Статья: РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЁТА УСТОЙЧИВОСТИ ПРОВЕТРИВАНИЯ РУДНИКОВ В АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ, СВЯЗАННЫХ С НАЛИЧИЕМ ТЕПЛОВЫХ ДЕПРЕССИЙ (2024)

В настоящей работе представлены и проанализированы три количественных показателя эффективности проветривания тупиковой горной выработки с использованием нагнетательного способа. Предложенные показатели позволяют комплексно оценить эффективность проветривания, как на качественном, так и количественном уровне. Для построения и валидации расчетной модели использованы исходные данные, полученные в результате замеров на руднике «Купол». В результате выполненной работы получены аппроксимирующие зависимости, позволяющие подобрать параметры величины отставания или скорость в вентиляционном трубопроводе для эффективного проветривания тупиковой выработки. Результаты исследования могут быть применены в качестве обоснования для увеличения отставания вентиляционного трубопровода от груди забоя на различных рудниках.

Ликвидация замораживающих и контрольно-термических скважин производится на заключительном этапе работ по искусственному замораживанию породного массива при строительстве шахтного ствола. Работы должны производиться в размороженном массиве для чего вокруг скважин формируется зона талой породы заданного радиуса. В данной статье авторами показано, что для выполнения ликвидационных работ недостаточно лишь достижения заданных размеров зоны оттаивания породы. Установлено, что после отключения нагрева и циркуляции теплоносителя в замораживающих колонках может возникать обратная реакция, интенсивность которой определяется температурой той части ледопородного ограждения, которая осталась незамороженной и находится в непосредственной близости к замораживающим скважинам. Во избежание обратного промерзания породы необходимо выполнять математическое моделирование процесса с использованием детальной и актуализированной теплофизической модели, и разрабатывать мероприятия по поддержанию минимальных размеров зоны оттаивания с поочередным отключением колонок, либо формированию ее запаса, который позволит сохранить требуемые размеры до полного окончания работ по ликвидации всех скважин.

В статье представлен обзор существующих методов расчета аварийных режимов при пожарах в шахтах в стационарной и нестационарной постановках. Описаны их достоинства и недостатки при моделировании сложных физических процессов при пожарах. Показана необходимость упрощения существующей физико-математической модели, в основе которой лежит замкнутая система уравнений газовой динамики в нестационарной постановке, и необходимость в разработке специальных методов ускорения вычислений, учитывающих особенности моделируемых процессов.

В работе представлены результаты натурных исследований рудничной атмосферы при полном технологическом цикле добычи руды из протяженных тупиковых камер большого сечения. Технологический цикл включает ведение взрывных работ, проветривание после взрывных работ и отгрузку руды погрузочно-доставочной машиной. В процессе ведения взрывных работ формируется застойная зона в камерном пространстве, где происходит скопление газов. Запертый газ постепенно выносится на рабочее место машиниста погрузочно-доставочной машины. Показано, что при ведении работ по добыче руды буровзрывным способом в условиях тупиковых камер большого сечения необходим предварительный расчет объема выделяющихся газов и автоматический контроль выноса газов в рабочую зону горнорабочего, осуществляющего отгрузку руды.

В статье представлены подробные результаты разработки карт регионального прогноза газодинамических явлений в пределах Гремячинского месторождения калийных солей на основе линейного дискриминантного анализа актуальных геологоразведочных данных. Анализ производился на основе следующих процентных показателей: суммарного содержания нерастворимого остатка и сульфата кальция, содержания хлорида калия и содержания хлорида магния. Особенностью проведенного анализа было его разделение на западную и восточную часть в пределах шахтного поля, что имеет обоснование в статистических и геологических различиях рассматриваемых участков. Полученная результирующая эффективность алгоритма классификации составила 96,6 % и 91,9 % для западной и восточной частей шахтного поля соответственно. Построенные на основе полученных решающих правил прогнозные карты зон, опасных по газодинамическим явлениям, показали высокую адекватность. Полученный алгоритм может быть использован при региональном прогнозировании газодинамических явлений в пределах шахтного поля рассматриваемого рудника.

Правила безопасности предъявляют ряд требований к реверсивному режиму проветривания на шахтах и рудниках. В частности, п. 176 «Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» гласит о необходимости обеспечения расхода воздуха, проходящего по главным выработкам в реверсивном режиме проветривания, равного не менее 60 % от расхода воздуха, проходящего по ним в нормальном режиме. Однако требование п. 176 не в полной мере соответствует существующим требованиям по обеспечению предельно-допустимых концентраций горючих газов в горных выработках шахт и рудников. Кроме того, в условиях возрастания мощности добычи полезных ископаемых горнодобывающими предприятиями, вентиляционные сети рудников становятся более протяженными и разветвленными, что приводит к усложнению прогнозирования в них воздухораспределения как в нормальном, так и в реверсивном режимах проветривания. При реверсировании воздушной струи в аварийных ситуациях на таких рудниках важно прогнозировать влияние непредвиденных аэродинамических факторов, связанных с такими событиями, как возникновение тепловых и газовых депрессий, самопроизвольное открытие вентиляционных перемычек. По мнению авторов, перспективным подходом, позволяющим сделать такой прогноз, является анализ устойчивости движения воздушной струи в главных выработках.

Показан опыт использования сейсмоакустических исследований во внутренних точках среды для обнаружения потенциально опасных, с точки зрения возникновения газодинамических явлений, зон трещиноватости. В комплексе обработки и интерпретации полученных данных применена методика анализа изменения амплитуды отраженной волны с удалением источник-приемник.

