Свойства горных пород. Геомеханика и геофизика. Рубрика в журнале - Горные науки и технологии
Статья научная
На текущий момент использование цифровых моделей при разработке нефтяных и газовых место- рождений является эффективным инструментом принятия обоснованных тактических и стратегических решений для максимального извлечения углеводородных запасов на месторождении. При этом постоянное увеличение доли трудноизвлекаемых запасов приводит к ускоренному нарастанию роли моделирования пластовых углеводородных систем при разработке нефтяных и газовых месторождений. Многие газоконденсатные месторождения Восточной Сибири можно охарактеризовать как залежи с низкими фильтрационно-емкостными свойствами и сложными термобарическими условиями, и, как следствие, актуальным является вопрос повышения эффективности разработки подобных залежей для увеличения накопленной добычи газа и конденсата. В случае если начальное пластовое давление газоконденсатного месторождения соответствует давлению начала конденсации, наблюдается выпадение значительного количества ретроградного конденсата при понижении давления в пласте. Выпадение конденсата в поровом пространстве пласта приводит к понижению как коэффициента извлечения конденсата (КИК), так и коэффициента извлечения газа (КИГ). С помощью гидродинамического симулятора Т-Навигатор отечественного производителя Rock Flow Dynamics были произведены прогнозные расчеты разработки газоконденсатной залежи вертикальными и горизонтальными скважинами. Расчеты производились при различных технологических режимах на примере газоконденсатного месторождения, который характеризуется сложными термобарическими условиями (начальное пластовое давление соответствует давлению начала конденсации), при этом целевым технологическим параметром являлось количество выпавшего конденсата в пласте. По результатам исследования можно сделать основной вывод - разработка залежи горизонтальными скважинами позволяет значительно снижать депрессию на пласт по сравнению с вертикальными, при этом конденсат в пласте выпадает по большему объему, становится неподвижным и препятствует дальнейшей добыче газа, снижая общую добычу конденсата. Увеличение конденсатоотдачи пласта при разработке газоконденсатной залежи вертикальными скважинами по сравнению с горизонтальными скважинами наблюдается при определенных пластовых условиях, соответствующих проделанному в настоящей работе моделированию, а именно при низких фильтрационно-емкостных свойствах пласта и наличии насыщенной газоконденсатной системы.
Бесплатно
Прогноз сейсмического воздействия взрывов на производственную инфраструктуру
Статья научная
Вопрос прогнозирования степени сейсмического воздействия промышленных взрывов на производственную инфраструктуру имеет важное значение при разработке полезных ископаемых открытым способом. В нашем случае интерес к этой проблеме определяется необходимостью обеспечения безопасности ведения горных работ при достаточной их эффективности в районе расположения охраняемых объектов ОАО ХК «Якутуголь», находящихся в зоне влияния горных работ разреза «Нерюнгринский». Из выполненных экспериментальных исследований установлено, что природные факторы влияют на интенсивность сейсмического эффекта, но не являются определяющими, тем не менее такие, как обводненность, многолетняя и сезонная мерзлота горных пород, должны учитываться при проектировании буровзрывных работ. Главным образом скорость колебания грунта в точках наблюдений зависит прежде всего от массы заряда ВВ, максимальной в группе, и гипоцентрального расстояния, т.е. расстояния от места (области) внутри блока, где начинаются разрушение, трещинообразование горных пород, возникают сейсмические волны при взрыве и распространяются до точки регистрации, а также масштаба массовых взрывов. В связи с этим для обеспечения достоверности и надежности прогноза сейсмического действия взрывов на охраняемые объекты для повышения эффективности технологии ведения буровзрывных работ в Нерюнгринском разрезе возникла необходимость в разработке методики, в основе которой лежали бы закономерности, связывающие сейсмические движения при взрыве с характеристиками взрыва и гипоцентральным расстоянием. Полученная по результатам экспериментальных исследований зависимость была реализована в алгоритме при разработке прикладной программы “SeismPrognoz”, позволяющей оперативно производить вычисления максимальной векторной скорости смещения грунта, массы заряда взрывчатого вещества (ВВ) максимальной в группе, безопасного расстояния, общей массы заряда ВВ и использовать полученную информацию для расчета паспорта буровзрывных работ конкретного блока.
