мезотермия (10/X 1969 г.) «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Геотермические исследования, выполненные в разных частях озера, в разные годы использованы для оценки величины глубинного геотермического градиента, который составляет около 0,1 град/м. По 45 пробам изучена теплопроводность донных илов. Средняя теплопроводность осадков составляет 2,3 мкал/смсград.

Тепловой поток ко дну озера оценивается весьма приближенно в 2—2, мккал/см2с. Подобный уровень характерен для рифтовых впадин, в частности для оз.

Байкал, и, следовательно, свидетельствует в пользу рифтогенного происхождения Телецкого озера.

Ресурсы природного газа в газогидратном состоянии, по разным источникам, колеблются в пределах 1013-1018 м3, что на несколько порядков выше запасов традиционных месторождений нефти и газа, вместе взятых. Естественно, что столь высокий потенциал этого энергоресурса позволил всему миру рассматривать газовые гидраты как самый перспективный источник нетрадиционного газа. Вовлечение запасов гидратных месторождений в энергетический баланс мира приобретает особую важность в условиях продолжающегося истощения традиционных месторождений нефти и газа и роста цен на основные энергоносители.

Задача, стоящая перед учеными и инженерами, предельно актуальна и значима, так как удачное ее разрешение может положительно повлиять на формирование мирового ТЭК, продлив «газовую паузу» еще на 150-200 лет.

Проблема изучения гидратоносности недр Мирового океана (в том числе – континентального озера Телецкого) является актуальной и в перспективе долгосрочной.

Имеющиеся на данный момент геологические, гидрогеохимические, геотермические и геофизические материалы по морским газогидратам позволили перейти к качественным региональным оценкам объемов газа, сосредоточенного в газовых гидратах других аквальных объектов (оз. Телецкое), и к прогнозированию потенциально гидратоносных акваторий.

Следует отметить, что оз. Телецкое может явиться эталонным объектом для изучения генезиса и распространения озерных газогидратов по площади и разрезу.

Литература 1. Алекин О.А. К изучению суточных изменений температуры воды и кислорода в Телецком озере.—«Иссл. озер СССР», 1934, вып. 7.

2. Воробьев А.Е., Малюков В.П. Газовые гидраты: технологии воздействия на нетрадиционные углеводороды. М., РУДН. 2007. 273 с.

3. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В., Байлагасова И. Практическое применение дисциплины «Инновационные технологии разработки газогидратных месторождений » при освоении газовых гидратов Телецкого озера // V Межд. конф.

Горное, нефтяное и геоэкологическое образование в XXI веке, г. Грозный, 2010 г.

4. Дучков А.Д., Казанцев С.А, Селегей В.В., Белинский В.В. Исследования теплового потока Телецкого озера // Геология и геофизика, 1980, № 4, С. 11-118.

5. Дучков А.Д., Казанцев С.А., Селегей В.В. и др. Геотермические исследования на Телецком озере // Геология и геофизика, 1980, № 4, С. 111-118.

6. Дучков А.Д., Клеркс Ж., Казанцев С.А. Тепловой поток Телецкого озера // Геология и геофизика, 1995, т. 36, № 10, С. 143-153.

7. Исаев В.П. Газовые гидраты Байкала. Межд. конф. «Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторожений», Москва, 2009.

8. Макогон Ю.Ф. Природные газогидраты: результаты и перспективы // Межд. конф.

«Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторожений», Москва, 2009.

9. Малолетко А.М. Горючие газы в бассейне Телецкого озера // В кн.: Матер, иссл.

прир. среды и населения Зап. Сибири. Томск, Изд-во Томск. ун-та. 1975.

10. Малолетко А.М., Шестакова Т.П. Материалы к гидрохимии Телецкого озера // 64 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Вопросы географии Сибири. 1979, Вып. 2. С. 110-126.

11. Селегей В., Дехандсхюттер Б., Клеркс Я., Высоцкий Е. Физико-географическая и геологическая характеристика Телецкого озера. Tervuren, Belgique. Annales – sciences geologiques – Vol. 105, 2001.

12. Хлыстов О.М., Земская Т.И., Грачёв М.А. Газовые гидраты озера Байкал: история и перспективы исследования // Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения. Тез. I Межд. науч.-практ. конф. Газпром-ВНИИгаз, Москва, 2007. – С. 163-164.

13. Чиглинцева А.С., Андреев И.Д. Анализ возможных способов добычи газа из газогидратных месторождений. Межд. конф. «Перспективы освоения ресурсов газогидратных месторожений», Москва, 2009.

СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СВЯЗИ ПОЛЯ НАПРЯЖЕНИЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ТАШТАГОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Е.В.Васильева, Н.А.Мирошниченко Институт горного дела СО РАН, Новосибирск Работа посвящена установлению связи между техногенным сейсмоэнерговыделением и вариацией параметров напряженного состояния Таштагольского железорудного месторождения. В настоящее время выводы о существовании этой связи основывались, как правило, на данных описательного характера и визуальном анализе графических материалов. Авторами сделана попытка формализовать эту связь.

За основу взята объемная геомеханическая модель месторождения [1], учитывающая: связь локальных и региональных полей напряжений во времени и пространстве, геологическое строение залежи, рельеф местности и изменение конфигурации выработанного пространства. Размеры исследуемой области 240028001000 м;

ось OX направлена вкрест простирания рудных тел, OY по простиранию, OZ вертикально вверх (рис. 1а). Размеры элементов объемной сетки модели выбраны в среднем 303035м в зоне ведения горных работ и увеличиваются за ее пределами. В целом, исследуемая область разбита примерно на 20 тыс. элементов.

Для решения поставленной задачи определения связи эволюции поля напряжений и уровня техногенной сейсмичности было проведено наполнение модели данными о площади отработанного пространства по девяти горизонтам шахты за период с 1978 по 2009 гг. (рис 1а);

вычислены действующие в массиве напряжения на 1989, 1998 и 2009 гг. на всем моделируемом геомеханическом пространстве;

рассчитаны величины приращений напряжений и количества сейсмических событий за последние десять и двадцать лет (рис. 1 б, в).

Графический анализ результатов моделирования показал, что со временем происходит снижение величин напряжений в зонах преимущественного ведения горных работ, рост напряжений в прилегающем массиве и на нижележащих горизонтах, вызванный перемещением фронта горных работ вглубь массива, и увеличение общего числа сейсмособытий.

Для выражения этой связи в численном виде с помощью линейной интерполяции были получены поля распределения напряжений для каждого года в границах рассматриваемого временного периода.

Все сейсмические события на основе данных сейсмокаталога Таштагольского горнорудного предприятия по своим энергетическим характеристикам разделены на «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

две группы: первая (слабые 13 класс) и вторая (средние и сильные 49 класс).

Шахтное поле модели разбито на блоки 40040070 м по соответствующим осям X, Y, Z в декартовой системе координат. В каждом блоке в проекции на все рабочие горизонты шахты вычислены суммарные значения интенсивности касательных напряжений (t) и сейсмической энергии E(t), подсчитано количество динамических явлений соответствующего класса N1(t) и N2(t). На основе этих данных был выполнен расчет коэффициентов корреляции rE между (t) и E(t), rN1 между (t) и N1(t) и rN между (t) и N2(t) за периоды 10, 15 и 20 лет.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.