• Лисковец Александр Сергеевич
• Тациенко Виктор Прокопьевич
• Гоголин Вячеслав Анатольевич

Для цитирования: Лисковец А. С., Тациенко В. П., Гоголин В. А. Влияние параметров тампонажа закрепного пространства на давление на крепь // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 5–12 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-5-12

Введение. В работе анализируются современные методы расчета рамных крепей капитальных выработок. Показана недостаточная изученность этого вопроса при наличии тампонажа закрепного пространства. Наличие тампонажа закрепного пространства позволяет осуществить полный контакт тампонажного камня с вмещающими породами, что не удается сделать при применении бетонных затяжек. В работе используется аналитический метод расчета арочной крепи, тампонажного слоя и вмещающих пород с учетом их разупрочнения. Получены аналитические формулы, определяющие давление на крепь, которые учитывают деформационные ISSN 0536-1028 «Известия вузов. Горный журнал», № 6, 2021 11 и прочностные характеристики вмещающих пород, тампонажного камня и крепи. Проведены расчеты давления на крепь при разных значениях толщины тампонажного слоя, его модуля линейных деформаций и глубины проведения выработки. Получены зависимости давления на крепь от этих параметров, что позволяет выбирать состав тампонажного камня для различных горно-геологических условий.
Цель исследования – установить влияние толщины тампонажного слоя и его деформационных характеристик на величину давления на арочную крепь для проверки ее прочности в различных горно-геологических условиях проведения выработки.
Методология исследований основана на применении физически обоснованных аналитических методов геомеханики для решения задачи о взаимодействии крепи, тампонажного слоя и массива вмещающих пород.
Результаты. Приведены результаты расчетов давления на арочную крепь при разных значениях толщины тампонажного слоя, его деформационных характеристик и глубины проведения выработки.
Выводы. Наличие тампонажного слоя в закрепном пространстве оказывает существенное влияние на методику расчета арочной крепи. Разработанная методика учитывает, что в массиве горных пород возникает слой разупрочненных пород между тампонажным слоем и неразрушенным массивом горных пород. При разрушении горных пород в этом слое происходит увеличение объема породы, что, в свою очередь, приводит к увеличению давления на крепь через тампонажный слой. Установлено, что увеличение модуля линейной деформации тампонажного камня и толщины тампонажного слоя уменьшает давление на крепь.

Ключевые слова: арочная крепь; тампонажный слой; давление на крепь.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лисковец А. С., Тациенко В. П. Анализ способов крепления, тампонажа закрепного пространства горных выработок и методов расчета взаимодействия крепи с массивом горных пород // Техника и технология горного дела. 2021. № 1(12). С. 27–52. DOI: 10.26730/2618-7434-2021-1-27-52
2. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982. 272 с.
3. Саммаль А. С., Воронина И. Ю., Шелепов Н. В. Математическое моделирование взаимодействия многослойных обделок параллельных некруговых подводных тоннелей с
   технологически неоднородным массивом пород // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 3. С. 154–163.
4. Саммаль А. С., Сергеев С. В., Анциферов С. В., Деев П. В. Определение области применения бетонной крепи стволов в зонах тектонических нарушений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. № 4. С. 317–326.
5. Анциферов С. В., Фотиева Н. Н., Булычев Н. С., Грибанов В. Б. О расчете обделок тоннелей, сооруженных в массиве грунта, подверженного предварительному укреплению // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. № 3. С. 98–107.
6. Головин К. А., Ковалев Р. А., Копылов А. Б. Расчет крепей, взаимодействующих со слоем расширяющихся пород // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 4. С. 174–178.
7. Деев П. В., Саммаль А. С., Анциферов С. В., Шелепов Н. В. Влияние величины технологического зазора на напряженное состояние обделок тоннелей // Известия Тульского
   государственного университета. Науки о Земле. 2018. № 4. С. 287–293.
8. He S., Lai J., Zhong Y., Wang K. Damage behaviors, prediction methods and prevention methods of rockburst in 13 deep traffic tunnels in China // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 121. P. 105178. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2020.105178
9. Szurgacz D., Brodny J. Adapting the powered roof support to diverse mining and geological conditions // Energies. 2020. Vol. 13. No. 2. P. 405. DOI: 10.3390/en13020405
10. Malkowski P., Ostrowski L., Brodny J. Analysis of Young's modulus for Carboniferrous sedimentary rocks and its relationship with uniaxial compressive strength using different methods of modulus determination // Journal of Sustainable Mining. 2018. Vol. 17. Issue. 3. P. 145–157.
11. Yu Y., Bai J., Wang X., Zhang L. Control of the surrounding rock of a goaf-side entry driving heading mining face // Sustainability. 2020. Vol. 12. No. 7. P. 2623. DOI: 10.3390/su12072623
12. Chen Z., He P., Yan D. M., et al. Upper-bound limit analysis of tunnel face stability under advanced support // Yantu Lixue. 2019. Vol. 40. No. 6. P. 2154–2162. DOI: 10.16285/j.rsm.2018.1903
13. Вохмин С. А., Курчин Г. С., Майоров Е. С., Кирсанов А. К., Костылев С. С. Технологии крепления горных выработок глубоких горизонтов Октябрьского месторождения // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 7. С. 45–52. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-7-45-52
14. Тациенко В. П., Гоголин В. А., Ермакова И. А., Лесин Ю. В., Лисковец А. С. Расчет крепи с учетом тампонажа закрепного пространства // Вестник КузГТУ. 2019. № 3. C. 75–81.
15. Лисковец А. С., Тациенко В. П., Гоголин В. А., Ермакова И. А. Инженерная методика расчета давления на крепь и смещения верхняка крепи при тампонаже закрепного пространства // Вестник КузГТУ. 2020. № 2. C. 97–102.
16. Штумпф Г. Г., Рыжков Ю. А., Шаламанов В. А., Петров А. И. Физико-механические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна. М.: Недра, 1994. 447 с.

