-
Дата отправки2022-04-14
-
Дата принятия2022-07-21
-
Дата публикации2022-07-13
Получение муллита: фазовые трансформации каолинита, термодинамика процесса
Рост потребности в муллитовом сырье, соответствующем промышленным требованиям, инициирует поиск его новых и альтернативных источников, а также эффективных технологий получения целевых продуктов (нанокомпозитов). В статье апробирован метод получения муллита из каолинита экспериментальным путем (Вежаю-Ворыквинское месторождение, Россия). Изучены структурные преобразования каолинита (системы Al-Si-O-Me), трансформации минеральных фаз и термодинамика процесса. На основе оценки термодинамики протекания реакций определена предпочтительная реакция образования муллита. Показано, что образование целевого продукта – муллитового нанокомпозита – имеет ряд промежуточных фаз (метакаолинит, псевдомуллит). Преобразования структуры исходного каолинита включают удаление структурной воды с разделением кремнекислородного тетраэдрического и алюмокислородного октаэдрического слоев, распад на свободные оксиды, разрыв связей между кремнекислородными тетраэдрами и частичное повышение координационного числа ионов алюминия, образование из свободных оксидов муллита и кристобалита. Предложенный подход контролирует соотношение фаз Аl 2 О 3 и SiO 2 на определенных этапах, что в дальнейшем позволит улучшить механические и другие свойства матрицы получаемого сырья для целевых прототипов промышленных продуктов.
-
Дата отправки2022-04-04
-
Дата принятия2022-05-13
-
Дата публикации2022-07-13
Распределение редких элементов по секторам и зонам роста в цирконе из миаскитового пегматита Вишневогорского массива, Южный Урал
Представлены данные по содержанию и распределению редких и редкоземельных элементов (метод SIMS) в секторах и зонах роста крупного кристалла циркона из миаскитовых пегматитов Вишневогорского массива. Морфология кристалла циркона представляет собой комбинацию дипирамиды {111} и призмы {010}. Установлено, что для сектора роста дипирамиды {111} свойственно почти на порядок более высокое содержание Y, Nb, REE, Th; бóльшая величина Th/U отношения и значения Eu/Eu*; спектры распределения REE демонстрируют более пологий характер по сравнению с сектором роста призмы {010}. Выявлено закономерное уменьшение содержания редких и редкоземельных элементов в направлении от центральной к краевой зоне роста кристалла. Установлена плавная тенденция к регрессии температуры кристаллизации циркона от 960 °С в центральной зоне до 740 °С в краевой зоне сектора дипирамиды и 700-650 °С в секторе призмы, что может быть отражением термальной эволюции процесса кристаллизации. Предполагается, что кристаллизация центральной зоны циркона происходила на ранних этапах из сравнительно обогащенного редкими элементами расплава. Завершалась кристаллизация при более низких температурах, вероятно, одновременно с образованием минералов-концентраторов REE, что привело к закономерному снижению содержания редких и редкоземельных элементов в расплаве и, как следствие, в кристаллизующемся из него цирконе.
-
Дата отправки2022-02-18
-
Дата принятия2022-05-25
-
Дата публикации2022-07-13
Дистанционные методы исследования в изучении структурно-геологических особенностей строения о. Итуруп (Курильские острова)
Представлены структурно-геологические особенности о. Итуруп – крупнейшего острова Большой Курильской гряды, являющейся уникальным природным объектом, который может считаться геологическим эталоном. Проведенный структурно-геологический анализ на основе комплексного исследования новых данных дистанционного зондирования Земли, карт аномальных геофизических полей и других геолого-геофизических материалов с использованием современных методов моделирования позволил впервые выделить или уточнить местоположение ранее выявленных разрывных нарушений, типизировать их и определить кинематику, а также установить более достоверную пространственную связь выявленных структур с магматизмом, с этапами геологического развития региона. Построенная схема плотностного распределения зон повышенной тектонической трещиноватости показывает значимую корреляцию между распределением полезных ископаемых и ослабленными участками земной коры и может быть использована в качестве альтернативного способа прогноза полезных ископаемых исследуемой территории, особенно в удаленных и труднодоступных участках. Представленный подход может быть распространен и на другие острова Большой Курильской гряды, тем самым приблизив геологов-исследователей к получению ответов на вопросы об особенностях структурно-геологического строения и эволюции островной дуги. При этом использование специализированных программных продуктов значительно ускоряет процесс интерпретации большого массива геолого-геофизических данных.
