Электронные приложения к томам журнала содержат переводные версии научных статей, опубликованные ведущими российскими учеными в зарубежных журналах открытого доступа.
Основной целью подготовки переводов является обеспечение доступности передовых результатов исследований для русскоязычной научной аудитории: ученых, отраслевых специалистов и всех заинтересованных лиц, которые могут испытывать языковые барьеры при работе с иностранными источниками.
При использовании материала необходимо цитировать оригинальную статью – ссылка для цитирования указана в каждой статье.
Подать заявку на размещение перевода вашей статьи можно через почту: pmi@spmi.ru.
С.Г. ГЕНДЛЕР, Е.А. ПРОХОРОВА
Санкт-Петербургский горный университет
за последние 10 лет в горнодобывающей промышленности России произошло более чем трехкратное снижение уровня травматизма благодаря успешному внедрению инновационных технологий охраны труда. Несмотря на это, уровень травматизма остается неприемлемо высоким по сравнению с ведущими горнодобывающими странами, что приводит к росту затрат на добычу полезных ископаемых. Для горнодобывающих районов Арктической зоны – в отличие от других регионов, расположенных в районах с более благоприятным климатом, – на уровень травматизма влияют не только условия подземного труда, но и неблагоприятные экологические факторы. Для арктической зоны России общий риск травматизма предлагается рассчитывать как совокупное влияние профессионального и фонового риска. В данной статье проведен корреляционный анализ общих рисков травматизма в регионах Арктической зоны и регионах с благоприятными климатическими условиями. На примере Кировского филиала акционерного общества (АО) «Апатит» мы рассчитали риски, связанные именно с уровнем производственного травматизма. Построены относительные риски травматизма и их изменения во времени, разработана «базовая матрица травматизма», позволяющая наглядно представить результаты сравнительного анализа травматизма на производственных площадках компании и определить приоритетные направления повышения безопасности труда и снижения уровня травматизма.
Semyon G. GENDLER, Elizaveta A. PROKHOROVA
Saint Petersburg Mining University
Over the past 10 years, the mining industry of Russia has seen a greater than threefold decrease in injury rates, thanks to the successful implementation of innovative labor safety technologies. Despite this, injury levels remain unacceptably high compared to the leading mining countries, which results in increased mining costs. For the mining areas of the Arctic Zone – unlike other regions located in areas with a more favorable climate – the injury rates are influenced not only by the underground labor conditions, but also by the adverse environmental factors. For the Russian Arctic zone, the overall injury risk is proposed to be calculated as the combined impact of occupational and background risk. In this article, we have performed correlation analysis of the overall injury risks in regions of the Arctic zone and regions with favorable climate conditions. Using the Kirov branch of "Apatit", Joint-stock company (JSC) as an example, we have calculated the risks related specifically to occupational injury rates. We have constructed the relative injury risks and their changes over time and have developed a "basic injury rate matrix" that makes it possible to visualize the results of the comparative analysis of the injury rates on the company’s production sites and to determine priority avenues for improving the occupational safety and lowering the injury rates.
Г.И. КОРШУНОВ, Е.И. КАБАНОВ1, М. ЧЕХЛАР2
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 Технический университет в Кошице
Статья посвящена решению актуальной проблемы создания системы управления профессиональными рисками на горнодобывающих предприятиях, способной функционировать в условиях ограничения экономических и информационных ресурсов организации. Цель исследования – разработка подхода к управлению профессиональными рисками на горнодобывающем предприятии на основе принципиально нового матричного метода оценки профессиональных рисков, который позволяет повысить эффективность принятия управленческих решений. В основе предлагаемого метода лежит комплекс методических подходов, направленных на минимизацию недостатков, присущих стандартным матрицам оценки рисков, которые были выявлены и изучены авторами в процессе системного анализа. В частности, регрессионный анализ оценок экспертов лег в основу расчетных моделей оценки профессионального риска, позволяющих повысить уровень детализации результатов оценки. При этом тот факт, что в предлагаемом методе используются интуитивно понятные непрерывные переменные вероятность/повреждение, с одной стороны, снижает неопределенность в экспертных оценках, а с другой – сохраняет наглядность и удобство использования классического матричного метода оценки профессионального риска. Для оптимизации использования ресурсов оценочных групп авторами разработан алгоритм процедуры управления профессиональными рисками, основанный на комплексном качественном исследовании сценариев негативного воздействия опасностей на работников горнодобывающего предприятия. В работе даны рекомендации по систематизации и инвентаризации результатов анализа профессиональных рисков для определения и планирования защитных мероприятий. Описаны результаты апробации предложенной методики, полученные в ходе анализа условий труда шахтеров на действующих угольных шахтах, которые свидетельствуют о повышении уровня детализации выходных данных и возможности применения унифицированного подхода к анализу разнородных профессиональных рисков. Кроме того, в работе показан положительный эффект, достигаемый при использовании предложенного метода по сравнению со стандартной матричной оценкой профессиональных рисков.
