Инновационные перспективы Донбасса. Том 1, 2021 г.

VI IМЕЖДУНАРОДНЫЙНАУЧНЫЙФОРУМ ДОНЕЦКОЙНАРОДНОЙРЕСПУБЛИКИ

VI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

ИнновационныеперспективыДонбасса

XVI

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Научнот ехническиеаспектыразвития авт отранспортног окомплекса

XI I

Международнаянаучнопракт ическаяконференция

Информатика, управляющиесист емы, мат ематическое икомпьют ерноемоделирование

XXI

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Авт оматизацият ехнолог ических объект овипроцессов. Поискмолодых

VI I

Международнаянаучнот ехническаяконференция

Мет аллург ияXXIст олетияг лазамимолодых

Том 1.Проблемы иперспект ивы вг орном делеист роит ельст ве

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ГОУВПО "ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДОННТУ) СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ДОННТУ ГОУ ВО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В. ДАЛЯ» ДОНЕЦКАЯ РЕСПУБЛИКАНСКАЯ МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИННОВАЦИОННЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДОНБАССА Материалы 7-й Международной научнопрактической конференции Том 1. Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

г. Донецк 24-26 мая 2021 года

Донецк – 2021

ББК 65.30 УДК 330.341 (477.61/62)

И 66

Инновационные перспективы Донбасса, г. Донецк, 24-26 мая 2021 г. – Донецк: ДОННТУ, 2021. Т. 1: 1. Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве. – 2021. – 120с.

Представлены материалы 7-й Международной научно-практической конференции “Инновационные перспективы Донбасса”, состоявшейся 24-26 мая 2021 г. в Донецке на базе ГОУВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», включающие доклады ученых и специалистов по вопросам приоритетных направлений научно-технического обеспечения инновационного развития Донбасса и формирования механизмов повышения социально-экономической эффективности развития региона. Материалы предназначены для специалистов народного хозяйства, ученых, преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

Редакционная коллегия Министр образования и науки ДНР М.Н. Кушаков, ректор ДОННТУ А.Я. Аноприенко, канд. наук по гос. упр. А.Е. Пожидаев, д-р техн. наук Г. Г. Литвинский, канд. техн. наук А.А. Каракозов, канд. техн. наук А.Н. Корчевский, д-р техн. наук Э.Г. Куренный, д-р техн. наук С. П. Еронько, канд. техн. наук С.В. Горбатко, д-рэкон. наук Я.В. Хоменко, канд.техн. наук И.В. Филатова, председатель Совета молодых ученых ДОННТУ Е.С. Дубинка. Под общей редакцией Мельниковой Виктории Владимировныоветом ГОУВПО «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки ДНР. Протокол № __ от _________ 20__ г. Контактный адрес редакции НИЧ ДонНТУ, ул. Артема, 58, Донецк, 283001 Тел.: +380 (62) 305-35-67. Эл. почта: ipd.donntu.org@gmail.com Интернет: http://ipd.donntu.org

© ГОУВПО “Донецкий национальный технический университет” Министерство образования и науки ДНР, 2021

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

СОДЕРЖАНИЕ

И.В. Купенко, И.Ф. Марийчук, Н.Д. Барсук, А.Ю. Грицаенко Результаты исследования напряженно-деформированного состояния системы «Анкерно-породная оболочка – крепь из модифицированного бетона» горизонтальной выработки…………………………………………………..….5 А.Ю. Лазебник Опыт внедрения тампонажного пакера при высоконапорной инъекции пустот и стабилизации грунтов под зданием крытого катка «Ледовая арена»…...…10 Н.И. Майбенко, Н.А. Белоносова, Р.А. Насеров, Н.А. Васильева, О.Л. Юревич О возможности отбора аккумулированного тепла из горящих терриконов Донбасса с целью промышленного использования……………..15 Л.И. Серафимова, В.А. Кузнецов Кузнецов В.А. Инновационные аспекты обезвоживания отходов флотации на ЦОФ «Калининская»…………………………………………….20 В.Ю. Деревянский, В.Е. Герасименко, Р.Г. Сафин, О.Г. Кременев, В.И. Мушенко, И.Ю. Голик Законодательные и нормативные правовые требования к разработке примерных инструкций по охране труда для предприятий угольной промышленности………………………………………………………………..23 В.П. Сажнев Исследование особенностей сдвижения пород кровли одиночной подготовительной выработки с помощью натурных наблюдений и физического моделирования……………………………………………………28 Р.Г. Сафин О разработке примерной инструкции по охрана труда для аппаратчика химводоочистки для предприятий угольной промышленности……...…………………………………………………………33 Корчевский А.Н., Самойлик В.Г., Холодов К.А. Теоретические аспекты обогащения угольных шламов на концентрационных столах………………………………………………………38 Е. В. Базарова, Н. Н. Палейчук Исследование напряженно-деформированного состояния призабойной части трещиноватого угольного пласта…………………………………...…...42 А.Ю. Грицаенко, И.В. Купенко, Н.Д. Барсук К вопросу об усовершенствовании техники бурения шпуров и скважин малого диаметра…………………………………………………………………47 А. Г. Радченко, Н. Н. Киселев, С. М. Федотов, Л. В. Гетманец, А. А. Радченко 3

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

О необходимости корректировки минимальных глубин и нижней границы проявления выбросоопасности углей в Донбассе………………..…53 О.А. Геммерлинг, Ю.А. Котов Изменение силы удара гидроимпульсной струи при разрушении угольного пласта…………………………………………………………….…..59 В.Г. Самойлик, Д.С. Шамахметова Разработка технологических схем переработки угольных шламов в товарную продукцию……………………………………………………………65 Марасина Н.А., Фомин Ю.В. Особенности документооборота на угледобывающем предприятии…70 О.Г. Кременев Методология исследований радоновыделения на поверхности горного отвода ликвидируемых угольных шахт РП «Донбассуглереструктуризация»……………………………………………….74 В.Г. Самойлик, А.А. Качайнов Исследования методов флотационного обогащения железных руд…..79 В.Г. Науменко, А.С. Велегжанина Исследования сжимаемости углесодержащих продуктов обогащения при механическом воздействии……………………………….………………..83 И.В. Чернышенко Систематизация факторов, предопределяющих выбор вариантов сети горных выработок……………………………………………………………….89 В.В. Васютина Управление горным давлением в очистных забоях на крутом падении с труднообрушаемыми кровлями……………………………………………..…93 К.А. Подвигин, Е.В. Курбацкий Методика расчета параметров установки охлаждения воздуха в локальных рабочих зонах………………………………………………………98 О.С. Дьяковская, В.В. Засько Анализ теплотехнических характеристик фрагментов стены из газобетона и сэндвич - панели…………………………………………..…….103 В.Г. Самойлик, С.Н. Правник Обогащение марганцевых руд Усинского месторождения……..……108 Р.Г. Сафин О разработке примерной инструкции по охрана труда для машиниста установки подъемной автомобильной для водоотливных комплексов ликвидированных шахт………………………………………………..………112 Л.И. Серафимова, Е.А. Барабаш Перспективы развития альтернативных технологий разделения твердых минералов……………………………………………………………………….117

4

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве УДК 622.281

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «АНКЕРНОПОРОДНАЯ ОБОЛОЧКА – КРЕПЬ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОГО БЕТОНА» ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ И.В. Купенко, И.Ф. Марийчук, Н.Д. Барсук, А.Ю. Грицаенко ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» г. Донецк, ДНР Аннотация. Приведены результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) системы «анкернопородная оболочка – крепь из модифицированного бетона» горизонтальной выработки. Установлен характер связи перемещений с отношениями расстояния между анкерами к их диаметру; нагрузки к максимальному приведенному модулю упругости; толщины анкернопородной оболочки к длине выработки.

Annotation. The results of theoretical studies of the stress-strain state (SSS) of the system "rock-anchor shell - modified concrete support" of horizontal excavation are presented here. The functional dependences between displacements and the ratio of the distance between the anchors to their diameter; loads to the maximum reduced modulus of elasticity; the thickness of the rock-anchor shell to the length of the excavation have been determined. Ключевые слова: горная выработка, породный массив, анкер, модифицированный бетон, приведенные механические характеристики, координатные функции, напряжение, перемещение.

Keywords: excavation, rock mass, anchor, modified concrete, reduced mechanical characteristics, coordinate functions, stress, displacement. С увеличением глубины разработки угольных месторождений существенно ухудшаются и условия работы крепей горных выработок. По этой причине возникает необходимость дальнейшего развития методов расчета крепей выработок глубоких шахт. В настоящее время для исследования напряженнодеформированного состояния (НДС) систем «породный массив – крепь подземного сооружения» в основном применяют три метода решения объемных задач: конечно-разностный, конечных элементов и энергетический с использованием вариационного принципа. Не5

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

смотря на широкую распространенность и универсальность метода конечных элементов, он обладает следующими недостатками: сложность математического описания, значительная длительность решения задача, которая увеличивается при измельчении сетки элементов. В этом данный метод проигрывает методу конечных разностей. В последнее время также широко используются вариационные методы, которые является прямыми методами решения краевых задач, т.к. в вариационном уравнении под двойным интегралом находится дифференциальное уравнение равновесия рассматриваемой системы, а под одинарным – граничные условия. Наиболее распространенными вариационными методами решения краевых задач являются методы Бубнова-Галеркина и Ритца. Существенным преимуществом данных методов является автоматическое выполнение условий совместности деформаций. С использованием этих методов за последние несколько десятилетий решен целый ряд задач горной геомеханики [1]. Для исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) «анкерно-породная оболочка – крепь из модифицированного бетона» горизонтальной выработки авторами предложена расчетная схема, представленная в виде многослойной толстой оболочки с трансверсально-изотропными слоями, которая находится под действием распределенной нагрузки, четыре края которой защемлены или два края защемлены, а другие – шарнирно опертые [2]. Для решения задачи использованы вариационные методы Ритца и Бубнова-Галеркина. Был использован прием, состоящий в представлении полного прогиба в виде суммы двух составляющих – за счет изгиба и сдвига [3]. Из гипотезы недеформируемых нормалей, следует, что независимо от расположения координатной поверхности оболочки все внутренние силы и моменты в общем случае зависят от деформаций удлинений и сдвига, так и от параметров изменений кривизны ее координатной поверхности. В связи с этим, безразлично, какое расположение имеет исходная координатная поверхность оболочки. Алгоритм решения задачи был реализован как структурированный программный модуль, состоящий из нескольких блоков: присваивания начальных значений; определения положения нейтральной поверхности породного массива, определения приведенных характеристик пород и бетона (фибробетона), жесткостных параметров (в зависимости от положения нейтральной поверхности), безразмерных величин и констант; параметров искомых функций: прогибов за счет изгиба, сдвига и усилий; решения системы линейных алгебраических уравнений; определения напряжений и прогибов; визуализации результатов в виде трехмерных и двумерных графиков.

6

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Координатные функции были выбраны в виде степенных полиномов по методу Ритца, удовлетворяющих геометрическим условиям, а также Бубнова-Галеркина для граничных условий, которые соответствуют условиям работы крепи (табл. 1 – табл. 4). Таблица 1 Коэффициенты полиномов fj (x), gj (y) для условий «защемленный – защемленный края» fi, g i , 1 2 3 4 5

x2 ,y2

x3 ,y3

x4 ,y4

x5 ,y5

x6 ,y6

x7 ,y7

x8 ,y8

1 -1 1 -1 1

-2 4 -8 14 -22

1 -5 19 -55 131

2 -18 92 -340

6 -70 440

20 -280

70

Таблица 2 Коэффициенты полиномов pj (x) для условий «защемление – свободная опора» pj 1 2 3 4 5 6

x0 1 -1 1 -1 1 -1

x1 -2 3 -4 5 -6 7

x2 1 -3 6 -10 15 -21

x3

x4

x5

x6

x7

-4 10 -20 35

1 -5 15 -35

1 -6 21

1 -7

1

Таблица 3 Коэффициенты полиномов fj (x), gj (y) для условий «защемление – свободная опора» fj, gj 1 2 3 4 5 6

x2, y2 3 -12 92 -9 12 -276

x3, y3 -5 40 -540 15 -40 1620

x4, y4 2 -43 1113 -6 43 -3339

x5, y5

x6, y6

x7, y7

x8, y8

x9, y9

15 -965 3 -27 2987

300 -5 40 -1400

2 -43 1113

15 -965

300

Таблица 4 Коэффициенты полиномов lj (x), uj (y) для условий «защемление – свободная опора» lj , u j 1 2 3

x1, y1 -1 1 -1

x2, y2 1 -3 7

x3, y3

x4, y4

2 -12

6 7

x5, y5

x6, y6

x7, y7

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве 4 5 6

1 -1 1

-13 21 -31

42 -110 240

-50 230 -770

20 -210 1190

70 -882

252

Исследования показали, что устойчивость незакрепленной выработки на глубине около 1000 м и более при двух граничных условиях не обеспечивается. Используя приведенные механические характеристики закрепленного анкерами породного массива и крепи выработки из модифицированного бетона [2, 4, 5], было установлено, что горная выработка является устойчивой, а перемещения на ее контуре существенно уменьшаются. На основании проведенных исследований были получены зависимости перемещений на контуре выработки от ряда различных параметров (рис. 1).

а

б

в Рис 1. Зависимости перемещения от отношения расстояния между анкерами к их диаметру и отношения толщины анкерно-породной оболочки к длине выработки (а); от отношения расстояния между анкерами к их диаметру и отношения нагрузки к максимальному приведенному модулю упругости (б); от отношения толщины анкерно8

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

породной оболочки к длине выработки и нагрузки к максимальному приведенному модулю упругости (в) Вывод. Результаты исследований показали, что зависимости перемещений от отношения расстояния между анкерами к их диаметру и отношения толщины анкернопородной оболочки к длине выработки; перемещений от отношения расстояния между анкерами к их диаметру и отношения нагрузки к максимальному приведенному модулю упругости являются линейными, а перемещений от отношения толщины толщины анкерно-породной оболочки к длине выработки и нагрузки к максимальному приведенному модулю упругости – нелинейной. При этом, с увеличением их значений перемещения увеличиваются.. Перечень ссылок 1. Борщевский, С.В. Напряженно-деформированное состояние массива горных пород подземных объектов угольных шахт [Электронный ресурс] : монография / С.В. Борщевский, А.О. Новиков, К.Н. Лабинский и др. ; под общ. ред. С.В. Борщевского, И.Ф. Марийчука. – 10 Мб. – Донецк : ГОУВПО "ДОННТУ", 2017. – 1 файл.

– Систем. требования: Acrobat Reader.

URL: http://ed.donntu.org/books/17/cd7721.pdf (дата обращения 21.02.2021 г.).

2. Купенко, И.В. Приведенные механические характеристики для исследования напряженно-деформированного состояния системы «породный массив - анкерная крепь выработки - крепь выработки из модифицированного бетона» / И.В. Купенко, И.Ф. Марийчук, Н.Д. Барсук // Проблемы горного дела. Сборник научных трудов II Международного Форума студентов, аспирантов и молодых ученых-горняков, посвященного 100-летию ДонНТУ. Донецкий национальный технический университет; Институт горного дела и геологии. г. Донецк, 2021. – С.

50–54. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46125895.

3. Купенко, И.В. Математическая модель системы «породный массив – анкерная крепь – крепь из модифицированного бетона» горных выработок угольных шахт / И.В. Купенко, И.Ф. Марийчук, Н.Д. Барсук // Материалы 16-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики. «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики». В 2 т. Т.1: материалы конференции. Тула: Изд-во ТулГУ, 2020. – С. 85-89. URL: http://tsu.tula.ru/files/40/conf2020_t1.pdf .

4. Барсук, Н.Д. Лабораторные исследования фибробетона для подземного строительства / Н.Д. Барсук, Д.А. Мозалевский, И.В. Купенко, С.В. Борщевский, С.Ю. Макаренко, С.Н. Машталер // Проблемы недропользования: междунар. форум-конкурс молодых ученых, 19-21 апреля 2017 г.: сборник науч. тр. Часть І. – Санкт-Петербург, 2017. – С. 149–153.

5. Барсук, Н.Д. Лабораторные испытания фибробетона / Н.Д. Барсук, Д.А. Мозалевский, И.В. Купенко, С.В. Борщевский // Инновационные перспективы Донбасса [Электронный ресурс] : материалы 3-й международной научнопрактической конференции, 24-25 мая 2017 г., г. Донецк. Т. 1 : Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве / ГОУВПО "ДОННТУ" и др. ; редкол.: Л.И. Полякова и др. - Донецк : ГОУВПО "ДОННТУ", 2017. – С. 91–94. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=31090293 (дата обращения 21.02.2021 г.).

9

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 69.059.32

ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО ПАКЕРА ПРИ ВЫСОКОНАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИИ ПУСТОТ И СТАБИЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ ПОД ЗДАНИЕМ КРЫТОГО КАТКА «ЛЕДОВАЯ АРЕНА» А.Ю. Лазебник ГОУ ВО «ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ» г. Луганск , ЛНР Аннотация. В статье выполнен анализ опытно-промышленных работ по ликвидации пустот и стабилизации грунтов в основании фундаментов под деформируемой частью ледового поля здания крытого катка «Ледовая арена». Апробирована технологическая схема высоконапорной инъекции с использованием тампонажного пакера в наклонно-направленных скважинах.

Annotation. The article analyzes the performed experimental-industrial work on the elimination of voids and soil stabilization at the base of the foundations under the deformable part of the ice field of the building of the indoor skating rink "Ice Arena". The technological scheme of highpressure injection with the use of a plug-in packer in directional wells has been tested. The technology for performing soil injection is described. Ключевые слова. Цементация грунтов, инъекционная скважина, высоконапорная инъекция, герметизирующее устройство. Кeywords: cementation of soils, injection well, high-pressure injection, sealing device. Здание крытого катка «Ледовая арена» эксплуатируется с 2010 г. В процессе эксплуатации спортивного сооружения в г. Луганске обнаружено деформирование части ледового основания. Проявились просадки и развитие трещин в полу. Наблюдениями были обнаружены просадки насыпных грунтов под основанием бетонной плиты ледового поля. Перепад отметок пола (просадка) по состоянию на 29 января 2018 г. достигал 150-300 мм. Характер деформирования пола, и возможно колонн каркаса, подобный и пропорциональный мощности насыпных грунтов в основании фундаментов. Также были зафиксированы проявления развития физикогеологических процессов в пределах участка – мульда проседания

10

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

дневной поверхности (ледового покрытия и прилегающей бетонной стяжки) примерными размерами до 15Ч30 м. В результате проведенных инженерно-геологических изысканий вскрытая толща грунтов по номенклатурному виду и физикомеханическим свойствам, в соответствии с ГОСТ 20522-96 [1], разделена на 6 инженерно-геологических элементов (табл. 1). Таблица 1. Характеристика слоев и значения коэффициента фильтрации грунтов № п.п.

1 2 3 4

Номер инженерногеологического слоя Слой -2 Слой -3 Слой -4 Слой -5

5

Слой -6

Наименование грунта ГОСТ 25100-2011 Суглинок просадочный daI-III Глина da1-III Песок a 1-III Гравий a 1-III Щебенистые грунты, мергель светло-серый eK2

Группа грунта ГЭСН-2001-01 24а 33г 27б 6а

Коэффициент фильтрации, м/сут 0,3 0,01 0,6 0,8

13

1,1

План здания на уровне нулевой отметки (+70,0 м) с указанием зоны деформации ледового поля приведен на рис. 1.

Рис. 1. Зона деформации ледового поля Для решения задач по предотвращению дальнейших деформаций и обеспечения безопасной эксплуатации ледового поля здания, был разработан рабочий проект включающий следующие основные технические решения.

1. Ликвидацию пустот и уплотнение насыпных грунтов под наиболее деформированной частью ж/б плиты катка предусматривалось выполнить через горизонтальные скважины, 11

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

пробуренные с наружных восточной и северной сторон здания спортивного сооружения.

2. Стабилизацию просадочных грунтов под наиболее деформированной частью ж/б плиты катка решено было выполнить через наклонные скважины.

3. Бурение тампонажных скважин снаружи здания планировалось выполнить с использованием бурового станка типа СБГ – 1М. В качестве тампонажного материала предусматривалось использование цементных растворов, плотностью 1500-1750 кг/м3, с добавками, обладающими высокими гидроизоляционными и адгезионными характеристиками и содержащими в своем составе 50 66,0 % сульфатостойкого портландцемента цемента марки 400 или 500, 0,35-0,75 % пластификатора С-3 и до 1 % реагента структурообразователя – силиката натрия. Технология стабилизации и укрепления неустойчивых грунтов базируется на основе инженерных расчетов параметров тампонируемого массива, а также режимов и объемов нагнетания тампонажного раствора в каждую из нестабильных зон. В соответствии с характером пустотности грунтов и реологическими свойствами цементного раствора, выполняются расчеты контуров распространения раствора в пустотно - разуплотненной среде для обеспечения надежного их смыкания между соседними тампонажными скважинами. Далее, в 2020 г. были проведены опытно - промышленные работы по укреплению грунта с целью уточнения конструкции скважин, расчетного объема и радиуса инъекции раствора, физикомеханических характеристик укрепленных грунтов, уточнения технологических приемов и параметров инъекции (угла наклона скважины, длины скважины, давления нагнетания, расхода материалов), времени инъекции единицы объема грунта. Для выполнения опытно-промышленных работ принят куст скважин №№ 1Г, 8, и 21, профили которых направлены вдоль оси А (северная сторона) (рис. 2.). На первом этапе опытно-промышленных работ было проведено бурение контрольных шпуров глубиной 1,0 м внутри здания по контуру ледового катка. Далее бурение тампонажной скважины № 1 глубиной 12,0 м. В процессе бурения данной скважины возникли осложнения, связанные с обрушением стенок скважины при подъеме става бурильных труб. Кроме этого, возникли трудности с установкой обсадных труб и перфорированных колонн, предусмотренные проектными решениями. Для устранения возникших проблем, было принято решение о применении 12

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

тампонажного пакера промышленных работ.

при

дальнейшем

выполнении

опытно-

а)

б) Рис. 2. План расположения опытно-промышленных и контрольных скважин: а – расположение скважин в плане здания; б – расположение скважин в разрезе. Технология напорной инъекции грунтов с использованием тампонажного пакера выполнялась с применением гладкоствольной колонны и породоразрушающего инструмента с обратным клапаном. Бурение инъекционной скважины производилось на проектную глубину. После подъема гладкоствольной колонны на расчетную высоту инъектирования, производилось нагнетание укрепляющего раствора. На начальной стадии нагнетания происходит заполнение пространства между стенками скважины и гладкоствольной колонны на высоту, способную выдержать сдвиг, равный величине гидравлического разрыва грунта в интервале нагнетания. Далее происходит уплотнение прискважинного пространства и гидравлическое образование наклонных и горизонтальных трещин. В нагнетаемом интервале образуется армоцементный каркас и происходит уплотнение грунта. После нагнетания проектного объема укрепляющего раствора, производилось поднятие гладкоствольной колонны на проектную высоту 2-го интервала закачки. При данной 13

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

технологии можно корректировать высоту подъема и, следовательно, регулировать количество зон гидроразрывов. После уточнения по результатам бурения и состоянию бурового шлама характеристик насыпных грунтов, проводилось нагнетание тампонажного раствора заходками 0,1...0,5 м с использованием тампонажного пакера. По окончанию инъекционных работ было выполнено бурение контрольной скважины диаметром 93 мм на глубину скважины № 2, параллельно отработанной скважины № 1Г, на расстоянии 1,0 м. Последовательность работ по скважинам № 8 и №21 аналогичны. В результате выполненных работ было установлено, что, при применении тампонажного пакера нагнетание укрепляющего раствора происходит без осложнений и сроки выполнения работ значительно сокращаются. Кроме этого, опытным путем установлено, что для повышения качества инъектирования высоту заходок, необходимо уменьшить с 0,25 м до 0,10 м. Отобранные керновые пробы по окончанию работ показали наличие цементных прослоек мощностью от 0,002 м до 0,015 м, что является показателем эффективности данного метода. На основании выполненных опытно-промышленных работ, были внесены изменения в технические решения, связанные с применением тампонажного пакера. Выводы. Использование предложенной технологии высоконапорного нагнетания укрепительного раствора в грунты оснований фундаментов здания позволяет значительно повысить эффективность инъекционных работ за счёт отказа от применения обсадных труб, манжетных колонн или пакерующих устройств. Высокие структурно-механические свойства обойменного раствора обеспечивают надёжную изоляцию зазора между стенками скважины и бурильной колонной на время нагнетания раствора под давлением, необходимым для формирования изоляционной завесы в данном конкретном интервале вокруг скважины. Целью дальнейших исследований является аналитическое обоснование и численное моделирование технологии укрепления грунтов с применением тампонажного пакера. Перечень ссылок 1. Технический отчет «Обследование конструкции поврежденной части пола в здании крытого катка «Ледовая арена» по адресу: г. Луганск, кв. Ольховский, 16а с подготовкой выводов и рекомендаций по дальнейшей безопасной эксплуатации ледового катка». ГУП ЛНР «РЦГП и СЭ», 2018 г.

2. Кипко Э.Я. Тампонаж обводненных горных пород [Текст] : справочное пособие / Э.Я. Кипко, О.Ю. Лушникова, Ю.А. Полозов и др. Э.Я. – М.: Недра, 1989. – 318 с.