Бесплатно
Статья научная
Разработка свит пластов приводит к образованию в толще пород большого количества зон повышенного горного давления, образованных влиянием опорного давления краевых частей массива и целиков, оставленных на соседних пластах. Наличие таких зон резко ухудшает состояние подготовительных и капитальных выработок при разработке свит пластов. В статье приводятся результаты проведенных наблюдений на участках подземных выработок угольных шахт Карагандинского угольного бассейна, находящихся под и над целиками и краевыми частями вышележащих угольных пластов. Если опорное давление под целиками и краевыми частями угольных пластов достаточно интенсивно исследовалось, то опорное давление над целиками и краевыми частями угольных пластов практически не изучалось. Результаты проведенных исследований показали, что во всех выработках, в которых проводились наблюдения, высота участка выработки, расположенного над целиком (краевой частью), изменяется волнообразно. Характер влияния опорного давления меняется в зависимости от удаленности выработки от источника этого давления и определяется коэффициентом подработки Kп. Длина полуволны опорного давления соответствует шагу вторичного обрушения основной кровли угольного пласта, на котором расположен целик (краевая часть). Результаты проведенных исследований показали, что во всех выработках, в которых проводились наблюдения, высота участка выработки, расположенного под целиком (краевой частью), изменяется волнообразно. В результате проведенных исследований выявлен волновой характер стационарного опорного давления, распространяющегося вдоль пласта, на котором расположена выработка, по закону затухающей синусоиды по мере удаления от источника опорного давления. При этом длина полуволны λ/2 соответствует мощности основной кровли над выработкой
Бесплатно
Системный подход к геодинамическому районированию на основе искусственных нейронных сетей
Статья научная
Рассмотрены методологические аспекты применения искусственных нейронных сетей для задач геодинамического районирования территорий при выборе мест размещения экологически опасных объектов (на примере объектов ядерного топливного цикла). Для преодоления неопределённости, обусловленной сложностью анализа информации о свойствах, процессах и строении геологической среды, используется системный подход анализа информации. Геологическая среда представляется как система взаимодействующего антропогенного объекта и окружающей среды, между которыми организованы связи. При оценке безопасности эксплуатации такого рода системы важным является мониторинг индикаторов состояния среды. Согласно современным нормативным требования и международных и отечественных организаций одним из главных, и в то же время сложных для определения индикаторов состояния площадок размещения объектов ядерно-топливного цикла, являются современные движения земной коры. В работе мы изложили метод прогноза современных движений земной коры на основе искусственных нейронных сетей. На основе прогнозных кинематических характеристик земной коры можно выявить опасные по проявлению геодинамических процессов зоны: растяжения, сжатия, зоны накопления упругой энергии и так далее. Предварительные результаты, полученные на представленной архитектуре нейронной сети, показали положительную перспективу применения данной методологии для задач геодинамического районирования.
Бесплатно
Современный подход к геолого-технологическому картированию рудных месторождений
Статья научная
Рассмотрены основные подходы к технологической оценке рудных месторождений на основе геолого-технологического картирования и моделирования. Подтверждена актуальность и необходимость проведения программ геолого-технологических исследований на разных стадиях изучения месторождений. Показаны основные малообъемные методы определения ключевых параметров руд, непосредственно влияющих на результативность каждой стадии переработки, с целью оценки их изменчивости в пространстве месторождения.