Gennadiy I. KORSHUNOV1, Eugeniy I. KABANOV1, Michal CEHLÁR2
1 Saint Petersburg Mining University
2 Technical University of Košice
The article is devoted to solving the topical problem of creating a system for occupational risk management in mining enterprises that would be able to function under the conditions of a limitation in the organization's economic and information resources. The study aims to develop an approach of occupational risk management at a mining enterprise based on an improved and fundamentally new matrix method of assessing occupational risks, which allows increasing the efficiency of managerial decision-making. The suggested method is based on a set of methodological approaches aimed at minimizing the drawbacks inherent to standard risk assessment matrices that were identified and studied by the authors in the process of system analysis. In particular, the regression analysis of the experts' evaluations has provided the basis for calculation models of occupational risk assessment, which allow increasing the level of detail in evaluation results. Alongside that, the fact that the suggested method uses intuitively comprehensible continuous variables of probability/damage, on the one hand, reduces the uncertainty in expert assessment, and on the other hand, preserves the visibility and convenience of using the classical matrix method for occupational risk assessment. To optimize the use of the assessment groups' resources, the authors have developed an algorithm for an occupational risk management procedure based on a comprehensive qualitative study of scenarios of the negative impact of hazards on mining enterprise workers. The paper provides recommendations for systematization and inventory of occupational risk analysis results to determine and plan protective measures. We have described the results of the testing of the proposed method – received in the course of analysis of the miners' working conditions in the operating coal mines – which indicate an increase in the level of detail of the output data and the possibility of applying a unified approach to the analysis of heterogeneous occupational risks. In addition to that, the paper shows the positive effect achieved by the use of the suggested method compared to the standard matrix assessment of occupational risks.
Т.А. ПЕТРОВА1, Э. РУДЗИША1, А.В. АЛЕКСЕЕНКО1, 2, Жауме БЕХ3, М.А. ПАШКЕВИЧ1
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 Институт комплексного управления материальными потоками и ресурсами
Университета Организации Объединенных Наций (УООН-ФЛОРЕС)
3 Барселонский университет
Бросовые земли горнодобывающей промышленности являются одними из крупнейших нарушенных территорий, требующих рекультивации. Для снижения воздействия на окружающую среду и более рационального использования этих георесурсов важнейшими аспектами являются формирование устойчивых растительно-почвенных комплексов и возрождение функции самовосстанавления почв. Для успешного восстановления растительного покрова на участках после добычи полезных ископаемых необходимо устранить дефицит органического вещества. Для этого мы оценили возможности использования нетрадиционных мелиорантов, чтобы лучше понять выгоду от взаимной зависимости экологических ресурсов. Для предотвращения потерь и замыкания ресурсных циклов мы изучили возможность использования осадка сточных вод целлюлозно-бумажных комбинатов (ОСВЦБК) в качестве добавки для противодействия деградации почв и восстановления нарушенных человеком земель. В качестве субстрата для внесения смеси осадка с торфом и последующего посева травы in vitro использовали отходы известняка, березита и фосфогипса с мест добычи полезных ископаемых. Сформированный растительный покров проанализировали для сравнения всхожести и прироста биомассы на реконструированных почвах. Эффективность комбинаций мелиорантов оценивали двумя методами: (1) традиционным методом срезания растительного материала для измерения полученной биомассы растений и (2) анализом цифровых изображений на RGB-фотографиях растительного покрова (r2 = 0,75-0,95). Влияние ОСВЦБК на биомассу растительного покрова и высоту травы показало схожие результаты: рекультивация земель с формированием 20-сантиметрового слоя почвы на отвалах шахт была экологически приемлемой при соотношении ОСВЦБК и почвы 1:3. Однако избыточное внесение (соотношение ОСВЦБК и почвы 1:1) негативно сказывалось на всхожести семян и вегетации растений.
Tatyana A. PETROVA1, Edelina RUDZISHA1, Alexey V. ALEKSEENKO1, 2, Jaume BECH3, and Mariya A. PASHKEVICH1
1 Saint Petersburg Mining University
2 Institute for Integrated Management of Material Fluxes and of Resources
3 University of Barcelona
Wastelands of the mining industry are among the largest of disturbed areas that demand revitalization. To reduce environmental impact and to better manage these geo-resources, the formation of sustainable plant and soil complexes and the restoration of self-recovery soil function are critical points. The successful return of vegetative cover at post-mining sites requires eliminating the deficiency of organic matter. For this, we assessed the usability of non-traditional ameliorants to provide a better understanding of benefits from mutual dependencies of environmental resources. To prevent losses and to close resource cycles, we studied the applicability of wastewater sludge from the pulp and paper (SPP) industry as an amendment to counteract soil degradation and rehabilitate human-disturbed lands. Waste rock limestone, beresite, and phosphogypsum substrates of postmining sites were used in vitro for the application of sludge and peat mixture and consequent grass seeding. The formed vegetative cover was analyzed to compare the germination and biomass growth on reconstructed soils. We assessed the efficiency of ameliorant combinations by two approaches: (1) the traditional technique of cutting-off plant material to measure the obtained plant biomass, and (2) digital image analysis for RGB-processed photographs of the vegetative cover (r2 = 0.75–0.95). The effect of SPP on plant cover biomass and grass height showed similar results: land rehabilitation with the formation of a 20 cm soil layer on mine waste dumps was environmentally suitable with an SPP:soil ratio of 1:3. However, excessive application (ratio 1:1 of SPP to the soil) negatively affected seed germination and plant vegetation.
