Аннотация: Актуальность. В статье показана своевременность применения в лопатках рабочих колес вентиляторов для аппаратов воздушного охлаждения профилей с распределенными источниками и смещенной к входной кромке максимальной толщиной. Цель исследований - разработка математической модели и алгоритма совершенствования вентиляторов для аппаратов воздушного охлаждения за счет повышения коэффициента природоподобной соразмерности профилей лопаток рабочих колес. Методика проведения исследования. При работе использовалась природоподобная соразмерность для оптимизации параметров профилей лопаток рабочих колес вентиляторов. Расчет коэффициента природоподобия базируется на теоремах Гельмгольца, Коши, Кельвина, гидродинамической аналогии геометрической и кинематической диффузорности, модификации метода конформных отображений и формулы Жуковского-Чаплыгина-Кутта применительно к профилям с источниками на их поверхности. Результаты. Построена математическая модель зависимости циркуляции скорости и циркуляции ускорения потока воздуха, обтекающего профиль лопатки рабочего колеса, от параметров и положения источников на его поверхности. Получены коэффициенты природоподобной соразмерности профилей лопаток рабочих колес вентиляторов. Установлена связь между геометрической и кинематической диффузорностью при обтекании профиля лопатки. Выводы. Доказано, что доминантой управления коэффициентом природоподобной соразмерности обтекания профиля лопатки является функция распределения интенсивности источника по рабочей поверхности за областью максимальной скорости течения потока. На базе разработанной математической модели спроектирована аэродинамическая схема профиля лопатки со смещенной на 48 % точкой максимальной толщины и заданной функцией распределения интенсивности источников, имеющая аэродинамическое качество в 1,9 раза выше классического профиля, в диапазоне углов атаки от 0° до 40°. Создана вентиляторная установка ВУ2,5-0,6К4 по аэродинамической схеме ОV-121У для аппаратов воздушного охлаждения с КПД в области рабочих режимов 0,75, что на 10 % выше показателей наиболее совершенных вентиляторов фирмы «Хадсон».

Аннотация: Введение. Рассматриваются вопросы продления периода кучного выщелачивания золота в зоне распространения многолетней мерзлоты. Основной сдерживающий фактор применения этого способа в регионах с холодным климатом заключается в том, что эффективность процесса выщелачивания золотосодержащих руд любого типа в значительной степени зависит от температурных условий рудного штабеля и выщелачивающего раствора, что в свою очередь обуславливает сезонность работы золотодобывающих предприятий, использующих технологию кучного выщелачивания (только в летние месяцы). Цель исследования - разработать новую комплексную математическую модель процессов тепломассопереноса при кучном выщелачивании полезных ископаемых в условиях холодного климата, которая позволит с высокой степенью надежности оценить ряд важных характеристик выщелачивания золота в зонах многолетней мерзлоты и продлить период выщелачивания. Результаты исследования. Разработана математическая модель, включающая в себя двумерное нелинейное уравнение теплопроводности (задача Стефана). Программа позволяет выбирать теплофизические характеристики породного массива (основания) и штабеля раздробленных горных пород, начальную влажность (льдистость), мощность и пространственное расположение источников тепла, параметры теплоизоляции поверхности штабеля, основания и др. Разработана программа, которая позволяет прогнозировать термическое состояние массива многолетнемерзлых горных пород (основания) и штабеля раздробленных горных пород, выбирать режим эксплуатации источников тепла (нагревающего контура), параметры теплоизоляции. Порядок проведения исследования. Проведены многовариантные расчеты по прогнозу теплового режима рудного штабеля в процессе выщелачивания золота в разные периоды года для климатических условий Верхоянского района Якутии. Варианты расчетов включают в себя дату начала процесса кучного выщелачивания и способы теплоизоляции штабеля. Показано, что между датой начала выщелачивания и способами теплоизоляции существует прямая и тесная связь. Рекомендации. Представлены рекомендуемые периоды формирования штабеля для кучного выщелачивания длительностью 120 дней (4 месяца) при использовании теплоизоляции пенополистиролом толщиной 0,1 м и 0,2 м в различных комбинациях. Показано, что при возведении штабелей в мае-июне теплоизоляция не требуется. При возведении штабелей в марте-апреле необходима теплоизоляция основания. При возведении штабелей в июле-августе требуется теплоизоляция поверхности. Итоги работы и актуальность исследования. При грамотном выборе материала теплоизоляции и его толщины, сроков возведения штабеля и режимов его эксплуатации возможно значительно сократить затраты на объемы материалов теплоизоляции и продлить сроки выщелачивания с марта по ноябрь включительно. Для круглогодичной эксплуатации штабелей потребуется разработка мероприятий по прогреву тела штабеля в зимние месяцы (декабрь-февраль). Правильный выбор способов теплоизоляции штабеля в зависимости от даты начала процесса выщелачивания позволит существенно снизить затраты на дефицитные в условиях труднодоступного региона теплоизоляционные материалы и снизить потери золота по температурному фактору.

