Проектирование и эксплуатация вспомогательных подземных выработок при разработке угольных месторождений предполагают обоснование параметров целиков угля и требуют разработки новых подходов для обоснования их геометрических параметров. С одной стороны, необходимо обеспечить достаточную устойчивость системы «массив горных пород – выработка – угольный целик», с другой – обосновать параметры «замороженных» в целиках запасов угля. Совместное решение этих двух задач требует точного прогнозирования на основе современных цифровых моделей массива горных пород. В настоящем исследовании авторы публикации, используя программное обеспечение Flac3D, представили модель массива горных пород и выработок с различными размерами угольного целика. Результаты моделирования показали, что в условиях наклонного залегания угольных пластов и массива горных пород объём добычи угля в забое влияет на напряженно-деформированное состояние массива горных пород. В ходе исследования были проанализированы различные факторы, влияющие на геометрические параметры угольного целика, изучено их влияние на поле напряжений и смещений горных пород, происходящих в условиях их наклонного залегания в массиве, а также определена величина зоны пластической деформации вокруг вспомогательной выработки. Результаты исследования имеют практическое значение и в части обоснования параметров конструкции крепи выработки. Размер угольного целика также связан с типом крепи выработки. Следует учитывать, что анкер должен иметь достаточную для прочного крепления длину и располагаться в зоне ненарушенных горных пород. Исследования показали, что для обеспечения оптимальных условий ведения горных работ и безопасности ширина угольного целика должна составлять от 10 до 15 м.

Изучение Sn-W комплексной (поликомпонентной) минерализации в провинции Донг Ван, северо-восточный Вьетнам, проводилось с использованием статистических и мультивариантных подходов на основе 890 проб донных отложений водных потоков, отобранных для анализа на 27 элементов. Результаты частотного анализа показали, что Sn, W, Pb, As, Bi, Li, Ta, Ce, Ag, Sb и Be имеют тесные связи с комплексными рудами, что означает, что эти элементы могут быть использованы в качестве поисковых индикаторов комплексной (поликомпонентной) минерализации. Кроме того, были проведены исследования с использованием корреляционных матриц и дендрограмм для разделения элементов в анализах проб донных отложений на две группы: связанные с комплексной минерализацией (подгруппы Be-Sn-W-Bi и, в меньшей степени, Li-Pb) и не связанные с минерализацией (подгруппы As-Cd-Sc-Cr-Ce-La, Co-Ni-V и Ga-Ge-Ba). Sn и W были признаны лучшими элементами-индикаторами минерализации, согласно результатам геохимического моделирования и расположению их аномалий в провинции. Более того, в провинции Донг Ван были выявлены обширные геохимические аномалии Sn и W (с использованием пороговых значений содержаний (среднее ± 3 STD)), что дает наиболее важные указания для поисков комплексной минерализации в провинции. Исследования также указывают на генетические связи между комплексной минерализацией провинции и системой разломов направления северо-запад – юго-восток и скрытыми гранитоидными блоками. В итоге проведенный статистический анализ содержаний (с использованием пороговых значений) в пробах донных отложений позволил выявить индикаторные элементы и их геохимические аномалии и использовать их в качестве эффективных инструментов при дальнейших поисках и разведке комплексной минерализации в провинции.

Загрязнение воздуха PM2.5 (твердые частицы размером 2,5 мк и менее) представляет собой не только значительную опасность для здоровья человека в повседневной жизни, но и опасный риск для рабочих при открытых горных работах, особенно на угольных разрезах. PM2.5 на угольных разрезах могут вызывать заболевания легких (например, пневмокониоз, рак легких) и сердечно-сосудистые заболевания из-за длительного воздействия вдыхаемой пыли. Поэтому точное прогнозирование PM2.5 имеет большое значение для минимизации загрязнения PM2.5 и улучшения качества воздуха на рабочих местах. В данном исследовании изучались метеорологические условия и выбросы PM2.5 на угольном разрезе во Вьетнаме с целью разработки новой интеллектуальной модели для прогнозирования выбросов и загрязнения PM2.5, применялась нейронная сеть с функциональными связями (FLNN) для прогнозирования загрязнения PM2.5 в зависимости от метеорологических условий (в частности, температуры, влажности, атмосферного давления, направления и скорости ветра). Вместо традиционных алгоритмов для обучения модели FLNN был использован алгоритм поиска методом голодных игр (HGS). Важнейшая роль HGS в данном исследовании заключается в оптимизации весов в модели FLNN, которая была названа моделью HGS-FLNN. Также были рассмотрены три другие гибридные модели, основанные на FLNN и метаэвристических алгоритмах, т.е. ABC (искусственная пчелиная колония)-FLNN, GA (генетический алгоритм)-FLNN и PSO (оптимизация роя частиц)-FLNN, для оценки возможности прогнозирования PM2.5 на угольных разрезах и сравнения их результатов с результатами модели HGS-FLNN. Исследования показали, что HGS-FLNN является лучшей моделью с самой высокой точностью прогнозирования загрязнения воздуха PM2.5 (в среднем до 94–95 %, при этом точность других моделей варьировалась от 87 до 90 %), а также наиболее стабильной моделью с наименьшей относительной ошибкой (в диапазоне от −0,3 до 0,5 %).