-
Дата отправки2022-05-02
-
Дата принятия2022-05-25
-
Дата публикации2022-07-13
Особенности кристаллизации оливина в обыкновенных хондритах (метеорит Саратов): геохимия редких и редкоземельных элементов
Обсуждается геохимия главных (EMPA) и редких (SIMS) элементов в оливине порфировых, непорфировых хондр и матрице равновесного обыкновенного хондрита Саратов (L4). Оливин соответствует форстериту и довольно неоднороден (Fo 73-77). Различий содержания главных элементов в оливине хондр и матрицы метеорита не обнаружено. Однако содержание главных и редких элементов в оливине внутри хондр значительно различается, высокие значениями установлены в оливине колосниковой хондры. Оливин порфировых хондр и матрицы метеорита Саратов обладает схожими концентрациями редких элементов. Высокие содержания тугоплавких (Zr, Y, Al) и умеренно-летучих (Sr и Ba) редких элементов в оливине колосниковой хондры указывают на образование расплава хондры в результате плавления минералов-предшественников и его быстрое остывание в протопланетном диске, что согласуется с экспериментальными данными. Оливин центральной части хондр метеорита Саратов отличается от оливина каймы хондр и матрицы метеорита повышенными значениями Yb/La отношения. Реликтовых зерен и магнезиальных ядер оливина в хондрах метеорита не обнаружено. Отдельные зерна в хондрах выделяются обогащенностью редкими элементами относительно остальных зерен оливина в хондре.
-
Дата отправки2021-07-19
-
Дата принятия2022-05-31
-
Дата публикации2022-07-13
Исследование комплекса факторов, оказывающих влияние на погрешность реализации маркшейдерской съемки горных объектов с применением геодезического квадрокоптера
- Авторы:
- В. Н. Гусев
- А. А. Блищенко
- А. П. Санникова
Выявлены и систематизированы факторы, оказывающие влияние на качественную и количественную составляющие результата маркшейдерской съемки в условиях открытых горных работ с применением квадрокоптера, а также определена математическая зависимость влияния факторов на конечную погрешность маркшейдерской съемки. После большого количества полевых наблюдений – многочисленных полетов геодезического квадрокоптера над горными объектами – сделано последующее математическое обоснование результатов аэрофотограмметрической маркшейдерской съемки, которое позволило проанализировать степень участия в итоговой точности съемки каждого из рассматриваемых факторов. Результаты настоящего исследования демонстрируют источник погрешностей, которые предоставляют маркшейдеру возможность рационально и компетентно производить предполетную подготовку и планирование полевых работ. Изучение и последующий учет факторов, оказывающих влияние на точность маркшейдерской съемки с применением беспилотного летательного аппарата, являются основой последующей разработки и формирования методики использования геодезического квадрокоптера в условиях открытой разработки полезных ископаемых.
-
Дата отправки2021-12-16
-
Дата принятия2022-04-07
-
Дата публикации2022-07-13
Верхнекотлинские глины Санкт-Петербургского региона как основание и среда уникальных сооружений: инженерно-геологический и геотехнический анализ
- Авторы:
- Р. Э. Дашко
- Г. А. Лохматиков
В статье рассматриваются проблемы корректности инженерно-геологической и гидрогеологический оценки верхнекотлинских глин, которые служат как основание либо вмещающая среда сооружений различного назначения. Утверждается, что верхнекотлинские глины необходимо рассматривать как трещиновато-блочную среду, и, следовательно, их анализ как абсолютного водоупора полностью исключается. Наличиев нижней части разреза венских отложений высоконапорного вендского водоносного комплекса вызывает перетекание этих минерализованных вод через трещиноватую толщу глин, способствуя развитию деформаций подъема тоннелей, а также коррозии их обделок, природа которой определяется не только химическим составом и физико-химическими особенностями вод, но и биохимическим фактором – наличием богатого микробного сообщества. Впервые было исследовано влияние перетекания минерализованных вод вендского комплекса на негативное преобразование блоков глин. По результатам экспериментов было установлено снижение показателей их сопротивления сдвигу за счет трансформации структурных связей и микробной деятельности при сохранении физического состояния. Для Санкт-Петербургского региона проведена типизация разреза верхнекотлинских глин по сложности условий наземного и подземного строительства. Трещиноватость коренных глин, возможность перетекания напорных подземных вод через трещиноватую толщу и последующее снижение прочности блоков, а также активная коррозия подземных несущих конструкций должны учитываться при проектировании уникальных и типовых наземных и подземных сооружений и быть включены в нормативные документы.