• Кузин Алексей Васильевич
• Коломеец Игорь Константинович

Для цитирования: Кузин А. В., Коломеец И. К. Комплексное геолого-геофизическое исследование долины реки Тагил в среднем ее течении // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 24–31. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-24-31

Актуальность. Комплексные геолого-геофизические исследования мостового перехода в районе пос. Махнево рассмотрены в системе геологического строения восточного склона Урала. Цель работы – исследование литологического строения подрусловой части долины, определение физико-механических характеристик грунтов, исследование комплекса террас речной долины.
Результаты. Исследованы отметки рельефа вкрест речной долины, выделены четыре основных уровня площадок речных террас, типичных для рек восточного склона Урала. Выделен неравновесный участок речного русла с каньонообразной формой долины над зоной неотектонических воздыманий. По геологическим и геофизическим данным исследован геологический разрез поймы и русловой части реки. Установлено изменение физических свойств глауконитовых песчаников и глин палеогенового возраста в современной подрусловой части речной долины. На участке строительства нового моста вблизи существующего песчаногравийного месторождения выявлены слои песков и глауконитовых песчаников, которые могут быть введены в разработку.
Выводы. Долина р. Тагил в среднем ее течении имеет типичный для рек восточного склона Урала комплекс террас, палеорусло врезано в слой глауконитовых песчаников палеогенового возраста, в подрусловой части выявлено изменение физических свойств песчаников и глин, присутствие гипогенных минералов. Это признаки возможных неотектонических процессов в толще кайнозойских и четвертичных отложений.