Представлены результаты опытно-методических работ высокоразрешающей сейсморазведки в подземном руднике. Межскважинная корреляция каротажных диаграмм позволила установить горизонтальную изменчивость физических характеристик в теле кимберлитовой брекчии. На основе анализа динамических и кинематических характеристик в пределах наиболее акустически контрастных границ волнового поля показана возможность изучения внутренней структуры породного массива с прослеживанием межформационных зон.

На территории Верхнекамского месторождения калийных солей проведены исследования состояния водозащитной толщи (ВЗТ), путем сейсморазведочных исследований, цифровой обработки и интерпретации сейсморазведочных данных, для выявления зоны, отличающейся по упругим свойствам от вмещающего массива пород. Проведено моделирование исследуемого участка для получения синтетических сейсмограмм и последующих их обработки и интерпретации данных. Выполнен подбор модели среды, для уточнения количественных характеристик выявленной зоны.

В системе комплекса разноуровенных сейсмических наблюдений, реализованного в пределах потенциально-опасных участков шахтных полей Верхнекамского месторождения солей, в качестве детализационного метода применяется сейсморазведка высокого разрешения. На одном из этапов обработки данных малоглубинных исследований вычисляются параметры верхней части разреза. В статье представлены варианты использования указанных параметров для определения пространственных особенностей приповерхностного интервала пород и его состояния как дополнительной составляющей мониторинговых наблюдений.

Гравиметрические исследования Верхнекамского месторождения калийных солей проводились с середины 1920-х годов с помощью гравитационных вариометров. С конца 50-х годов с появлением высокопроизводительных кварцевых гравиметров начаты планомерные гравиметрические исследования месторождения. Гравиметрическими партиями Баженовской геофизической, Пермской геологоразведочной, ФГУП «Пермрудгеофизика» и Научно-производственной геофизической экспедицией Горного института УрО РАН съемки разных масштабов проведены практически на всей территории месторождения. Эти работы позволили построить сводную гравиметрическую карту, которая отражает основные элементы геологического строения Верхнекамского месторождения калийных солей.

На территории шахтного поля Верхнекамского месторождения калийных солей произведено опробование ультразвукового томографа А1040 MIRA 3D с разным частотным составом возбуждаемых колебаний с целью оценки состояния межкамерного пространства. Реализована процедура конвертации данных томографа в формат сейсмических данных, с возможностью последующей обработки и интерпретации. Выделенные волновые формы по результатам обработки соответствуют известной геометрии изучаемого объекта.

С целью ответа на вопрос о возможности применения критерия прочности, разработанного для оценки состояния горных пород, находящихся в условиях трехосного напряженного состояния, проведены исследования по изучению прочности образцов известняка в условиях трехосного сжатия по схеме Бекера. Исследования проводились на кубических образцах со стороной 37 мм в специальной испытательной установке, помещаемой между плитами электромеханического пресса Zwick/Z250. Получены кривые деформирования образцов и построена зависимость изменения прочности известняка при нагружении по схеме Бекера от величины минимального главного напряжения. По результатам экспериментальных исследований сделан вывод об удовлетворительной применимости предложенного критерия прочности.

Оставление охранного целика под рекой Усолка связано с историческими событиями, в частности с активной добычей соли в этом районе выварочным способом. Весьма вероятное расположение рассольных скважин на этой территории могло привести к нарушению слоев переходной пачки. В условиях исключения слоев каменной соли переходной пачки из интервала водозащитной толщи проведена оценка еѐ состояния на участке, планируемом к отработке в пределах охранного целика реки Усолка на руднике СКРУ-1. Анализ включал многовариантное исследование при различных параметрах отработки.

Затопление выработанного пространства рудника БКПРУ-1 после аварии 2006 года привело к интенсификации процесса сдвижения и значительному увеличению деформаций земной поверхности, что негативно сказывается на многоэтажной застройке г. Березники. В связи с этим, регулярно проводится массовая оценка влияния подработки на объекты городской застройки путем сопоставления расчетных показателей деформаций земной поверхности с допустимыми и предельными значениями для рассматриваемых зданий. Использование различных методов прогнозирования развития процесса сдвижения во времени позволяет выполнить оценку влияния деформаций земной поверхности от подработки на здания г. Березники до 2035 года. 

Известняк является наиболее широко применяемым материалом для пассивной очистки шахтных вод. Растворение кальцита кислыми водами приводит к повышению pH, нейтрализации кислотности и добавлению в воду гидрокарбонат-ионов. Однако при контакте с кислой высокожелезистой водой поверхность известняка быстро покрывается охристой пленкой, препятствующей его дальнейшему растворению. Одним из способов предотвращения данного негативного эффекта является изоляция шахтной воды от контакта с атмосферой путем создания фильтрующих дрен, заполненных щебнем известняка. Такие подземные водотоки получили название бескислородных известняковых дрен. Ввиду медленного протекания реакций в подобных системах очистки для них требуется значительное количество заполняющего материала. В настоящей работе, на примере ряда изливов Кизеловского угольного бассейна, выполнена оценка необходимого объема щебня известняка для их заполнения. В результате расчетов были определены: минимальный объем известняка, требуемый для удержания воды в системе в течение рекомендуемого времени; объем известняка «с запасом» на 15 лет работы дрены, определенный с учетом скорости его растворения; объем известняка, рассчитанный на основании показателя эффективности удаления кислотности одной тонной известняка в сутки.