14

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 662.614.2

О ВОЗМОЖНОСТИ ОТБОРА АККУМУЛИРОВАННОГО ТЕПЛА ИЗ ГОРЯЩИХ ТЕРРИКОНОВ ДОНБАССА С ЦЕЛЬЮ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Н.И. Майбенко, Н.А. Белоносова, Р.А. Насеров, Н.А. Васильева, О.Л. Юревич ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР Изложены актуальность и целесообразность использования тепловых процессов, происходящих внутри отвальных пород (терриконов) угольных шахт Донбасса. На основании тепловых расчетов предполагается использование внутреннего потенциала терриконов для промышленного использования.

The relevance and expediency of the use of the thermal processes occurring inside the waste rocks(waste heaps) of Donbass coal mines are stated. On the basis of the performed thermal calculations, it is assumed to use the internal potential of waste heaps for indusrial use. Ключевые слова: терриконы Донбасса, горение, самовозгорание, химическое окисление, тепловой потенциал, промышленное использование.

Keywords: waste heaps of Donbass, combustion, chemical oxidation, spontaneous combustion, thermal potential, industrial use, protection, Характерной чертой Донбасса являются терриконы угольных шахт, которые являются техногенно-опасными [5]. При достижении определенной массы террикона (высота террикона достигает 50-100 м) происходит окисление содержащегося в породе угля, сопровождающееся выделением тепла и вредных газов, для определения которых в отрасли действуют нормативные документы[1]. Все эти явления приводят к росту температуры пород внутри террикона, Такие терриконы получили название «горящих» [2]. В зависимости от температуры породы внутри террикона различают три зоны температуры пород: 300С-1200С (зонаⅠ), от 1200С до 2600С (зонаⅠⅠ) и выше 2600С (зонаⅠⅠⅠ) при условном диаметре примерно 50м-100 м [5].

15

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Перечисленные данные позволяют рассматривать возможность использования теплового потенциала терриконов (отвалов) для промышленных целей, например, для обогрева жилых строений, объектов тепличного хозяйства и др [3]. Тепловые расчеты для оценки тепловой мощности будут выполняться для горизонтальных скважин, пробуренных в тепловую зону террикона. Скважины предполагаются оборудовать металлическими трубами, по которым будет подаваться вода для ее нагрева. Исходные данные для тепловых расчетов: Условимся, что температура пород в тепловой зоне постоянна и равна 1000С, т.е. режим теплообмена стационарный. Тепловые расчеты выполнены для расходов воды: W(10 м3/ч; 20 м3/ч; 30 м3/ч и диаметров труб-d(0,1м; 0,2 м и 0,3 м). Температуру воды на входе трубы t1 принимаем равной 10 0 С. tср=0,5(t1+t2) =( 0+50)/2=300С.

(1) Целью тепловых расчетов является определение длины трубы в скважине, на выходе из которой температура воды будет равна заданным значениям: t2= (50 0С; 70 0С и 90 0С). Подробный порядок расчета показан для d(0,1) м и t2(500C) Re=0,35*0,1/0,805*10-6=43478>2300, т.е. режим движения жидкости турбулентный [4]. Расчет теплоотдачи при турбулентном режиме течения в трубах с числами Pr>0,7 выполняется по формуле (критерию) Нуссельта[4] : Nu=0,021*Re0,8*Pr0,43*(Pr/Prc)0,25*еl, (2) -где число Рейнольдса Re=(v*d) ⁄г, (3) - v-скорость движения воды в трубе, м/с; г-вязкость воды при tср, м2/с; v=w/Sтр=w*4/р*d2=10*4/(0,12)*3600=0,35 м/с, критерий Pr=5,42 при tср=300С; Prc=1,75 при tст=1000С[4]; еl-поправка на начальный участок, при еl/d>50, так как длина трубы неизвестна, в первом приближении принимаем еl=1, отсюда Nu=0,021*434780,8*5,420,43*(5,42/1,75)0,25*1=296 Коэффициент теплоотдачи б=Nu*л/d , (4) 0 0 где л=0,618 Вт/м С, тогда б=296*0,618/0,1=2012 Вт/м С Определяем массовый расход воды через трубу: G=v*с*р*d2/4=0,35*995,7*3,14*(0,1)2/4≈2,74 кг/с, (5) 3 0 где С=995,7 кг/м -объемный вес воды при tср=30 С[4] Определяем количество тепла, передаваемое воде: Q=G*Cp*(t2 ̶ t1) кВт, (6) 0 0 где Ср=4,174 кДж/кг С- удельная теплоемкость воды при tср=30 С[4], тогда Q=2,74*4,174*(50 ̶ 10)≈457 кВт. С другой стороны, количество передаваемого тепла воде определяется по следующей зависимости: Q=б*(tc ̶ tcр)*р*d*L кВт, (7) 16

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Тогда из уравнений (6) и (7) определяем искомую длину трубопровода с температурой воды на выходе 50 0С: L=Q/б*(tc ̶ tcр)*р*d=457/2012*(100 ̶ 30)*3,14*0,1≈10,3 м.

(8) Аналогичные расчеты выполнены для диаметров труб 0,2 м и 0,3 м. Для этих диаметров длины труб будут равны: 34,5 м и 27,5 м. Результаты расчетов для t2=700C (tср=400C) и t2=900C (tср=500C): - для диаметров труб 0,1 м, 0,2 м и 0,3 м соответственно: L1=19,3 м; L2= 34 м; L3= 46,6 м; L1=30,0 м; L2= 52,4 м; L3= 72,3 м; - для диаметров труб 0,1 м, 0,2 м и 0,3 м и расходе воды 20 м3/ч соответственно: - L1=13,0 м; L2= 22,7 м; L3= 31,5 м; L1=22,8 м; L2= 38,7 м; L3= 53,5 м; L1=34,5 м; L2= 60,0 м; L3= 83,1 м; - для диаметров труб 0,1 м, 0,2 м и 0,3 м и расходе воды 30 м3/ч: - L1=14,6 м; L2= 24,7 м; L3= 34,1 м; L1=24,1 м; L2= 42,0 м; L3= 58,0 м; L1=37,4 м; L2= 65,2 м; L3= 90,3 м. Результаты расчетов сведены в Табл. 1 Диаметр трубопровода

d, м

температура воды на выходе из трубопровода

t2,0C

расход воды в трубопроводе W м3/ч

10

20

30

искомая длина трубопровода d, м 0,1

0,2

t2,0C

L, м

L, м

L, м

50

10,3

13,0

14,6

70

19,3

22,8

24,1

90

30,0

34,5

37,4

50

19,7

22,7

24,7

70

34,0

38,7

42,0

90

52,4

60,0

65,2

17

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

0,3

50

27,5

31,5

34,1

70

46,6

53,5

58,0

90

72,3

83,1

90,3

Для наглядности зависимость длины трубопровода L от расхода воды W и ее температуры на выходе 70 0С показана на Рис.1

40

Рис.2

3

W W м /ч

d =0,1 м

d =0,2 м

d =0,3 м

24,1 м

42,0 м

58,0 м

30

22,8 м

20

38,7 м

19,3 м

10 15

20

25

34,0 м 30

35

40

53,5 м 46,6 м

45

50

55

L, м L 60

65

Рис.1 Длина трубы при температуре воды на выходе 700С.

Выводы 1. Большое число так называемых «горящих» терриконов представляет интерес для применения в промышленности как источника тепла на протяжении длительного промежутка времени.

2. Отбор тепла с помощью теплоносителей (воды) может привести к прекращению выделения ядовитых газов в окружающую среду.

18

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

3. Важную роль играет исследование горящих терриконов с помощью разведочного бурения в предполагаемую область отбора тепла. Перечень ссылок 1. Временное методическое руководство по выявлению источников загрязнения атмосферы, производству замеров выбросов вредных веществ на предприятиях угольной промышленности // НИИОСуголь – Москва, - 1979.

2. Анненков Е.П. и др. Анализ методов определения выбросов вредных газов горящими породными отвалами //Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сб. научных трудов. ̶ Макеевка: изд. МакНИИ,̶ 2002.

3. Анненков Е.П. и др. Анализ выбросов вредных веществ в атмосферу горящими породными отвалами // Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сб. научных трудов. – Макеевка: изд. МакНИИ, - 2004.

4. Краснощеков Е.А. и др. Задачник по теплопередаче. Москва: изд. «Энергия», - 1975.

5. Зубов А.А.Терриконы – объекты техногенной опасности. Луганск: изд. Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля, - 2009.

19

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.765

ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ НА ЦОФ «КАЛИНИНСКАЯ» Л.И. Серафимова, В.А. Кузнецов ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация: статья основана на практической работе прессфильтра фирмы ANDRITZ, установленного на ЦОФ «Калининская».

Annotation: the article is based on the practical work of the ANDRITZ press filter installed at the Kalininskaya CEP. Ключевые слова: пресс-фильтр, обезвоживание, флотация, отходы, илонакопители, сгущенный продукт, флокулянт, влажность.

Keywords: press filter, dehydration, flotation, waste, sludge ponds, thickened product, flocculant, moisture. Инновационные аспекты и перспективы развития обогащения полезных ископаемых предопределяют необходимость перевода углеобогатительных фабрик на работу с замкнутым водошламовым комплексом, т.е. без илонакопителей с обезвоживанием жидких отходов до транспортабельного состояния и складирования их совместно с отходами гравитации в породный отвал. Схемы должны включать быстродействующие аппараты с низкими инерционными свойствами. Это позволит повысить пропускную способность маршрутов, увеличить скорость обработки и вывода шлама, сократить продолжительность переходных процессов. Эффективность работы замкнутых технологических схем для обогащения и регенерации шламовых вод определяет степень извлечения и вывод из системы тонкодисперсных частиц [1]. Изначально отходы флотации с флотомашин поступали в радиальный сгуститель. В радиальный сгуститель подается коагулянт для осаждения твердого. Сгущенные флотоотходы с плотностью 160180 г/л перекачивались в илонакопитель, осветленная вода возвращается в технологический процесс. В связи с тем, что сроки эксплуатации илонакопителя заканчивались, встал вопрос об альтернативе илонакопителю. Решением данного вопроса стала установка на фабрику пресс-фильтра ANDRITZ CPF 2220 S8 (рис. 1). Преимущество выбора данного пресс-фильтра была его достаточная производительность, до 30 т/ч по твердому, его 20

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

небольшие габаритные размеры, длина 7 м, ширина 3,5 м, высота 2,7 м, его энергоемкость – 6 кВт/ч. Сгущенные отходы флотации из радиального сгустителя с плотностью 160-180 г/л подаются в радиальный сгуститель фильтрпрессового отделения для дополнительного сгущения до плотности 350-400 г/л. Сгущенный продукт поступает в буферную емкость с мешалкой для перемешивания. Затем подается непосредственно на пресс-фильтр. В перекачивающий трубопровод добавляется катионный флокулянт для образования флокул и анионный флокулянт, для образования более крупных флокул.

Рисунок 1 – Схема ленточного пресс-фильтра ANDRITZ CPF 2220 S8 Сгущенный продукт подается на фильтр-пресс. В горизонтальной части верхнего полотна происходит предварительное обезвоживание. Затем продукт поступает в клиновидную зону, где происходит обезвоживание за счет соединения двух полотен и происходит предварительное прессование. Далее продукт проходит зону высокого давления, где уже непосредственно происходит его остаточное обезвоживание. Обезвоженный продукт разгружается на конвейер и вместе с породой гравитации вывозится на породный отвал. Полотно 21

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

перед следующей загрузкой предварительно промывается водой под давлением для удаления мелких частиц. Влажность разгружаемого продукта составляет 30-35%, что пригодно для транспортировки. Вся вода с фильтр-прессового отделения поступает в технологический процесс. Основные преимущества ленточного пресс-фильтра фирмы ANDRITZ: - низкое энергопотребление; - надежное и полностью автоматизированное функционирование; - увеличенный срок службы, благодаря усиленной конструкции; - прочная конструкция фильтра, обеспечивающая натяжение ленты и соответственно высокое давление для обезвоживания; - компактность конструкции; - равномерное распределение твердой фракции по ширине ленты, благодаря запатентованному устройству распределения; - вспомогательная гравитационная зона, устанавливаемая для обеспечения максимальной производительности [2]. Машины этой серии имеют специальную прочную раму, износостойкие покрытия на валках и подшипниковых опорах, высокопрочную фильтровальную ткань. Конструкция компактна за счет оптимального размещения (друг над другом) зон предварительного обезвоживания, клиновидной и поверхностного давления. Выводы. Конструкции серии CPF разработаны специально для эксплуатации этих машин в условиях обогатительных фабрик. Надежность и эффективность гарантируют не только высокий коэффициент эксплуатации (99%), но и высокую удельную производительность, минимальную остаточную влажность. Перечень ссылок.

1. Обезвоживание продуктов обогащения полезных ископаемых : учеб. пособие для обучающихся образоват. учреждений высш. проф. образования / В. Г. Науменко, В. Г. Самойлик, Н.А. Звягинцева, Е. И. Назимко ; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2019. – 178 с.

2. Ленточный фильтр-пресс для горнорудной отрасли. Обезвоживание отходов обогащения минерального сырья. http://andritz-se.ru/wpcontent/uploads/2015/05/фильтр-прессы-ленточные.pdf

22

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.8

ЗАКОНОДАТЕЛЬНЫЕ И НОРМАТИВНЫЕ ПРАВОВЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАЗРАБОТКЕ ПРИМЕРНЫХ ИНСТРУКЦИЙ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В.Ю. Деревянский, В.Е. Герасименко, Р.Г. Сафин, О.Г. Кременев, В.И. Мушенко, И.Ю. Голик ГУ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» г. Макеевка, ДНР Выполнен сбор и анализ действующих законов и нормативных правовых актов Донецкой Народной Республики, содержащих требования к разработке примерных инструкций по охране труда для рабочих подземных профессий и шахтной поверхности предприятий угольной промышленности. Результаты анализа позволят обновить существующие и разработать новые примерные инструкции.

Annotation. Collection and analysis of laws in force and normative legal acts of Donetsk Republic of People's, containing requirements to development of exemplary instructions on a labour protection for working underground professions and mine surface of enterprises of coal industry is executed. Results will allow to renew existing and to work out new exemplary instructions. Ключевые слова: закон, нормативный правовой акт, примерная инструкция, охрана туда, предприятия угольной промышленности.

Keywords: law, normative legal act, exemplary instruction, guard there, enterprises of coal industry. Важным направлением решения проблемы предотвращения аварийности и травматизма в угольной промышленности является совершенствование нормативной базы охраны труда. Основным документом для подземного рабочего и рабочего шахтной поверхности является инструкция по охране труда его профессии. При разработке таких инструкций производственники пользуются специально разработанными примерными инструкциями (ПИ) по охране труда (ОТ). Они охватывают весь спектр требований ОТ, обусловленный технологией горных работ, реструктуризации отрасли, структуру, форму изложения, порядок разработки и утверждения.

23

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Поэтому разработка новых и обновление существующих ПИ актуальная задача охраны труда на предприятиях угольной промышленности. В настоящее время заканчивается срок действия ПИ, принятых в 2010-2012 гг., что актуализирует необходимость их обновления и разработку новых ПИ по охране труда. Цель доклада – представить результаты сбора и анализа действующих законодательных и нормативных правовых актов Донецкой Народной Республики (ДНР), содержащих требования к разработке ПИ по охране труда для рабочих подземных профессий и шахтной поверхности предприятий угольной промышленности. В Конституции ДНР и действующем отечественном законодательстве содержатся основополагающие требования об ОТ работников. Анализ основного Закона ДНР [1] показал, что в части 2 статьи 4 декларируется ОТ и здоровья людей, а в части 3 статьи 30 гарантировано право на труд в условиях, отвечающих требованиям безопасности и гигиены. Важнейшим документом, регламентирующим ОТ в ДНР является Кодекс законов о труде Украины [2] (далее – КЗоТ), так как в ДНР такой кодекс законов пока не разработан. Согласно [2] на всех предприятиях, в учреждениях, организациях создаются безопасные и безвредные условия труда (ст. 153); предусмотрены обязанности работника по соблюдению требований нормативных актов об ОТ (ст.

159); гарантирована выдача работникам спецодежды и других средств индивидуальной защиты на работах с вредными и опасными условиями труда, а также работах, связанных с загрязнением или осуществляемых в неблагоприятных температурных условиях (ст.

163); установлены требования об обязательных медицинских осмотрах работников определенных категорий (ст.

169); регламентирован перевод работников на более легкую работу по состоянию здоровья (ст. 170); предусмотрено возмещение ущерба в случае нарушения здоровья работников (ст. 173); установлена для работников, занятых на работах с вредными условиями труда, сокращенная продолжительность рабочего времени: не более 36 часов в неделю (ст. 51 часть 2). При этом продолжительность рабочего времени работников, занятых на подземных работах, устанавливается Отраслевым соглашением между Министерством угля и энергетики ДНР и Профсоюзом работников угольной промышленности, и отражается в правилах внутреннего трудового распорядка предприятия, являющегося неотъемлемой частью Коллективного договора. Отнесение работ к категории работ с вредными условиями труда осуществляется на основании результатов аттестации рабочих

24

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

мест по условиям труда. Другие льготы для работников, занятых на работах с вредными условиями труда, устанавливаются законодательством ДНР и действующим на предприятии Коллективным договором. В ДНР обобщенные требования к ОТ работников содержатся в Законе ДНР «Об охране труда» (принят 03.04.2015 №31-IНС; с изменениями). В статье 10 приведены права на ОТ при заключении трудового договора. Статьи 11 и 12 определяют и гарантируют право работника на труд в условиях, соответствующих требованиям ОТ. Статья 13 предусматривает определенные льготы и компенсации за тяжелые и вредные условия труда. Статья 14 содержит требования обеспечения работников спецодеждой, другими средствами индивидуальной защиты, моющими и обеззараживающими средствами. Статья 15 содержит требования по обеспечению работников санитарно-бытовыми помещениями. Статьи 22 и 23 устанавливают обязанности работодателя и работника по обеспечению безопасных условий в области ОТ. Статья 24 содержит требования обязательности медицинских осмотров работников определенных категорий. Статья 25 содержит требования к обучению по вопросам ОТ. Статья 27 содержит требования к инструкциям по ОТ. Статья 31 устанавливает общие требования к расследованию и учету несчастных случаев, профессиональных заболеваний и аварий. Статья 32 содержит требования к информации и отчетности о состоянии ОТ. Статьи 47 и 48 устанавливают требования о привлечении к ответственности должностных лиц и работников за нарушение законов и других нормативных правовых актов по ОТ в соответствии с действующим законодательством ДНР. Закон ДНР «Об основах общеобязательного социального страхования» (принят 30.04.2015 № 37-IHC; с изменениями) предусматривает возмещение ущерба в случае причинения вреда здоровью работника или в случае его смерти. Закон ДНР «Об обеспечении санитарного и эпидемического благополучия населения» (принят 10.04.2015 № 40-IHC; с изменениями) декларирует право на безопасные для здоровья и жизни… условия труда…(ст.4); содержит требования: об обязанности граждан заботиться о своем здоровье,… не вредить здоровью других граждан (ст.5); об условии работы с машинами, механизмами, установками, устройствами, аппаратами, которые являются источниками физических факторов воздействия на человека (шума, вибрации, ультразвуковых, инфразвуковых воздействий, теплового, ионизирующего и иного излучения), не оказывающими вредное

25

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

воздействие на человека (ст.25). Статьями 49-53 предусмотрена дисциплинарная, административная, финансовая, гражданскоправовая и уголовная ответственность за нарушения санитарного законодательства республики. Закон ДНР «О здравоохранении» (принят 24.04.2015 № 42-IHC; с изменениями) содержит требование о том, что граждане ДНР обладают неотъемлемым правом на охрану здоровья. Это право обеспечивается… созданием благоприятных условий труда… (ст.16, 23, 55). Кроме того, граждане обязаны заботиться о сохранении своего здоровья, проходить медицинские осмотры в объеме и сроки в соответствии с установленными нормами и правилами… (часть 2 статьи 59). Закон ДНР «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (принят 05.06.2015 № 54-IНС; с изменениями) содержит требования предотвращения аварий, а также обеспечения готовности предприятий к локализации и ликвидации их последствий (ст. 9). Горный закон ДНР (принят 15.05.2015 № 52-IНС; с изменениями) содержит требования обеспечения безопасности ведения горных работ, необходимые для включения в ПИ по ОТ. Закон ДНР «О государственном регулировании в сфере добычи (переработки) и использования угля (горючих сланцев), об особенностях социальной защиты работников горных предприятий» устанавливает принципы обеспечения безопасности работ по добыче (переработке) угля (принят 12.06.2015 № 57-IНС; с изменениями) (ст.9,15, 26). Закон ДНР «О недрах» (принят 12.06.2015 № 58-IНС; с изменениями) содержит требования безопасного для людей ведения работ при разработке месторождений полезных ископаемых (ст.34, 57,69). Согласно пункту 3 части 2 статьи 34 пользователи недр обязаны обеспечивать безопасность людей. Кроме законодательных, в ДНР имеются нормативные правовые акты содержащие требования к разработке ПИ по ОТ. Требования к обучению работников по вопросам ОТ установлены нормативным правовым актом охраны труда НПАОТ 0.00-4.03-15 Типовое положение о порядке проведения обучения и проверки знаний по вопросам ОТ (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 29.05.2015 г. № 227, зарегистрирован в Министерстве юстиции ДНР 22.06.2015 г. под № 226; с изменениями). Перечень работ с повышенной опасностью содержится в НПАОТ 0.00-2.02-15 [3] и включает: «подземные работы на шахтах» (п.64),

26

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

«техническое обслуживание, эксплуатация и ремонт подъемных установок, стволов, компрессорных станций» (п.70), а также другие виды работ, выполняемые работниками предприятий угольной промышленности. Основным нормативным правовым актом, регламентирующим требования безопасного ведения работ в угольных шахтах, является НПАОТ 10.0-1.01-16 Правила безопасности в угольных шахтах [4]. В главе 5 раздела IV указанного НПАОТ установлены обязанности работников по соблюдению требований охраны труда. Требования, регламентирующие разработку и принятие инструкций по ОТ содержатся в НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда [5]. Инструкции должны соответствовать действующему законодательству ДНР, требованиям нормативных правовых актов об ОТ: правил, норм, стандартов, других нормативных и организационно-методических документов об ОТ, на основе которых они разрабатываются (п.1.7 НПАОТ 0.00-6.01-16 [5]). Вывод Выполнен сбор и анализ действующих законов и нормативных правовых актов ДНР, содержащих требования к разработке примерных инструкций по охране труда для рабочих подземных профессий и шахтной поверхности предприятий угольной промышленности. Результаты анализа будут использованы при разработке новых и обновлении существующих примерных инструкций по охране труда для предприятий угольной отрасли ДНР. Перечень ссылок 1. Конституция Донецкой Народной Республики (принята Верховным Советом Донецкой Народной Республики 14 мая 2014 года; с изменениями).

2. Кодекс законов о труде Украины (принят 10.12.1971 №322-VIII; с изменениями).

3. НПАОТ 0.00-2.02-15 Перечень работ с повышенной опасностью (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 01.10.2015 г. № 412).

4. НПАОТ 10.0-1.01-16 Правила безопасности в угольных шахтах (утверждены совместным приказом Гортехнадзора ДНР и Министерства угля и энергетики ДНР от 18.04.2016 г. № 36/208, зарегистрированы в Министерстве юстиции ДНР 17.05.2016 г. под №1284; с изменениями).

5. НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 23.12.2015 № 527, зарегистрирован в Министерстве юстиции ДНР 21.01.2016 под № 903).

27

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.831

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СДВИЖЕНИЯ ПОРОД КРОВЛИ ОДИНОЧНОЙ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ С ПОМОЩЬЮ НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ И ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В.П. Сажнев Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела (РАНИМИ), г. Донецк, ДНР Приведены результаты исследований с помощью шахтных инструментальных наблюдений и на физической модели особенностей сдвижения пород кровли одиночной подготовительной выработки. Проведен статистический анализ результатов исследований. Подтверждена закономерность отсутствия условий плоской деформации контура выработки.

The results of researches using mine instrumental observations and a physical model of the features displacement of the roof rocks single opening. The statistical analysis of the researches results is carried out.

The regularity of the absence of conditions for flat deformation of the opening contour is confirmed. Ключевые слова: сдвижение горных пород, подготовительная выработка, шахтные инструментальные наблюдения, физическое моделирование.