Ключевые слова: речные террасы; неотектоника; физические свойства горных пород; физико-механические свойства горных пород.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Барышников Г. Я., Платонов С. Г., Скрипко В. В. Методические рекомендации для практических занятий по общей геоморфологии. Барнаул: АГУ, 2004. 26 с.
2. Сигов А. П. Речные террасы восточного склона Среднего Урала // Материалы по геоморфологии Урала. Вып. 1. М.–Л.: Госгеолиздат, 1948. С. 197–214.
3. Умова Л. А., Цаур Г. И., Шатров В. П. Палеогеография восточного склона Урала и Зауралья в меловое и палеоценовое время. Свердловск: ИГГ УрО РАН, 1968. 83 с.
4. Шакиров А. В. Физико-географическое районирование Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 618 с.
5. Иванов Т. И., Шуб В. С. Геоморфология речных долин восточного склона Среднего и Южного Урала // Материалы по геоморфологии. Вып. 2 / под ред. И. П. Герасимова. М.: Недра, 1971. С. 29–41.
6. Стефановский В. В. Аллювиальный режевской комплекс второй половины позднего неоплейстоцена рек Среднего Урала и Зауралья // Уральский геологический журнал. 2004. № 2. С. 23–46.
7. Стефановский В. В. Плиоцен и квартер Восточного склона Урала и Зауралья. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2006. 233 с.
8. Сигов А. П. Металлогения мезозоя и кайнозоя Урала. М.: Недра, 1969. 296 с.
9. Кисин А. Ю., Коротеев В. А. Блоковая складчатость и рудогенез. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2017. 349 с.
10. Кузнецов В. Ю. Радиохронология четвертичных отложений. СПб: Комильфо, 2008. 312 с.
11. Никольская М. В., Климанов В. А., Борисова О. К. и др. Палеоботанические и палеоклиматические особенности Северной Сибири и северо-востока СССР 50 000–24 000 лет назад // Палеоклиматы и оледенения в плейстоцене. М.: Наука, 1989. С. 126–136.
12. Максимович Н. Г., Меньшикова Е. А., Казакевич С. В., Шлыков В. Г. Минералогия чеганских глин и ее инженерно-геологическое значение // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: науч. чтения памяти П. Н. Чирвинского: матер. науч. конф. Пермь, 2000. С. 40–43.
13. Кузин А. В. Геофизические исследования Сухоложского полигона в Зауралье. Екатеринбург: УГГГА, 2004. 94 с.
14. Кузин А. В., Шайхуллина О. А. Анализ применения программ интерпретации ВЭЗ для условий крайней западной части Зауралья // Известия вузов. Геология и разведка. 2007. № 2. С. 73–76.
15. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода–порода: в 5 томах. Т. 2: Система вода–порода в условиях зоны гипергенеза / С. Л. Шварцев [и др.]. СО РАН, 2007. 389 с.

• Габбасов Булат Маратович
• Курочкин Антон Иванович
• Мажитов Артур Маратович
• Корнилов Сергей Николаевич

Для цитирования: Габбасов Б. М., Курочкин А. И., Мажитов А. М., Корнилов С. Н. Исследование внешних и внутренних рабочих процессов горных машин при работе на «неосветленной» воде в подземных условиях // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 13–23 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-13-23

Введение. В статье рассмотрены вопросы исследования горно-шахтного водоотлива, включающие изучение рабочих процессов центробежных насосных установок, обеспечивающих перекачку. «неосветленной» воды в тяжелых подземных условиях. Решение этих вопросов в настоящее время имеет высокую практическую и научную значимость.
Методология проведения исследования. Выполнены анализ и обобщение научно-практического опыта в области горно-шахтного водоотлива, рассмотрены режимы работы центробежных насосов и обозначены перспективные задачи исследования в данной области. Так, непрерывное поступление грунтовых вод в выработки шахты требует обеспечения бесперебойной работы насосных установок. Одним из самых распространенных типов водоотливных установок являются центробежные секционные насосы, которые при правильной эксплуатации в полной мере выполняют свои функции. Однако перекачка «неосветленной» воды требует разработки методики по определению оптимальных режимов работы центробежных насосов в данных условиях работы.
Результаты и их анализ. Для обоснования эффективности предложенных решений и выводов представлены: исследования по определению зависимостей гидравлического, объемного и механического КПД от режимов работы насосов; анализ рабочих процессов, происходящих в центробежных насосах при работе их на «неосветленной» воде; методика и расчет напорной характеристики центробежного насоса типа ЦНС (центробежный насос секционный).
Область применения результатов. Результаты исследований, выполненных в работе, рекомендованы к внедрению для всех предприятий, ведущих подземные горные работы с
применением шахтного водоотлива.

