ГЕОМЕХАНИКА

Оригинальная статья

УДК 622.831.312:622.33.012.3:622.233::622.235:51.001.57 © Р.К. Халкечев, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 11-2019 /1124/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-11-32-34

Название

Теория мультифрактального моделирования процессов деформирования и разрушения породных массивов как основа автоматизации технологии буровзрывных работ на угольных разрезах

Автор

Халкечев Р.К., канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Автоматизация» НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: syrus@list.ru

Аннотация

В представленной статье с помощью теории мультифрактального моделирования разработан метод определения предела прочности углевмещающей горной породы на сжатие. Определение предела прочности в данном методе осуществляется посредством исследования совокупности двухмерных прямоугольных перколяционных решеток (вместе соответствующих углевмещающей горной породе) на предмет реализации горизонтального или вертикального бесконечного кластеров. При этом исследование данных решеток на предмет перколяции осуществляется по разрушению элементов согласно критериям, учитывающим напряженно-деформированное состояние структурных и текстурных составляющих горной породы. Полученный метод позволяет увеличить степень точности расчетов удельных расходов взрывчатых веществ и подобрать оптимальные схемы расположения зарядов в массивах при различных горно-геологических условиях, тем самым стать основой для эффективной технологии буровзрывных работ на угольных разрезах.

Ключевые слова

Буровзрывные работы, предел прочности, мультифрактальное моделирование, перколяционная решетка, кластер, нечеткий тензор, элементарный объем, поле напряжений, углевмещающая порода.

Список литературы

1. Шаламанов В.А., Бойко Д.В. Оценка возможности использования углевмещающих горных пород Кузбасса для устройства технологических дорог // Вестник КузГТУ. 2013. № 3. С. 55-57.

2. Mansouri H., Ebrahimi Farsangi M.A., Nezamabadi-Pour H. Determining the fragmented rock size distribution using textural feature extraction of images // Powder Technology. 2019. Vol. 342. P. 630-641.

3. Michaux S., Djordjevic N. Influence of explosive energy on the strength of the rock fragments and SAG mill throughput // Minerals Engineering. 2005. Vol. 18. P. 439-448.

4. Bahadori M., Amnieh H.B., Khajezadehc A. A new geometrical-statistical algorithm for predicting two-dimensional distribution of rock fragments caused by blasting // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2016. Vol. 86. P. 55-64.

5. Kabwe E. Velocity of detonation measurement and fragmentation analysis to evaluate blasting efficacy // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2018. Vol. 10. P. 523-533.

6. Changyou L., Jingxuan Y., Bin Y. Rock-breaking mechanism and experimental analysis of confined blasting of borehole surrounding rock // International Journal of Mining Science and Technology. 2017. Vol. 27. P. 795-801.

7. Крюков Г.М., Докутович М.И., Жаровонко С.Н. Cтепень дробления и выход негабарита при взрывном рыхлении горных пород на карьерах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № 5. С. 347-351.

8. Симонов П.С. Особенности определения размера среднего куска и выхода негабарита при взрывных работах на карьерах // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № 4. С. 320-327.

9. Халкечев К.В. Механика неоднородных горных пород. Бишкек: Илим, 1991. 226 с.

10. Халкечев Р.К. Экспертная система разработка математических моделей геомеханических процессов в породных массивах // Горный журнал. 2016. № 7. C. 96-98.

11. Халкечев Р.К., Халкечев К.В. Математическое моделирование неоднородного упругого поля напряжений породного массива кристаллической блочной структуры // Горный журнал. 2016. № 3. С. 200-205.

12. Халкечев Р.К., Халкечев К.В. Управление селективностью разрушения при дроблении и измельчении геоматериалов на основе методов подобия и размерности в динамике трещин // Горный журнал. 2016. № 6. C. 64-66.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 10.07.2019

Одобрена рецензентами: 12.08.2019

Принята к публикации: 08.10.2019

РЕЦЕНЗИЯ

на статью «Теория мультифрактального моделирования процессов деформирования и разрушения породных массивов как основа автоматизации технологии буровзрывных работ на угольных разрезах», автор: Халкечев Р.К.

Рецензент

Левкин Ю.М., доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры геологии и маркшейдерского дела НИТУ «МИСиС».

Разработка глубоких горизонтов угольных разрезов выдвигает особое требование к проведению буровзрывных работ (БВР) на рабочих уступах с учетом обеспечения оптимального дробления вскрышных пород и устойчивости уступов после проведения взрывных работ. Затраты на проведение БВР, качество отбойки и дезинтеграции горных пород, а также производительность карьерного оборудования напрямую зависят от того, в какой степени параметры БВР соответствуют прочностным свойствам структурно-текстурных составляющих породного массива. Наличие в массиве пород различного рода структурных и текстурных неоднородностей (зоны трещиноватости, наличие жидкостных включений и др.) приводит к поглощению и рассеиванию энергии распространяющейся взрывной волны, в результате чего происходит неравномерное дробление горной массы. Дополнительные затраты на довзрывание негабаритов приводят к значительному удорожанию стоимости ведения горных работ. Поэтому важную роль приобретает знание прочностных свойств горных пород в пределах взрывного блока, что существенно влияет на качество взрывной отбойки. К сожалению, в существующих методах прочностные свойства горных пород определяются в опытах на макрообразцах. В таких опытах не учитывается масштабный эффект, проявляющийся в том, что размеры образца горной породы являются недостаточными для учета структурных и текстурных особенностей горных пород в составе массива, вследствие чего получаемые значения параметров прочностных свойств определяются с существенными ошибками. В этом контексте особого внимания заслуживает представленная на рецензию статья Халкечева Р.К., в которой разработан метод определения прочностных свойств углевмещающих горных пород, основанный на применении теории мультифрактального моделирования.

В отличие от других аналогичных методов в результате использования данной теории, автору удалось при определении прочностных свойств горных пород учесть масштабный эффект, давление в жидкостных включениях, упругое взаимодействие неоднородностей с учетом собственного поля в каждом из анизотропных структурно-текстурных составляющих и их границами. Все это, безусловно, приводит к более точному определению значений пределов прочности углевмещающих пород по сравнению с существующими методами. В итоге, используя на практике, предложенный метод становится возможным подбор рациональных параметров БВР, оптимально учитывающих прочностные свойства массива пород, которые должны обеспечивать равномерное дробление горной массы для последующих технологических этапов ее обработки.

На основании вышеизложенного считаю, что представленная научная статья «Теория мультифрактального моделирования процессов деформирования и разрушения породных массивов как основа технологии буровзрывных работ на угольных разрезах» содержит оригинальные научные результаты и может быть рекомендована к публикации в журнале «Уголь».