Keywords: rock movements, opening, mine instrumental observations, physical modeling. Угольная промышленность является основой энергетической независимости и на сегодня не имеет практических альтернатив. Вместе с тем, неуклонный рост глубин разработки угольных месторождений приводит к ухудшению устойчивости подготовительных горных выработок. Обеспечение эксплуатационного состояния выработок наименьшими усилиями возможно при использовании природных прочностных свойств массива горных пород, а также закономерностей и механизмов, способствующих формированию устойчивых породных контуров вокруг охраняемых объектов [1-5]. Однако, несмотря на 28

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

существующие наработки, резервы этого направления полностью не изучены. Для исследования данного вопроса были проведены шахтные инструментальные наблюдения за конвергенцией на контуре протяженного участка одиночной подготовительной выработки и отдельных его поперечных сечений и физическое моделирование методом эквивалентных материалов для подобных условий. Натурный эксперимент проводился в воздухоподающем ходке 23-й западной лавы пласта с11 шахты «Южнодонбасская №1». Ходок пройден по пласту комбайном ГПК на глубине около 540 м сечением в свету 13,7 м2. Основная крепь КПМ-А3 с шагом установки 0,8 м. Затяжка металлическая сетчатая. Угол наклона пласта 5-7о, мощность основной пачки – 1,7-1,8 м. Прочность угля на одноосное сжатие (sсж) 20 МПа. В кровле пласта алевролит мощностью около 10 м (sсж = 30 МПа). В почве пласта алевролит мощностью 1 м (sсж = 27 МПа). Ниже песчаник мощностью 2 м (sсж = 50 МПа). Для замеров изменения длины протяженного участка экспериментальной выработки, абсолютного значения опускания кровли и относительного сдвижения кровли выработки в пространстве была оборудована контурная наблюдательная станция. Ее основу составляли 23 анкера (выполнявших роль реперов) длиной по 2 м, установленные в кровлю выработки типовым методом. Рабочая группа состояла из 21-го репера, которые были расположены в семь рядов (по три репера в каждом), ориентированных в плоскости поперечного сечения выработки. Регистрация смещений головок реперов производилась с помощью нивелира Ni-025. 22-й репер использовался в качестве опорного для производства замеров изменения длины экспериментального участка и располагался вблизи маркшейдерской точки стояния на расстоянии 25 м от крайних (ближних к нему) реперов рабочей группы. 23-й репер использовался для дублирования основных замеров. Замеры изменения длины протяженного участка выработки осуществлялись между опорным репером и двумя крайними секциями рабочих реперов. Конвергенция боков выработки измерялась с помощью маркшейдерской рулетки пистолетного типа между боковыми кондукторами по стандартной методике. Достоверность результатов исследования обеспечивалась производством дублированных замеров. Согласно вышеописанной схеме замеров был получен массив данных об опусканиях кровли на протяжении 73 суток, в течение 29

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

которых было осуществлено 8 замеров. При анализе данных наблюдений, кроме собственно самих величин деформации кровли выработки, вычислялись скорости смещения реперов в мм/сут. Этот показатель является относительным и потому более информативен при необходимости сравнения с результатами подобных наблюдений. Также было проведено физическое моделирование проявлений горного давления в кровле протяженного участка одиночной подготовительной выработки прямоугольного сечения методом эквивалентных материалов в объемной постановке (масштаб моделирования 1:50). Основным инертным материалом при моделировании являлся кварцевый песок с добавлением мела. Гипс с водой применялся в качестве цементирующего вещества. Разграничителем между слоями служила слюда крупных фракций. Свойства моделируемых пород соответствовали типичным породам Донбасса с прочностью на одноосное сжатие 30 МПа. Для закатки объемной физической модели использовался стенд в форме куба с одной открытой гранью и внутренним размером ребра 300 мм. Нагрузка на тело модели осуществлялась с помощью рычажной системы. С целью обеспечения максимального доступа к контуру моделируемой выработки силовые поршни выполняли функцию боков выработки. При переходе на реальные размеры с учетом масштаба моделирования моделировался участок выработки длиной 15 м и шириной 5 м. С учетом отступов от рамы стенда и силовых поршней были выделены тринадцать поперечных сечений выработки, в четырех из которых были установлены по три анкера. При этом они выполняли как роль крепи выработки, так и роль контурных реперов. Анкеры изготавливались из волокна металлического троса малого диаметра. Сдвижения пород в окрестности подготовительной выработки регистрировались методом фотофиксации по контурным меткам, роль которых выполняли головки анкеров, установленных в тело модели. Кроме этих меток на неподвижной области моделей (рама стенда) были установлены четыре опорных репера для привязки. Значение вертикальных смещений пород моделируемой кровли выработки регестрировалость с помощью микрометра относительно неподвижной рамы стенда и каждого из установленных реперов. Полученные экспериментальные данные были отнесены к условному временному показателю для получения скоростей смещений пород, что позволило сравнить результаты физического моделирования с результатами вышеописанного натурного 30

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

эксперимента. Обработка результатов натурных наблюдений и физического моделирования осуществлялась в программной среде «StatSoft Statistica for Windows». В качестве графической интерпретации статистической оценки полученных данных применялось построение гистограмм и автокорреляционных функций. В ходе статистического анализа определялись следующие основные показатели: коэффициент корреляции, характеризующий тесноту связи между двумя взаимозависимыми признаками; коэффициент детерминации, который представляет долю вариации, общую для двух переменных; дисперсия адекватности; среднеквадратичное отклонение и относительная погрешность. Для определения соответствия формы полученных зависимостей нормальному закону распределения, наиболее часто встречающемуся при исследовании природных явлений, или соответствия другому закону распределения, применялись наиболее мощные непараметрические критерии – Шапиро-Уилка и КолмогороваСмирнова. Анализ гистограмм и автокореллограмм распределения скоростей смещений пород на разных этапах эксплуатации натуральной и моделируемой выработок позволил получить следующие основные выводы и закономерности: 1. Различие величин скоростей смещения пород (деформации кровли во времени) даже в рядом расположенных сечениях, выделенных как поперек, так и вдоль оси выработки статистически значимо, и условие плоской деформации выработки не соблюдается в представительном числе моментов эксплуатации выработки. Об этом свидетельствует тот факт, что по устойчивой корреляции между ближайшими (в соседних точках замера) сечениями не наблюдается.

2. Нормальному закону распределения с высокой степенью достоверности подчиняются только усредненные по всем трем продольным сечениям гистограммы скоростей смещений пород. Об этом свидетельствуют значения наиболее мощных статистических критериев оценки «нормальности» распределения - Критерий Шапиро-Уилка = 0,84-0,97 (при границе достоверности 0,818), критерий Колмогорова-Смирнова = 0,215-0,426 (при критическом значении 0,565 для уровня значимости б = 0,1).

3. Установлена причина возникновения «классического» представления о «нормальности» функции распределения деформаций кровли и вертикальных скоростей смещения пород по длине одиночной протяженной подготовительной выработки, состоящая в усреднении исследователями значений и игнорировании так называемых «выбросов» значений, которые ошибочно считались случайными. При этом статистически представительное число моментов в истории эксплуатации одиночной протяженной подготовительной выработки свидетельствует о нарушении симметрии картины деформирования, то есть о неоднократном наличии существенного отличия от классической теории прогиба по центру плоской кровли. Полный размах (диапазон вариации от среднего 31

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве значения) скорости деформации кровли экспериментальной выработки в шахтных условиях составил ±260%, а в моделируемых - ±140%, что находится в том же порядке.

4. Анализ автокорреляционных функций, показывающих значимость зависимости друг от друга рядом расположенных значений показывает отсутствие устойчивой корреляции. График автокорреляционной зависимости достоверно описывается полиномом 4-й степени, что свидетельствует об отсутствии закономерности согласованного сдвижения рядом расположенных реперов во времени, то есть отсутствии условий плоско-деформированного состоянии, как в поперечном, так и в продольном сечениях протяженного участка одиночной подготовительной выработки. Отмечено взаимное влияние смежных участков приконтурного массива 1-го и 2-го уровня и отсутствие такого влияния у участков, отстоящих на три и более метра друг от друга. То есть подтверждается природная закономерность трехмерного деформирования контура выработки под влиянием трех основных факторов: случайного (стохастического) распределения прочностных свойств пород вмещающего массива, случайного распределения неровностей контура по периметру выработки и случайного распределения отпора крепи выработки. Полученные выводы и установленные закономерности будут учтены при разработке новых методов и способов обеспечения долговременной устойчивости подготовительных выработок. Перечень ссылок 1. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Сдвижкова Е.А. Некоторые задачи статистической геомеханики. – К.: «Пульсари», 2002. – 304 с.

2. Boyd P.J., Martin R.J. Variability of the physical properties of tuff at Yucca Mountain, NV // 35th US Symposium on rock mechanics. – Rotterdam: Balkema, 1995.

– P. 511-516.

3. Закономерности проявления эффекта саморасклинивания в кровле подготовительной выработки с учетом стохастичности проявления горного давления / С.Н. Александров, С.В. Напрасников, А.А. Лаптеев, В.П. Сажнев // Геотехнологии на рубеже ХХI века. – 2001. – Т. 3. – С. 100-104.

4. Расчет смещений на контуре подготовительных выработок с учетом разброса прочностных свойств вмещающих пород / В.В. Назимко, В.П. Сажнев, В.С. Захаров, В.Б. Грядущий // Проблеми гірського тиску. – Донецьк: “СПЕКТР”.

– 2001. – №6. – С. 156-163.

5. Сажнев В.П. Механизм пространственных сдвижений пород в приконтурном массиве протяженной подготовительной выработки: Дисс… канд. Техн. наук: 05.15.11. – Донецк, 2000. – 117 с. © В.П. Сажнев, 2021

32

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.8

О РАЗРАБОТКЕ ПРИМЕРНОЙ ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ДЛЯ АППАРАТЧИКА ХИМВОДООЧИСТКИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Р.Г. Сафин ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР На основе анализа законодательных и нормативных требований разработан проект примерной инструкции по охране труда для аппаратчика химводоочистки для предприятий угольной промышленности.

Based on the analysis of legal and regulatory requirements, a draft of an exemplary instruction on labor protection for a chemical water treatment operator for coal industry enterprises has been developed. Ключевые слова: анализ, охрана труда, шахта, примерная инструкция, аппаратчик химводоочистки.

Keywords: analysis, labor protection, mine, approximate instruction, chemical water treatment operator. В соответствии со статьей 27 Закона ДНР «Об охране труда», на предприятиях должны разрабатываться инструкции по охране труда. Инструкция по охране труда это локальный нормативный правовой акт, содержащий требования по охране труда для профессий и отдельных видов работ (услуг). Требования к разработке и принятию инструкций по охране труда содержит НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда [1]. На угольных предприятиях Донецкой Народной Республики имеются аппаратчики химической очистки воды, откачиваемой из горных выработок шахт, а также очистки воды для заполнения отопительных систем предприятий. Примерная инструкция для работников указанной профессии на предприятиях угольной промышленности Донецкой Народной Республики в настоящее время отсутствует. В соответствии с планом научно-исследовательских работ, МАКНИИ должен разработать примерную инструкцию по охране труда для аппаратчика химводоочистки с учетом специфики 33

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

закрывающихся и гидрозащитных шахт, входящих в структуру ГУП ДНР «Донбассуглереструктуризация». Цель статьи – изложить результаты разработки проекта примерной инструкции по охране труда для аппаратчика химической очистки воды. При составлении примерной инструкции по охране труда для аппаратчика химической очистки воды были использованы требования нормативных документов [1-4], инструкции по охране труда, доступные в сети Интернет, а также инструкции по охране труда, разработанные службой охраны труда государственного предприятия «Укршахтгидрозащита». Разработанная примерная инструкция по охране труда состоит из следующих разделов: «Общие требования», «Требования безопасности перед началом работы», «Требования безопасности во время работы», «Требования безопасности в аварийных ситуациях», «Требования охраны труда по окончании работ», «Ответственность». В проекте инструкции изложены обязанности аппаратчика химической очистки воды в зависимости от классификации. Всего существует четыре вида квалификации. В частности, аппаратчик химической очистки воды первого разряда обязан выполнять следующие функции: вспомогательные работы по обслуживанию оборудования; составлять растворы реагентов; транспортировать химикаты в пределах рабочего места; чистить и промывать некоторые виды оборудования и др. Обязанности аппаратчика могут варьироваться в зависимости от водоотливного комплекса, региона и т. д. Принимая смену, аппаратчик химической очистки воды обязан проверить состояние оборудования и убедиться в том, что: насосы, вентиляторы, хлораторы, грязевики, фильтры, трубопроводы и запорная арматура не повреждены и находятся в исправном состоянии; температура в помещении аппаратуры химической очистки воды находится в допустимых пределах; вентиляция исправна и обеспечивает достаточный воздухообмен; проходы в помещении аппаратуры химической очистки воды не загромождены, обеспечивают возможность обслуживания обеззараживающей установки; контрольно-измерительная аппаратура, система сигнализации и освещение в исправном состоянии; заземления не нарушены.

34

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Организации работы аппаратчика химической очистки воды содержит: запрещения выполнять действия, не предусмотренные инструкцией по эксплуатации оборудования; требования безопасности перед началом работы; порядок приёмки смены, которым предусмотрены проверки состояния оборудования, наличие пожарного инвентаря, защитных средств, инструмента и приспособлений, воды в питьевом трубопроводе, химических реактивов для определения остаточного активного хлора в сбрасываемой воде; общие требования безопасности во время работы; требования безопасности при перемещении баллонов с жидким хлором, емкостей с хлорной известью, кислотой или щелочью; требования безопасности при работе с хлорной известью; требования безопасности в аварийных ситуациях. В случае аварии или при обнаружении неисправности в аппаратуре химической очистки воды аппаратчик обязан: немедленно предупредить находящихся на объекте сотрудников; немедленно сообщить о случившемся руководителям и выполнять их указания; принять доступные меры по ликвидации или недопущению аварии, устранению неисправностей. В случаях возникновения пожара, аппаратчик химической очистки воды обязан немедленно вызвать пожарную команду, сообщить старшему смены или диспетчеру, отключить электроэнергию от потребителей и принять меры по тушению пожара. При тушении пожара должны использоваться огнетушители и песок. Горючие жидкости следует тушить песком, порошковыми огнетушителями. Запрещается тушить водой и пенными огнетушителями кабели и электрооборудование, которое находится под напряжением. Аппаратчик химической очистки воды обязан немедленно выключить аппаратуру химической очистки воды в следующих случаях: прекращения подачи воды в трубопроводы; неисправности контрольно-измерительных приборов; обнаружения утечки хлора или гипохлорита; отключения электроэнергии; включения световой или звуковой аварийной сигнализации. При попадании кислоты на кожу или в глаза немедленно смыть ее обильной струей воды, затем промыть однопроцентным раствором 35

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

питьевой соды, после чего доложить о случившемся начальнику смены. В случае попадания на кожу или в глаза щелочи необходимо смыть ее обильной струей воды и промыть трехпроцентным раствором борной кислоты. Также в инструкции подробно описаны требования охраны труда по окончании работ (смены), которыми предусмотрено: завершить все работы по переключению оборудования, текущие работы, осмотры и обходы (за исключением аварийных случаев) и операции по перекачке реагентов для передачи смены сменщику; убрать рабочее место и закрепленное оборудование. Во избежание пожара или взрыва при уборке помещений запрещается применять легковоспламеняющиеся и горючие вещества (керосин, бензин, ацетон и др.); убедиться в безопасном состоянии помещения, обслуживаемого оборудования и рабочего места и передать их сменяющему аппаратчику; при обнаружении неполадок и неисправностей оборудования для химической очистки воды, обязан немедленно сообщить начальнику цеха или начальнику смены и т. д. Аппаратчик, виновный в нарушении требований охраны труда, несет ответственность в соответствии с действующим законодательством ДНР. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку примерных инструкций по охране труда для других профессий рабочих угольной промышленности. Выводы В статье изложены основные результаты разработки проекта примерной инструкции по охране труда для аппаратчика химической очистки воды для предприятий угольной промышленности Донецкой Народной Республики. Перечень ссылок 1. НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 23.12.2015 № 527, зарегистрирован в Министерстве юстиции ДНР 21.01.2016 под № 903).

2. НПАОТ 0.00-1.23-20 Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора и хлорсодержащих сред (утверждены приказом Гортехнадзора ДНР от 28.05.2020 № 298, зарегистрированы в Министерстве юстиции ДНР 17.06.2020 под № 3899).

3. ПОТ Р М-025-2002 Межотраслевые правила по охране труда при эксплуатации водопроводно-канализационного хозяйства (утверждены 36

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

постановлением Министерства труда и социального развития Российской Федерации от 16.08.2002 г. № 61).

4. НПАОП 40.1-1.21-98 Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей (утверждены приказом Госнадзорохрантруда Украины от 09.01.1998г. № 4, зарегистрированы в Министерстве юстиции Украины 10.02.1998 под №93/2533).

37

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.775

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБОГАЩЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ НА КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ СТОЛАХ Корчевский А.Н., Самойлик В.Г., Холодов К.А. ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. Рассмотрены основные параметры, влияющие на процесс разделения материала на концентрационном столе. Проанализированы возможные диапазоны их изменений и характер воздействия на эффективность процесса сепарации.

Annotation. The main parameters affecting the process of separating the material on the concentration table are considered. The possible ranges of their changes and the nature of the impact on the efficiency of the separation process are analyzed. Ключевые слова: концентрационный стол, амплитуда колебаний, угол наклона, производительность Key words: concentration table, vibration amplitude, tilt angle, productivity Донецкий каменноугольный бассейн – один из основных угольных регионов, где добывается каменный уголь, который используется в качестве энергетического топлива или является исходным сырьем для получения кокса. 310 угольных пластов залегает в угленосной толще Донбасса. К отложениям нижнего карбона относятся 95 пластов, к среднему карбону – 200 пластов, к верхнему карбону – 15 пластов. Из них 120 пластов достигают рабочей мощности. Для получения кондиционных по качеству продуктов добытый в шахтах уголь направляется на обогатительные фабрики. Технологический цикл переработки рядового угля предусматривает применение мокрых методов обогащения, операций по классификации и обезвоживанию промежуточных и конечных продуктов. Всё это способствует увеличению содержания мелких классов в перерабатываемом угле. Учитывая всё возрастающее содержание мелочи в исходном угле, связанное с механизацией 38

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

угледобычи, проблема эффективного обгащения угольных шламов на обогатительных фабриках приобретает важное значение. В настоящее время для обогащения мелко-зернистых материалов применяются следующие типы обогатительного оборудования: винтовые сепараторы – для класса 1,0-3,0 мм, винтовые шлюзы – для материала крупностью 0,5-1,0 мм, флотационные машины – для класса крупностью менее 0,5 мм, концентрационные столы – для класса 0,1-3(6) мм [1]. Обогащение на концентрационных столах – процесс разделения твёрдых частиц по плотности в тонком слое воды, текущей по слабо наклоненной деке, которая выполняет возвратно-поступательные движения в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения воды. На концентрационных столах можно легко и быстро изменять показатели качества продуктов и выдавать концентраты с высоким содержанием полезных компонентов. Процесс концентрации на столах легко регулируется, позволяет визуально оценивать характер и качество веерного разделения. Основными параметрами, влияющими на процесс разделения материала, являются производительность концентрационного стола, амплитуда и частота колебаний деки, углы поперечного и продольного наклона, количество смывной воды, система нарифлений. Такой совокупности управляющих факторов не имеет ни одна из машин, применяемых для обогащения шламов. Благодаря уникальной возможности управления перечисленными факторами достигается максимально высокая технологическая эффективность разделения разнообразного сырья, включая угольные шламы илонакопителей. Кроме того, при обогащении на концентрационных столах происходит эффективное обессеривание угля – снижение содержания пиритной серы в 2-3 раза. Остановимся более подробно на факторах и параметрах, оказывающих влияние на работу концентрационных столов. Плотность питания. Производительность стола является функцией плотности пульпы питания. Пульпу необходимо поддерживать достаточно жидкой, чтобы допустить эффективное расслоение и распределение между рифлями. Максимальная плотность пульпы, допускающая эффективную сепарацию, может быть определена только экспериментально. Обычно необходимое содержание твёрдого при переработке 39

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

зернистых песков составляет менее 25%, в то время как для шламов – 30%. Амплитуда и частота колебаний деки стола. Амплитуда и частота хода являются главными по важности как в механизме разрыхления постели и расслоении, так и в транспортировании частиц. Увеличенная подвижность деки, вызываемая повышением амплитуды, способствует разрыхлению постели и, следовательно, расслоению. Избыточная частота приводит к противоположной ситуации. Обычно большая амплитуда при относительно низкой частоте колебаний предпочтительна для грубого питания, и наоборот – для тонкого. Углы поперечного и продольного наклона деки. Поперечный наклон обычно устанавливается на минимальном уровне, при котором можно достичь хорошего распределения материала на деке. Увеличение транспортирующей способности увеличением поперечного наклона повышает производительность стола, а также эеономит воду, но приводит к сужению полос различных продуктов на хвостовом конце и затрудняет точное их отсечение. Продольный наклон ограниченно влияет на процесс сепарации, особенно между рифлями. В основном он оказывает влияние на транспортирующую способность. Угол продольного наклона определяется крупностью и плотностью питания: его необходимо увеличивать для грубого материала с повышенной плотностью питания. Смывная вода. Смывную воду необходимо применять в достаточных количествах для образования подвижного тонкого слоя на поверхности стола с глубиной, достаточной для покрытия самых крупных частиц. Выше этого значения транспортирование материала может быть достигнуто или увеличением объема смывной воды при том же наклоне, или увеличением её скорости путём увеличения поперечного наклона. Повышение транспортирующей способности увеличением поперечного наклона уменьшает потребность в воде, но сужает полосы различных продуктов у концентратного конца и затрудняет их точное разделение. Это допустимо в основных операциях, но когда нужны чистые продукты, как при перечистке, предпочтительнее добавить больше воды. Расход воды при переработке шламов исключительно высокий вследствие того, что масса шлама на один стол низкая, но определенный минимальный расход воды необходим 40

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

для поддержания однородного движущегося слоя потока, и тонкие частицы, которые прочно прилипают к гладкой поверхности деки, требуют длительного промывания для их удаления. Важно обеспечить, чтобы вода не прокладывала каналы поперек стола и таким образом не мешала качественном расслоению [2]. Смывная вода должна быть чистой. При использовании оборотной воды следует позаботиться о том, чтобы она не содержала вредных шламов, так как они быстро нарушают эффективную работу стола. Система нарифлений. На поверхности деки тип рифлей имеет три основные функции: удерживать тяжёлые частицы на деке; передавать расслаивающее действие деки пульпе как можно более эффективно; придавать поперечном потока определенную турбулентность для классификации материала в пространстве между рифлями и вымывания настолько полно, как это возможно для тонких легких частиц, которые имеют тенденцию захватываться с крупными тяжёлыми частицами. Частично рифленые деки наиболее пригодны для обработки природно или искусственно классифицированного питания и для перечистки. Полностью рифленые деки более пригодны для обработки классифицированного по крупности питания. Выводы 1. Учитывая количество шламов, которые находятся сейчас в отстойниках и илонакопителях Донбасса, промышленность ищет альтернативные методы их обогащенного и переработки. Одним из таких методов является обогащение на концентрационных столах.

2. Концентрационные столы могут быть использованы для обогащения шламов любых минералов широкого диапазона крупности. Чем больше разница в плотностях отделяемых зёрен, тем лучше проходит сепарация ценного компонента от отходов.

3. По количеству параметров регулирования процесса концентрационные столы идут впереди всех обогатительных агрегатов и машин, что позволяет очень чётко наладить работу стола под конкретный вид материала. Перечень ссылок 1. Полулях. А.Д. Особенности современных технологий углеобогащения // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб., вып. 17(58), 2003. – С.3-6.

2. Берт Р.О. Технология гравитационного обогащения. – М.: Недра, 1990. – 574 с.

41

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.831.3

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ ТРЕЩИНОВАТОГО УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Е. В. Базарова, Н. Н. Палейчук ГОУ ВО ЛНР «ДОНБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ», г. Алчевск, ЛНР В статье рассмотрены результаты исследования напряженнодеформированного состояния призабойной части угольного пласта, разбитого кливажными трещинами в плоскости пласта различной ориентации в условиях работы выемочной машины. Получена зависимость горизонтальных перемещений и эквивалентных напряжений от ориентации трещин.

The article discusses the results of the study of the stress-strain state of the bottom-hole part of the coal seam, broken by cleavage cracks in the plane of the seam of various orientations under the operating conditions of the mining machine. The dependence of horizontal displacements and equivalent stresses on the orientation of cracks is obtained. Ключевые слова: угольный пласт, призабойная часть, кливажная трещина, напряженно-деформированное состояние.