Планирование горных работ связано с выбором оптимальных решений по раскройке шахтного поля. При этом необходимо комплексно учитывать основные факторы, влияющие в том числе на безопасность ведения горных работ. Разработанная методика прогноза горных ударов в процессе ведения горных работ, учитывающая горные выработки выемочного участка и выработанное пространство, позволяет определить безопасное направление фронта очистных работ. Предлагаемая методика учитывает также все геологические нарушения, которые находятся и за пределами шахтного поля. В основе исходных данных, необходимых для осуществления прогноза горных ударов, предлагается использовать распределение удельной потенциальной энергии в нетронутом массиве. Прогноз осуществляется путем оценки параметра Надаи–Лоде (Lode–Nadai coefficient) при различных направлениях движения фронта очистных работ. Для определения безопасного направления предлагается в качестве критерия использовать коэффициент напряженности. В статье определен критерий безопасности для условий ш. Комсомольская, равный 10. Также для данной шахты было определено направление фронта очистных работ, при котором существенно снижаются риски проявления горных ударов. Наиболее безопасным для условий ш. Комсомольская является вариант направления между 138° и 128° против часовой стрелки от Северного направления для любых реализаций модуля деформации и коэффициента Пуассона.

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 короткозамедленного 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 оставшиеся 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.

Несмотря на принятые нововведения в горно-обогатительных комбинатах АК «АЛРОСА» (ПАО) в рамках обновленной стратегии по экономическому развитию, практика свидетельствует, что за последние несколько лет существенно возросли затраты на эксплуатацию секционных насосов главного водоотлива подземного рудника «Удачный». Такому росту затрат мог способствовать заметный рост концентрации механических примесей в шахтных водах. Настоящая работа посвящена комплексной оценке влияния концентрации механических примесей в шахтных водах на эффективность секционных насосов главной водоотливной установки подземного рудника «Удачный» для технико-экономического обоснования проходки дополнительных наклонных осветляющих резервуаров. Поставленная цель достигается путем проведения визуальных, аналитических, статистических и других видов исследований по установлению степени влияния концентрации механических примесей в шахтных водах на ряд эксплуатационных показателей секционных насосов водоотливных хозяйств подземных кимберлитовых рудников. Комплексными исследованиями доказано, что концентрация механических примесей в шахтных водах является ключевым фактором, определяющим межремонтный ресурс и электропотребление насосного оборудования. Межремонтный ресурс секционных насосов главной водоотлиной установки подземного рудника «Удачный» может быть рассчитан как линейная функция их подачи на момент вывода в капитальный ремонт, изменение которой с высокой степенью достоверности описывается эмпирическим выражением Q = –7,5X6 + 326,67, где X6 – усредненная концентрация механических примесей в шахтных водах. Расчетным путем установлено, что снижение концентрации механических примесей в шахтных водах с 17 до 4 г/л позволит уменьшить годовые затраты на эксплуатацию насосного оборудования главной водоотливной установки рудника «Удачный» на 100 млн рублей.

Практика использования машин с исполнительными органами фрезерного типа показывает их недостаточную надежность, что приводит к ухудшению технико-экономических характеристик агрегатов. Причиной этого являются высокие динамические нагрузки в элементах конструкции, которые возникают в результате действия сил внешнего сопротивления на фрезе. Они имеют случайный, резко переменный характер, который вызван структурной неоднородностью торфяной залежи, ее случайными физико-механическими свойствами, наличием в ней древесных включений, а также периодическим взаимодействием ножей с залежью и многими другими факторами. При этом параметры реальной конструкции фрезы ввиду погрешностей изготовления и сборки отличаются от заданных при проектировании. Кроме того, в процессе эксплуатации происходят износ и необратимые деформации режущих элементов. Это приводит к тому, что ножи расположены с некоторым небольшим сдвигом на корпусе фрезы относительно «идеальной» схемы размещения. Цель статьи заключается в разработке модели момента сопротивления на фрезе при взаимодействии с торфяной залежью в процессе выполнения технологической операции, учитывающей влияние погрешности расстановки ножей на корпусе фрезы. Получены выражения для расчета спектральной плотности момента. Проанализированы его характерные особенности. Ошибки размещения режущих элементов на корпусе фрезы приводят к изменению величины и характера нагрузки, ее частотного состава. При этом появляются новые, дополнительные составляющие на частотах, кратных угловой скорости фрезы, обогащая спектр нагрузки, увеличивая ее дисперсию. Их величина определяется суммарным значением ошибок. В качестве примера дан анализ влияния погрешности расположения режущих элементов на спектральную плотность для исполнительного органа машины глубокого фрезерования типа МТП-42. Результаты исследования имеют практическую ценность и должны учитываться при расчете динамических нагрузок в элементах конструкции фрезерующих агрегатов при их проектировании, особенно если рабочие органы имеют большое количество резцов, используют малые подачи и когда собственные частоты элементов конструкции агрегата равны или кратны угловой скорости фрезы.