О.И. КАЗАНИН1, А.А. СИДОРЕНКО1, А.А. МЕШКОВ2, С.А. СИДОРЕНКО1
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 АО «СУЭК-КУЗБАСС»
Авторы указывают на важность своевременного воспроизводства выемочных участков в угольных шахтах для устойчивой и высокопроизводительной добычи угля на основе использования потенциала современного очистного оборудования. На примере шахт СУЭК-Кузбасс показана необходимость изменения подходов к повышению экономической эффективности и конкурентоспособности угледобычи и перехода от привычной практики снижения себестоимости к повышению производительности за счет внедрения возможностей высокопроизводительного оборудования. Проанализирована эффективность проходки на шахтах СУЭК-Кузбасс, выявлены основные причины длительных простоев в работе современных высокопроизводительных выемочных комбайнов непрерывного действия (ВКНД) или проходческих комбайнов непрерывного действия (ПКНД). Разработаны рекомендации по совершенствованию планирования подготовительных работ в шахтах и введению значительного запаса времени для ликвидации простоев при отставании фактической производительности проходки от плановых данных. Представлена структура времени действия современных ПКНД и даны рекомендации по оценке эффективности ПКНД как фактического времени действия при зарубании пород забоя. Обоснованы области применения различных типов современных ПКНД. Предложены рекомендации по изменению параметров выемочных участков и переходу на многозабойные выемочные участки с целью повышения эффективности подготовительных работ и фактической добычи угля. Описана целесообразность широкого применения челночных вагонеток для повышения эффективности транспортировки горных пород и материалов. Обоснованы организационно-технологические принципы повышения эффективности подготовительных работ на угольных шахтах.
Oleg I. KAZANIN1, Andrey A. SIDORENKO1, Anatoliy А. MESHKOV2, Sergey А. SIDORENKO 1
1 Saint-Petersburg Mining University
2 SUEK Kuzbass
The authors point at the criticality of timely reproduction of longwall panels in coal mines toward sustainable and high-rate coal mining based on the utilization potential of modern longwall equipment. A case-study of SUEKKuzbass mines shows that there is a need to change approaches to improvement of economic efficiency and competitiveness of coal mining and to shift from the common practice of production cost reduction to productivity enhancement through implementation of high-performance equipment capabilities. Efficiency of road heading in mines of SUEK-Kuzbass is analyzed, and the main causes of long downtime in operation of modern high-performance continuous miners (CM) or continuous bolter miners (CBM) are identified. Recommendations have been developed for improved planning of preparatory works in mines and for introduction of significant action time margin to eliminate downtime when actual drivage performance lags behind the planning data. The action time structure of modern CBM is presented, and recommendations are given on CBM efficiency evaluation as actual action time in cutting road face rocks. The application areas of various modern CBM types are justified. Recommendations are proposed for changing the parameters of longwall panels and to change to multi-entry longwall panels in order to increase efficiency of preparatory works and actual coal production. The authors describe expediency of widespread use of shuttle cars to improve efficiency of haulage of rocks and materials. The organizational and technological principles of the efficiency increase in preparatory works in coal mines are substantiated.
М.А. МАРИНИН1, О.А. МАРИНИНА1, Р. ВОЛЬНЯК2
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 Силезский технологический университет
В условиях снижения содержания золота в руде, увеличения глубины отработки и уменьшения нераспределенного фонда месторождений возникает необходимость разработки эффективных решений для процесса «от рудника до фабрики», которые будут адаптированы к каждому конкретному горному предприятию и позволят оптимизировать производственные затраты. Текущее исследование посвящено рассмотрению конкретного случая, демонстрирующего, как показатели потерь при добыче и разубоживании влияют на вариативность цепочки затрат в производственном цикле. В статье рассматривается актуальная проблема определения воздействия на стадиях добычи и усредненния в связи с изменением потери и разубоживания. Предложен авторский подход к формированию цепочки затрат от рудника до фабрики путем интеграции нескольких методов оценки затрат в общую методологию оценки затрат. Методология оценки представляет собой совокупность методов факторного анализа и стоимостного инжиниринга, учитывающих изменение затрат в связи с вариацией потерь и разубоживания. Доказано, что при изменении потерь и разубоживания экономия затрат возникает за счет изменения объема работ по усреднению, транспортировке и усредненнию руды. Для случая Куранахского рудного поля эффект на стадии добычи отсутствует. Использование внутренних резервов за счет управления параметрами качества руды позволяет снизить затраты на тонну переработанной горной массы по всей производственной цепочке.