-
Дата отправки2021-12-19
-
Дата принятия2022-05-13
-
Дата публикации2022-07-13
Разработка насосно-эжекторной системы для реализации водогазового воздействия на пласт с использованием попутного нефтяного газа из затрубных пространств добывающих скважин
- Авторы:
- А. Н. Дроздов
- Е. И. Горелкина
Реализация водогазового воздействия посредством закачки водогазовой смеси является перспективным методом увеличения нефтеотдачи. Использование попутно добываемого нефтяного газа как газовой компоненты в водогазовой смеси позволяет кратно уменьшить количество нерационально потребляемого газа и снизить углеродный след. Актуальной задачей является выбор простой, надежной и удобной техники, которая способна работать при быстроизменяющихся условиях эксплуатации. Такой техникой являются насосно-эжекторные системы. Для создания водогазовой смеси предлагается использовать попутно добываемый газ из затрубных пространств. Данное решение позволит снижать давление в затрубном пространстве добывающей скважины, предотвращая срыв подачи и отказ скважинного оборудования. В статье представлена принципиальная технологическая схема насосно-эжекторной системы, учитывающая отбор газа из затрубных пространств нескольких добывающих скважин. Компоновка предложенной системы позволяет более эффективно реализовывать предлагаемую технологию, что расширяет область ее применения. Проведены экспериментальные исследования напорно-энергетических характеристик эжектора. Анализ полученных данных показал, что удалось повысить значение максимального КПД. Установлена возможность адаптации системы в широком диапазоне изменения эксплуатационных параметров. Даны рекомендации по выбору дожимного насоса в зависимости от величин рабочего давления и газосодержания.
-
Дата отправки2021-04-19
-
Дата принятия2022-05-25
-
Дата публикации2022-07-13
Разработка технологии закладки выработанного пространства при выемке
- Авторы:
- Е. Р. Ковальский
- К. В. Громцев
Анализ мирового опыта разработки калийных месторождений показывает, что основные проблемы, возникающие при их освоении, – высокий уровень потерь полезного ископаемого, повышенная опасность затопления горных выработок в результате нарушения сплошности водозащитной толщи и развития аварийных водопритоков в выработанных пространствах рудников. Снижение потерь калийной руды может быть достигнуто за счет применения системы разработки длинными столбами, но такой способ ограничен особенностями геологического строения калийных месторождений и необходимостью сохранения сплошности водозащитной толщи при ее подработке. Безопасность подработки водозащитной толщи можно повысить за счет применения закладки выработанного пространства лав. Однако остается малоизученным вопрос о влиянии закладки на высоту зоны развития водопроводящих трещин. Проанализирован мировой опыт закладки выработанных пространств при разработке пластов длинными столбами и предложена технология размещения закладочных массивов, которая может решить приведенные проблемы. Рассмотренная технология и предлагаемые решения подкреплены лабораторными испытаниями закладочных материалов и математическим моделированием зон развития деформаций в вышележащих породах.