Ленточные конвейеры широко применяются в горной промышленности при открытой и подземной добыче полезных ископаемых для перемещения насыпных грузов в горизонтальном и наклонном направлениях до мест их переработки. Для создания наилучших условий фрикционного контакта ленты с барабаном применяют различные способы футеровки приводных барабанов. Основными футеровочными материалами служат резины различных марок, обеспечивающие должный коэффициент сцепления барабана с лентой, величина которого находится в пределах 0,6–0,62. Материал футеровки приводных барабанов должен иметь высокую износостойкость, термостойкость, механическую прочность, способность не накапливать на поверхности электрических зарядов и при нагреве не образовывать опасных концентраций ядовитых токсических составляющих, например, хлорные газы, окись углерода. Широкие возможности в направлении повышения долговечности футеровок и повышения ресурса тяжелонагруженных конвейеров большой мощности открывает применение керамических футеровок. В статье представлены результаты исследования напряженно-деформированного состояния керамических футеровочных пластин приводного барабана ленточного конвейера. Исследование проводилось с использованием среды Solid Work Simulation на основе принятой расчетной схемы контакта пластины с лентой для приводного барабана диаметром D = 1250 мм с шириной ленты L = 1000 мм и величиной натяжения набегающей ветви ленты Sнб = 25400 даН с учетом величины, направления и характера действующих нагрузок. На основе анализа напряженно-деформированного состояния футеровочных пластин из алюмооксидной керамики выявлены благоприятные геометрические параметры выступов и требуемые свойства футеровочного материала, обеспечивающие им должную несущую способность при контакте с резиновой обкладкой ленты. Установлено, что диаметр выступов пластин для тяжелых условий эксплуатации должен составлять не менее 4,5 мм, при этом радиус скругления торцевой кромки R желательно выдерживать в пределах 0,5…0,6 мм, у основания – 0,3…0,4 мм при высоте выступа 1,0…1,4 мм, что предотвращает появление концентрации напряжений в опасных сечениях. Установлено, что для эффективной эксплуатации резинокерамических футеровок предел прочности при изгибе алюмооксидной керамики должен быть не менее 350 МПа. Симуляция напряженно-деформированного состояния пластины при воздействии на нее знакопеременных нагрузок позволила выявить характерные участки с максимальной концентрацией напряжений, являющиеся очагами зарождения трещин. Таким образом, появилась возможность прогнозировать ресурс футеровки.

Персонал, работающий на горных предприятиях, должен быть готов к преодолению профессиональных трудностей, обладать профессиональными компетенциями, которые связаны не только с реализацией технологических процессов, но и прежде всего с их безопасностью. Современные технологии цифрового моделирования горных производств могут расширить границы практической подготовки не только будущих горных инженеров, но и работающих специалистов. В процессе обучения важно обеспечить высокий уровень симуляции производственной горнотехнической среды воспринимаемой человеком практически в качестве реальной. В этом контексте развитие технологических решений на базе виртуальной и дополненной реальности (VR/AR-технологий) становится наиболее актуальным. Основу фундамента развития VR/AR в горном деле заложила глубокая автоматизация технологических процессов в условиях масштабной цифровой трансформации. Анализ данных показывает, что именно VR/AR-технологии становятся потребителем большинства IT-решений, являясь по сути интегратором, или высшим «IT-переделом», практически ведущим к цифровым параллельным производственным объектам и процессам. Дальнейшее развитие событий в этом направлении может изменить и некоторые существующие традиционные сущности или создать новые, в том числе в системе подготовки кадров. Примером таких сущностей, от которых будет зависеть цифровое будущее, может стать формирующаяся «цифровая культура», которая будет применима не только в корпоративном, отраслевом, но и в национальном аспекте. Несмотря на многообразие направлений развития VR/AR-технологий максимальные эффекты от их внедрения проявляются в формировании специальных навыков персонала в работе с оборудованием, что четко увязывается с необходимостью обеспечения эффективности и надежности технологических операций и процессов. Взаимодействие потребителя и производителя VR/AR-решений вместе с университетами позволяет решить класс задач, связанных с: формированием компетенций у будущего поколения специалистов – выпускников университетов; созданием специализированных курсов в образовательных программах, а также отдельных образовательных программ в высшем образовании, курсов повышения квалификации и профессиональной переподготовки специалистов в области VR/AR-технологий в горном деле; вовлечением в процессы разработки практических задач на основе VR/AR- решений представителей академического сообщества – исследователей разной специализации (геология, геофизика, геомеханика, геоинформатика, аэрология, геотехнологии, горные машины и оборудование, автоматизация и т.д.); распространением лучших практик использования VR/AR в интересах будущих заказчиков; созданием единой методики по оценке эффективности внедрения VR/AR-проектов для определения их инвестиционной привлекательности; прогнозированием и созданием будущих технологий.