Аннотация: Введение. Рассматривается строительство подпорного сооружения котлована в условиях значительного перепада высот. В качестве хорошо известного анкерного усиления ограждения используется многоярусная система прядевых анкеров. Вместе с тем для оценки несущей способности восходящей анкерной крепи и с целью повышения эффективности усиления подпорных сооружений с большим перепадом высот применяется комбинированный подход к формированию многоярусной анкерной крепи. Методика исследования. При моделировании комплексного расчета ограждения котлована задано 5 основных этапов устройства котлована и 4 этапа предварительных поярусных натяжений анкерных тяг. Методической основой расчета на прочность ограждающих конструкций служит численное решение задачи изгиба балки, лежащей на упруго-пластическом основании и удерживаемой анкерными конструкциями в качестве связей. Моделирование восходящей анкерной конструкции реализуется в операционной среде программы GeoWall. На основе оптимизации способа заложения анкерной крепи предусматривается включение в работу системы восходящих анкеров, заменяющих грунтовые анкеры на первых двух ярусах конструктивного усиления подпорного сооружения. Необходимость включения в работу грунтовых прядевых анкеров на третьем и четвертом ярусах вызвана приближением к котловану зданий и сооружений городской постройки. Результаты, анализ и обсуждение. В результате анализа ограждения котлована многоярусной системой анкеров установлено, что грунтовые анкеры на всех четырех ярусах не способны предотвратить разуплотнение грунта вокруг котлована по причине их податливости и, соответственно, подвижности подпорных сооружений. Проблему надежности решает переход на восходящий способ заложения анкеров первого и второго яруса. Устойчивость подпорного сооружения значительно повышается с увеличением несущей способности восходящих анкеров по грунту благодаря вовлечению в работу массива грунта и увеличению удерживающих сил за счет активного усиления свайного ряда и оптимизации способа заложения анкерной крепи. Вывод. Анализ теоретических и экспериментальных исследований показал радикальное повышение несущей способности восходящих анкерных конструкций, что коренным образом изменяет схему крепления подпорных сооружений с перепадом высот 15 м и более. В процессе рассмотрения работы конструкции восходящей анкерной крепи установлено, что конструкции опорно-замковых узлов раскрывают определенный запас несущей способности, обусловленный вовлечением в работу массива грунта, расположенного в основании задней грани упорной анкерной плиты. Повышение эффективности анкерных конструкций достижимо за счет высокой технологичности, относительной простоты устройства, оптимальной материалоемкости, открытого способа заложения замка каждого анкера.

Аннотация: Введение. Существующие способы обнаружения очагов самонагревания в глубине породоугольного массива основаны на визуальном определении характерных признаков пожара, измерении температуры или энергии теплового излучения, определении процентного содержания газообразных продуктов сгорания угля с помощью газоанализаторов. Главным недостатком данных способов является недостаточная точность прогноза, поскольку они обеспечивают локацию очага только при его температуре более 70°-85°. Авторы раскрывают перспективность применения геофизических способов контроля, основанных на измерении аномалий электрических полей на поверхности массива над очагом самонагревания. При помощи геофизических методов электроразведки определены расположение и размеры зоны, контрастной по электрическим свойствам. Цель работы. Провести производственные исследования, используя комплексный геофизический метод, и проанализировать его эффективность для локации зон самовозгорания угольного массива. Методология. Для определения эффективности комплексного геофизического метода проведен эксперимент на территории действующего угольного разреза, где наблюдались визуальные признаки подземного пожара. Методика включала подповерхностное зондирование методом георадиолокации с выделением аномальных зон и их последующее изучение методами естественного и активного электрического поля. Результаты. Экспериментально определены границы очага самовозгорания по характерным аномалиям на радарограммах, графиках электрического зондирования, электропрофилирования и естественных потенциалов. Выводы и область применения результатов. Получено качественное и количественное совпадение результатов применения трех геофизических методов, имеющих различную физическую основу, базу измерений, частотный диапазон. Комплексный геофизический мониторинг позволяет своевременно определять местоположение зон породоугольного скопления с повышенной температурой, что способствует принятию мер по предотвращению возгорания массива. Каждый из примененных методов может использоваться самостоятельно или в комплексе для локации очагов эндогенных пожаров на различных стадиях развития.