-
Дата отправки2021-05-31
-
Дата принятия2022-03-24
-
Дата публикации2022-07-13
Математическая модель линейного и нелинейного повышения концентрации пропанта при проведении ГРП – решение для последовательной закачки ряда типов пропанта
Известно, что значительная часть технологий, направленных на интенсификацию притока жидкости при помощи гидравлического разрыва пласта, подразумевает применение пропанта. Для транспортировки и размещения гранул в трещине обеспечивается равномерная подача пропанта заданной концентрации в жидкость разрыва. Цель работы – исключить возникновение искажений в программе закачки пропантного ГРП. Математически точный линейный набор концентрации при заданных условиях возможен только в том случае, если верно определена переходная концентрация. Предлагаемый подход позволяет корректно сформировать программу работ пропантного ГРП как для линейного, так и для нелинейного увеличения концентрации пропанта. Научная новизна работы заключается в применении новой математической модели для прямого расчета параметров программы закачки, ранее определяемых методом подбора. Разработана математическая модель линейного и нелинейного повышения концентрации пропанта при проведении ГРП. Впервые представлено аналитическое решение, позволяющее прямым вычислением определять параметры стадий основного ГРП, в том числе переходные концентрации для заданных масс пропанта различных видов. Применение математической модели при формировании плана обработки позволяет сохранить корректное распределение массы пропанта по фракциям, что облегчает внедрение информационно-аналитических систем, перенос данных напрямую из программы работ в базы данных. Предлагается провести доработку используемых в производстве форм электронных таблиц, что позволит без дополнительных трудозатрат применять математическую модель формирования программы работ на каждом процессе гидроразрыва. Получена математическая модель, которая может быть использована для совершенствования программного обеспечения, применяемого при проектировании, моделировании и инженерном сопровождении процессов ГРП.
-
Дата отправки2021-10-31
-
Дата принятия2022-04-26
-
Дата публикации2022-07-13
Выявление факторов структурного контроля коренных золоторудных проявлений методом беспилотной аэромагниторазведки на примере Нерюнгринского района Якутии
Длительное развитие геофизической отрасли, в которой методы магнитометрии отличаются максимальной востребованностью, как наиболее простые в инструментальном и методологическом исполнении, определило развитие дистанционных методов измерений, реализуемых как с космических, так и аэровоздушных носителей. Потребность применения последних как обязательной составляющей полевых изысканий, обеспечивающей охват значимых площадей, определяет апелляцию к беспилотным малотоннажным носителям. Их задействование реализовано для поиска допускающих прогнозные построения элементов структурного (пространственного, генетического) контроля эндогенных золоторудных проявлений, т.е. решения задачи прироста золоторудных запасов, решаемой в рамках федеральных программ. Цель изыскания – разработка системного инструментального и последующего интерпретационного подходов при организации беспилотной магнитометрической съемки, реализованной для структурно-геологического картирования на примере Нерюнгринского района Якутии. В рамках формирования цифровой модели рельефа и аномального магнитного поля рассматривается методика съемки с использованием беспилотного воздушного судна, его технические характеристики, выполнен анализ и авторская модификация камеральной обработки данных магнитометрии. На основании полученных материалов создана физико-геологическая модель исследуемого участка, которая представлена в форме геолого-структурного разреза, сопровождающегося физическими характеристиками структурно-вещественных комплексов. Уточнение физико-геологической модели реализовано совместным морфоструктурным анализом дистанционной основы и аномального магнитного поля с применением результатов количественной интерпретации аномального магнитного поля. Итог исследований представлен актуализированной геологической основой с выделением перспективных рудных участков для их детализации в рамках планируемых крупномасштабных геолого-геофизических изысканий. Научная новизна работы состоит в синтезе прошедших апробацию методов беспилотных аэромагнитометрических измерений и геологоструктурных реконструкций, допускающих обработку как потенциальных, так и непотенциальных геополей.
-
Дата отправки2021-09-29
-
Дата принятия2022-05-11
-
Дата публикации2022-07-13
Тензорная компакция пористых пород: теория и экспериментальная верификация
Уплотнение в осадочных бассейнах традиционно рассматривается как одномерный процесс, который игнорирует неупругие деформации в направлениях, ортогональных активной нагрузке. В этом исследовании представлены новые эксперименты с песчаником, демонстрирующие роль трехмерного неупругого уплотнения при циклическом истинно трехосном сжатии. Эксперименты выполнены на базе испытательной системы трехосного независимого нагружения в лаборатории геомеханики Института проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН. По кривым деформирования оценены упругие модули материала и определены упругие деформации образца в каждом из трех направлений. Вычитание упругой составляющей из общей деформации позволило показать, что в направлении активного нагружения наблюдается неупругое уплотнение материала, тогда как в ортогональных направлениях имеет место разуплотнение материала. Для описания трехмерного характера уплотнения предлагается обобщение закона Ати на тензорный случай, учитывающее роль девиатора напряжений. Введен тензор уплотнения и кинетическое уравнение для описания эволюции неупругой деформации, начиная с момента приложения нагрузки. На основе экспериментов по циклическому многоосному сжатию песчаника проведены идентификация и верификация построенной модели тензорного уплотнения. Показана возможность не только качественного, но и количественного описания изменения неупругой деформации при сложном циклическом трехосном сжатии.