Бесплатно
Статья научная
Управление действием взрыва на основе повышения его энергетической эффективности в технологической скважине является актуальной задачей, так как позволяет обеспечить формирование разрушенной горной массы с заданными параметрами крупности. Одним из направлений повышения эффективности взрывного воздействия на горную породу и снижения выхода негабаритов на карьерах традиционно рекомендуется усиление взрывного давления и увеличение времени воздействия взрыва на массив горных пород. Одним из устройств, использование которого позволяет в определенной степени реализовать этот подход является турбулизатор. Турбулизатор изготавливают из алюминиевой пластины, скрученной винтообразно вокруг продольной оси. Монтаж устройства в взрывной технологической скважине осуществляют по специально разработанной схеме. Разработанная методика исследования напряженно-деформированного состояния горного массива при использовании конструкции турбулизатора в скважинном заряде взрывчатых веществ позволила определить размер зоны радиальных трещин и радиус дробления горных пород. Рекомендуется способ инициирования скважинных зарядов взрывчатых веществ во взрывном блоке карьера, включающий бурение взрывных скважин, заполнение их взрывчатым веществом, установление внутрискважинных капсюлей-детонаторов и взрывание неэлектрической системой инициирования. Взрывной блок разделяется на две равные части, которые в свою очередь содержат три серии скважин для коротко-замедленного взрывания. Инициирование скважинных зарядов производится одновременно в двух частях блока в виде трапециевидной схемы взрывания с обеспечением встречи детонационных волн. В первой серии с двух концов взрывного блока производится мгновенное взрывание скважин в виде трапеции. Далее во второй серии через 42 мс взрываются последующие скважины также в виде трапеции. Еще через 42 мс по периметру взрывного блока в третьей серии взрываются оставшие ся скважины. Внедрение конструкции с использованием эффекта турбовзрывания при дроблении горных пород скважинными зарядами на месторождении Кальмакыр АО «Алмалыкский горно-металлургический комбинат» позволило снизить потребность во взрывчатых материалах и уменьшить объёмы бурения, снизить затраты на вторичное дробление, повысить производительность работы экскаваторов и безопасность горных работ.
Бесплатно
Статья научная
При обогащении руд весьма эффективно применение открытых контуров управления, в которых в качестве входного параметра используют качество руды. Для определения качества руды проводится оперативный анализ ее вещественного и минерального состава, вкрапленности ценных компонентов. На основании результатов анализа производится формирование рудопотоков на обогатительной фабрике и выбираются эффективные режимы переработки. Современные системы визиометрического анализа руды создают основу для эффективного автоматизированного управления процессами обогащения, построенного на принципе опережающего контроля сортности руды. Для повышения точности измерения минерального состава руды разработана специальная установка, обеспечивающая очистку руды от шламов. Установка позволяет достичь высокой точности анализа минералогического состава руды. Испытания системы визиометрического анализа сортности руды, проведенные на медно-молибденовых рудах ГОКа «Эрдэнэт», показали высокую надежность и эффективность.
Бесплатно
Статья научная
Обеспечение эффективного развития отраслей промышленности на базе природных ресурсов с учетом необходимого качественного научного обоснования, балансирующего на разумном уровне научно-технического прогресса, обосновывается созданием новых материалов с заданными характеристиками. Для этого необходимы фундаментальные исследования физико-химических и термодинамических свойств различных систем, в частности интерметаллидов (ИМ), являющихся важной прикладной задачей. В настоящее время особенно актуальной становится изучение металлических систем на основе алюминия с участием редкоземельных металлов. Рассматривается вопрос установления зависимостей изменения термохимических характеристик ИМ систем алюминийлантаноиды составов α-Al11Ln3, β-Al11Ln3 и Al3Ln, путем уточнения значений величин температуры и энтальпии плавления с использованием полуэмпирических и расчетных методов, позволяющих получить достаточно полные характеристики по температуре и энтальпии плавления ИМ составов, богатых алюминием, имеющих спрос в современных областях техники.
Бесплатно
Статья научная
Текстура и структура горных пород играют существенную роль в формировании их физических свойств, а также несут информацию о генезисе. В статье рассматривается моделирование методом конечных элементов (МКЭ) геометрических форм различных структур и текстур горных пород. Оно осуществляется путем программной детализации свойств элементов и их пространственного расположения в моделируемом объекте. При программировании структур возможно также задание физических свойств различных частей модели, сеток, начальных и граничных условий, которые могут изменяться в соответствии со сценариями проведения численных экспериментов. В работе на основе МКЭ реализуется моделирование в COMSOL Multiphysics в связке с Matlab различных структур и текстур горных пород с включениями и нарушениями. Такие структуры используются для проведения компьютерных экспериментов по определению физических свойств геоматериалов и исследованию влияния на них воздействий различной физической природы. Рассмотрены построения нескольких моделей: образца горной породы с включениями в форме эллипсов равных размеров с различной ориентацией; образца песчаника, содержащего включения с высоким модулем упругости в цементирующей матрице при его деформировании; образца известняка при определении его удельного электрического сопротивления с трещинами, заполненными нефтью и минерализованной водой. В качестве примера анализа трещиноватой структуры рассмотрено влияние заполнителя на электросопротивление образца известняка, содержащего систему тонких эллиптических трещин с преимущественно горизонтальным расположением. Наглядно показано изменение линий протекания тока при разных соотношениях между проводимостью матрицы и заполнителем трещин и их влияние на эффективную (усредненную) проводимость образца породы. Меньшая проводимость заполнителя трещин приводит к увеличению длины и уменьшению сечения линий протекания тока, что в свою очередь приводит к существенному снижению проводимости трещиноватого образца породы. Большая проводимость заполнителя имеет своим результатом незначительное увеличение проводимости трещиноватого образца по сравнению с однородным изотропным образцом. Полученные структуры могут быть использованы для проведения численных экспериментов по исследованию физических свойств пород.