Keywords: coal seam, bottom hole, cleat crack, stress-strain state. На напряженно-деформированное состояние призабойного углепородного массива влияет большое количество горно-, гидрогеологических и инженерно-технических факторов, среди которых следует выделить следующие: физико-механические свойства пород и угля, длина лавы, ширина захвата исполнительного органа выемочной машины, вынимаемая мощность пласта, угол падения пласта, наличие и параметры геологических нарушений, ориентация и густота трещин и др. [1-3]. На стадии проектирования горных работ большинство вышеперечисленных факторов учитывается при выборе схемы подготовки и системы разработки участка угольного месторождения. Однако, в условиях современного состояния рынка энергоносителей, необходимо таким образом учитывать геологические факторы, чтобы облегчить процесс выемки и, по возможности, минимизировать расход энергоресурсов. Этого можно достичь, ориентировав

42

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

направление отработки лавы под определенным углом к направлению системы основной природной трещиноватости. Параметры направления очистной выемки по отношению к элементам трещиноватости обосновываются в результате численного моделирования с использованием метода конечных элементов. Моделирование осуществлялось при помощи программного комплекса Лира. Конечно-элементная модель является плоской, что снижает точность полученных результатов, однако позволяет определить характер НДС при различной ориентации системы трещин, что для решения данной задачи является достаточным. Объектом моделирования является участок угольного массива, где непосредственно происходит процесс выемки угля при помощи выемочной машины. Для определения влияния трещиноватости на эффективность разрушения угля исполнительным органом выемочной машины рассмотрим плоскость его работы, сопоставив перемещения участка массива при различных углах ориентации основной системы трещин. Схема объекта моделирования представлена на рис. 1. Трещины моделировались как геометрические тела (пустоты), вокруг которых построена сетка конечных элементов. Поскольку процесс резания в ПК Лира смоделировать невозможно, к плоскости работы исполнительного органа была приложена статическая нагрузка N, имитирующая работу струга, либо тяговое усилие комбайна, численно равная 250 кН – тяговому усилию комбайна 1ГШ68. Физико-механические свойства угля принимались следующими [2]: плотность г = 1,8 т/м3, предел прочности на сжатие ус = 25,3 МПа, предел прочности на растяжение ур = 3,6 МПа, модуль деформации Е = 5 200 МПа, коэффициент Пуассона н = 0,3. Граничные условия в области I – связи по всем направлениям, в области II – разрешены перемещения по осям x, y и повороты вокруг оси z. Кроме того, на всей левой, правой и нижней границах были запрещены перемещения по всем направлениям. Рассматривалось несколько вариантов расчетной схемы, параметры НДС которой определялись для следующих значений углов б расположения трещин по отношению к горизонтальной плоскости: 0°, 10°, 20°, 30°, 40°, 45°, 50°, 60°, 70°, 80°, 90°, 100°, 120°, 130° и 150°. Расстояние между трещинами л принималось равным 0,3 м и одинаковым для всех вариантов расчетной схемы. Такое разнообразие вариантов расчетной схемы позволит объективно и в широком диапазоне изменений углов оценить возможность оптимизации ориентировки очистной выемки относительно направления трещин угольного пласта.

43

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Рис. 1. Расчетная схема численной модели: I – область, перемещения в которой запрещены, II – область, в которой запрещены перемещения левой и нижней границ, б – угол наклона трещины к горизонтальной плоскости, л – расстояние между трещинами, N – статическая распределенная нагрузка. Изополя горизонтальных перемещений при различной ориентации трещин приведены на рис. 2. Анализируя изополя перемещений при ориентировке трещин под углом 20° к горизонтали (рис. 2, а) можно сделать следующие выводы: максимальные значения (до 3,35 мм) перемещений по оси x наблюдаются практически по всей плоскости непосредственной работы исполнительного органа выемочной машины с шириной захвата r на глубину, в среднем, до 0,5r, что способствует облегчению процесса выемки и снижению ее удельной энергоемкости. За счет формирования плоскости скольжения по трещинам.

Рис. 2. Фрагменты результатов численного моделирования при определении характера и величины перемещений вдоль оси х при углах б: а – 20°, б – 45°, в – 90°. При ориентировке трещин под углом 45° к горизонтали (рис. 2, б) максимальные значения Ux наблюдаются в центральной части 44

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

плоскости непосредственной работы исполнительного органа комбайна на глубину до 0,46 r. Длина плоскости скольжения трещин при таком варианте на 25-30% меньше, чем в предыдущем варианте схеме (рис. 2, а). Максимума (1, 96 мм) горизонтальные перемещения в схеме при ориентировке трещин под углом 90° (рис. 2, в) достигают у основания исполнительного органа выемочной машины и распространяются вглубь массива на величину, равную расстоянию до первой трещины. Т.е., при такой ориентировке плоскости очистного забоя основную роль в снижении удельной энергоемкости процесса выемки играет расстояние между трещинами. На рис. 3 представлены зависимости параметров НДС от угла отклонения трещин относительно горизонтали.

Рис. 3. Влияние угла б отклонения основной системы трещин от горизонтали на напряженно-деформированное состояние угольного пласта: а – максимальные значения горизонтальных перемещений, б – максимальные значения эквивалентных напряжений Как следует из рис. 3 максимальные значения горизонтальных перемещений и эквивалентных напряжений (842 кПа) наблюдаются в схеме с ориентировкой трещин кливажа под углом 20° к горизонтали, что обусловлено наличием плоскости скольжения, которая способствует процессу отделения угля от массива не только при помощи резцов, но и осевым усилием, создаваемым системой перемещения выемочной машины. Минимальные значения перемещений Ux соответствуют углам б = 0° и 150°. При б = 0° рабочая плоскость исполнительного органа выемочной машины находится под прямым углом к кливажным трещинам, что, исходя из производственной практики, не способствует облегчению процесса 45

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

выемки, т.к. разрушение угля происходит лишь на глубину внедрения резцов исполнительного органа выемочной машины. При б = 130° и 150° в призабойной зоне формируется угольный клин, который также не способствует облегчению процессу отделения угля. Выводы Как видно из представленных результатов, ориентировка основной системы трещин оказывает существенное и нелинейное влияние на НДС угольного массива, что может быть использовано при проектировании ориентировки выемочных полей и очистных забоев в глубоких антрацитовых шахтах Донбасса.

Перечень ссылок 1. Факторы, влияющие на выбор системы разработки и ее параметры. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://computerchoppers.ru/tehnologiyagornogo-proizvodstva/2120-faktory-vliyayuschie-na-vybor-sistemy-razrabotki-i-eeparametry-chast-2.html.

2. Должиков, П. Н. Устойчивость выработок в интенсивно трещиноватых породах глубоких шахт : Монография / П. Н. Должиков, А. Э. Кипко, Н. Н. Палейчук. – Донецк : Світ книги, 2012. – 220 с.

3. Пронский, Д. В. О влиянии пространственной ориентации кливажа на напряженно-деформированное состояние призабойного массива / Д. В. Пронский, Н. Н. Палейчук, О. А. Рыжикова // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. – 2015. – Вып. 5 (45). – С. 29-35.

46

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.24.05

К ВОПРОСУ ОБ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ТЕХНИКИ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН МАЛОГО ДИАМЕТРА А.Ю. Грицаенко, И.В. Купенко, Н.Д. Барсук, ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» г. Донецк, ДНР Аннотация. Изучены вопросы совершенствования техники ударновращательного бурения шпуров и скважин малого диаметра. Предложен новый тип одношарошечных буровых долот с повышенной производительностью. Приведены результаты экспериментальных исследований характеристик долот диаметром 38 мм с ультразвуковыми колебательными системами. Доказано повышение эффективности и снижение энергоёмкости бурения за счёт наложения ультразвуковых колебаний.

Annotation. The article is devoted to study techniques for improving rotating drilling of wells and small diameter boreholes with single-cone drill bits. A new type of drill bit with increased productivity is proposed.

The results of experimental studies for 38 mm single-cone drill-bit with ultrasonic oscillatory systems are given. Shown, that imposition of ultrasound oscillations allowed to increase efficiency and reduce the energy consumption of drilling process. Ключевые слова: бурение, шарошечное долото, высокочастотные колебания, ультразвук.

Keywords: rotating drilling, single-cone drill bit, small diameter borehole, ultrasound. Необходимость бурения шпуров и скважин при проведении горных выработок на больших глубинах заставляет разрабатывать новый буровой инструмент и способы бурения. Ранее в работах [1, 2] был предложен новый тип одношарошечного бурового долота (ШД) с вертикальной цапфой (рис. 1). При вращении корпуса такого долота усилие передаётся непосредственно на шарошку и преобразуется в момент воздействия зубков шарошки на забой более эффективно, чем при использовании долота с наклонной цапфой (рис. 1). При этом эффективность предложенного «двухопорного способа» бурения новым долотом в 1,5-1,7 раза выше, чем при использовании трёхшарошечного долота или одношарошечного долота с наклонной цапфой [3,4,5,6].

47

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

В свою очередь для достижения высоких показателей по скорости внедрения в породу усилие подачи на забой одношарошечного долота (осевая нагрузка) должно быть достаточно велико, от 10 до 60 кН в зависимости от диаметра долота. Это накладывает серьезные ограничения на конструкционные материалы, применяемые для изготовления подобного инструмента. И хотя измеренный в [3] момент воздействия зубков на породу при перекатывании шарошки обеспечивает требуемое разрушение породы по всему забою, но дискретность разрушения носит спорадический характер.

а б в Рис. 1. Одношарошечное долото с наклонной (а, б) и вертикальной (в) цапфой Это обусловлено неравномерностью порождаемых шарошкой в сечении забоя растягивающих и касательных напряжений, благодаря которым рвутся связи между зернами вещества. Ведь известно, что наибольшее сопротивление разрушению горные породы оказывают в случае сжатия, а наименьшее - в случае растяжения. Поэтому для решения задачи усиления сложного дробящескалывающего действия одношарошечного долота и одновременного снижения усилия подачи предлагается разместить в теле долота пьезокерамический или магнитострикционный излучатель. Наложение высокочастотных продольных колебаний наряду с вращательным движением долота увеличивает скорость бурения по твёрдым породам в 1,5-2 раза. При этом наиболее оптимальным считается резонасный режим вынужденных колебаний резонатора. Конструкция подобного долота представлена на рис. 2. Изготовление и охлаждение подобного инструмента ставит ряд технических трудностей. Поэтому были изготовлены опытные 48

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

образцы долот, где ультразвуковой излучатель встраивался в бурильную штангу непосредственно над долотом. Ультразвуковая энергия высокочастотных продольных колебаний при этом передаётся к забою через волновод, которым служит корпус долота, рис. 3. Для питания пьезокерамических излучателей было изготовлено несколько вариантов силовых высокочастотных генераторов мощностью от 2 до 4 кВт с автоподстройкой частоты в диапазоне 30 – 40 кГц.

Рис. 2. Одношарошечное долото с вертикальной цапфой, выполненной заодно с концентратором пьезокерамического излучателя Изготовление и охлаждение подобного инструмента ставит ряд технических трудностей. Поэтому были изготовлены опытные образцы долот, где ультразвуковой излучатель встраивался в бурильную штангу непосредственно над долотом. Ультразвуковая энергия высокочастотных продольных колебаний при этом передаётся к забою через волновод, которым служит корпус долота, рис. 3. Для питания пьезокерамических излучателей было изготовлено несколько вариантов силовых высокочастотных генераторов мощностью от 2 до 4 кВт с автоподстройкой частоты в диапазоне 30 – 40 кГц.

а б Рис. 3. Схема наложения ультразвуковых колебаний на одношарошечное долото с вертикальной цапфой в лабораторной установке (а) и фотографии исследуемых долот (б) 49

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

На фотографиях рис. 4 показан первый вариант УЗ генератора мощностью 2 кВт с системой согласования выходного каскада на IGBT транзисторах и комплексной нагрузки, которую представляет собой пьезокерамический излучатель. Генератор с АПЧ на фотографиях рис. 5.

а б Рис. 4. УЗ генератор мощностью 2 кВт (а) и простая система согласования выхода генератора с пьезокерамическим излучателем (б)

а б Рис. 5. УЗ генератор мощностью 4кВт (а) и осциллограмма тока на выходе (б). На осциллограмме видны моменты коммутации транзисторов силового моста. Ток, потребляемый пьезокерамическим излучателем, синусоидальный В лабораторных условиях было проведено пробное бурение образцов из породы средней крепости на глубину от 20 до 40 см. На рис. 6 приведены сравнительные данные бурения шарошечным долотом с вертикальной цапфой (ШД) и тем же долотом, но с наложением ультразвуковых колебаний частотой 31-36 кГц (ШДУ)

50

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

амплитудой 15-30 мкм. Графики подтверждают прогнозируемый рост скорости бурения без промывки.

а

б в Рис. 6. Зависимость скорости бурения ШД (а) и характеристики процесса бурения для долот без наложения УЗ колебаний (б) и с наложением (в) Разработка подобного инструмента – это решение проблемы бурения шпуров малого диаметра в выбросоопасных условиях. С использованием нового способа бурения, основанном на преобразовании момента вращения корпуса долота в момент воздействия зубков буровой головки с поворотом плоскости и ультразвуковыми колебаниями позволяет уменьшить вибрации бурового станка и увеличить скорость бурения, уменьшив при этом энергозатраты. Вывод. Проведённое исследование показывает, что воздействие ультразвука на призабойное пространство во время бурения шпуров малых диаметров позволяет с большей эффективностью разрушать горную породу, чем достигается повышение скорости бурения и снижение энергозатрат. В то же время сложность 51

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

изготовления описанного породоразрушающего инструмента и надежного электронного оборудования, а также необходимость реализации стабильной САР, ставят ряд сопутствующих задач высокой сложности. Перечень ссылок 1. Исследование отраженного сигнала, как показателя эффективности разрушения горной породы при бурении / Грицаенко А.Ю. [и др.] // Проблемы недропользования: междунар. форум-конкурс молодых ученых, 18-20 апреля 2018 г.: сборник науч. тр. Часть І. – Санкт-Петербург, 2018. – С. 150–153.

2. Грицаенко, А.Ю. Исследование эффективности разрушения горной породы при бурении / А.Ю. Грицаенко, С.В. Борщевский, С.В. Кононыхин, И.В. Купенко // Проблемы горного давления [Электронный ресурс]. – Донецк: ГОУВПО «ДОННТУ».

– 2017.

– №1 (32).

– С.

46–60.

URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35688798 (дата обращения 21.05.2021 г.).

3. Исследование кинематики зубков одношарошечного долота с вертикальной цапфой / А. Ю. Грицаенко [и др.] // Инновационные перспективы Донбасса [Электронный ресурс]: материалы 4-й международной научнопрактической конференции, 22-25 мая 2018 г., г. Донецк. Т. 1 : Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве / ГОУВПО "ДОННТУ" и др. ; редкол.: Е.В. Горохов и др. - Донецк : ГОУВПО "ДОННТУ", 2018. - С. 122-129.

URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=36280829 (дата обращения 21.05.2021 г.).

4. Исследование технологических и динамических параметров бурения в зависимости от режимных для различных шарошечных долот / А. Ю. Грицаенко [и др.] // Инновационные перспективы Донбасса [Электронный ресурс] : материалы 5-й международной научно-практической конференции, 21-23 мая 2019 г., г. Донецк. Т. 1 : Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве / ГОУВПО "ДОННТУ" и др. ; редкол.: Е.В. Горохов и др. - Донецк : ГОУВПО "ДОННТУ", 2019. - С. 190-199. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=42453907 (дата обращения 21.05.2021 г.).

5. Грицаенко, А.Ю. К вопросу об эффективности бурения шпуров и скважин малого диаметра / А.Ю. Грицаенко, С.В. Борщевский, С.В. Кононыхин, И.В. Купенко // Россия молодая: Сборник материалов XII Всерос. научнопрактической конференции с международным участием, 21-24 апр. 2020 г., Кемерово [Электронный ресурс], ФГБОУ ВО «Кузбас. гос. техн. ун-т им. Т. Ф. Горбачева»; редкол.: C. Г. Костюк (отв. ред.) [и др.]. – Кемерово, 2020. – С.

10313.1–10313.5. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44179180 (дата обращения 21.05.2021 г.).

6. Gritsaenko A.J., Kononychin S.V., Borshevsky S.V., Kupenko I.V. Comparative Studies of Drilling Efficiency for Small Diameter Boreholes with Two Different Drilling Methods. Topical Issues of Rational Use of Natural Resources: Proceedings of the international forum-contest of young researches, May 13-17, 2019, St. Petersburg, Russia, 2020., vol. 1, pp. 368–377. Available at: https://online.vitalsource.com/#/books/9781000041897/cfi/220!/4/2@100:0.00 .

52

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.831.322:63

О НЕОБХОДИМОСТИ КОРРЕКТИРОВКИ МИНИМАЛЬНЫХ ГЛУБИН И НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ПРОЯВЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГЛЕЙ В ДОНБАССЕ А. Г. Радченко 1, Н. Н. Киселев 1, С. М. Федотов1, Л. В. Гетманец1, А. А. Радченко 2 1 – Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела, ул. Челюскинцев, д. 291, г. Донецк, 283004, ДНР 2–Донбасская национальная академия архитектуры и строительства, ул. Державина, д. 2, г. Макеевка, 286123, ДНР

53

Аннотация. В статье предложены новые скорректированные значения: а) нижней границы проявления внезапных выбросов угля и газа для углей низкой стадии метаморфизма; б) минимальных глубин проявления внезапных выбросов угля и газа для углей разных стадий метаморфизма.

Annotation. The article proposes new corrected values: a) the lower limit of the manifestation of sudden emissions of coal and gas for coals of a low stage of metamorphism; b) the minimum depths of the manifestation of sudden emissions of coal and gas for coals of different stages of metamorphism Ключевые слова: внезапные выбросы угля и газа, нижняя граница выбросов угля и газа, степень метаморфизма, минимальные глубины, комплексный показатель степени метаморфизма углей, статистический анализ.

Keywords: sudden coal and gas emissions, the lower limit of coal and gas emissions, the degree of metamorphism, minimum depths, a complex indicator of the degree of coal metamorphism, statistical analysis. В настоящее время ведение горных работ на шахтах Донбасса на выбросоопасных пластах регламентируется нормативным документом [1]. Согласно [1], определение категории выбросоопасности угольного пласта осуществляется по комплексному показателю степени метаморфизма углей – М, который для углей с выходом летучих веществ V daf > 29 % определяется по формуле (1): 53

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

где Vdaf – весовой выход летучих веществ,% ; у – толщина пластического слоя, мм. Для углей с выходом летучих веществ Vdaf = 29 % ÷ 9 % показатель М рассчитывается по формуле (2): (2) По данным [1], к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа относят шахтопласты с глубин разработки, указанных в таблице 1. Таблица 1 – Показатели отнесения пластов к угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа согласно [1] Выход летучих веществ Vdaf, % Больше 29 54

От 9 до 29

Комплексный показатель степени метаморфизма угля М, у. е. от 26,3 до 27,7 от 24,5 до 26,2 от 23,7 до 27,6 от 17,6 до 23,6 от 13,5 до 17,5 от 9,0 до 13,4

меньше 9 (но lg ρ > 3,3)

Природная газоносность пласта Хпр, 3 м /т. с. б. м.

8 и больше 9 и больше 9 и больше 11 и больше 12 и больше 13 и больше 15 и больше

Глубина Нмин, м 400 380 380 320 270 230 150

Рассмотренный способ допускает ошибки 1- го рода, т. е. когда выбросоопасный пласт относят к неопасным по выбросам угля и газа. Это связано с рядом следующих причин: – при определении Нмин отсутствует дифференциация шахтопластов по углам падения и как следствие для отдельных групп метаморфизма значения минимальных глубин – Н мин , с которых пласт необходимо отнести к угрожаемым по выбросам угля и газа приведены ошибочно; – нижняя граница проявления внезапных выбросов угля и газа для углей низкой стадии метаморфизма указана ошибочно в связи с недостаточной изученностью существующих фактических статистических данных о выбросах. Выше указанные ошибки явились причиной ряда аварий со смертельным травматизмом на шахтах Донбасса. Таким образом, су54

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

ществующий нормативный способ ведения регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов [1] не обеспечивает необходимый уровень безопасного ведения горных работ на шахтах Донбасса. Поэтому, целями настоящей работы являются: а) установление объективной нижней границы проявления внезапных выбросов угля и газа – (Гн) на шахтах Донбасса; б) определение достоверных значений минимальных глубин проявления внезапных выбросов - Н мин на шахтах Донбасса с учетом углов падения шахтопластов. По данным [2] был выполнен статистический анализ внезапных выбросов угля и газа, которые произошли за период 1946 – 2007 гг. Всего было проанализировано 2442 выброса. В таблице 2 приведены внезапные выбросы угля и газа, произошедшие в Донбассе при V daf 39,0 %. Таблица 2 – Внезапные выбросы угля и газа, произошедшие в Донбассе при V daf 39,0 %.

55

Производственное объединение, шахта «Дзержинскуголь», ш. «Новая» «Артемуголь», ш. «Комсомолец» «Артемуголь», ш. им. В. И. Ленина «Артемуголь», ш. «Комсомолец» «Дзержинскуголь», ш/у «Новое», ш. «Новая Валюга», запад «Дзержинскуголь», ш. «Торецкая» «Дзержинскуголь», ш/у «Ново-Дзержинское», ш. № 10 «Первомайскуголь», ш. «Горская»

пласт: символ, название n 1– Валюга m15 – Грицынка m15 – Грицынка m 7– Шевелевка n 1– Валюга

мощность: m, м Vdaf угол падения: ,% α, град m = 0, 52 м; α = 72 0 39,6 m = 0, 60 м; α = 60 0.

39,3 m = 0, 65 м; α = 47 0.

39,5 m = 0, 62 м; α = 55 0 – 58 0.

39,9 m = 1,12 м; α = 58 0 – 60 0 40,9

m 3– Толстый m 1-н 6 – Аршинка

m = 0,80 м; α = 270 – 310 m = 0,50 м; α = 440 – 460

К 8– Толстый

m = 1,75 м; α=60

Глубина: Н, м 620,0м Н=740,0 – 850,0 м 860,0м Н=740,0 – 850,0 м 614,0 м

42,6 40,0

610, 0 м 380,0 м

41,0

970, 0 м

В результате выполненного статистического анализа была установлена новая нижняя граница проявления внезапных выбросов угля и газа в Донбассе. Для Донбасса определены следующие граничные условия проявления внезапных выбросов угля и газа: а) весовой вы55

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

ход летучих веществ – V daf ≤ 43, %; б) природная газоносность пласта - Хпр. ≥ 8,0 м3 ⁄ т. с. б. м.; в) толщина пластического слоя - у ≥ 6,0 мм. Выполненный статистический анализ внезапных выбросов угля и газа с дифференциацией шахтопластов по углам падения показал, что минимальные фактические глубины проявления внезапных выбросов – Н мин факт (рис. 1, график 2) не совпадают с минимальными нормативными глубинами проявления внезапных выбросов – Нмин норм (рис. 1, график 1). Из рисунка 1 следует, что необходимо выполнить корректировку значений минимальных нормативных глубин - (Нмин норм) проявления внезапных выбросов на шахтах Донбасса: 1) на пологом падении в диапазоне значений V daf = 9,0 – 2,0 %; 2) на наклонном + крутом падениях в диапазоне значений V daf = 43,0 – 20,0 %.

56

1– минимальные нормативные глубины проявления внезапных выбросов -Нмин норм, м (график 1); 2 – минимальные фактические глубины проявления внезапных выбросов-Н мин факт, м (график 2); 3 – диапазон значений V daf, % в котором допускаются ошибки Рисунок 1– Минимальные глубины проявления внезапных выбросов угля и газа на шахтах Донбасса: а) пологое падение; б) наклонное +крутое падения

56

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

В результате обобщения опыта ведения горных работ на шахтах Донбасса [3, 4] и на основании выполненного статистического анализа внезапных выбросов угля и газа предложены новые значения минимальных глубин проявления внезапных выбросов угля и газа на шахтах Донбасса – Нмин рек (таблица 3). Таблица 3 – Рекомендуемые минимальные глубины проявления внезапных выбросов угля и газа - Нмин рек , м на шахтах Донбасса для углей различного марочного состава

Группы метаморфизма Значения Vdaf, %

1- я > 35,0

2- я

3- я

35,0 29,1

5- я

6- я

7- я

29,0- 25,0 -

18,0 -

13,0 -

≤

25,1

13,1

9,1

9,0

Пологое 57

Нмин, пол., м - факт Нмин , м - норма-

тивные [1]

Н мин рек, м - Реко-

мендуемые

4- я

18,1

падение

617

410

487

310

286

254

106

400

380

320

270

230

230

150

420

400

300

280

240

210

100

Наклонное + крутое падения Нмин, нак+кр,м -факт Нмин , м- норма-

тивные [1]

Н мин рек, м –Рекомендуемые

360

374

320

256

314

286

190

400

380

320

270

230

230

150

350

340

280

240

250

210

150

Выводы 1. Существующий нормативный способ ведения регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов [1] не обеспечивает необходимый уровень безопасного ведения горных работ на шахтах Донбасса.

2. Для Донбасса определены граничные условия проявления внезапных выбросов угля и газа для углей низкой стадии метаморфизма: Vdaf ≤ 43, %; Хпр. ≥ 8,0 м3 ⁄ т. с. б. м.; у ≥ 6,0 мм.

3. Предложены значения минимальных глубин проявления внезапных выбросов угля и газа – Нмин.рек , применение которых позволит повысить уровень безопасного ведения горных работ на шахтах Донбасса.

57

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

4. В дальнейшем для шахт Донбасса рекомендуется применять более надежный способ ведения регионального прогноза выбросоопасности угольных пластов -[5]. Перечень ссылок 1. СОУ 10.1.00174088.011 – 2005 Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям [Текст] / Киев: Минуглепром Украины, 2005. – 225 с.

2. Выбросы угля, породы в шахтах Донбасса в 1906 – 2007 г. г., справочник [Текст] / Н. Е. Волошин, Л. А. Вайнштейн, А. М. Брюханов [и др.] // Донецк: СПД Дмитренко , 2008. – 920 с.

3. Минеев, С. П. Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных угольных пластах: [монография], [Текст] / С. П. Минеев, А. А. Рубинский, О. В. Витушко, А. Г. Радченко // Донецк: ООО «Східний видавничий дім», 2010.

603 с.

4. Анциферов, А. В. Внезапные выбросы угля и газа в сложных горно – геологических условиях (обзор) [Текст] / А. В. Анциферов, Л. А. Камбурова, Н. Н. Киселев, А. Г. Радченко, О. Л. Шалованов, А. А. Радченко // Труды РАНИМИ: сб. научн. трудов. Донецк, 2018. № 6 (21), С. 272-301.