Mikhail A. MARININ1, Oksana A. MARININA1, Radosław WOLNIAK2
1 Saint-Petersburg Mining University
2 Silesian University of Technology
The conditions of declining gold grade in the ore, increasing depth of excavation, and de-creasing unallocated stock of deposits make it necessary to develop efficient solutions for the mine-to-mill process, which have to be adapted to each specific mining plant and will optimizes production costs. Current research focuses on a case study that demonstrates how indicators of mining losses and dilution influence the variation of costs chain in the production cycle. The article examines the topical issue of determining the effects at the mine-to-mill stages due to changes in losses and dilution. The author’s approach to the formation of a mine-to-mill cost chain is proposed by integrating several cost estimation methods into the general cost estimation methodology. The estimation methodology is a compilation of factor analysis and cost engineering methods that take into account the change in costs due to the variation of losses and dilution. It was proven that with variations in losses and dilution, cost savings arise due to changes in the volume of work on ore averaging, ore transportation, and beneficiation. For the case of the Kuranakh ore field, there are no effects at the mining stage. The use of internal reserves by means of managing ore quality parameters allows reducing the costs per ton of processed rock mass along the entire production chain.
С.В. ХОХЛОВ, З.А. АБИЕВ и В.А. МАККОЕВ
Санкт-Петербургский горный университет
Обзор существующих оптико-электронных приборов контроля показал, что при проектировании оптико-электронных детекторов рудничной атмосферы недостаточно учитывается фактор внешних оптических помех. К ним относится любой посторонний источник теплового излучения: источник искусственного освещения или предприятие. Как следствие, системы безопасности на основе оптико-электронных детекторов, устанавливаемые в настоящее время на горнодобывающих объектах, не способны в должной мере обеспечить обнаружение источника зажигания при наличии оптических помех. Таким образом, необходимо определить рабочие спектральные диапазоны длин волн от взрывов метана и угольной пыли. В статье представлены результаты экспериментальных исследований, посвященных спектральному анализу взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли с помощью фотоэлектрического метода. Воспламенение метановоздушной смеси стехиометрической концентрации (9,5 %) и угольной пыли размером, характеризующимся дисперсностью 6394 мкм и концентрацией 200 г/м3, проводилось в сферической камере объемом 20 л с начальной температурой в установке 18-22°C при атмосферном давлении. Затем проводилась фотометрия светового потока взрыва на фотоэлектрической установке. Были определены рабочие спектральные диапазоны длин волн от взрывов метана и угольной пыли. Для метановоздушной смеси целесообразно использовать участки спектра с максимумом излучения 390 и 900 нм. Для пылевоздушной смеси достаточно участка спектра с максимумом излучения 620 нм. Это позволило выбрать диапазоны длин волн для пусковых ориентиров автоматических систем взрывоподавления. Это исключит ложное срабатывание системы взрывоподавления от других источников излучения. Результаты исследования помогут повысить достоверность принятия решений при непосредственном проектировании прибора. Полученные результаты будут использованы в дальнейших исследованиях при разработке помехоустойчивых оптических датчиков обнаружения пламени с высокой скоростью срабатывания.
Sergey V. KHOKHLOV, Zaur A. ABIEV and Viacheslav A. MAKKOEV
Saint Petersburg Mining University
A review of the existing optoelectron monitoring devices revealed that the design of optoelectron detectors of the mine atmosphere does not sufficiently take into account the factor of external optical interference. This includes any extraneous source of thermal emission: a source of artificial lighting or enterprises. As a consequence, the optoelectron detectors -based safety systems currently installed at mining sites are not able to ensure properly the detection of the ignition source in the presence of optical interference. Thus, it is necessary to determine the working spectral wavelength ranges from methane and coal dust explosions. The article presents the results of experimental research devoted to the methane-air mixture and coal dust explosion spectral analysis by means of the photoelectric method. The ignition of a methane-air mixture of stoichiometric concentration (9.5 %) and coal dust of size characterized by the dispersion of 63–94 microns and concentration of 200 g/m3 was carried out in a 20 L spherical chamber with an initial temperature in the setup of 18–22 °C at atmospheric pressure. Then, photometry of the explosion light flux was conducted on a photoelectric unit. Operating spectral wavelength ranges from methane and coal dust explosions were determined. For the methane-air mixture, it is advisable to use the spectral regions at the maximum emission of 390 and 900 nm. The spectrum section at the maximum emission of 620 nm was sufficient for dust-air mixture. It enabled us to select the wavelength ranges for automatic explosion suppression systems’ launching references. This will exclude false triggering of the explosion suppression system from other radiation sources. The research results will help to improve the decision-making credibility of the device in its direct design. The results will be used in further research to design noise-resistant optical flame detection sensors with a high response rate.