Бесплатно
Статья научная
Проведены исследования химической зональности залежей руд по всем типам руд сульфидно медно-никелевого месторождения «Заполярное». В пределах месторождения сульфидных медно-никелевых руд «Заполярное» выделяются следующие промышленные типы руд: 1. Богатые вкрапленные руды, представляющие вкрапленное оруденение в перидотитах. 2. Брекчиевидные руды, образованные обломочным материалом. 3. Бедные вкрапленные руды с прожилково - вкрапленной минерализацией. 4. Сплошные руды, представляющие собой массивные выделения сульфидов. Работа основана на данных эксплуатационной и детальной разведки. Нами была осуществлена разбраковка проб по типам руд. Результаты позволили вывести линии регрессии и их формулы для прямолинейных зависимостей. Анализ графиков показал, что для всех типов руд зависимости содержания меди и кобальта от содержания никеля прямые, причем в густовкрапленных и брекчиевидных типах они близки, а в рассеянновкрапленных существенно отличаются. Хорошо видно, что на соотношение меди и никеля в рудном теле заметно влияют рассеянновкрапленные руды, тогда как соотношение кобальта и никеля определяется главным образом таковым в густовкрапленных и брекчиевидных рудах. Зависимости между никелем, медью и кобальтом в рудах не остаются постоянными при изменении концентрации никеля в руде. Графики показали, что отношение Ni / Cu в брекчиях и рассеянновкрапленных рудах, а также в околорудных метаперидотитах, практически постоянны при разных содержаниях никеля, в среднем 2 : 1,5 и 1 соответственно, а в густовкрапленных рудах отмечена тенденция возрастания отношения с увеличением содержания никеля. Отношение Ni / Со возрастает с увеличением концентрации Ni во всех типах руд. В богатых рудах рост происходит по ступенчатой кривой, а в брекчиях прямолинейно. Полученные результаты помогут в дальнейшем правильно рассчитать балансовые запасы эксплуатационных блоков и спланировать месячные, квартальные и годовые планы по добыче металлов.
Бесплатно
Эффекты прерывистой неупругости при распространении сейсмической волны в зоне малых скоростей
Статья научная
Изучение нетипичных проявлений неупругости горных пород расширяет понимание физических механизмов распространения и затухания сейсмических волн в реальных средах. Полевые эксперименты выполнены при распространении продольной волны частотой 240-1000 Гц в пространстве между двумя неглубокими скважинами в зоне малых скоростей (ЗМС). Измерения проводились с помощью пьезоэлектрического импульсного излучателя и аналогичных приемников, размещенных в скважинах. Цифровые записи сигналов в виде «напряжение-время» σ(t) регистрировались открытым каналом с микросекундным разрешением во времени. На профиле волны обнаружены необычные короткопериодные вариации амплитуды в виде резкого уменьшения крутизны фронта, падения напряжения или плато различной длительности (десятки микросекунд). Эти малоамплитудные вариации на форме волны были расценены как проявления скачкообразной прерывистой неупругости. Сделано предположение, что этот неупругий процесс оказывает влияние на трансформацию формы волны. Вклад скачкообразной неупругости зависит от величины прикладываемого напряжения, т.е. в нашем случае от величины амплитуды сейсмического сигнала. Возможный механизм скачкообразной неупругости на малых деформациях может быть объяснен микропластичностью горных пород. Полученные результаты представляют новый шаг в понимании физики распространения сейсмических и акустических волн в горных породах и могут быть полезными для решения прикладных задач в геофизике и горном деле
Бесплатно