5. Патент на корисну модель № 75981 Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів. Номер заявки: U 2012 04854, МПК (2012.01), Е 21F 5 ⁄ 00. В. О. Канін, М. М. Кисельов, В. П. Коптіков, О. Г. Радченко, О. О. Радченко. Дата публікації: 25.12.2012, Бюл. № 24.

58

58

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622. 232. 522. 24

ИЗМЕНЕНИЕ СИЛЫ УДАРА ГИДРОИМПУЛЬСНОЙ СТРУИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА О.А. Геммерлинг, Ю.А. Котов ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР В работе рассмотрены вопросы по определению потерь энергии гидроимпульсной струи при ее движении через слой разрушенного угля и по воздушной среде. Ключевые слова: импульсная струя, давление, генератор импульсной струи, разрушение угля Inarticleareconsideredtheproblemsondefinitionofpowerlossesofanimpulseje twhenitmovesthrough a layerofdestroyedcoalandthroughtheair Keywords:pulsejet, pressure, generatorofpulsejet, destructioncoal Гидравлическое разрушение угля является перспективнымспособом выемки угля в Донбассе. Гидроимпульсная струя не взаимодействует непосредственно с угольным пластом, что приводит к повышению безопасности выемки угля, за счет значительного снижения вероятности возникновения внезапного выброса угля и газа, также повышаются технико-экономические показатели выемки угля по сравнению с используемыми очистными комбайнами и струговыми установками. Гидроимпульсную выемку угля будем осуществлять на тонких и весьма тонких пологих, наклонных и крутонаклонных пластах со сложными горно-геологическими условиями мощностью от 0,4 до 1,5м,сопротивляемостью угля резанию до 150 кН/м.В основу установки для выемки угля положен генератор импульсной струи (ГИС) [1], разработанный в Донецком национальном техническом университете и предназначенный для преобразования стационарного потока воды с расходом до5м3/ч) давления 30МПа в импульсный поток, с расходом 60-90м3/ч и давлением 25МПа [1]. Гидроимпульсная установка [1] устанавливается на скребковый конвейер в очистном забое и совершает возвратно-поступательное движение вдоль лавы, нарезая при этом врубовую щель длиной до 1м, согласно исследований [2, 3], для достижения данной длины необходимо до десяти проходов гидроимпульсной установки.

59

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Поднимая ствол с насадкой на необходимый угол, который зависит от крепости угля, трещиноватости, метанообильности и других факторов, будем нарезать следующую врубовую щель (см. рис. 1). Для мощности угольного пласта до 1м обычно требуется до трех врубовых щелей [3]. Под действием силы тяжести происходит обрушение межщелевых целиков угля и после происходит погрузка разрушенного угля на скребковый конвейер путем его задвижки (перемещения в сторону угольного забоя) Влажность угля разрушенного гидроимпульсной установкой не превышает 10%, поэтому для его транспортирования используется все существующие на шахте виды подземного транспорта. Для обеспечения эффективного разрушения угольного пласта гидроимпульсной установкой необходимо обосновать параметры импульсной струи (сила удара, давление, диаметр насадка, частота).

Рисунок 1 – Схема разрушения угольного забоя гидроимпульсной установкой 1 – скребковый конвейер, 2 – гидроимпульсная установка с поворотнымнасадком, Н – мощность угольного пласта. При разрушении угля с помощью гидроимпульсных установок будет происходить постепенное снижение энергии удара импульсной струи. Это вызвано прохождение импульсной струи через разрушенный уголь, который находится межу очистным забоем и установкой, а также из-за взаимодействия импульсной струи с окружающим воздухом [4]. При этом происходит аэрация струи и распадение на отдельные частицы. Применительно к решаемой в работе задаче и применительно к применяемым насадкам исследуем снижение силы удара импульсной струи для слоя разрушенного угля от 0 до 0,6м и для воздушной среды от 0 до 1,5м.

60

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Определим зависимость изменения силы удара импульсной струи при прохождении через слой разрушенного угля экспериментальным путем[4]. Толщина слоя разрушенного угля изменялась от 0 до 0,6м. Экспериментальные данные приведены на рисунке 2.

♦ - диаметр насадка 12мм, ▲ - диаметр насадка 10мм,● - диаметр насадка 8мм. Рисунок 2 – Изменение силы удара гидроимпульсной струи в зависимости от толщины угольного слоя Из приведенных данных следует, что при изменении расстояния L между установкой и датчиком от 0 до 0,6м уменьшение силы удара струи подчиняется линейному закону Fу = Foу - n L , где Fоу, n – постоянные коэффициенты (см. таблицу 1). Таблица 1 – Значение коэффициентов для определения изменения силы удара импульсной струи при прохождении ее через разрушенный уголь Постоянные коэффициенты Диаметр насадка, dн, мм Foу n 8

3,35

0,026

10

5,30

0,028

12

8,14

0,038

Далее определим силу удара импульсной струи при прохождении ее по воздушной среде. Полученные данные приведены на рисунке 3.

61

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Из приведенных данный следует, чтопри изменении расстояния l между гидроимпульсной установкой и датчиком от 0 до 1,5м уменьшение силы удара струи соответствует линейному закону для всех диаметров насадков: Fв = Foв - m l ; где Fов, m – постоянные коэффициенты (см. таблицу 2).

♦ - диаметр насадка 12мм, ▲ - диаметр насадка 10мм, ● - диаметр насадка 8мм. Рисунок 3 – Изменение силы удара гидроимпульсной струи в зависимости от расстояния до насадка Таблица 2 – Значения коэффициентов для определения потерь силы удара гидроимпульсной струи при прохождении ее по воздушной среде Постоянные коэффициенты Диаметр насадкаdн, мм Fов m 8

3,50

0,40

10

6,00

0,80

12

9,60

1,50

Для удобства использования полученных результатов определим численные значения потерь силы удара гидроимпульсной струи для расстояния в 1м по воздушной среде и через слой разрушенного угля и представим полученные данные в табл. 3.

62

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Таблица 3 – Потери силы удара гидроимпульсной струи Вид Диаметр насадка dн, мм Расстояние l, м ΔF, кН ΔF, % среды 8 Воздух

Уголь

0,12

3,6

0,46

8,1

12

1,47

15,6

8

2,57

79,8

3,5

66,7

4,46

55,8

10

1

10

1

12

Выводы: 1. Потери энергии струи жидкости увеличиваются с увеличением расстояния между генератором и забоем практически по линейной зависимости для принятых на практике значений указанного расстояния. При этом интенсивность потерь энергии при прохождении по слою угля значительно больше, чем при прохождению по воздуху.

2. Полученные данные исследования будут использоваться для составления математической модели процесса взаимодействия гидроимпульсной струи установки с угольным массивом и при проектировании гидроимпульсных установок, предназначенных для работы на угольных шахтах. Перечень ссылок 1. Пат. 6173. Украина, МКИ Е21С45/00. Гидроимпульсное устройство / Тимошенко Г.М., Гулин В.В., Тимошенко В.Г., Селивра С.А. Донецк.политехн. ин-т. - № 94270971; заявл. 10.06.93.; опубл. 29.12.1994, Бюл. № 8-1.

2. Геммерлинг О. А. Установление закономерностей разрушения угольного массива импульсной струей жидкости. // Научные труды Донецкого национального технического университета. Выпуск 83. Серия: горноэлектромеханическая. - Донецк: ДонНТУ. - 2004. - С. 64-70.

3. Бойко, Н. Г. Разрушение угольного массива гидроимпульсной установкой / Н. Г. Бойко, О. А. Геммерлинг // Научные труды Донецкого национального технического университета. Выпуск 20(176). Серия: горно-электромеханическая. Донецк: ДонНТУ. - 2010 - С. 12-18.

4. Бойко, Н. Г. Потери энергии гидроимпульсной струи и ее КПД / Н. Г. Бойко, О. А. Геммерлинг // Научные труды Донецкого национального технического университета. Выпуск 51. Серия: горно-электромеханическая. - Донецк: ДонНТУ.

- 2002. - С. 37-41.

63

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.7

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПЕРЕРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ В ТОВАРНУЮ ПРОДУКЦИЮ В.Г. Самойлик, Д.С. Шамахметова ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. В статье приведена принципиальная технологическая схема комплексной переработки шламовых отстойников предприятий угольной промышленности. Рассмотрена возможность применения для процесса масляной агломерации для отделения горючей массы из угольных шламов.

Annotation. The article presents the basic technological scheme of complex processing of sludge settling tanks of coal industry enterprises. The possibility of application for the process of oil agglomeration for the separation of the combustible mass from coal slurries is considered. Ключевые слова: уголь, шлам, отстойник, обогащение, масляная агломерация, концентрат Key words: coal, sludge, sump, enrichment, oil agglomeration, concentrate При добыче и переработке угля образуются угольные шламы – мелкодисперсный и высоковлажный продукт с повышенной зольностью. Угольные шламы содержат от 30 до 86 % горючих веществ и могут использоваться как топливо. Однако их сбыт затруднен из-за мелкозернистости, высокой влажности и зольности. Кроме того, транспорт шлама в теплый период осложняется протечками и налипанием на внутренней поверхности вагонов, а в холодный период смерзанием шламов, поэтому шламы прежде всего обогащают и обезвоживают. Переработка угольных шламов, осуществляемая в настоящее время, малоэффективна. Традиционно на отечественных обогатительных фабриках угольный шлам, находящийся в шламовых водах, отделяют в пирамидальных отстойниках, в сгустительных воронках, слив которых используется как отстойная вода, возвращаемая в цикл обогащения, а сгущенный продукт обезвоживается на грохотах и осадительных центрифугах. Обезвоженный шлам добавляется к необогащенному отсеву и используется в виде некондиционного топлива, что

65

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

не является квалифицированным и рациональным применением этого продукта. Поэтому разработка новых технологических решений, направленных на эффективную переработку шламов с получением товарного продукта с улучшенными потребительскими свойствами, является актуальной и имеет большое практическое значение. Эффективным решением этой задачи может быть нетрадиционная технология комплексной переработки шламовых отстойников предприятий угольной отрасли, представленная на рис. 1.

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая схема комплексной переработки шламовых вод

66

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Первоначальным этапом утилизации шламовых вод такого качества согласно предлагаемой схемы является отделение угольной составляющей от жидкой фазы путем сгущения в поле центробежных сил [1]. В результате получаются два полупродукта – сгущенный угольный шлам, представляющий собой суспензию с содержанием твердой фазы 60-75 мас. %, и техническая вода. Отделенный угольный шлам перерабатывается в зависимости от дальнейшего применения (водоуглеродное топливо, сырье для коксования, полукоксования, твёрдые энергетические топлива и т. д.). При необходимости его можно обогатить методом масляной агломерации, так как крупность частиц угольного шлама (менее 500 мкм) не позволяет это сделать другими методами. Процесс агломерирования получил широкое распространение на предприятиях, связанных с переработкой дисперсных материалов, и обычно представляет собой технологический цикл производства, обеспечивающий получение ряда продуктов (полупродуктов), благодаря форме гранул которых, достигается улучшение их физикомеханических свойств [2]. К основным достоинствам процесса масляной агломерации можно отнести высокую селективность при разделении частиц менее 100 мкм, широкий диапазон зольности обогащаемого угля, возможность вести процесс при плотности пульпы до 600 г/л, дополнительное обезвоживание концентрата вытеснением воды маслом при образовании углемасляных гранул. Все это позволяет считать масляную агломерацию весьма перспективной при обогащении углей и угольных шламов тонких классов [3]. Принципиальная технологическая схема углемасляной агломерации (рис. 2) включает следующие основные операции: - измельчение угля до крупности менее 100 мкм; - смешение угля с водой и регулятором среды при температуре 70-80 °С; - смешение угольной суспензии со связующим, нагретым до температуры 70-80 °С; - обезвоживание полученных агломератов на грохоте. В качестве связующего возможно использование топочного мазута, газойля, химических продуктов улавливания коксохимического производства (поглотительное и антраценовое масла, полимеры бензольного отделения, кислая смолка), дизельное топливо, отработанные машинные масла и т. д.

67

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Исходный уголь

Измельчение

Смешение с водой

Агломерация

Обезвоживание

Отходы

Агломерат

Рисунок 2 – Технологические схемы масляной агломерации угля Полученный углемасляный концентрат по своим свойствам подходит для использования в процессе газификации (использование в когенеративных системах газообразного энергоносителя, полученного с использованием углемасляного концентрата), в качестве компонента композитных видов топлив. Высокая теплота сгорания концентрата – 7200-7600 ккал/кг (в зависимости от вида отходов, из которых был получен концентрат) – не исключает его применимость для энергетической промышленности. Выводы. Предлагаемая схема переработки шламов предприятий угольной отрасли позволит достигнуть следующих результатов: – расширить сырьевую базу для коксохимических производств и энергетики; – значительно улучшить экологическую обстановку в угледобывающих и углеперерабатывающих регионах; – повысить экономическую эффективность предприятий угольной отрасли. Перечень ссылок 1. Папин, А. В. Перспективы использования композиционных жидких топлив на основе углеводородсодержащих отходов / А. В. Папин, А. Ю. Игнатова, Е. С. Злобина // Ползуновский вестник. – 2015. – № 4-2. – С. 52-57.

68

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

2. Зиборов, А. П. Разработка рациональной и экологически безопасной технологии очистки шламовых отстойников угольных шахт / А. П. Зиборов, А. П. Бордий, А. И. Денисенко, В. П. Франчук, А. Н. Шломин // Горный информационноаналитический бюллетень. – 1996. – № 1. – С. 124-132.

3. Самойлик, В. Г. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие / В. Г. Самойлик. – Донецк: ООО «Східний видавничий дім», 2015. – 164 с.

69

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.273

ОСОБЕННОСТИ ДОКУМЕНТООБОРОТА НА УГЛЕДОБЫВАЮЩЕМ ПРЕДПРИЯТИИ Марасина Н.А., Фомин Ю.В. ГОУ ВПО «ДОНЕЦКАЯ АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ И ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ ПРИ ГЛАВЕ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ» В статье рассмотрены особенности разработки и движения научнотехнической информации, документов на угольных шахтах ДНР. Ключевые слова: разработка, система, документы, чертежи, затраты, управление, шахта.

The article discusses the features of the development and movement of scientific and technical information, documents in the coal mines of the DPR. Keywords: development, system, documents, drawings, costs, management, mine.

Постановка проблемы. В современных условиях Донбасса на угольных предприятиях существует масса задач, связанных с добычей, транспортировкой, складированием, продажей угля, вывозом породы, вентиляцией, водоотливом, очисткой шахтных вод, рекультивацией отвалов и проч. Параллельно решаются проблемы подготовки кадров, оплаты труда, движения денежных и материальных потоков, приобретения материалов, оборудования, энергоносителей, оплаты налогов и сборов, охраны труда и окружающей среды. Все эти процессы сопровождаются движением текущих документов, которые относятся к бухгалтерскому учету и к учету управленческому. Управленческий учет является основой контроллинга на предприятии. Стратегия, контроль за текущей деятельностью (мониторинг), оптимизация затрат, анализ эффективности финансово-хозяйственной деятельности, снижение субъективности принятия управленческих решений – вот основные задачи контроллинга[1]. Современная угольная шахта это комплексное механизированное горнопромышленное предприятие, предназначенное для подземной разработки угля и отгрузки его непосредственно потребителям или на обогатительную фабрику со

70

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

строгим соблюдением установленных государством техникоэкономических и социальных норм [2]. С позиции логистики шахту следует рассматривать как микрологистическую систему, которая может функционировать самостоятельно или входить подсистемой в структуры более высокого уровня. Транспортирование полезного ископаемого, материалов, людей, оборудования относятся к одному из основных производственных процессов на шахте. Разнообразие горнотехнических условий и видов подземной разработки месторождений полезных ископаемых определяет наличие различных схем, способов и средств транспортирования горной массы, применяемых на конкретных шахтах. Например, на шахтах, разрабатывающих горизонтальные пласты, обычно применяется погоризонтный или панельный способ подготовки шахтного поля и системы разработки длинными столбами с отработкой столбов обратным ходом, предусматривающий транспортировку основного грузопотока полезного ископаемого от очистного забоя до околоствольного двора (рисунок)

Рис. Схема транспортных выработок шахты, разрабатывающей горизонтальный пласт Основными элементами внутришахтного транспорта являются горнотранспортные машины и комплексы, которые в зависимости от места размещения в системе горных выработок формируют участковый и магистральный транспорт, транспорт околоствольного

71

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

двора и поверхности. Транспортными машинами являются, например, локомотив, автомобиль, элеватор, конвейеры, кроме того в системе шахтной логистики участвуют погрузочные машины и краны. На поверхности основными логистическими операциями являются подача, распределение материала, аккумуляция его перед погрузкой, непосредственно погрузка и отправка груженых вагонов. На каждой шахте в обязательном порядке разрабатывается проектно-сметная, геолого-маркшейдерская, производственнотехническая, санитарно-гигиеническая и учетно-контрольная документация. Кроме того, необходимо наличие проекта строительства, реконструкции или ликвидации, паспорта санитарнотехнического состояния условий труда, а также ситуационного плана поверхности с указанием всех объектов и сооружений в пределах горного отвода. Большое количество графического материала (планы горных выработок, геологические карты, чертежи систем разработки, способов подготовки и др.) постоянно пополняется, изменяется. Все это требует больших затрат квалифицированного труда не только в техническом и маркшейдерском отделах, но и на производственных участках. В 80-х годах в ДонУГИ была разработана «Комплексная система стандартизации шахтной документации». Созданы блоки участковых стандартов «Паспорт крепления» для очистных и подготовительных забоев производственных объединений «Донецкуголь» и «Укрзападуголь» (ответственные исполнители Орловский Э.Д. и Фомин Ю.В.) Разработка этой системы показала свои плюсы в реализации передовых технологий, в сокращении трудовых затрат, в уменьшении количества ошибок в документации. На горнодобывающих предприятиях ведется обязательный табельный учет кадровых ресурсов. Ответственность за организацию учета возлагается на директора шахты, отдел кадров, ламповую. В настоящее время на некоторых шахтах применяются системы автоматизированного табельного учета номеров работников «САТУРН» на базе управляющих вычислительных комплексов. Большое количество документации разрабатывается непосредственно в службах и на участках, формируются следующие комплексы документов: горно-геологические прогнозы, характеристики выемочных участков, паспорта лав, мероприятия по безопасному ведению горных работ, графики организации труда, технико-экономические показатели, схемы организации производства, организационно-распорядительные документы и т.п. [3] Кроме того, на горнодобывающих предприятиях используются программы, которые позволяют автоматизировать расчеты

72

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

посредством использования встроенных функций, формировать базы данных и пр. Особенно важной функцией является возможность графического представления результатов вычислений или имеющихся данных. Графики и диаграммы помогают принимать рациональные управленческие решения, определять параметры раскройки шахтных и выемочных полей, панелей, очистных забоев. На многих предприятиях функционирует программный продукт «1С: Предприятие», модуль «Управление производством». Он позволяет вести учет добычи рядового угля, материалов; управление финансами; начисление заработной платы и отчисления в соответствующие фонды; формирует ведомости движения материалов, складского учета (приходные и расходные документы)[3]. В результате оформляется отчетная документация, на основании которой мониторятся планы и реализация работ в лавах, на участках (добычных, подготовительных, транспортных, поддержания и ремонта выработок, вентиляции, водоотлива, техники безопасности и охраны труда.) Программный продукт «1С: Горнодобывающая промышленность 2. Оперативный учет», позволяет вести учет по движению оборудования, материалов, запасов полезных ископаемых, производить оперативный учет нормативных, плановых и фактических данных процессов добычи, транспортировки и обогащения угля, а также учет остатков на складах и отгруженной продукции, другие показатели. Таким образом, документооборот на горнодобывающих предприятиях в настоящее время ведется с недостаточным использованием автоматизированных систем и программных продуктов. Требуется глубокая и всесторонняя доработка этого программного комплекса. Перечень ссылок 1.Фомин Ю.В., Контроллинг в туристическом бизнесе / Ю.В.Фомин / Донецк. ин-т турист.бизнеса. – Донецк, 2008. – 297 с.

2. Транспортно-складская логистика горных предприятий. Под ред. В.А. Будишевского, Л.Н. Ширина, Донецк, ДонНТУ, 2005. 415 с.

3.Внедрение новых технологий на шахтах Донбасса. Международный экономический форум-2014[Электронный ресурс]. Режим доступа:https://be5.biz/ekonomika1/r2014/1748.htm(дата обращения: 14.04.2020).

73

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.831: 546.294

МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ РАДОНОВЫДЕЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ГОРНОГО ОТВОДА ЛИКВИДИРУЕМЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ РП «ДОНБАССУГЛЕРЕСТРУКТУРИЗАЦИЯ» О.Г. Кременев ГУ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ» г. Макеевка, ДНР Представлена методология экспериментальных исследований выделения радона на поверхности ликвидируемых угольных шахт Донецкой Народной Республики. Результаты исследований позволили разработать рекомендации мониторинга радона на поверхности ликвидируемых угольных шахт.

Annotation. Methodology of experimental researches of selection of radon is presented on the surface of the liquidated coal mines of Donetsk Republic of People's. The results of researches allowed to work out recommendations of monitoring of radon on the surface of the liquidated coal mines. Ключевые слова: горный отвод, ликвидируемая шахта, методология, поверхность замли, радон.

Keywords: mountain taking, liquidated mine, methodology, surface of earth, radon. Проблема мониторинга экологических последствий для территорий горных отводов (ГО) ликвидируемых шахт (ЛШ) в горнопромышленных регионах Донбасса и России весьма актуальна. Существующие подходы оценки воздействия на окружающую среду не отражают всех временных этапов функционирования угледобывающего производства, а методология мониторинга экологических последствий для территорий ГО ЛШ требует дальнейшего развития и совершенствования. Представленная методология проведения экспериментальных исследований радоновыделения на земной поверхности ГО ликвидируемых и ликвидированных угольных шахт базируется на существующем порядке проведения радиационного контроля (РК) земельных участков под строительство жилых домов, зданий и сооружений общественного и производственного назначения (в части обеспечения радиационной безопасности), необходимом для санитарно74

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

эпидемиологической оценки на соответствие требованиям санитарных правил и гигиенических нормативов [1,2]. При проведении РК земельных территорий на поверхности ГО ЛШ определению подлежат следующие показатели радиационной безопасности (характеризующие наличие радона и интенсивность его поступления на земную поверхность): - мощность эквивалентной дозы гамма-излучения в воздухе (МЭД гамма-излучения) и среднегодовая эквивалентная равновесная объемная активность изотопов радона (ЭРОА радона) в воздухе помещений жилых, общественных и производственных зданий и сооружений, (которые должны соответствовать требованиям п. 5.2.2 НРБ 99/2009 [1] и п. 5.2.1 ОСПОРБ-99/2010 [2]; - плотность потока радона (ППР) с поверхности грунта в пределах контролируемой земельной территории (которая должна соответствовать требованиям п. 5.1.6 ОСПОРБ-99/2010 [2], требованиям 6 раздела МУ 2.6.1.2398-08 [3], требованиям 8 раздела МУ 2.6.1.038-2015 [4]). РК земельных участков на поверхности ГО ЛШ включает поиск и выявление локальных радиационных аномалий (ЛРА). Технология поиска и выявления ЛРА, а также определения МЭД гамма-излучения регламентируются требованиями: 5 раздела МУ 2.6.1.2398-08 [3], 5 раздела МУ 2.6.1.2838-11 [5], а также требованиями «Инструкции по измерению гамма-фона в городах и населенных пунктах (пешеходным методом)». Определение среднегодового значения ЭРОА изотопов радона в воздухе помещений регламентируется требованиями 6 раздела МУ 2.6.1.2838-11 [5] и методикой установления среднегодовых значений ЭРОА изотопов радона в воздухе помещений по результатам измерений разной длительности (краткосрочным, среднесрочным, длительным) в соответствии с требованиями МУ 2.6.1.037-2015. Определение потенциальной радоноопасности земельных участков регламентируется требованиями 6 раздела МУ 2.6.1.2398-08 [3]. Оценка потенциальной радоноопасности земельных участков (при инженерно-экологических изысканиях и санитарном надзоре) регламентируется МУ 2.6.1.038-2015 [4]. Общий методический подход при исследовании радоноопасности участков земной поверхности на ГО ликвидируемых и ликвидированных угольных шахт включает следующие этапы: 1. Проведение структурной дифференциации ликвидируемых и ликвидированных угольных шахт, входящих в состав РП «Донбассуглереструктуризация» Донецкой Народной Республики;