Ключевые слова: шахтные центробежные насосы; оптимальные режимы работы; коэффициент полезного действия; напорная характеристика; гидравлические потери; коэффициент быстроходности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Борисов Ф. И., Морин А. С., Бровина Т. А. Карьерные водоотливные установки с путевым расходом в зонах орошения автодорог // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 3. С. 65–72.
2. Олизаренко В. В., Мингажев М. М. Рудничный водоотлив при отработке медно-колчеданных месторождений Южного Урала: монография. Магнитогорск: МГТУ, 2010. 183 с.
3. Долганов А. В. Повышение эффективности эксплуатации водоотливных установок медноколчеданных рудников: автореф. дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2012. 20 с.
4. Габбасов Б. М., Назаров О. В. Подход к определению критической скорости при гидротранспортировании шахтного шлама // Актуальные проблемы современной науки, техники образования: матер. 75-й Междунар. науч.-техн. конф. Магнитогорск, 2017. Т. 1. С. 29–32.
5. Подболотов С. В., Кольга А. Д. Влияние режимных параметров на давление, развиваемое центробежной турбомашиной с коаксиальным расположением рабочих колес // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2017. Т. 15. № 4. С. 81–86.
6. Евдокимов П. Д. Анализ существующих методов и формул для гидравлического расчета пульпопроводов и практические рекомендации // Известия ВНИИГ. 1952. Т. 48.
7. Спиваковский А. О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. М.: Машиностроение, 1983. 487 с.
8. Кнороз В. С. Движение гидросмесей в напорных трубопроводах и метод их расчета // Известия ВНИИГ. 1941. Т. 30.
9. Мельников Т. И. Анализ существующих формул для определения критических скоростей и гидравлических уклонов в пульпопроводах // Труды Магнитогорского горнометаллургического института. 1958. Вып. 15.
10. Guidelines for slurry pumping: slurry handbook. Flygt, ITT Industries, 2012. 48 p.
11. Zhang N., Gao B., Ni D., Liu X. Coherence analysis to detect unsteady rotating stall phenomenon based on pressure pulsation signals of a centrifugal pump // Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. No. 148. DOI:10.1016/j.ymssp.2020.107161
12. Cao P., Zhu R., Yin G. Spike-type disturbances due to inlet distortion in a centrifugal pump // Renewable Energy. 2021. No. 165. P. 288–300. DOI:10.1016/j.renene.2020.11.060
13. Овчинников Н. П. Способ борьбы с твердой фазой шахтных вод путем полезного использования избыточной напорности насосного оборудования // Известия УГГУ. 2018.
    Вып. 4(52). С. 108–113. DOI: 10.21440/2307-2091-2018-4-108-113
14. Li Q., Li S., Wu P., Huang B., Wu D. Investigation on reduction of pressure fluctuation for a double-suction centrifugal pump // Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition). 2021. No. 34(1). DOI:10.1186/s10033-020-00505-8
15. Bulgarelli N. A. V., Biazussi J. L., Monte Verde W., Perles C. E., de Castro M. S., Bannwart A. C. Experimental investigation on the performance of electrical submersible pump (ESP) operating with unstable water/oil emulsions // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. No. 197. DOI:10.1016/j.petrol.2020.107900

• Теплухин Владимир Клавдиевич
• Ратушняк Александр Николаевич
• Зенков Валерий Викторович
• Байдиков Сергей Владимирович

Для цитирования: Теплухин В. К., Зенков В. В., Ратушняк А. Н., Байдиков С. В. К вопросу о повышении точности инклинометрии в процессе бурения нефтегазовых скважин // Известия вузов. Горный журнал. 2021. № 6. С. 32–41. DOI: 10.21440/0536-1028-2021-6-32-41

Введение. В настоящее время в процессе бурения наклонно-направленных скважин на нефть и газ наиболее широко применяется способ инклинометрии, заключающийся в проведении относительно громоздкой и сложной системы последовательных операций преобразования компонент магнитного поля Земли в пропорциональные электрические сигналы с помощью магнитометров, усиления и масштабирования сигналов датчиков, интегрирующего аналогоцифрового преобразования электрических сигналов, определения трех компонент магнитного поля по измеренным выходным сигналам геонавигационных датчиков, дополнительного введения различного рода поправок для определения инклинометрических параметров забоя скважины.
Методология проведения исследований. Основная задача проведенных исследований – повышение точности инклинометрии в процессе бурения наклонно-направленных скважин на нефть и газ, при котором производится точная компенсация помех, наводимых крупными ферромагнитными комплексами, входящими в компоновку низа бурильной колонны, на датчики составляющих магнитного поля инклинометра в режиме online. Разработанный способ повышения точности инклинометрии в процессе бурения наклонно-направленных скважин в режиме текущего времени приводит к тому, что при измерении параметров геометрического положения забоя ствола бурящейся скважины практически нет необходимости в дополнительном введении различного рода поправок.
Результаты и их анализ. Выполнены аналитические исследования структуры системы помех, создаваемых различными магнитными блоками, включенными в компоновку бурильной колонны при монтаже, разработано специализированное устройство для управления процессом инклинометрии при бурении наклонно-направленных скважин. Разработаны относительно простой комплекс технологических приемов, сведенных к введению данных расположения и геометрических параметров магнитных блоков, и рабочая система, включающая микропроцессор и компенсационные соленоиды, что позволяет получить фактические данные пространственного расположения низа бурильной колонны в режиме реального времени.