Аннотация: Актуальность работы. Для экономии кокса на металлургических предприятиях во всем мире производят вдувание пылеугольного топлива, которое может заменить значительное количество кокса в доменной печи. Применительно к горнометаллургическому комплексу традиционно представляет интерес использование торфа в металлургических процессах, в частности, на территории Уральского региона. Во-первых, данный регион с развитой металлургической промышленностью, работающий на дальнепривозном углеродистом топливе, имеет собственные значительные запасы торфа. Во-вторых, торф имеет низкое содержание серы и фосфора, что является преимуществом. Цель работы. Исследование физико-химических свойств торфа месторождений Свердловской области: Кокшаровско-Комбаевского (пос. Босьяновский) и Мало-Рефтинского (пос. Лосиный), обеспечивающих возможность его использования в качестве компонента пылеугольного топлива в доменном процессе. Методы исследования. Пробы торфа отбирались и анализировались по стандартным и унифицированным методикам. Исследовались следующие свойства торфа: содержание влаги; зольность; содержание серы; выход летучих; содержание углерода, кислорода, водорода, азота; теплота сгорания, а также температура плавления и химический состав золы. С помощью сканирующего электронного микроскопа изучена структура и химический состав торфа и золы. Процессы, происходящие в торфе при нагреве в окислительной атмосфере, изучены с помощью термоанализатора. Результаты исследований. Рассмотрены и исследованы свойства торфа месторождений Свердловской области: Кокшаровско-Комбаевского (пос. Босьяновский) и Мало-Рефтинского (пос. Лосиный). Полученные результаты показывают (по месторождениям соответственно): выход летучих веществ - 74,61 и 72,6; массовая доля углерода - 52,60 и 57,28; содержание общей серы - 0,14 и 0,21 %; зольность -8,16 и 8,36 %. Частицы торфа удлиненной формы варьируются по размеру от 50 до 400 мкм. Структура частиц преимущественно ячеистая, реже волокнистая и слоистая. Средний размер ячеек - 10-30 мкм. Изучены процессы в торфе при нагреве в окислительной атмосфере. В связи с высокой влажностью торфа основная убыль массы связана с испарением воды (64 %). Пик испарения приходится на температуру 105,2 °С и завершается при 130-140 °С. Начиная с температуры 220 °С и до 440 °С, т. е. в достаточно узком температурном диапазоне, протекают процессы горения углерода торфа, термическая деструкция и взаимодействие кислорода атмосферы с газообразными продуктами деструкции. Убыль массы, относящаяся к ним, составляет 24,35 % от исходной массы образца. Общая убыль массы - 88,52 %, что согласуется с химическим составом торфа. При увеличении скорости нагрева все процессы будут смещаться в область более высоких температур. Выводы. Выполненные экспериментальные исследования позволяют сделать вывод о возможности использования торфа в металлургических процессах в качестве компонента пылеугольного топлива для доменной плавки.

Аннотация: Введение. В статье рассматривается конструкция усовершенствованного ленточно-колесного конвейера, предназначенного для подъема горных грузов из карьеров. Глубина современных действующих карьеров достигает 400-700 м. С увеличением глубины открытых разработок подъем грузов на поверхность составляет основную часть затрат на проведение работ. Опытно-промышленные испытания ленточно-колесного конвейера подтвердили возможность транспортирования кусков размером до 1200 мм, что позволяет исключить использование дорогостоящего вторичного измельчения грузов в дробилках. В обычном исполнении ленточно-колесный конвейер способен перемещать грузы под углом наклона до 20°. Возможность установки подъемного конвейера под углами, соответствующими углам откоса борта карьера (40°-45°), позволяет исключить необходимость сооружения транспортных траншей. В предлагаемой конструкции ленточно-колесного конвейера используются полосы из постоянных магнитов на переходных участках конвейера, которые существенно сокращают необходимую длину конвейера и ширину уступов. Цель исследований - оптимизация подъема горных грузов из глубоких карьеров с помощью усовершенствованного ленточно-колесного конвейера с использованием полос из постоянных магнитов на переходных участках трассы конвейера, расположенных на уступах карьеров. Результаты исследований и обсуждение. В результате сравнительного анализа конструкций и параметров подъемных конвейеров установлен наиболее оптимальный вариант ленточно-колесного конвейера с использованием полос из постоянных магнитов на переходных участках. Выводы. Проведены исследования конструкции усовершенствованного ленточно-колесного конвейера с использованием полос из постоянных магнитов на переходных участках. Установлено, что использование полос из постоянных магнитов на переходных участках конвейера значительно сокращает необходимую длину конвейера и ширину уступов. Это в свою очередь обеспечивает существенный экономический эффект за счет сокращения стоимости конвейера и проведения горно-капитальных работ.

Аннотация: В подземных горных выработках зачастую формируются идеальные условия для возникновения различных видов коррозии. Стальные опорные элементы в виде металлических арок, анкеров, металлических сеток и т. д., установленные в подземных выработках, подвергаются воздействию грунтовых вод и атмосферы, что может вызвать коррозию, и, следовательно, потерю несущей способности с течением времени. В этом контексте одна из главных технологических задач, стоящих сегодня перед горными инженерами, - найти способы защиты горных крепей от воздействия агрессивной среды, чтобы продлить срок их эксплуатации. Цель работы. Настоящая работа направлена на обзор существующих способов защиты горных крепей в подземных горных выработках от воздействия различных видов коррозии. Результаты. Представлен обзор основных видов коррозии, которые в большинстве случаев поражают элементы металлической крепи в подземных условиях. По результатам проведенного обзора было описано несколько способов защиты металлической крепи от коррозии, включая использование различных защитных покрытий в виде эпоксидных смол и оцинковки, альтернативных материалов из углеродистой стали, барьерной защиты и комбинации данных способов. Выводы. Каждый из представленных способов имеет свои преимущества и недостатки, для выбора оптимальной стратегии защиты горной крепи от воздействия различных видов коррозии еще на этапе проектирования важно оценить конкретные условия расположения выработки для оценки степени риска. В работе задан вектор поиска современных технологий по повышению коррозионной стойкости материалов горных крепей.