75

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

2. Выбор шахт-объектов (в качестве типичных физических моделей) для исследования радоноопасности земной поверхности их ГО; 3. Установление периода времени, прошедшего после процесса ликвидации угольной шахты, при сборе данных о радоноопасных участках земной поверхности (для определения временной динамики изменения контролируемых показателей радоноопасности); 4. Разработка методик контроля показателей радоноопасности участков земной поверхности на ГО выбранных шахт-объектов; 5. Выбор методов и приборов для определения показателей радоноопасности участков земной поверхности на ГО выбранных шахт-объектов. На этапе 1 дифференциация ликвидируемых и ликвидированных угольных шахт, входящих в состав РП «Донбассуглереструктуризация», проведена на основании анализа его структуры. Реструктуризируемые ЛШ представлены в виде таких структурных единиц РП как: обособленное подразделение (ОП) и структурное подразделение (СП). Эти подразделения включают в себя: водоотливной комплекс (ВОК) ЛШ; ВОК с погружными насосами ЛШ; ЛШ с содержанием; ЛШ без содержания. При разработке данной методологии на этапе 2 в качестве шахтобъектов для исследования были выбраны следующие угольные предприятия из каждой структурной единицы РП «Донбассуглереструктуризация»: - ВОК: СП «ВОК ЛШ им. В.И. Ленина», г. Макеевка; - ВОК с погружными насосами: СП «ВОК ЛШ «Заперевальная №2», г. Донецк; - Ликвидируемая шахта с содержанием: СП «ЛШ им. А.Б. Батова», г. Макеевка; - Ликвидируемая шахта без содержания: СП «ЛШ «Красногвардейская», г. Макеевка. Для этапа 3 выбор периода времени (прошедшего после закрытия и ликвидации угольной шахты) при сборе данных о радоноопасных участках земной поверхности был выбран следующий ряд значений временных периодов: 100 лет и более, менее 50 лет, менее 20 лет, а также период текущего времени, в время которого шахта находится в стадии закрытия. В качестве шахт-объектов для исследования динамики изменения контролируемых показателей радоноопасности на земной поверхности ЛШ во времени выбраны следующие предприятия: - Шахта «Старая Капитальная» Русско-Донецкого Общества

76

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

каменноугольной и заводской промышленности, расположенная на территории г. Макеевки (на ГО ЧПП «Горняк-95») (закрыта более 100 лет назад); - Шахта 6-7 (расположена на горном отводе СП «ЛШ «Красногвардейская № 9»), г. Макеевка (закрыта 23 года назад); - СП «ЛШ им. А.Б. Батова», г. Макеевка (закрыта 20 лет назад); - СП «ВОК ЛШ «Заперевальная №2», г. Донецк, закрыта 15 лет назад; СП «ВОК ЛШ им. В.И. Ленина», г. Макеевка (находится в стадии закрытия). Выбор этих шахт обоснован задачей исследования динамики изменения контролируемых показателей радоноопасности на земной поверхности ЛШ во времени. В рамках этапа 4 была разработана методика определения объемной активности (ОА) радона и его дочерних продуктов распада (ДПР) в приповерхностном слое земли горного отвода ЛШ, базирующаяся на одновременном измерении ОА радона в двух скважинах, глубина которых отличается в 2 раза, пробуренных в приповерхностном слое земли мощностью до 1,5 м. Измерения ОА радона и его ДПР выполнялись с помощью радиометра эквивалентной равновесной объемной активности радона РГА-09МШ и накопительных камер (НК), устанавливаемых в скважинах, пробуренных с поверхности контролируемой территории. Для определения ППР на участке земной поверхности ГО ЛШ был выбран и модернизирован способ, базирующийся на одновременном измерении ОА радона (с помощью радиометра РГА09МШ и НК) в двух скважинах, глубина которых отличается в 2 раза, пробуренных в приповерхностном слое земли мощностью до 1,5 м. Для определения МЭД гамма-излучения земельной территории при поиске и выявлении локальных радиационных аномалий на контролируемом земельном участке горного отвода ЛШ была принята методика, приведенная в [5]. На этапе 5 для определения и контроля показателей радоноопасности участков земной поверхности на ГО шахт-объектов выбраны следующие портативные приборы: - радиометр эквивалентной равновесной объемной активности радона РГА-09МШ (во взрывозащищенном исполнении РВ 1В Иа Х); - прибор сцинтилляционный геологоразведочный СРП 68-01 (сцинтилляционный радиометр для пешеходной гамма-съемки); - Шахтный интерферометр ШИ-11; - Барометр-термометр-гигрометр. Комнатная метеостанция. TFA,

77

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Weather station, TFA-GERMANY. Разработанная методология позволила апробировать порядок и провести исследования радоновыделения в едином методологическом плане на территории выбранных шахт-объектов на промышленных площадках технологических комплексов поверхности угольных шахт, находящихся в стадии ликвидации, а также на поверхности ГО и промышленных площадках ликвидированных угольных шахт. Вывод Разработана методология проведения исследований для контроля радоновыделения на земной поверхности промышленных площадок с водоотливными комплексами ликвидируемых шахт, а также на поверхности горного отвода ликвидированных шахт. Результаты мониторинга радоновыделения с помощью данной методологии позволили разработать рекомендации по установлению потенциально опасных зон, подлежащих обязательному контролю наличия радона на горном отводе ликвидированных и ликвидируемых угольных шахт. Перечень ссылок 1. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99/2009) [Текст]: СанПиН 2.6.1.2523-09 от 02.07.2009, зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации 14 августа 2009 г., регистрационный номер 14534.

2. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010) [Текст]: СП 2.6.1.2612‒10 от 26.04.2010, зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации 11 августа 2010 г., регистрационный номер 18115.

3. Радиационный контроль и санитарно-эпидемиологическая оценка земельных участков под строительство домов, зданий и сооружений общественного и производственного назначения в части обеспечения радиационной безопасности. Методические указания [Текст]: МУ 2.6.1.2398-08 – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 27 с.

4. Оценка потенциальной радоноопасности земельных участков под строительство жилых, общественных и производственных зданий. Методические указания [Текст] МУ 2.6.1.038-2015, введены впервые, утв. и введены в действие Федеральным медико-биологическим агентством 15 мая 2015 г. [Электронный ресурс] Информационная система МЕГАНОРМ. - Режим доступа к публикации: https://meganorm.ru/Data2/1/4293746/4293746 322.htm.

5. Радиационный контроль и санитарно-эпидемиологическая оценка жилых, общественных и производственных зданий и сооружений после окончания их строительства, капитального ремонта, реконструкции по показателям радиационной безопасности. Методические указания [Текст]: МУ 2.6.1.2838-11 – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011. – 26 с.

78

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.765

ИССЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ФЛОТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД В.Г. Самойлик, А.А. Качайнов ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. В статье дан анализ возможных схем флотационного обогащения шламов железных руд. Показаны достоинства и недостатки различных методов флотации, условия проведения операций, реагентный режим. Приведена схема обогащения окисленных железистых кварцитов.

Annotation. The article analyzes possible schemes of flotation concentration of iron ore sludge. The advantages and disadvantages of various flotation methods, conditions of operations, reagent mode are shown. The enrichment scheme of oxidized ferruginous quartzites is given. Ключевые слова: флотация, реагенты, обесшламливание, содержание железа, извлечение Key words: flotation, reagents, desliming, iron content, extraction Флотационные методы применяются для обогащения тонковкрапленных гематитовых, мартитовых и бурожелезняковых железных руд, извлечения тонковкрапленных окислов железа из хвостов магнитной сепарации, доводки бедных концентратов гравитационного обогащения [1]. При флотации железных руд применяются три основных метода: 1. Прямая анионная флотация в нейтральной среде.

2. Обратная анионная флотация минералов пустой породы в сильнощелочной известковой среде.

3. Обратная катионная флотация силикатных минералов породы в содовой среде. В последних двух методах железосодержащий концентрат получается в виде камерного продукта. Во всех случаях измельчение руды производится до крупности менее 0,050-0,074 мм. Применение прямой анионной флотации железных минералов предпочтительно при обогащении руд с низким содержанием железа. Схемы с обратной флотацией целесообразно применять при обогащении руд и продуктов обогащения с высоким содержанием железа. У схем с обратной флотацией есть свои преимущества и недостатки, 79

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

которые необходимо учитывать при выборе технологии обогащения для конкретного вида железной руды. Обратная анионная флотация менее чувствительна к наличию шламов, не требует предварительного обесшламливания пульпы и может успешно применяться при повышенной жесткости воды. Преимуществами обратной катионной флотации являются небольшой расход собирателя, высокая скорость и селективность флотации. Как правило, после неё не требуется перечистка концентрата. К недостаткам обратной катионной флотации можно отнести большую чувствительность к наличию шламов и дозировке реагентов, высокую стоимость и токсичность собирателей. При прямой анионной флотации окислов железа применяют различные жирнокислотные собиратели: талловое масло, сульфатное мыло, кислоту касторового масла, парафиновые кислоты, окисленные керосин и уайт-спирит, ветлужское масло и др. Из перечисленных реагентов наименее токсичны и сравнительно доступно – талловое масло и сульфатное мыло. Расход таллового масла при флотации гематитовых и мартитовых руд составляет 250-600 г/т. Эти реагенты показали хорошие собирательные свойства в слабокислой и щелочной средах при рН 5,5-9,5 (добавка серной кислоты или соды). Высокими собирательными свойствами обладают также алкилсульфаты. В качестве депрессоров пустой породы используются жидкое стекло и коллоидная кремниевая кислота, причем целесообразно добавлять лишь незначительное количество жидкого стекла (до 100 г/т), так как избыток его вызывает депрессию железных минералов. Селективность действия жидкого стекла повышается в присутствии ионов алюминия, меди и др. Флотация гидроокислов железа протекает менее эффективно, чем гематита и мартита, требует большего расхода собирателя (например, таллового масла до 1 кг/т). Схемы обратной анионной флотации железных руд предусматривают выделение в пенный продукт кварца, силикатных и других минералов пустой породы карбоксильным собирателем (0,2-0,6 кг/т) с применением извести в качестве активатора пустой породы (рН около 11). Флотация железных минералов подавляется крахмалом (0,6-1 кг/т), обработанным едким натром, танином, метафосфатами, бардой сульфитных щелоков (1,8-2,5 кг/т). В этом случае умягчать воду не требуется. При обратной катионной флотация железных руд силикатные минералы выделяются в пенный продукт при помощи собирателей 80

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

АНП или ИМ-11 (200-350 г/т). Подавление окисленных железных минералов производится крахмалом, декстрином, танином и др. Расход крахмала и других аналогичных депрессоров составляет 0,5-1 кг/т. Наилучшая селекция происходит в пульпах с рН 8-9, создаваемом содой. Находящиеся в руде силикаты железа извлекаются в пенный продукт вместе с минералами пустой породы, что позволяет получать более высококачественный железный концентрат, чем при прямой флотации анионным собирателем. Обратная флотация катионным собирателем применяется и для бурожелезняковых руд. Обесшламленная руда крупностью менее 0,074 мм флотируется с применением амина С12 и карбоксиметилцеллюлозы в качестве депрессора лимонита. Флотационные схемы достаточно просты и предусматривают основную, иногда контрольную и две или три перечистных операции. На рис. 1 представлена схема флотационного обогащения окисленных железистых кварцитов Валявкинского месторождения. Руды данного месторождения относятся преимущественно к тонковкрапленному мартитовому типу, в которых минералы железа представлены гематитом в виде мартита и железной слюдки, гидроокислов железа. Исходное питание

Измельчение I ст.

Собиратель

I Основная флотация

Собиратель, модификатор

Перечистка

Измельчение II ст.

II Основная флотация

Концентрат

Хвосты

Рисунок 1 – Схема флотационного обогащения окисленных железистых кварцитов Валявкинского месторождения 81

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

По данной схеме руда в I стадии измельчается до крупности 86 % класса –50 мкм. Проводится I основная флотация раскрытых зёрен нерудных минералов, пенный продукт которой после перечистки выводится в отвальные хвосты при выходе 48 %. Камерные продукты I основной флотации и перечистной операции доизмельчаются во II стадии измельчения до крупности 95 % класса –50 мкм (67 % класса –30 мкм) и направляется на II основную флотацию с выводом пенного продукта в отвал. В качестве собирателей используются реагенты фирмы CLARIANT, имеющие высокую первичную биоразлогаемость (≥ 90 %), что препятствует накоплению ион-аминного комплекса в оборотной воде. Предложенная схема позволяет получать из исходного продукта (Fe = 37,9 %) флотационный концентрат с содержание железа 64,2 % при выходе 48,78 % и извлечении железа 82,32 % [2]. Выводы. Применение флотационных методов обогащения шламов железных руд позволяет повысить качество общего железнорудного концентрата и снизить потери металла с отходами обогащения. Выбор принятого метода флотации определяется содержанием железа в исходном продукте, минеральным составом железной руды и сопутствующих пород.

Перечень ссылок 1. Обогащение руд чёрных металлов : учеб. пособие для обучающихся образо-ват. учреждений высш. проф. образования / В. Г. Самойлик, А.Н. Корчевский ; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2021. – 267 с.

2. Совершенствование технологии обогащения окисленных железистых кварцитов / Е.Н. Шумская, О.П. Бондаренко, О.И. Скарин, Х.У. Ковальчук, И.А. Герасименко. –URL: https://docplayer.ru/62744005-Sovershenstvovanie-tehnologiiobogashcheniya-okislennyh-zhelezistyh-kvarcitov.html (дата обращения: 26.04.2021)

82

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.7

ИССЛЕДОВАНИЯСЖИМАЕМОСТИ УГЛЕСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ ОБОГАЩЕНИЯПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В.Г. Науменко, А.С. Велегжанина ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация.Работа посвящена исследованию влияния на изменение поровой структуры осадков различных режимов компрессионного сжатия. Установлена связь коэффициента сжимаемости осадка от приложенного давления, вещественного состава и крупности продуктов углеобогащения.

Annotation.The work is devoted to the study of the impact on the change in the pore structure of precipitation of various modes of compression compression. The connection of the coefficient of compressibility of the sediment from the applied pressure, the real composition and the size of the products of the coal. Ключевые слова: пористость, осадок, компрессионное сжатие, относительная деформация, структурная прочность, консолидационная кривая, продукты углеобогащения.

Keywords: porosity, precipitate, compression compression, relative deformation, structural strength, consolidation curve, coal products. Влажность продуктов обогащения является одним из основных параметров, определяющих их качественные и технологические характеристики. Повышение влажности угольного концентрата снижает его стоимость, ухудшает условия транспортирования, особенно в зимнее время. Большое содержание влаги в обезвоженных отходах флотации или зольном шламе обогатительных фабрик отрицательно сказывается на гидротехнических параметрах породных отвалов. Проблеме снижения влажности продуктов обогащения уделяют большое внимание в разных странах мира. Разработаны различные теории процессов обезвоживания, определены параметры, определяющие эффективность этого процесса [1]. Однако, различный подход к вопросу интенсификации процесса обезвоживания и множество факторов, влияющих на этот процесс, затрудняют поиск наиболее оптимальных решений по снижению влажности пористых осадков. Отсюда вытекает актуальность исследований, направленных на поиск эффективных и относительно недорогих методов 83

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

воздействия на осадок для повышения скорости фильтрации влаги из него. При формировании осадка и удаления влаги из него возможны несколько основных режимов его деформирования. Первым является режим компрессионного сжатия. При этом в осадке обычно увеличиваются только нормальные деформации сжатия. В результате прохождения такого процесса жидкая фаза выдавливается из пор и замкнутых (тупиковых) ловушек в режиме фильтрации. Второй режим – режим чистого сдвига, при котором возможно несколько проявлений объемной деформации в осадке. В смешанном состоянии осадка сдвиг может происходить без изменения объема. Кроме перечисленных вариантов режимов возникают состояния осадка, при которых проявляется смешанный режим (третий), когда возможен сдвиг со сжатием. Все перечисленные выше режимы характерны для осадительных центрифуг, а также ленточных или камерных фильтрпрессов, вакуум-фильтров. Рядом исследований было установлено, что любые подрежимы или режимы обезвоживания со сдвигом положительно влияют на процесс удаления влаги при фильтрации, т.к. при этом происходит переформирование поровой структуры осадка, разрушение тупиковых пор, что способствует повышению скорости удаления жидкой фазы. В связи с этим, целью настоящей работы является определение влияние на изменение поровой структуры осадков различных режимов компрессионного сжатия. Для определения изменения пористости под действием приложенного давления проведены компрессионные испытания осадков. При выполнении измерений нагружение осадка производилось не сразу, а ступенчато. В каждой ступени обеспечивалось увеличение нагрузки примерно в два раза по сравнению с предыдущим нагружением. В каждой ступени осадок выдерживался под нагрузкой до момента стабилизации деформаций. После этого степень усадки осадка определялась как отношение усадки на данной ступени испытаний к конечной усадке. Относительные деформации е вычислялась по формуле: е = Δh / h0 , где Δh– изменение высоты осадка под действием пригружения; h0 – первоначальная высота осадка.

84

(1)

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

По результатам исследований строились кривые компрессионных испытаний и определялись физико-механические свойства осадков. В общем виде кривые компрессионных испытаний имеют вид, приведенный на рис. 1[2]. е

q1 q2 q3 q4

τ Рис. 1. Кривые компрессионных испытаний для осадков углеобогащения В результате раннее проведенных исследований, было установлено, что для осадков углеобогащения (отходы флотации) имеется определенное значение нагрузки q, при котором деформация осадка имеет небольшое значение. В механике грунтов считается, что в таком случае деформации могут быть упруго-вязкими или упругими, т.е. исчезать при снятии нагружения. В случае, когда деформации относятся к упруго-вязким, скорость изменения относительной деформации незначительная и практически не зависит от высоты осадка и условий протекания жидкости. Аналогичные процессы происходят в осадках при обезвоживании на ленточных фильтрах, при формировании осадков в фильтр-прессах в начальной стадии процесса и др. Указанная выше нагрузка q носит название структурной прочности осадка и обозначается как qстр. В случаях, когда приложенная к осадку нагрузка имеет значение, превосходящее величину qстр, деформации в осадке происходят более интенсивно. Но, тем не менее, процесс переформирования осадка может быть длительным. Часто его завершение не удается определить при выполнении одного эксперимента. На практике такие режимы имеют место в осадительных центрифугах и на конечной стадии обезвоживания в фильтр-прессах. Время достижения осадком определенной заданной относительной деформации находят по известным из механики грунтов соотношениям [3, 4].На базе этих определений были 85

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

полученызначения структурной прочности осадка, для чего были использованы стандартные компрессионные кривые. В каждой ступени нагружения определялась конечная деформация осадка. Конечной считалась деформация, на превышающая 0,02 мм/сут. Обработка результатов компрессионных испытаний выполнялась в два этапа. На первом этапе снимали показания часовых индикаторов деформаций, определяли общую деформацию образца, затем относительную и строили кривые зависимости относительных деформаций на каждом этапе нагружения от времени опыта. В связи с тем, что такие испытания требуют значительного времени, по оси абсцисс была использована логарифмическая шкала, и построенная консолидационная кривая имела вид, представленный нарис. 2. е

А

еII

В

β

еf

е0

еi

еI

lgτi

lgτI

ек lgτстаб lgτ

Рис. 2. Консолидационная кривая с логарифмической шкалой по оси абсцисс На рис. 2 обозначены следующие величины: τi– текущее значение времени, которому соответствует относительная деформация образца еi; τI. – консолидационный параметр, соответствующий времени завершения первичной усадки образца и достиженнию первичной относительной усадка еI; еII. – вторичная относительная усадка образца; ек. – конечная относительная деформация образца, которой соответствует время стабилизации τстаб; АВ – участок кривой, близкий по форме к прямолинейному, соответствующий вторичной усадке образца; 86

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

точка В – точка, соответствующая окончанию прямолинейного участка консолидационной кривой, в которой проводят касательную; β – угол наклона касательной в точке В, тангенс которого равен значению консолидационного параметра mq, зависящего от величины прикладываемой к образцу нагрузки. Значение времени τI зависит от вида осадка, его начального состояния, нагрузки на осадок, пути дренирования воды в порах осадка и др.Кривая консолидации показывает, как происходят деформации е исследуемого образца при заданном пригружении с течением времени. Консолидационные кривые дают информацию для определения физико-механических и гидравлических характеристик исследуемых образцов осадков. Выполненные таким образом исследования физико-механических свойств осадков позволили определить такие параметры как структурная прочность осадка при компрессионном сжатии qстр, коэффициент уплотнения осадкаа, стандартный модуль усадки еqс и модуль стандартной компрессии Ес, модуль усадкии другие параметры. Выводы.Выполненные исследования позволили сделать следующие заключения: коэффициент сжимаемости осадков в существенной степени зависит от приложенного давления. В зависимости от вещественного состава и крупности продуктов этот параметр изменяется в несколько раз;время консолидации так же значительно изменяется в зависимости от того, какая стадия нагружения выполняется. При этом период консолидации образцов разного вещественного состава существенно различается. Для глинистых осадков, представленных отходами флотации, время консолидации имеет максимальные значения. Зернистые осадки (сгущенные продукты гидроциклонов) консолидируются быстрее на порядок. Концентраты флотации, содержащие низкозольные угольные частицы с гидрофобной поверхностью, имеют минимальное время консолидации. Перечень ссылок 1. Гарковенко Е.Е. Развитие физико-технических основ технологий обезвоживания деформируемых дисперсных сред / Дисс. Д.т.н. Днепропетровск.

– 2006. – 324с.

2. Петраков А.А., Яркин В.В., Таран Р.А., Казачек Т.В.Учебное пособие по курсу "Механика грунтов". – Макеевка: ДонНАСА. – 2004. – 164 с.

3. Назимко, Е.И. Гарковенко Е.Е., НауменкоВ.Г. Исследование свойств тонкодисперсных осадков продуктов обогащения, имеющих значение при обезвоживании // Разработка рудных месторождений. - КТУ №91, 2007.– С. 117121.

87

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

4. Науменко В.Г.СамойликВ.Г.,Звягинцева Н.А., НазимкоЕ.И.Обезвоживаниепродуктовобогащения полезных ископаемых.Учебноепособие. -Донецк: ГОУВПО «ДОННТУ», 2019. – 183 с.

88

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.33

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ, ПРЕДОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ВЫБОР ВАРИАНТОВ СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И.В. Чернышенко ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк Научный руководитель: В.Б. Скаженик Аннотация: Рассмотрены факторы, влияющие на сеть подготавливающих горных выработок угольной шахты, а также показатели, характеризующие эффективность её функционирования. Отмечена актуальность применения компьютерного моделирования развития сети горных выработок во времени и пространстве.

Annotation: The factors affecting the preparatory workings of a coal mine, as well as indicators characterizing the efficiency of their operation, are considered. The relevance of the application of computer modeling of the mine roadways development in time and space is noted. Ключевые слова: угольная шахта, сеть горных выработок, параметры шахты Keywords: coal mine, mine roadways, mine parameters Для угольных шахт Донбасса характерным является наличие разветвлённой сети горных выработок, которая формировалась в процессе десятилетий функционирования предприятия. При этом условия функционирования характеризуются изменчивостью и низкой степенью прогнозируемости горно-геологических факторов, непредсказуемыми газодинамическими и геомеханическими явлениями и большими глубинами разработки. С другой стороны, в условиях рыночной экономики важную роль имеет наличие спроса на угольную продукцию того качества, которое добывается на определённом угольном предприятии и цена на уголь. Изменчивость данных факторов может нарушить ритмичность работы шахты, послужить причиной простоев добычных участков, что в конечном итоге приведёт к неэффективному использованию звеньев технологической схемы и ухудшению технико-экономических показателей работы шахты. При этом инерционность угольных шахт также усложняет поиск решений, обеспечивающих устойчивое их функционирование. В этой связи является акту-

89

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

альным совершенствование процедур принятия решений по развитию горнотехнических систем в пространстве и во времени. Сеть подготавливающих горных выработок угольной шахты, прежде всего, характеризуется способом подготовки шахтного поля. Решения, связанные с выбором способа и конкретного варианта подготовки шахтного поля, должны быть обоснованными, так как подготовка подразумевает проведение горных выработок – одних из самых фондоёмких и дорогостоящих сооружений угольной шахты. В этой связи, поиск рационального варианта сети подготавливающих горных выработок, которые обеспечат должную концентрацию выемочных работ и наиболее эффективную разработку шахтного поля, имеет важное практическое значение. Выбор способа подготовки и конфигурации сети подготавливающих горных выработок основывается на множестве исходных данных. В различных источниках выделяют горно-геологические, горнотехнические, производственно-технические, экономические и другие факторы[1-2]. К горно-геологическим факторам можно отнести: промышленные запасы угля, мощность угольных пластов, наличие нарушений непереходимых лавами, направление основной системы трещин в породах кровли пласта, угол падения пластов, газообильность, водоприток, склонность пластов к газодинамическим явлениям, степень пучения и обрушаемости вмещающих пласт пород, расстояние между пластами и т.д. Также среди факторов можно отметить контуры балансовых запасов (наличие в шахтном поле участков с забалансовыми запасами). Одним и важных факторов, помимо размера шахтного поля по простиранию, является его форма. Так как гипсометрия шахтного поля оказывает влияние на взаимное расположение горизонтов и панелей, блоков ступеней или этажей, а также она оказывает влияние на размеры выемочных столбов. К горнотехническим факторам относят: размеры шахтного поля по простиранию, необходимое количество очистных забоев, технология ведения очистных и подготовительных работ, способ вскрытия и т. д. Среди экономических и производственно-технических факторов можно отметить следующие: уровень развития технологий разработки месторождений, спрос и цена на уголь, ставка дисконтирования, требуемый годовой объём добычи. Оценка и обоснование вариантов сети горных выработок основывается на различных параметрах, рассчитанных на основании множества исходных данных. Параметры, характеризующие сеть подготав90

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

ливающих горных выработок, условно можно разделить на следующие: экологические, экономические, технологические, горногеологические, социальные. К экологическим показателям можно отнести: количество отходов, площадь нарушенных земель, забор воды, сброс сточных и загрязнённых вод, выбросы в воздушный бассейн загрязняющих веществ и метана, а также ряд удельных показателей [3]. К экономическим и социальным показателям относятся: рентабельность, выручка, прибыль, ликвидность, финансовый рычаг, расходы, фондоёмкость, капитальные и эксплуатационные затраты, количество задействованных рабочих мест, средняя зарплата, средняя продолжительность доставки персонала до своих рабочих мест. Среди горно-геологических и горнотехнических показателей можно выделить: средняя мощность отрабатываемых запасов, средняя глубина ведения робот, качество отрабатываемых запасов, суточная добыча угля, скорость подвигания линии очистных работ, потери угля в целиках, протяжённость сети горных выработок и т. д [4]. Некоторые показатели являются противоречивыми. Так, стремление к уменьшению к минимизации потерь угля в целиках, может привести к увеличению себестоимости добычи угля. Наличие множества влияющих факторов, большого количества показателей, характеризующих вариант, неоднозначность выбора критерия оптимальности предопределяет наличие большого количества методов и подходов к обоснованию сети горных выработок. Ввиду большого количества исходных данных, изменчивости некоторых факторов во времени и высокой трудоёмкости расчётов среди прочих методов всё большее распространение получают методы, основанные на компьютерном моделировании. При этом модель должна отображать развитие горных работ во времени и пространстве. Это способствует повышению степени обоснованности принимаемых решений при выборе порядка и последовательности отработки частей шахтного поля а также при оценке сроков поддержания горных выработок, при расчёте изменения их длины во времени и расчёте равномерности грузопотока полезного ископаемого. Таким образом, на выбор конфигурации сети подготавливающих горных выработок угольной шахты влияет большое количество факторов. Некоторые факторы изменяются во времени, причём предсказать степень их изменения не всегда является возможным, особенно при проектировании и планировании на большие сроки вперёд. С другой стороны, ввиду сложности такой системы как угольная шахта имеет место быть противоречивость среди показателей работы различных её звеньев. В связи с этим с целью повышения обоснованности принимаемых решений разработаны компьютерные модели, учитывающие основные влияющие факторы и позволяющие моделировать развитие сети горных вырабо91

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

ток во времени и пространстве. Разработанные модели обеспечивают расчет динамических показателей развития сети горных выработок, визуализацию взаимного положения оставшихся запасов, отработанного пространства и сети горных выработок, что создает предпосылки для оптимизации вариантов развития горных работ. Перечень ссылок 1. Окалелов, В.Н. Априорный анализ факторов, учитываемых при оптимизации сетей горных выработок / В. Н. Окалелов, В. И. Павлов// Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. Вып. 35 . 2011 . С. 27 - 32.