В.В. ГАБОВ1, Д.А. ЗАДКОВ1, Н.В. БАБЫРЬ1, Фангвей ХИ2
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 Университет Цзянсу
Рассматривается целесообразность в процессе добычи угля в очистном забое осуществления непрерывного безимпульсного регулирования сопротивления гидростоек секций механизированной крепи опусканию пород кровли и повышения адаптивности механизированной крепи современных высоко энерговооруженных очистных механизированных комплексов к горно-геологическим условиям, изменяющимся по мере отработки выемочных участков. Предлагается вместо типовой трехуровневой рабочей характеристики гидростойки секций крепи с импульсным регулированием ее сопротивления опусканию пород кровли четырехуровневая характеристика с безимпульсным регулированием. Такие режимы работы гидростоек с вытеснением рабочей жидкости в напорную магистраль механизированной крепи комплекса могут быть обеспечены блоком безимпульсного регулирования сопротивления. Предложены структура, схема подключения и конструктивное исполнение блока. Приведены результаты заводских и шахтных испытаний гидростойки секции механизированной крепи МКЮ2Ш13/27 с опытным образцом блока регулирования на нагрузочном стенде ООО «Завод Красный Октябрь» и в условиях шахты «Имени А.Д. Рубана» АО «СУЭК-Кузбасс». Результаты испытаний подтверждают, что блок обеспечивает непрерывное безимпульсное регулирование сопротивления гидростоек секций механизированной крепи возрастающей нагрузке и доказана возможность рекуперации энергии горного давления в гидросистему механизированной крепи очистного комплекса.
Victor V. GABOV1, Denis A. ZADKOV1, Nikita V. BABYR1, FANGWEI XIE2
1 Saint-Petersburg Mining University
2 Jiangsu University
The paper considers the advisability of continuous nonimpact regulation of powered support unit hydraulic props resistance to roof rock subsidence. It also examined the advisability of increasing the adaptability of the powered support within advanced high-powered mechanized longwall face complexes to mining-geological conditions that change as the blocks are extracted. A four-level characteristic with nonimpact regulation is proposed instead of a typical three-level operating characteristic of the support unit hydraulic prop with impact regulation of its resistance to roof rock subsidence. Such operation modes of hydraulic props with the power fluid displacement into the power support pressure pipe can be provided by a nonimpact resistance control unit. The paper presents the structure, connection diagram, and embodiment of the control unit. The production and in-mine testing of the MKYU 2SH13/27 powered support unit hydraulic prop equipped with a prototype control unit were carried out on OOO Zavod Krasny Oktyabr loading test bench and in the A. D. Ruban mine of AO SUEK-Kuzbass. The testing data is presented in the paper. The possibility of rock pressure energy recovery into the hydraulic system of the longwall power support has been proved.
И.Ю. ЛАНГЕ, П.В. КОТЮКОВ и Я.А. ЛЕБЕДЕВА
Санкт-Петербургский горный университет
Целью данной работы является изучение проблемы загрязнения песчаных грунтов нефтяными углеводородами. Для изучения условно чистых и загрязненных песков использовались лабораторные методики, включающие измерение размеров зерен, оценку физико-механических и гидрофизических свойств. Результаты анализа проб песка с помощью визуальных и микроскопических исследований и ситового анализа показали, что в отличие от условно чистых песков, в загрязненных образцах поверхность минеральных частиц покрыта углеводородной пленкой. Наличие последней позволяет образовывать микро- и макроагрегаты. Исследования физических и гидрофизических свойств песков по методике с использованием предварительно взвешенных стеклянных контейнеров, а также фильтрующего устройства – трубки SPETSGEO – показали, что по сравнению с условно чистыми образцами загрязненные образцы песчаных грунтов имеют меньшую плотность и бо́льшую проницаемость и водоотдачу. Испытания механических свойств загрязненных песков на аппарате прямого сдвига ГПП-30 по методу консолидированной прочности при сдвиге в высушенном состоянии выявили увеличение угла внутреннего трения при снижении удельного сцепления по сравнению с условно чистыми песками.
Ivan Yu. LANGE, Pavel V. KOTIUKOV and Yana A. LEBEDEVA
Saint-Petersburg Mining University
This paper aims to investigate the issue of sandy soil contamination by oil hydrocarbons. Laboratory procedures used to study conditionally pure and contaminated sands include grain-size measurements and evaluation of physical-mechanical and hydrophysical properties. The results of the analysis of sand samples using visual and microscopic studies and sieve analysis show that, unlike in conditionally pure sands, in contaminated samples, the surface of mineral particles is covered by hydrocarbon film. The presence of the latter enables micro- and macroaggregates to be formed. Studies of the physical and hydrophysical properties of sands using a technique with preweighed glass containers, as well as a filtering device, SPETSGEO pipes, showed that, in comparison with conditionally pure samples, contaminated specimens of sandy soils have lower densities and higher permeabilities and water yields. Testing the mechanical properties of contaminated sands on the GPP-30 direct shear apparatus using the consolidated dried shear strength method revealed an increase in the angle of internal friction with a decrease in specific adhesion compared to conditionally clean sands.