Ключевые слова: точная инклинометрия; бурение; компоновка низа бурильной колонны; утяжеленные ферромагнитные бурильные трубы; компенсационные соленоиды; электромагнитное поле

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Способ повышения точности инклинометрии в процессе бурения нефтегазовых скважин: заявка на пат. 2005121778 Рос. Федерация. заявл. 20.01.2007; Бюл. № 07.
2. Волков Б. П., Галлямов К. К., Кульчицкий В. В. Строительство и эксплуатация горизонтальных скважин на Самотлорском месторождении // Нефтяное хозяйство. 1997. № 6. С. 41–42.
3. Молчанов А. А. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: Недра, 1983. С. 49–58.
4. Кейн С. А., Трохов В. В. Разработка технико-технологических рекомендаций по повышению качества выполнения проектной траектории наклонно-направленных скважин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. № 1. С. 6–9.
5. Жуков А. И., Чернов Б. С., Базлов М. Н. Эксплуатация нефтяных месторождений. М.: Гостоптехиздат, 1961. С. 103–119.
6. Заикин И. П., Кемпф К. В., Федоров А. И., Сурмин В. А., Львов А. В., Немцов А. А. Опыт бурения многоствольных скважин в Республике Коми // Научно-технический вестник ОАО «НК «Роснефть». 2011. С. 14–15.
7. Фрайя Хосе, Омер Эрве, Пулик Том, Джардон Майкл, Мируш Кайя, Паэс Рамиро, Сотомайор Габриель, Умуджоро Кеннет. Новые подходы к строительству многоствольных горизонтальных скважин // Нефтегазовое обозрение. Весна, 2003. С. 44–67.
8. Кульчицкий В. В., Григашкин Г. А., Ларионов А. С., Щебетов А. В. Геонавигация скважин. М.: МАКС Пресс, 2008. С. 204–312.
9. Модули инклинометрических систем APS. URL: https://all-pribors.ru/opisanie/72596-18-apstechnology (дата обращения: 16.05.2021).
10. Каротаж в процессе бурения. URL: https://rogtecmagazine.com/wp-content/uploads/2014/09/02_LWD-logging-while-drilling-Baker-Hughes-Weatherford-Halliburton-Schlumberger-ge-oil-gasdownhole-tools.pdf (дата обращения: 17.05.2021).
11. Горичка М. В., Кузнецов А. Б., Абзалов З. З., Бевзенко В. А. Замеры высокого разрешения // Бурение и нефть. 2018. № 9. С. 12–17.
12. Григулецкий В. Г., Лукьянов В. Т. Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны. М.: Недра, 1990. 302 с.
13. Калинин А. Г., Никитин Б. А., Солодкий К. М., Султанов Б. З. Бурение наклонных и горизонтальных скважин. М.: Недра, 1997. 618 с.
14. Костин Ю. С. Современные методы направленного бурения скважин. М.: Недра, 1981. 152 с.
15. Повалихин А. С., Калинин А. Г., Бастриков С. Н., Солодкий К. М. Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин. 2012. 645 с.
16. Сулакшин С. С. Направленное бурение. М.: Недра, 1987. 272 с.
17. Яновский Б. М. Земной магнетизм. Л.: ЛГУ, 1964. 446 с.
18. Винничук Н. Н., Костров Н. П., Ратушняк А. Н. Применение объемных интегральных уравнений в задачах магнитометрии. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. 50 c.
19. Mагниторазведка / под ред. В. Е. Никитского, Ю. С. Глебовского. М.: Недра, 1990. 470 с.
20. Кормильцев В. В., Ратушняк А. Н. Моделирование геофизических полей при помощи объемных векторных интегральных уравнений. Екатеринбург: РФФИ–УрО РАН, 2000. 98 с.
21. Логачев А. А. Магниторазведка. Л.: Недра, 1968. 296 с.