2. Дорохов, Д. В. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов. Часть I / Д. В. Дорохов, [и др.] – Донецк: ДонГТУ, 1997. – 236 с.

3. Акулов, А. О. Влияние угольной промышленности на окружающую среду и перспективы развития по модели декаплинга / А. О. Акулов // Регион: Экономика и Социология. – 2014. – № 1(81). – С. 272-288.

4. Кубрин, С. С. Анализ технологических показателей работы выемочного участка шахты "Полысаевская" АО "СУЭК-Кузбасс" / С. С. Кубрин, С. Н. Решетняк, А. М. Бондаренко // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). – 2019. – № 3. – С. 14-21.

92

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.831.24

УПРАВЛЕНИЕ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ НА КРУТОМ ПАДЕНИ С ТРУДНООБРУШАЕМЫМИ КРОВЛЯМИ В.В. Васютина РЕСПУБЛИКАНСКИЙ АКАДЕМИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОЛОГИИ, ГЕОМЕХАНИКИ, ГЕОФИЗИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА (РАНИМИ) г. Донецк ДНР В данной статье рассмотрен вопрос, касающийся изучения структуры труднообрушаемой кровли и предложен метод безопасного управления этим видом кровли в выработанном пространстве крутого и крутонаклонного падения.

In this article we consider problems related to study of the structure of poorly caving roofs and propose methods for safe control of this roof type in pitching and steeply dipping mined-out space. Ключевые слова: Горные породы, угольные пласты, физико-механические свойства, крепление лавы.

Keywords: Rocks, coal seams, physical and mechanical properties, lava anchorage. Повышение объема подземной добычи угля в значительной степени зависит от эффективности разработки угольных пластов с труднообрушаемыми кровлями. При очистной выемке пластов с труднообрушаемыми кровлями управление ими осложняется по причине проявления первых и последующих осадок прочных слоев пород, зависающих в выработанном пространстве. Это приводит к повышенным нагрузкам на крепь, нарушению их податливости, деформации перекрытий, стоек и обрушениям кровли в призабойном пространстве [1]. Вместе с тем выбор и совершенствование способов и средств управления труднообрушаемыми кровлями осуществляются без необходимого научного и технико – экономического обоснования. Этим в значительной степени объясняется недостаточная эффективность управления горным давлением при труднообрушаемых кровлях, что сдерживает нагрузку на очистной забой, приводит к потерям крепи и снижает безопасность труда.

93

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

При использовании экспериментальных исследований, в настоящее время разработана технология и определены параметры различных способов ослабления труднообрушаемых кровель [2]. К труднообрушаемым относятся кровли, осадки которых в призабойном пространстве, происходят при разрушении по линии забоя зависающих на значительных площадях прочных слоев пород основной кровли. Труднообрушаемые кровли характеризуются строением, отношением мощности непосредственной кровли к мощности пласта, мощностью и шагом обрушения основной кровли. В периоды между осадками состояние кровли и угольного пласта характеризуется повышенной напряженностью, связанной с зависанием труднообрушаемых пород. Над призабойным пространством имеют место значительные горизонтальные растягивающие напряжения. При использовании экспериментальных исследований, в настоящее время разработана технология и определены параметры различных способов ослабления труднообрушаемых кровель [2]. Для более детального изучения вопроса управления горным давлением в очистном забое на крутых пластах с труднообрушаемыми кровлями был проведен анализ горно - геологических и горнотехнических условий при отработке пласта k8 “Каменка” на ш. “Торецкая”, а также проведены лабораторные исследования физико - механических свойств кровли на установке БУ-39 конструкции ВНИМИ. Начиная с горизонта 810 м отработка пласта k8 “Каменка” затруднена систематическими завалами очистного забоя. По данным технической и геологической служб шахты, завалы происходили, как правило, непосредственно у груди забоя, причем вывалы в кровле достигают 2 - 3 м, по высоте, и по падению – 10 - 15 м. Какой либо закономерности в расположении вывалов по длине лавы и по размерам пролета основной кровли не установлено. По данным геологической службы непосредственно над пластом залегает глинистый сланец слоистый, общей мощностью 10 - 11 м. В кровле выявлена система трещин, ориентированная по линии падения пласта и наклоненных к плоскости пласта под углом 75 - 80°. Характер этой трещиноватости определен как тектонический. Выше глинистого сланца залегает мощный слой прочного песчаника. Для детального изучения физико-механических свойств пород кровли пласта k8 “Каменка” были выполнены лабораторные исследования керна, взятого из пород кровли откаточного штрека по пласту на горизонте 810 м на трехосном прессе конструкции ИФГП и с применением упрощенных методик [3].

94

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

При этом определялись предел прочности на растяжение и сжатие как по напластованию, так и по нормали к напластованию, а также модуль упругости. В периоды между осадками состояние кровли и угольного пласта характеризуется повышенной напряженностью, связанной с зависанием труднообрушаемых пород. Над призабойным пространством имеют место значительные горизонтальные растягивающие напряжения. Для более детального изучения вопроса управления горным давлением в очистном забое на крутых пластах с труднообрушаемыми кровлями был проведен анализ горно - геологических и горнотехнических условий при отработке пласта k8 “Каменка” на ш. “Торецкая”, а также проведены лабораторные исследования физико - механических свойств кровли на установке БУ-39 конструкции ВНИМИ. Для проведения экспериментальных исследований были пробурены две скважины с откаточного штрека на всю мощность глинистых сланцев, залегающих в кровле, вплоть до песчаников. Место заложения первой скважины от квершлага, в выработанном пространстве на 110 м, вторая скважина пробурена на 265 м в неотработанном массиве. Исследование керна, извлеченного из скважины, позволило установить следующее. На рис. 1 представлены данные по исследованиям пород кровли на прочность по напластованию и по нормали к напластованию. Как следует из графиков, кровля сложена достаточно прочными породами, причем прочные слои чередуются с менее прочными. С удалением от пласта прочность пород возрастает. Это связано с увеличением песчаного материала в сланце.

Рис.1 - Схема деформирования пород кровли при наличии кливажных трещин (265 м)

95

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Прочность по слоям также непостоянна и колеблется в довольно широком диапазоне от 8 до 40 МПа. Можно выделить участки с наиболее прочными слоями: на участке с 3 по 4 м и начиная с 7 метра. Как известно, устойчивость пород кровли в первую очередь определяется прочностью пород кровли и мощностью слагающих ее слоев. Поэтому, анализируя устойчивость слоев кровли пласта “Каменка” следует в первую очередь учитывать ее блочное строение, определяющееся тектоническим кливажем, а также, как было уже отмечено, мощностью каждого слоя и его прочностью. Как известно из данных геологического прогноза, кливажные трещины располагаются практически параллельно линии забоя, а по ориентации к плоскости пласта, под углом 75 - 80°. В соответствии с рекомендациями [4], в целях предотвращения завалов, лава разделяется на предельные пролеты угольными целиками. Всего формируется 4 предельных пролета длиной по падению 12 14 м. Под вентиляционным штреком выкладывается бутовая полоса. Призабойное крепление состоит из деревянных стоек под распил, установленных по 2 через 1 м по падению и простиранию. В качестве специальной крепи применяется кусты из 16 - 18 стоек, установленных по схеме 3 ´ 3 м. Направление отработки пласта выбрано таким образом, что линии кливажа направлены под углом 10 - 15° на завал. В районе скважины в кровле пласта залегают прочные слои глинистого сланца мощностью до 0,4 - 0,55 м, причем предел прочности по нормали к напластованию достигает 60 -70 МПа, он также весьма велик и составляет 35 - 45 МПа. При наличии таких достаточно прочных и относительно изотропных по физико - механическим свойствам боковых пород в кровле механизм ее разрушения может качественно отличаться от обычного. Вместо послойного прогиба и разрушения, кровля деформируется одновременно достаточно мощными слоями, поэтому разрушение ее происходит от скола или среза на короткие блоки по простиранию. Это хорошо согласуется с реальной ситуацией с обрушением кровли в лаве. Причем обрушение может происходить непосредственно у кромки угольного пласта. Специфика характера обрушения пород кровли состоит также в том, что наличие дополнительных плоскостей ослабления - кливаж повышают вероятность обрушения. Схема деформации пород кровли для данного варианта представлена на рис. 2. Выполним анализ действующего паспорта крепления лавы с учетом полученных новых данных о физико - механических и геологических свойствах пород кровли. При выемке пласта породы кровли будут поддерживается только крепью от обрушения в выработанное пространство.

96

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Рис.2 - Схема деформирования пород кровли (в районе скважины № 1) на 110 м, при разрушении от скола При данной геологии [5] следует ожидать образование призм в кровле, оконтуренных по бокам трещинами кливажа, а по высоте наиболее слабыми породами. С учетом угла падения пласта (30° в среднем) нагрузка на 1 м2 составит: GN=ghcosa где g- удельная плотность пород кровли, g=25 кН/м2; h- высота пород кровли. По данным геологии и нашего анализа, может составлять до 5 м. Выводы.

1. Направление отработки пласта на данном участке целесообразно изменить на обратное. По приведенным выше расчетам это позволит уменьшить давление пород кровли на призабойную крепь ориентировочно на 30 - 40%.

2. Разделение лавы на предельные пролеты не эффективно и оставленное целиков только сдерживает подвигание очистного забоя. Перечень ссылок 1. Борисов А. А. Механика горных пород и массивов [Текст] / А. А. Борисов. - М.: Недра, 1980. – 320 с.

2. Мэркс И. Горная механика [Текст] / И. Мэркс, Г. Юнгниц. Углетехиздат, 1957. - 756 с.

3. Алексеев А. Д. Разрушение горных пород в объемном поле сжимающих напряжений. [Текст] / А. Д. Алексеев, Ревва В. Н., Рязанцев Н. А. - К: Наукова думка, 1989. - 168 с.

4. Управление горным давлением при разработке угольных пластов. Справочное пособие. [Текст]. Донецк. 1990. - 303 с.

5. Черняк И. Л. Управление состоянием массива горных пород [Текст] / И. Л. Черняк, С. А. Ярунин. - М.: Недра, 1995. - 395 с.

97

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 621.565.53 МЕТОДИКАРАСЧЁТА ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХАВ ЛОКАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ЗОНАХ Подвигин К.А., Курбацкий Е.В. ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» г. Донецк, ДНР На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований в лабораторных и полигонных условиях разработана методика применения установки охлаждения воздуха в локальных рабочих зонах, использующей в качестве аккумулятора холода различные охлаждающие элементы.

Annotation.Based on the results of theoretical and experimental studies in laboratory and field conditions, a method has been developed for using an air cooling unit in local working zones, using various cooling elements as a cold accumulator. Ключевые слова: температура, методика расчета, параметр, установка, рабочая зона.

Keywords:temperature, calculation method, parameter, setting, working area Постановка проблемы. При струйном истечении охлажденной струи из сопла с большой скоростью она попадает в спутный поток воздуха с высокой температурой и постепенно смешивается с ним. Истекающая из установки струя имеет ядро течения с постоянной скоростью от конца сопла до полного разрушения ядра и называется начальным участком хн. Размывание холодной струи воздуха за пределами начального участка (х >хн) приводит к ее утолщению и снижению скорости вдоль оси. Поэтому разработка методики расчёта параметров установки охлаждения воздуха в локальных рабочих зонах – актуальная научнотехническая задача, решение которой позволит изучить процессы заполнения холодной струей нагретого объема горной выработки и установить дальность подачи охлажденной массы воздуха в зависимости от параметров установки. Анализ последних исследований. Автором в работе [1,2] выполнено исследование процессов теплообмена, а также разработана математическая модель процессов взаимодействия воздушной струи с охлаждающими элементами в охлаждающем блоке установки для 98

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

охлаждения воздуха. Недостатком полученных закономерностей является то, что не учтены процессы взаимодействие истекающей из сопла установки струи воздуха с нагретым воздухом движущегося по горной выработке. Цель работы –расчёт параметров установки охлаждения воздуха в локальных рабочих зонах, а также исследование процессов теплообмена холодной струи с нагретым потоком воздуха. Расчет параметров установки позволит определитьзону ее действия. Основной материал исследования.Установка состоит из теплоизолированного корпуса, разделенного по вертикали на три отсека, где на полках размещены водо-ледяные элементы ОЭ-2. Каждый отсек имеет длину 1720 мм, ширину 820 мм, высоту 350 мм. Движение воздуха в отсеках установки обеспечивается вентилятором местного проветривания, соединенного с теплоизолированным корпусом полиэтиленовым рукавом. Теплоизоляция выполнена теплоизоляционными плитами из экструзивного пенополистирола толщиной 40 мм. Для исключения утечек воздуха в отсеках, каркас установки обшит полиэтиленом. В установке охлаждающие элементы ОЭ-2 (400 шт.) размещаются на восьми полках, выполненных в виде каркаса с закрепленной на нем металлической решетки с ячейкой 100×100 мм. В местах прохода воздуха из одного отсека в другой ОЭ-2 на полках не размещают. Так как время загрузки установки водо-ледяными элементами составляет 7-10 минут, а при этом происходит повышение температуры ОЭ-2 на некоторую величину, предусматривается размещение на нижней стенки теплоизолированного корпуса в виде компенсаторов 50 охлаждающих элементов. Водо-ледяной элемент состоит из водяного льда, заключенного в полиэтиленовых ампулах. Длина ампулы составляет 200 мм диаметром 20мм. Один водо-ледяной элемент состоит из четырех ампул. Теплосъем происходит за счет омывания ОЭ-2 воздухом. Поскольку водо-ледяные элементы размещаются на решетках, омывание их воздухом происходит со всех сторон, что повышает интенсивность теплосъема. Заморозка водо-ледяных элементов осуществляется в двух бытовых морозильных камерах. При полной заморозке температура ОЭ-2 составляет минус 21 0С. Лабораторные испытания проводились в летний период года, что обеспечило температуру воздуха в лаборатории 31-35 0С.

99

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Расчёт параметров данной системы охлаждения, в том числе определение количества водо-ледяных элементов выполняются в зависимости от времени защитного действия. Целью расчёта является определение: - температуры в установке охлаждения воздуха по её длине; -скорости воздуха на выходе из установки; - коэффициента скорости распада струи; - диаметраотверстия на выходеиз установки; - времени распада струи; - дальности полёта струи холодного воздуха; - температуры воздуха на различном расстоянии от установки. Исходные данные для расчёта: Т - температура воздуха в установке, K; Т0- начальная температура воздуха в горной выработке, К Т1 – температура воздуха на выходе из установки, K; х – расстояние от входа в установку, м; L– длина установки, м; Q– расход воздуха через установку, м3/с; w- скорость воздуха на выходе из установки, м/с; S- площадь поперечного сечения выработки, м3; S0- площадь выходного отверстия из установки, м2 Порядок расчёта 1. Находимтемпературу воздуха по длине установки æ - 0.05 × x ö T = T0 × expç ÷, L è ø

(1)

2. Находим скорость воздуха на выходе из установки w=

Q S0 ,

(2)

3. Определяем коэффициент скорости распада струи A = 0.16 × w 2 ,

(3)

4. Находимдиаметротверстия на выходеиз установки 0.5

æSö d = 2×ç ÷ èp ø ,

100

(4)

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

5. Определяем время распада струи æ S ln çç S t = è 0 A

ö ÷÷ ø,

(5)

6. Находим дальность полёта струи холодного воздуха æ 1 + 0. 2 × w × t ö x = 5 × d × ln ç ÷, d è ø

(6)

7. Определяем температуру воздуха в зависимости от расстояния до установки æ - 0. 1 × x ö T = T0 - (T0 - T1 ) × expç ÷, è w ø

(7)

Если ожидаемая температура на заданном расстоянии превышает допустимую299 К (26 0С), то необходимо либо приблизить установку к месту ведения горноспасательных работ. либо увеличить скорость холодного воздуха на выходе из установки. Пример. Произвести расчёт параметров и эффективности работыустановки охлаждения рудничного воздуха, используя следующие исходные данные: Т0=308 K;Q=0,8 м2/с, S0 =0,4 м2, S =8,0 м2; х =10 м. Решение. По формулам (1) – (6) определяем основные параметры охлаждения воздуха. В результате расчётов 1. Находимтемпературу воздуха на выходе из установки T1 = 308 × exp(- 0.05) = 293 K;

2. Находим скорость воздуха на выходе из установки w=

0,8 = 2 м / с; 0,4

3. Определяем коэффициент скорости распада струи A = 0.16 × 2 2 = 0,64 с;

4. Находимдиаметротверстия на выходеиз установки

101

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

æ 0,4 ö d = 2×ç ÷ è 3,14 ø

0.5

= 0,71 м;

5. Определяем время распада струи æ 8 ö ln ç ÷ 0, 4 ø è = 4,7 с; t= 0,64

6. Находим дальность полёта струи холодного воздух æ 1 + 0.2 × 2 × 4,7 ö x = 5 × 0,71 × ln ç ÷ = 4,6 м; 0,71 è ø

7. Определяем температуру воздуха в зависимости от дальности полёта струи холодного воздуха æ - 0.1 × 4,6 ö T = 308 - (308 - 293) × expç ÷ = 296 K 2 è ø

Выводы.

1. Выполнены теоретические исследования подачи холодного воздуха установкой. Получены аналитические зависимости максимально возможной площади поперечного сечения холодной струи, а также дальности ее полета.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по эффективности работы установки охлаждения воздуха в горной выработке, а также предлагаемая методика расчёта параметров установки охлаждения воздуха позволяют увеличить безопасность труда горнорабочих. Список литературы 1. Подвигин К.А., Процессы теплообмена воздушной струи при контакте с нетающим льдом // «Вестник Академии гражданской защиты»: научный журнал.

– Донецк: ГОУВПО «Академия гражданской защиты» МЧС ДНР, 2020. – Вып. 4 (24). – С. 56 – 61.

2. Булгаков Ю. Ф. Математическая модель процессов теплообмена воздушной струи при контакте со льдом / Ю.Ф. Булгаков, К.А. Подвигин // Научный вестник НИИГД «Респиратор»: науч.-техн. журн. – Донецк, 2021. – № 1(58). – С. 34 – 39.

© К.А Подвигин, 2021

102

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 699.86

АНАЛИЗ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ФРАГМЕНТОВ СТЕНЫ ИЗ ГАЗОБЕТОНА И СЭНДВИЧ ПАНЕЛЕЙ О.С. Дьяковская, В.В. Засько ГОУ ВПО ЛНР «ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ», г. Луганск, ЛНР В данной работе выполнено сравнение теплотехнических характеристик фрагментов стены из газобетона и сэндвич - панелей на основе натурных измерений и численного моделирования теплопереноса в ограждающих конструкциях.

Annotation. This paper compares the thermal characteristics of wall fragments made of aerated concrete and sandwich panels based on field measurements and numerical modeling of heat transfer in enclosing structures. Ключевые слова: газобетон, сэндвич-панель, энергоэффективность, энергосбережение, теплопередачи, теплотехнические характеристики.

теплоперенос, сопротивление

Keywords: aerated concrete, sandwich panel, heat transfer, energy efficiency, energy saving, heat transfer resistance, thermal performance. На сегодняшний день крупнопанельное домостроение занимает лидирующее место, как по скорости возведения, так и по уровню продаж, что способствует увеличению объемов домостроения из сборного железобетона [1]. В регионах Донбасса панельные дома требуют снижения металлоемкости, материалоемкости и улучшения теплотехнических характеристик. Поэтому устаревшие серии крупнопанельных домов не отвечают современным требованиям. Старые панельные дома постепенно сменяются панельными домами из сэндвич-панелей и жилыми комплексами из газобетона. Одними из приоритетных направлений современной архитектуры и строительства являются энергосбережение и повышение энергоэффективности зданий. Важной задачей в этом направлении стало адекватное определение теплозащитных свойств ограждающих конструкций.

103

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Решение данной задачи позволяет оценить соответствие строительных конструкций нормативным требованиям, установить реальные потери тепла, разработать меры по повышению тепловой защиты зданий. Комплексная оценка теплозащиты эксплуатируемых зданий может быть выполнена путем натурных измерений процессов теплопереноса в ограждающих конструкциях [2]. Исследование проводилось в натурных зимних условиях эксплуатации, т.е. в условиях совместного нестационарного тепловлагопереноса. Методы определения сопротивления теплопередаче основаны на измерении температуры внутреннего и наружного воздуха, температуры поверхностей ограждающих конструкций, а также плотности теплового потока, проходящего через них, и на последующей математической обработке результатов. Натурные измерения параметров теплозащиты ограждающих конструкций выполнены методом неразрушающего контроля с применением современных цифровых измерительных приборов. Для измерения температур в качестве первичных преобразователей применялись термоэлектрические преобразователи ДТПL014-00.20/2. В качестве вторичных измерительных приборов использовался милливольтметр. Для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции, использовались тепломеры – датчики теплового потока. Для измерения температуры и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха использовался гигрометр психометрический. Натурное обследование проходило в соответствии ГОСТ 2625484 [3] по тепловой инерции наружных стен здания. Анализ фактических данных, взятых с ближайшей метеостанции, показал, что в предшествующие трое суток перед началом измерений температура наружного воздуха была стабильной. Внутри здания температура воздуха практически постоянна, что обусловлено режимом эксплуатации. Таким образом, в целом режим теплопередачи через рассматриваемые ограждения можно считать близким к установившемуся. Перед установкой преобразователей теплового потока участки поверхности ограждающих конструкций зачищались до устранения видимых и осязаемых на ощупь шероховатостей. Преобразователь был плотно прижат по всей его поверхности к ограждающей конструкции и закреплен в этом положении – этим был обеспечен постоянный контакт преобразователя теплового потока с 104

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

поверхностью исследуемых участков в течение всех последующих измерений. При креплении преобразователя между ним и ограждающей конструкцией не допускается образование воздушных зазоров. Для исключения их на участке поверхности в местах измерений наносится тонкий слой технического вазелина, перекрывающий нервности поверхности. Преобразователь прикреплялся при помощи теплопроводного клея Radial, предназначенного для монтажа теплоотводящей арматуры, с рабочим диапазоном температур от –60 до +300 °С. В период проведения исследования температура воздуха на удалении 25 см от ограждающей конструкции в помещении в среднем была равна 18,9 °С; температура наружного воздуха в среднем составила –6,1 °С; влажность в помещении – 33 %, на улице – 46 %. Результаты мониторинга температуры и плотности теплового потока обработаны при помощи программного продукта DAQ Manager 1.6.2. Для каждой термопары определяется среднеарифметическое значение показаний за период наблюдений. Разность температур на поверхностях стены рассчитывается как разность средневзвешенных значений температур наружной и внутренней поверхностей стены в°С: Dt = t з - t н (1) Плотность теплового потока q, проходящего через преобразователь, рассчитывается по формуле q = c×E (2) где с – градуировочный коэффициент преобразователя при температуре испытаний, Вт/(м2 · мВ); за среднюю температуру испытаний принимается температура поверхности ограждающей конструкции под преобразователем; Е – ЭДС, мВ. Для каждого тепломера рассчитывается среднеарифметическое значение показаний за период наблюдения. Определяется среднее значение плотности теплового потока через испытываемый фрагмент кладки qср, Вт/м2. По результатам испытаний определяются термические сопротивления фрагментов R при фактической влажности во время испытаний:

R=

Dt q ср

(3)

Результаты испытаний. Температура воздуха составляет: в теплой зоне – 18,9°С; в холодной зоне – минус 6,1°С.