Цзылу ЛЮ1,2, Жан-Гуо МА1, О.И. КАЗАНИН2, Пенг ГОНГ1, Йе ЛИ1, Ксяо-Ян НИ3
1 Китайский университет горного дела и технологии
2 Санкт-Петербургский горный университет
3 Цзянсуский профессиональный институт архитектурных технологий
В этом исследовании с учетом факторов, влияющих на устойчивость пород вокруг выработок, поддерживаемых за лавой при отработке угольных пластов очистными механизированными комплексами с обрушением и выпуском угля, рассмотрена применимость заполненных бетоном стальных труб (ЗБСТ) большого диаметра на границе с выработанным пространством и предложен новый подход к поддержанию выработок. Была разработана геомеханическая модель структуры вмещающих пород при поддержании выработки на границе с выработанным пространством, с помощью теории разрушения Прандтля было определено критическое состояние неустойчивости вследствие сдвига на контакте ЗБСТ с кровлей, с помощью численного моделирования проанализирован механизм деформации вмещающих пород вокруг поддерживаемой выработки. Результаты показали, что диапазон зоны растягивающих напряжений и экстремальное растягивающее напряжение пород кровли между ЗБСТ тесно связаны с расстоянием между ЗБСТ, которое является ключевым фактором, влияющим на деформацию сохраняемой выработки. Кроме того, помимо неконтролируемых факторов, устойчивость контактной поверхности между кровлей и ЗБСТ напрямую связана с площадью контактной поверхности между ЗБСТ и кровлей, а размер критической площади контакта напрямую связан со свойствами верхней угольной пачки. Натурные испытания ЗБСТ на выемочных участках 91-101 на угольной шахте Ван-Чжуан показали, что максимальная конвергенция кровли и почвы выработки составила 510 мм, а площадь поперечного сечения сохраняемого участка выработки достигала 12,9 м2, что находится в допустимых пределах.
Zi-Lu LIU1,2, Zhan-Guo MA1, Oleg I. KAZANIN2, Peng GONG1, Ye LI1, Xiao-Yan NI3
1 China University of Mining and Technology
2 Saint Petersburg Mining University
3 Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology
Considering the factors affecting the surrounding rock stability of gob-side entry retaining, the applicability of a large-diameter, concrete-filled steel tube roadside support body in a top-coal caving fully mechanized face is discussed, and a new approach to gob-side entry retaining is proposed in this study. The mechanical model of the surrounding rock structure of gob-side entry retaining in a top-coal caving fully mechanized face was established, the critical state of column–roof contact shear slip instability was clarified through Prandtl foundation failure theory, and the deformation mechanism of the surrounding rock of the retained roadway was analyzed through numerical simulation. The results indicated that the range of the tensile stress zone and extreme tensile stress of the roof between columns are closely related to the spacing of columns, which is the key factor influencing the deformation of the retained roadway. In addition, besides uncontrollable factors, the stability of the contact interface between the roof and columns is directly related to the area of the contact interface between the concrete-filled steel tubes and the roof, and the size of the critical contact area is directly related to the properties of top-coal mass. Finally, a field test was carried out in 91–101 working panels in theWang-Zhuang Coal Mine; the maximum convergence of the roof and floor was 510 mm, and the area of the retained roadway section reached 12.9 m2, which is within a reasonable range.
Н.В. ВАСИЛЬЕВА, У.Ю. ГОЛЫШЕВСКАЯ и А.Е. СНЯТКОВА
Санкт‑Петербургский горный университет
В последние десятилетия сохраняется потребность в энергоэффективных методах переработки минерального сырья. В будущем необходимость разработки энергоэффективных технологий для минеральной промышленности будет возрастать, учитывая исчерпание высококачественных ресурсов и жесткие экологические ограничения. Объектом данного исследования является дробильное оборудование. Оно представляет собой комплекс агрегатов, предназначенных для уменьшения фракции рудных и нерудных твердых материалов. Кроме того, он предназначен для придания им симметричной формы с целью облегчения их транспортировки и последующего использования в производстве. Таким образом, актуальность использования дробилок на горно‑обогатительных комбинатах очевидна, поэтому актуальным является и поиск путей оптимизации их работы и снижения энергопотребления. В данной статье представлен систематический обзор задачи повышения энергоэффективности дробильных агрегатов. Это достигается за счет изучения методов и результатов моделирования, автоматизации процессов дробления и измельчения, а также снижения износа деталей дробилок. На основе рассмотренных источников определены основные методы повышения эффективности дробильных агрегатов. Разработана математическая модель конусной дробилки. Погрешность моделирования составляет менее 6 %. На математической модели проведен имитационный эксперимент. Определены зависимости тока и мощности электропривода дробилки от производительности питателя, графики имеют симметричное положение относительно аппроксимирующей кривой (R2 ≈ 0,9).
Natalia V. VASILYEVA, Uliana Yu. GOLYSHEVSKAIA and Aleksandra E. SNIATKOVA
Saint Petersburg Mining University
Over the last few decades, the demand for energy-efficient mineral-processing methods has continued. The necessity to develop energy-efficient technologies for the mineral industry will increase in the future, considering the exhaustion of high-quality resources and severe environmental limitations. The subject of this study is crushing equipment. It is a complex of units designed to reduce the fraction of ore and non-metallic solid materials. It is also designed to make them more symmetrical in order to facilitate their transport and later use in production. Thus, the urgency of using crushers in mining and processing plants is clear, so it is relevant to find ways to optimize their operation and reduce energy consumption. This article presents a systematic review of the task of improving the energy efficiency of crushing units. This is achieved by studying modelling methods and results, the automation of crushing and grinding processes, and the wear reduction of crusher components. On the grounds of the reviewed sources, the main methods of increasing the efficiency of crushing units are identified. A mathematical model of the cone crusher was designed. The simulation error is less than 6 %. A simulation experiment was carried out on the mathematical model. The dependences of the current and power of the crusher electric drive on the feeder capacity are determined; the graphs have a symmetrical position relative to the approximating curve (R2 ≈ 0.9).