-
Дата отправки2021-04-06
-
Дата принятия2022-04-27
-
Дата публикации2022-07-13
Экспериментальное исследование влияния горного давления на проницаемость песчаника
Представлены результаты лабораторных исследований по определению влияния эффективного напряжения на проницаемость песчаника. Во время испытания образцы подвергались ступенчатому увеличению или уменьшению эффективного напряжения (при постоянном поровом давлении) с заданным шагом. Определены значения проницаемости горных пород при различных значениях эффективного напряжения, а также установлено влияние размера зерен матрицы породы-коллектора на характер изменения коэффициента проницаемости песчаника. В ходе испытания наблюдалось уменьшение проницаемости при увеличении эффективного напряжения. Установлено, что в результате ступенчатой нагрузки/разгрузки образца песчаника исходные значения проницаемости не восстанавливались, что свидетельствует о начале образования остаточных деформаций в породе. Данный эффект необходимо учитывать при моделировании разработки месторождения, так как в процессе выработки запасов меняется эффективное напряжение, действующее на скелет породы-коллектора, что приводит к значительному изменению проницаемости горной породы. Результаты лабораторных исследований показали, что отклонение проницаемости в среднезернистых песчаниках относительно исходного значения было больше, чем в средне- и мелкозернистых. Численно оценены коэффициент чувствительности к давлению и константа материала, которые используются в эмпирических зависимостях между проницаемостью и эффективным напряжением. В то же время константа материала такую сходимость не показала, что свидетельствует о том, что значения этого параметра индивидуальны для каждой породы.
-
Дата отправки2021-04-20
-
Дата принятия2022-04-26
-
Дата публикации2022-07-13
Прогноз напряженно-деформированного состояния и устойчивости лба забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон грунтового массива
В статье представлено численное решение пространственной упругопластической задачи определения устойчивости грунтов забоя тоннеля при пересечении нарушенных зон грунтового массива. Актуальность исследования связана с необходимостью учета зон нарушенных грунтов при оценке устойчивости забоя для расчета параметров крепи. На основе метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе PLAXIS 3D, выполнено построение конечно-элементной системы «грунтовый массив – нарушенность – крепь забоя» и моделирование пересечения нарушенных зон грунтового массива. Для оценки состояния грунтов приняты деформационный и прочностной критерий. Деформационный критерий выражен величиной расчетного смещения контура тоннеля в забое, а прочностной – коэффициентом запаса прочности до достижения предельных величин напряженного состояния по критерию Кулона – Мора. Результаты исследования представлены в виде гистограмм зависимостей коэффициента запаса прочности от расстояния до нарушенности при различной изгибной жесткости конструкции крепи забоя, а также изополей развития деформаций. Определены параметры вывалообразования в призабойной зоне при пересечении зон нарушенных грунтов. Локальное снижение прочностных и деформационных свойств в массиве по трассе тоннеля должно быть учтено при оценке устойчивости забоя тоннеля и расчете параметров крепи. В рамках построенной замкнутой системы получено качественное согласование результатов моделирования со случаем обрушения в забое при строительстве станции «Владимирская-2» Санкт-Петербургского метрополитена.
-
Дата отправки2021-02-24
-
Дата принятия2022-04-06
-
Дата публикации2022-07-13
Изучение особенностей кинетики процесса получения окатышей из красного шлама в потоке водорода
Изучена и обоснована кинетика восстановления последовательных фазовых переходов оксидов железа при восстановлении до металлизированного состояния с различными режимами подачи технического водорода. Представлены результаты образования окатышей при добавлении к красному шламу в качестве связующего реагента 3-5 % мелассы. Получены зависимости скорости восстановления оксидов железа от скорости водородного потока. По результатам экспериментов построена кинетическая модель, а при помощи рентгенофазового и спектрального анализа доказано, что образующиеся после термической обработки агломераты получили высокую прочность за счет сцепления частиц восстановленного железа с частицами красного шлама. Использование шихтовых материалов нового типа в плавильных агрегатах позволит снизить количество выбросов и пылевидных фракций, а также увеличит выход годного металла.