105

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Таблица 1- Сравнение теплотехнических характеристик №

tmin на внутренней поверх -ности стены, °С;

Для 13,44 газобетона Для сэндвич 14,7 -панелей

tmax на внутренней поверхности стены, °С;

tср средняя температура поверхности фрагмен -та стены: в теплой зоне, °С;

tср средняя темпера тура поверхности фрагмента стены: в холодной зоне, °С;

Колебания температуры на поверхности °С;

Термичес кое сопротив ление, м2·°С/Вт

17,9

15,2

5,8

4,3

4,46

18,3

14,3

17,1

3

3,6

Отапливаемые помещения теряют теплоту через ограждения вследствие разности температур внутреннего и наружного воздуха [5]. Для нормальной жизнедеятельности людей температура внутренней поверхности ограждения не должна сильно отличатся от температуры воздуха в помещении. Разница должна быть меньше заданного значения tн – нормируемого температурного перепада. Для стен tн = 4°С. В нашем случае это условие выполняется. Благодаря теплоаккумулирующей способности строительных конструкций кратковременные понижения температуры наружного воздуха не приводят к заметным изменениям параметров внутреннего воздуха помещений [5]. Следует отметить, что на данные, полученные в ходе натурных испытаний, оказывают влияние климатические условия района, эксплуатационный режим помещения, технология производства строительных работ, качество кладочного раствора, фактическая воздухопроницаемость стен, инсоляция и другие факторы. Поэтому эти данные могут несколько отличаться от нормативных данных. Выводы. В результате проведенного исследования наблюдались наименьшие колебания температуры на внутренней поверхности сэндвич панелей наибольшие – на поверхности газобетона. Таким образом, здания из сэндвич - панелей менее чувствительны к колебаниям температуры на улице в течение суток.

106

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Список литературы 1. Николаев В.Н. Инновационные энергосберегающие сэндвич-панели для индустриального строительства// Строительные материалы . – 2020. – № 12. – C. 47–51.

2. Лысёв В.И., Шилин А.С. Направления повышения энергоэффективности зданий и сооружений // Холодильная техника и кондиционирование. – 2017. – № 2. – C. 18–24.

3. Корниенко С.В. Комплексная оценка теплозащиты ограждающих конструкций оболочки здания // Magazine of Engineering. – 2012. – № 7. – C. 43–47.

4. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

5. Малявина Е.Г. Теплопотери здания: Справочное пособие. – М.: Изд-во АВОКПРЕСС, 2007. – 144 с.

107

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.7

ОБОГАЩЕНИЕ МАРГАНЦЕВЫХ РУД УСИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В.Г. Самойлик, С.Н. Правник ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ», г. Донецк, ДНР Аннотация. В статье приведен анализ технологии обогащения марганцевых руд Усинского месторождения. Наряду с традиционными методами обогащения марганцевых руд – гравитационными, промывкой – предложено применение методов радиометрической сепарации, что позволило получить кондиционный концентрат.

Annotation. The article presents an analysis of the technology of processing manganese ores of the Usinsk deposit. Along with the traditional methods of processing manganese ores-gravity, washing-the use of radiometric separation methods was proposed, which allowed to obtain a conditioned concentrate. Ключевые слова: марганец, руда, обогащение, извлечение, радиометрическая сепарация, промывка, отсадка Key words: manganese, ore, enrichment, extraction, radiometric separation, washing, jigging Российская Федерация обладает достаточно крупной сырьевой базой марганцевых руд, входя в десятку мировых держателей их запасов, однако товарно-сырьевую продукцию практически не производит. Добыча марганцевых руд в России ведется нерегулярно и не превышает 66 тыс. т/год [1]. Связано это с низким качеством руд российских месторождений и необходимостью значительных вложений в их освоение. Крупнейшим месторождением марганцевых руд России является Усинское (Кемеровская область, Западно-Сибирский регион). В его недрах заключено более половины запасов марганцевых руд России. Месторождение характеризуется крупными запасами бедных карбонатных руд при среднем содержании марганца 19,72 % и фосфора 0,15 %. На месторождении имеется кора выветривания, в пределах которой сформировались окисленные руды, содержащие в среднем марганца 25,57 % и фосфора 0,24 %. Доля карбонатных руд составляет 94 %, окисленных – 6 %, смешанный тип руд слабо развит [2].

108

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Технология обогащения усинских руд, разработанная ОАО «Уралмеханобр», предполагает использование рентгенорадиометрической сепарации для обогащения карбонатных руд крупностью более 20 мм и операции промывки для предварительного обогащения окисленных марганцевых руд. Технологическая схема обогащения карбонатной руды включает следующие основные операции: - грохочение руды крупностью менее 100 мм на следующие классы крупности: 50-100 мм, 20-50 мм, 10-20 мм и 0-10 мм. Поскольку глубина ионизирующего излучения рентгеновских трубок рентгенорадиометрических сепараторов (РРС) не превышает 0,3 мм, для эффективной работы РРС предусматривается обесшламливание материала и отмывка кусков горячей водой от снега и льда в период отрицательных температур; - две стадии РРС материала классов 50-100 мм и 20-50 мм. В первой стадии удаляются отвальные хвосты и выделяется обогащенный марганцем продукт, во второй стадии предусмотрено выделение концентрата с содержанием марганца 36,0 % (концентрат I сорта) и рядового концентрата с содержанием марганца 25,2 % (концентрата II сорта), по выходу составляя 10,84 и 31,50 %, соответственно. Объём производства и качество концентрата высшего сорта определено на основе потребностей ферросплавного производства, исходя из предусмотренной технологии производства ферросплавов; - материал класса 0-20 мм предусмотрено обогащать отсадкой. Концентрат отсадки 10-20 мм содержит 24,0 % марганца при выходе 5,80 % и извлечении ценного компонента 7,24 % от исходной руды. Концентрат соответствует II сорту ТУ на карбонатные руды. Отсадка материала классов 4-10 и 0-4 мм из окисленных и карбонатных руд осуществляется раздельно-повременно на одних и тех же отсадочных машинах с интервалом перехода не менее суток. Концентраты фракций 4-10 и 0-4 мм с содержанием марганца 23,5 и 23,3 %, соответственно, относятся ко II сорту ТУ на карбонатные концентраты. Хвосты отсадочных машин рекомендуется складировать отдельно с целью возможного извлечения марганца из них другими методами (гидрометаллургия, химическое обогащение и т.д.). Схема обогащения окисленных руд включает следующие основные операции: - промывку исходной руды с содержанием марганца 24,37 % крупностью 0-80 мм с выделением кусковой фракции крупностью 1080 мм с содержанием марганца 35,83 % при выходе 27,20 % и извлечении ценного компонента 40,0 %; 109

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

- раздельную отсадку материала классов 4-10 мм и 0-4 мм. Концентрат отсадки материала класса 4-10 мм характеризуется следующими показателями: выход – 12,12 %, содержание марганца – 35,0 %, извлечение марганца от исходной руды – 17,41 %. Концентрат отсадки материала 0-4 мм содержит 34,20 % марганца при выходе 14,20 % и извлечении 11,93 % от исходной руды. Суммарный концентрат по схеме содержит 35,20 % Mn при выходе 53,52 % и извлечении 77,34 % от исходной руды. Общие хвосты содержат 11,88 % Mn. Обогащение марганцевых руд Усинского месторождения по описанным выше схемам позволяет получить концентраты, состав которых приведен в табл. 1. Таблица 1 – Химический состав концентратов, % [3] Концентрат карбонатный Компоненты

Mn

оксидный

І ІІ крупный отсадка отсадка сорт сорт (промывка) (РРС) (РРС) 1020204-10 0-4 10-80 4-10 0-4 20 100 100 мм мм мм мм мм мм мм мм 36,00 25,20 24,00 23,50 23,30 35,83 35,00 34,20

P

0,16

0,15

0,14

0,14

0,14

0,216

0,220 0,230

Fe

3,20

3,30

3,60

5,00

5,00

11,07

10,90 10,54

SiO2

9,49

13,32 13,87 14,17 14,29

12,72

13,20 13,60

CaO

7,44

14,95 17,70 16,03 16,17

2,36

2,36

2,40

MgO

1,76

2,85

2,99

3,05

3,08

1,52

1,51

1,48

Al2O3

1,18

1,40

1,47

1,50

1,52

1,84

1,89

1,99

S

0,80

0,90

0,90

0,96

0,96

0,08

0,09

0,09

26,58 27,20 26,30 25,93 25,73

7,72

9,49

10,70

3,2

16,00

17,0

п.п.п.* Влага

1,0

1,0

13,6

15,0

*п.п.п. – потери при прокаливании 110

16,0

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

Выводы. Рассмотренная технология обогащения даёт возможность получить из бедных марганцевых руд Усинского месторождения концентраты, пригодные для использования в ферросплавном производстве. Разработка и успешное освоение Усинского месторождения позволит организовать производство ферромарганца и ферросиликомарганца из отечественного сырья, тем самым существенно снизить импортозависимость экономики России. Перечень ссылок 1. Проблема марганца в российской металлургии / В.Я. Дашевский, А.А. Александров, В.И. Жучков, Л.И. Леонтьев. // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. 2020. Том 63. № 8. – С. 579-589.

2. Обогащение руд чёрных металлов : учеб. пособие для обучающихся образоват. учреждений высш. проф. образования / В. Г. Самойлик, А.Н. Корчевский ; ГОУВПО «ДОННТУ». – Донецк : ДОННТУ, 2021. – 267 с.

3. Производство марганцевых ферросплавов из марганцевых руд усинского месторождения / В.Я. Дашевский, Ю.С. Юсфин, Г.С. Подгородецкий, Н.В. Баева // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013. № 9. – С. 9-16.

111

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.8

О РАЗРАБОТКЕ ПРИМЕРНОЙ ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ДЛЯ МАШИНИСТА УСТАНОВКИ ПОДЪЕМНОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДЛЯ ВОДООТЛИВНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛИКВИДИРОВАННЫХ ШАХТ Р.Г. Сафин ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ», г. Макеевка, ДНР Выполнен анализ законодательных и нормативных требований и разработан проект примерной инструкции по охране труда для машиниста установки подъёмной автомобильной, применяемой для монтажа-демонтажа водоподъёмных колонн в скважинах на водоотливных комплексах ликвидированных шахт.

The analysis of legislative and regulatory requirements was carried out and a draft of an approximate instruction on labor protection was developed for the driver of a lifting automobile installation used for mounting and dismantling water-lifting columns in wells at drainage complexes of abandoned mines. Ключевые слова: охрана труда, водоподъёмная колонна, примерная инструкция, машинист установки подъёмной автомобильной.

Keywords: labor protection, water-lifting column, approximate instruction, the driver of the installation of a lifting automobile. В соответствии со статьей 27 Закона ДНР «Об охране труда», на предприятиях должны разрабатываться инструкции по охране труда. Инструкция по охране труда – это локальный нормативный правовой акт, содержащий требования по охране труда для профессий и (или) отдельных видов работ (услуг). Требования к разработке и принятию инструкций по охране труда регламентирует НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда [1]. Основой для разработки инструкций по охране труда на предприятиях служат действующие в отрасли соответствующие примерные инструкции. На многих ликвидированных угольных шахтах, работающих в режиме водоотливного комплекса, подземные шахтные воды откачиваются через водоотливные скважины. Для откачивания воды в 112

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

скважины опускаются водоподъёмные колонны, состоящие из погружных насосов и трубопроводов. Водоподъёмные колонны опускаются в скважины с помощью установки подъёмной автомобильной УПА-60(80). В настоящее время в угольной промышленности ДНР отсутствует примерная инструкция по охране труда для машиниста установки подъёмной автомобильной. Цель статьи – изложить основные результаты разработки проекта примерной инструкции по охране труда для машиниста установки подъемной автомобильной для водоотливных комплексов ликвидированных угольных шахт. При разработке организационных мер по охране труда для машиниста установки подъёмной автомобильной (далее – машинист) были использованы опыт работы установки подъёмной автомобильной на водоотливных комплексах шахт «Черноморка» и «Никанор» государственного предприятия «Укршахтгидрозащита», требования нормативных документов [1-4], инструкции по охране труда, доступные в сети Интернет, а также инструкции по охране труда разработанные службой охраны труда государственного предприятия «Укршахтгидрозащита» и государственного предприятия «Донбассуглереструктуризация». Согласно НПАОТ 0.00-6.01-16 [1], примерная инструкция по охране труда должна состоять из следующих разделов: «Общие требования охраны труда», «Требования охраны труда перед началом работы», «Требования охраны труда во время работы», «Требования охраны труда в аварийных ситуациях», «Требования охраны труда по окончании работ», «Ответственность». Раздел «Общие требования охраны труда» должен содержать следующие основные положения. Условия договора не могут содержать положений, противоречащих законам ДНР и иным государственным нормативным правовым актам по охране труда. Во время заключения трудового договора работодатель обязан под подпись проинформировать машиниста об условиях труда и о наличии на его рабочем месте опасных и вредных производственных факторов, которые еще не устранены, возможных последствиях их влияния на здоровье и о правах работника на его льготы и компенсации за работу в таких условиях согласно законодательству ДНР и коллективному договору. Машинисту не может предлагаться работа, которая по медицинскому заключению противопоказана ему по состоянию здоровья. Все работники, согласно действующему законодательству ДНР, подлежат общеобязательному 113

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

государственному социальному страхованию от несчастного случая на производстве и профессионального заболевания. Перед началом работы машинист установки подъёмной автомобильной обязан: получить задание у руководителя работ; осмотреть место работы и определить рабочую зону установки подъёмной автомобильной, границы опасной зоны, средства связи машиниста с рабочими, обслуживающими монтажноэксплуатационную площадку технологического комплекса поверхности; проверить наличие и работоспособность аппаратуры автоматической газовой защиты; установить в зоне работы знаки безопасности и предупредительные надписи; в темное время суток осветить рабочую зону машины; перед выездом на дорогу проверить состояние колёс, накаченность шин, исправность тормозов, рулевого управления, болтов крепления карданного вала, исправность проводки, фар, стопсигнала, указателей поворотов, звукового сигнала, контрольноизмерительных приборов, зеркал заднего вида; перед установкой машины на месте работы машинист обязан под выносные опоры подложить инвентарные подкладки. Перед началом работ по монтажу-демонтажу водоподъёмной колонны: убедиться, что рычаг переключения скоростей находится в нейтральном положении; проверить работоспособность двигателя на холостом ходу и его исправность, а также исправность осветительных и контрольноизмерительных приборов, исправность искрогасительной системы в выхлопной трубе; проверить отсутствие трещин и деформаций в металлоконструкциях мачты; проверить исправность манометров в системе гидропривода; проверить исправность всех элементов гидравлической системы установки (не допускается приступать к работе установки при протекании топлива в системе питания двигателя и масла, в системе смазки, а также в гидравлической системе). В кабине установки подъёмной автомобильной не допускается хранить топливо и другие легковоспламеняющиеся жидкости, промасленный обтирочный материал.

114

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

При обнаружении неисправностей в автомобиле или в гидравлической подъёмной системе установки машинист обязан прекратить эксплуатацию установки и сообщить об этом руководителю работ. Перед началом работ по монтажу-демонтажу водоподъёмной колонны, машинист обязан убедиться в отсутствии людей на расстоянии не менее 5 м от зоны действия установки подъёмной автомобильной и ее рабочих органов и места складирования извлекаемых из скважины труб. При возникновении ситуаций, которые могут привести к аварии или несчастным случаям немедленно прекратить работы по монтажудемонтажу водоподъёмной колонны. В случае возникновения пожара в зоне проведения работ по монтажу-демонтажу водоподъёмной колонны необходимо срочно принять меры в строгом соответствии с требованиями инструкции при обеспечении пожарной безопасности и «Плана ликвидации аварийной ситуации». Машинист обязан уметь пользоваться имеющимися средствами пожаротушения. Для целей пожаротушения уметь подать воду на любой объект промышленной площадки. При получении производственной травмы необходимо сохранить рабочее место происшествия таким, каким оно было на момент травмы, если это не угрожает жизни и здоровью окружающих, и не может привести к аварии, получить необходимую медицинскую помощь и сообщить о происшедшем руководителю работ. При получении производственной травмы рядом работающим работником, оказать ему первую доврачебную помощь, освободив его от действий травмирующего фактора (электротока, механизмов и т.д.). При возникновении возгорания горючих материалов на установке подъёмной автомобильной машинист обязан: немедленно прекратить работы по монтажу-демонтажу водоподъёмной колонны, отвести установку от водоотливной скважины на безопасное расстояние; остановить (заглушить) двигатель и приступить к тушению возгорания первичными средствами пожаротушения; сообщить о возгорании руководителю объекта; принять меры по обеспечению безопасности и эвакуации людей. При возникновении нештатной ситуации во время монтажадемонтажа водоподъёмной колонны следует незамедлительно остановить спуск-подъём до получения разрешения на дальнейшее выполнение работы от руководителя работ.

115

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

В случае поломки установки подъёмной автомобильной в пути следования к месту работы и невозможности устранения машинистом технических неисправностей машинист должен сообщить руководителю о месте своей вынужденной стоянки. По окончании работ по монтажу-демонтажу водоподъёмной колонны машинист обязан: поставить установку подъёмную автомобильную в отведённое место; очистить машину от грязи, подтянуть болтовые соединения, смазать трущиеся части; в зимнее время года слить воду и масло в чистую тару, которую необходимо плотно закрыть пробкой; сообщить руководителю работ обо всех неполадках, возникших во время работы; выключить двигатель; произвести осмотр установки подъёмной автомобильной для подготовки к следующему рабочему дню (очистить машину от грязи и пыли, проверить крепление болтов, отсутствие протекания горючего, масла и др.); закрыть кабину на замок. Машинист, виновный в нарушении требований охраны труда, несет ответственность в соответствии с действующим законодательством ДНР. Дальнейшие исследования должны быть направлены на разработку инструкций по охране труда для других рабочих профессий ликвидированных угольных шахт. Выводы В статье изложены основные результаты разработки проекта примерной инструкции по охране труда для машиниста установки подъемной автомобильной для водоотливных комплексов ликвидированных угольных шахт Донецкой Народной Республики. Перечень ссылок 1. НПАОТ 0.00-6.01-16 Порядок разработки и принятия инструкций по охране труда (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 23.12.2015 № 527, зарегистрирован в Министерстве юстиции ДНР 21.01.2016 под № 903).

2. НПАОТ 0.00-1.01-19 Правила безопасности при эксплуатации грузоподъемных кранов и подъемников (утвержден приказом Гортехнадзора ДНР от 08.04.2019 № 210, зарегистрирован в Министерстве юстиции ДНР 24.04.2019 под № 3133).

3. НПАОТ 10.0-1.01-16 Правила безопасности в угольных шахтах (утверждены совместным приказом Гортехнадзора ДНР и Министерства угля и энергетики ДНР от 18.04.2016 г. № 36/208, зарегистрированы в Министерстве юстиции ДНР 17.05.2016 г. под №1284; с изменениями).

4. Правила дорожного движения Донецкой Народной Республики (утверждены Постановлением Совета Министров ДНР от 12.03.2015 №3-12).

116

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

УДК 622.734.001.57

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ МИНЕРАЛОВ Л.И. Серафимова, Е.А. Барабаш ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»,г. Донецк, ДНР Аннотация.Статья посвящена исследованиям добычи вермикулитаиз Каменномогильного месторождения Приазовья, который хорошо зарекомендовал себя в составе огнезащитных покрытий, а также как термоизоляционный наполнитель огнестойких дверей, наполнитель тепло- и звукоизоляционных строительных смесей. В связи с этим ведется исследование альтернативных технологий обогащения твердых материалов, в том числе на щелевом сепараторе для разделения твердых материалов.

Annotation. The article is devoted to the study of vermiculite extraction from the Kamennomogilnoye deposit of the Azov Sea, which has proven itself well in the composition of fire retardant coatings, as well as a thermal insulating filler for fire-resistant doors, a filler for heat and sound insulating building mixtures. In this regard, research is underway on alternative technologies for enrichment of solid materials, including a slotted separator for separating solid materials. Ключевые слова:минералы, месторождения,промышленные отходы, фракция, щелевой сепаратор.

Keywords:minerals, deposits, industrial waste, fraction, slotted separator. Минерально-сырьевая база региона имеет исключительно важное значениедля развития промышленности и экономики любого государства, является залогомбезопасности, стабильности и сбалансированного его развития. По масштабам разведанных запасов и добыче многих видов минерального сырья Донецкая область занимает ведущее положение среди многих развитых стран. Особенности геологического строения территории области обусловили богатство ее недр разнообразными полезными ископаемыми, на базе которых работают более 500 117

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

горнодобывающих предприятий. Такими видами сырья, как уголь, каменная соль, каолин, мел, формовочные, стекольные и строительные пески, цементное сырье, гипс,вермикулита, каменные строительные материалы промышленность области полностью обеспечена на сотни лет. В последние годы в Приазовье открыто Каменное месторождение вермикулита – минерала, образовавшегося из слюды в результате выветривания.Вермикулит представляет собой крупные пластинчатые кристаллы золотисто-жёлтого или бурого цвета. При нагревании из пластинок образуются червеобразные столбики или нити золотистого или серебристого цвета с поперечным делением на тончайшие чешуйки (вспученный вермикулит). Обожжённые массы вермикулита свободно плавают на поверхности воды. Вспученный вермикулит не поддаётся истиранию и по смазочным свойствам подобен графиту. Эластичность структуры вермикулита даёт ему существенные преимущества перед аналогичными материалами. Так, используемый для теплоизоляции перлит крайне хрупок и разрушается даже при транспортировке. Вермикулит лишён этого недостатка, что позволяет производить из него тепло- и огнезащитные материалы методом прессования. Вермикулит используется в составе огнезащитных покрытий, а также как термоизоляционный наполнитель огнестойких дверей, наполнитель тепло- и звукоизоляционных строительных смесей. Для выделения вермикулита из сопутствующей породы используются различные методы обогащения.Отделение крупноразмерной слюды из слюдосодержащего сырья осуществляется, как правило, на различных типах механических грохотов. Наличие существенной разницы по форме зерен слюды и породы позволяет проводить разделение на поверхности, представленной в виде колосниковых решеток[1]. Определено, что одним из существенных недостатков рабочей поверхности механических грохотов является засорение щелевидных отверстий поверхности «трудными» зернами. Это требует периодической остановки оборудования для очистки просеивающей поверхности. Кроме этого, вибрационные механические грохота обладают большой массой, являются источником повышенного шума на 118

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

предприятиях и требуют существенных затрат энергии. Для устранения отмеченных выше недостатков создана конструкция щелевого сепаратора, которая исключает забивание щелей «трудными» зернами и может эксплуатироваться при ведении процесса с использованием воды. Щелевой сепаратор предназначен для переработки материалов, различающихся по форме разделяемых частиц. Он может быть использован для разделения слюдяных руд, которые содержат кристаллы пластинчатой формы. Разработанная конструкция позволяет устранять забивание щелей между пластинами вращающегося барабана «трудными» зернами и осуществлять автоматическую очистку щелей при помощи специального приспособления, чем достигается существенное улучшение эффективности разделения материала. Общий вид сепаратора представлен на рис. 1.

Рисунок 1 – Общий вид щелевого сепаратора Исходный материал поступает внутрь двухсекционного вращающегося барабана, рабочая поверхность каждой из секций которого выполнена из сменных пластин, закрепленных на стержнях вдоль образующих барабана. Ширина щели между пластинами регулируется специальным устройством в зависимости от крупности разделяемого материала и выбирается по суммарным характеристикам толщины отдельных кристаллов слюды и породы. Для предотвращения забивания щелей барабан снабжен приспособлением для изменения размера щели. Две секции барабана 119

Проблемы и перспективы в горном деле и строительстве

позволяют устанавливать в каждой из них различную ширину щели между пластинами, что важно при переработке руды, содержащей сростки. В первой секции выделяется готовый концентрат, во второй — промежуточный продукт, который потребует последующего раскрытия сростков. Сепаратор прошел промышленную проверку на слюдяных рудах различных типов семи месторождений Карело-Кольского региона при обогащении материала крупностью -80+20 и -20+10 мм. Проведенные работы показали, что получаемые концентраты характеризуются более высоким качеством, чем по существующей на слюдодобывающих предприятиях технологии, а извлечение слюды в концентрат становится на 20-40% выше[2]. Выводы.Проведенными опробованиями сепаратора установлено существенное увеличение извлечение слюды в концентрат по сравнению с традиционными технологиями.В связи с тем, что на Донбассе есть месторождения слюды и вермикулита, возможно предположение, что внедрение щелевого сепаратора на обогатительные фабрики нашего региона будет целесообразным. Перечень ссылок.

1. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие / Самойлик В. Г. - Донецк: ООО «Східнийвидавничийдім», 2015.- 164 с.

2. Щелевой сепаратор твердых материалов. https://region.murman.ru/economy/invest/innovation/giknc_1.shtml

120