А.В. МАРТИРОСЯН, Ю.В. ИЛЬЮШИН, О.В. АФАНАСЬЕВА
Санкт‑Петербургский горный университет
Статья посвящена проблеме возрастающей необходимости автоматизации процесса эксплуатации месторождений минеральных вод. Внедрение систем управления и методов математического моделирования может существенно снизить риски нарушения структурной целостности месторождений и загрязнения водоносных горизонтов. Данное исследование особенно актуально для месторождений со сложными условиями залегания минеральных вод, так как недостаточная точность определения параметров режима работы месторождений может привести к тяжелым последствиям. В статье описана распределенная математическая модель, разработанная на основе уравнения геофильтрации. На основе этой модели представлен новый метод оценки взаимного влияния месторождений, добыча которых ведется из одного водоносного горизонта. Для более детального изучения влияния параметров режима работы на объект была разработана физическая модель пласта. Использование датчиков Arduino и разработанного программного обеспечения позволяет построить 3D-график входного воздействия и его отклика в различных точках объекта в виде распределения температуры. Результаты моделирования позволяют использовать предложенную модель для синтеза системы автоматического управления.
Alexander V. MARTIROSYAN, Yury V. ILYUSHIN, Olga V. AFANASEVA
Saint Petersburg Mining University
The article is devoted to the problem of the growing need of the mineral water fields’ exploitation process automation. The implementation of control systems and mathematical modeling methods can significantly reduce the fields’ structural integrity violation and pollution of aquifers risks. This research is especially relevant for the fields with difficult conditions of mineral waters occurrence, since the insufficient accuracy of determining the fields’ operating mode parameters can lead to a severe incident. The article describes a distributed mathematical model developed from the geo-filtration equation. Based on this model, a new method for assessing the mutual influence of the fields, the production of which is carried out from one aquifer, is presented. For a more detailed study of the operating mode parameters influence on the object a physical model of the reservoir was developed. The using of Arduino sensors and the developed software allows us to construct a 3D graph of the input action and its response at the different points of the object as temperature distribution. The simulation results make it possible to use the proposed model for the automatic control system synthesis.
Д.И. ШИШЛЯННИКОВ1, И.Е. ЗВОНАРЕВ2
1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
2 Санкт-Петербургский горный университет
Создание современных машин и совершенствование существующих конструкций режущих органов горных комбайнов сдерживается отсутствием экспериментальных исследований процесса отделения последовательных элементарных трещин при резании калийной руды резцами выемочных машин. Показан потенциал схемы перекрестного резания калийной руды, поскольку формирование зон локализации ослабления и наведенных трещин на поверхности послойного забоя резания определяет отделение элементарных сколов со стабильными геометрическими параметрами. Проверка полученных теоретических выводов проводилась в ходе лабораторных испытаний на специально разработанном стенде. Методика исследований предусматривала проведение сравнительных испытаний нарезки руды калийного блока, шахматной и перекрестной нарезки. Доказано, что использование крестовой схемы задания параметров резания позволяет снизить удельные энергозатраты на резание калийной массы, уменьшить среднюю нагрузку на резец, среднеквадратичное отклонение и уменьшить количество труднообогатимых фракций в продуктах дробления по сравнению с традиционной шахматной схемой резания.
Dmitriy I. SHISHLYANNIKOV1, Ivan E. ZVONAREV2
1 Perm National Research Polytechnic University (PNRPU)
2 Saint Petersburg Mining University
The creation of modern machines and improvement of existing designs of rock cutting bodies of combines is constrained by the lack of experimental studies of the process of separation of successive elementary cleavages during the potash ore cutting with cutters of winning machines. The potential of the cross cutting pattern of potash ore is shown, since the formation of zones of localization of weakening and induced fractures on the surface of layer-by-layer cutting face determines the separation of the elementary cleavages with stable geometric parameters. The verification of the conclusions obtained theoretically was carried out during laboratory tastings on a specially designed bench. The research procedure provided for comparative tests of the potash block ore cutting, staggered and cross cuttings. It has been proven that the use of the cross pattern for set cutting parameters makes it possible to reduce the specific energy costs of the cutting of potash mass, to reduce the average load on the cutter, to reduce the root-mean-square deviation, and to reduce the number of fractions that are hard to enrich in the crushing products, compared to the traditional staggered cutting pattern.
А.А. ХАЛТУРИН, К.Д. ПАРФЕНЧИК, В.А. ШПЕНСТ
Санкт-Петербургский горный университет
Учитывая, что в последнее время стремительный рост добычи на шельфе, особенно в Арктическом регионе Российской Федерации, вызывает повышенную обеспокоенность по поводу разливов нефти на водной поверхности, этот вопрос сегодня особенно актуален и важен. Эти загрязняющие вещества оказывают разрушительное воздействие на морскую биосферу планеты. Поэтому для оперативного обнаружения нефтяных разливов необходимо использовать эффективные и надежные методы и приборы, позволяющие удаленно обнаружить нефтяной разлив. Описаны некоторые методы мониторинга нефтяных разливов и российские разработки в этой области, их особенности, преимущества и недостатки. Ввиду сложных арктических условий, из-за сурового климата и покрытой льдом водной поверхности, применение приборов для обнаружения разливов не всегда возможно. Несмотря на это, в ходе исследования была доказана эффективность таких методов, как радар, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. В конечном итоге сочетание этих методов дает персоналу морской платформы наибольший объем информации об обнаруженном разливе нефти. Полученная информация включает в себя площадь распространения разлива, толщину утечки и химический состав нефти.
Artem A. KHALTURIN, Konstantin D. PARFENCHIK, Vadim A. SHPENST
Saint Petersburg Mining University
Given that the recent rapid growth of offshore production, especially in the Arctic region of the Russian Federation, is causing increased concern about oil spills on the water surface, this issue is especially relevant and important today. These pollutants have a devastating impact on the world’s marine biosphere. Therefore, effective and reliable methods and instruments must be used for operational spill detection in order to detect a remote oil spill. Several methods for oil spill monitoring and Russian developments in this area were described, including their features, advantages, and drawbacks. In cases when use in difficult Arctic conditions was anticipated, due to the harsh climate and ice-covered water surface, it was not always possible for spill detection instruments to be utilized. Despite this, such methods as radar, infrared, and ultraviolet were proven to be effective during this research. Ultimately, the combination of these methods returned the greatest volume of information to offshore platform staff about a detected oil spill. The information provided includes the spread area of the spill, the thickness of the leak, and the chemical composition of the oil.
В.В. НОСОВ1,2, А.И. БОРОВКОВ2, А.П. АРТЮЩЕНКО1,2
1 Санкт-Петербургский горный университет
2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Геофизические методы прогноза локальных горных разрывов в настоящее время развиваются по двум направлениям: совершенствование регистрирующей аппаратуры и совершенствование методов обработки данных. Прогресс в разработке методов обработки сдерживается отсутствием информативных прогностических моделей, описывающих состояние массива горных пород, процесс разрушения массива и явления, которые могут обосновать выбор как критериев, так и параметров испытаний состояния массива горных пород и дать оценку времени, оставшегося до проявления горного давления. В частности, несмотря на достижения в аппаратурном оформлении, исследователи, использующие сейсмоакустический метод прогноза горных взрывов, измеряют акустическую активность или энергоемкость рассеяния упругих волн после техногенного взрыва и сталкиваются с зависимостью результатов прогноза от дестабилизирующих факторов. Для решения этой проблемы мы применили информационно-кинетический подход к прогнозированию. В статье рассматриваются принципы выбора параметров испытаний, устойчивых к дестабилизирующим факторам. Предложена микромеханическая модель накопления трещин в блоке горного массива, отражающая зависимость параметров акустической эмиссии (АЭ) от времени, что позволяет выявлять влияние различных факторов на прогнозные данные и фильтровать сигналы. Также предложены критерии и методика оценки риска разрыва горных пород. Результаты апробированы при анализе сейсмоакустических явлений, вызванных техногенными взрывами на рудниках «Таймырский» и «Октябрьский» в Норильске. В статье приведены примеры использования предложенных критериев. Проведено сравнение эффективности их применения с традиционными методами оценки рисков разрыва горных пород и оценки напряженно-деформированных параметров массива горных пород с точки зрения их информативности, устойчивости и репрезентативности путем статистической обработки экспериментальных данных.
Viktor V. NOSOV1,2, Alexey I. BOROVKOV2, Artem P. ARTYUSHCHENKO1,2
1 Saint Petersburg Mining University
2 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
Geophysical methods for local rock burst prediction are currently being developed along two lines: improving recording equipment and improving data processing methods. Progress in developing processing methods is constrained by the lack of informative prognostic models that describe the condition of rock mass, the process of rock mass fracturing, and the phenomena that can substantiate the choice of both criteria and test parameters of the condition of rock mass and give an estimate of the time remaining until rock pressure manifestation. In particular, despite achievements in hardware design, researchers using the seismo-acoustic method to predict rock bursts measure the acoustical activity or energy capacity of elastic wave scattering after a man-made explosion and are faced with the dependence of forecast results on destabilizing factors. To solve this problem, we applied an information and kinetic approach to forecasting. In this article, we discuss the principles of selecting test parameters that are resistant to destabilizing factors. We propose a micromechanical model of fracture accumulation in a rock mass block that reflects the dependence of acoustic emission (AE) parameters on time, which makes it possible to detect the influence of various factors on forecast data and filter the signals. We also propose criteria and a methodology for rock burst risk assessment. The results were tested in analyzing the seismo-acoustic phenomena caused by man-made explosions at the Taimyrsky and Oktyabrsky mines in Norilsk. The article gives examples of using the proposed criteria. The effectiveness of their application is compared with traditional methods for assessing rock burst risks and evaluating the stress–strain parameters of rock mass in terms of their being informative, stable, and representative by means of statistical processing of experimental data.
