Проблемы недропользования. 2016. Выпуск 2 (9).

Сетевое периодическое научное издание
ISSN 2313-1586
Выпуск 2
Екатеринбург
2016
16+

Сетевое периодическое научное издание
ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
Учредитель – Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт горного дела Уральского отделения РАН
№ государственной регистрации Эл № ФС77-56413 от 11.12.2013
Выходит 4 раза в год только в электронном виде
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
С.В. Корнилков, д.т.н., проф., директор ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург - главный редактор
Г.Г. Саканцев, д.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург – зам. главного редактора
Члены редакционной коллегии:
Н.Ю. Антонинова, к.т.н., заведующая лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
А.А. Барях, д.т.н., проф., директор ГИ УрО РАН, г. Пермь
Н.Г. Валиев, д.т.н., проф., проректор по науке УГГУ, г. Екатеринбург
С.Д. Викторов, д.т.н., проф., заместитель директора ИПКОН РАН, г. Москва
С.Е. Гавришев, д.т.н., проф., директор ИГД и Т, МГТУ, г. Магнитогорск
А.В. Глебов, к.т.н., заместитель директора ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
С.Н. Жариков, к.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
А.Г. Журавлев, к.т.н., с.н.с., ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
В.С. Коваленко, д.т.н., проф., заведующий кафедрой МГГУ, г. Москва
В.А. Коротеев, д.т.н., проф., академик, советник РАН ИГГ УрО РАН, г. Екатеринбург
М.В. Курленя, д.т.н., проф., академик, директор ИГД СО РАН, г. Новосибирск
С.В. Лукичев, д.т.н., проф., заместитель директора ГоИ КНЦ РАН, г. Апатиты
В.В. Мельник, к.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
И.Ю. Рассказов, д.т.н., директор ИГД ДВО РАН, г. Хабаровск
И.В. Соколов, д.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
С.М. Ткач, д.т.н., директор ИГДС СО РАН, г. Якутск
С.И. Фомин, д.т.н., проф. кафедры, НМСУ «Горный», г. Санкт-Петербург
А.В. Яковлев, к.т.н., заведующий лабораторией ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
В.Л. Яковлев, д.т.н., проф., чл.-корр., советник РАН, ИГД УрО РАН, г. Екатеринбург
Издатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт горного дела Уральского отделения РАН
Все статьи проходят обязательное рецензирование
Адрес редакции: 620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, д. 58, тел. (343)350-35-62
Сайт издания: trud.igduran.ru
Выпускающий редактор: О.В. Падучева
Редактор: О.А. Истомина, Н.У. Макарова
Компьютерный набор и верстка: Т.Н. Инякина, Я.В. Неугодникова, Т.Г. Петрова
Верстка сайта: М.В. Яковлев
16+

ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ № 2, 2016 г.
3С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
Содержание
ГЕОИНФОРМАТИКА
Антонов В.А. Метод геоинформационного отображения качества титаномагнетитовой руды … 5
Бобров Д.А. Информационно-справочная система газодинамических явлений
и газоносности для условий шахтных полей рудников ПАО «Уралкалий» ……………………….. 12
Верхоланцева Т.В., Дягилев Р.А. Применение ГИС-технологий для изучения
влияния горнотехнических параметров на сейсмический режим калийных рудников ……………. 19
Катаев А.В., Кутовой С.Н., Ефимов Е.М., Мейстер Д.А.
Создание горно-геологической информационной системы ПАО «Уралкалий» …………………… 26
Абатурова И.В., Стороженко Л.А., Борисихина О.А., Козлов В.С.
Инженерно-геологические условия золоторудных месторождений и особенности их изучения .... 32
Платэ А.Н., Веселовский А.В. База геолого-геофизических данных как составная часть
геоинформационной системы (ГИС-проекта) ………………………………………………………… 39
Писаренко М.В. Разработка горно-геометрического обеспечения оценки подготовленности
угольных месторождений к рациональному промышленному освоению ………………………….. 46
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Гиляров В.Л., Дамаскинская Е.Е., Рассказов И.Ю. Закономерности временного изменения
динамических параметров разрушения на месторождении «Антей» ………………………………. 53
Писецкий В.Б., Лапин С.Э., Зудилин А.Э., Патрушев Ю.В., Шнайдер И.В.
Методика и результаты промышленного применения системы сейсмического контроля
состояния горного массива “МИКОН-ГЕО” в процессе подземной разработки
рудных и угольных месторождений …………………………………………………………………... 58
Рубчевский Ю.И. Моделирование геомеханических процессов при проведении
горных выработок в закладочном массиве ……………………………………………………………. 65
Желтышева О.Д., Усанов С.В., Драсков В.П. Меры охраны зданий и сооружений
от подземных горных работ в карстующемся массиве ……………………………………………… 71
Монастырский Ю.А., Веснин А.В., Систук В.А., Богачевский А.А.
Определение температурных показателей лакового покрытия якорной обмотки
тягового двигателя карьерного самосвала Белаз-75131 методом САЕ-моделирования …..………. 77
Khachay Olga, Khachay Oleg, Magdy Attya, Ahmed Bakr Khalil, Mahmoud Mekkawi,
Mamdouh Soliman The geotechnical parameters from CSEM mapping and monitoring data
at the Oaisis Kharga and baris of Sahara Desert, Egypt (Геотехнические параметры, определяемые
с использованием активного электромагнитного индукционного метода картирования
и мониторинга в оазисах Харга и Барис, пустыня Сахара, Египет) ………………………………… 84
КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ
Кульпин А.Г., Стенин Д.В., Култаев Е.Е. Оценка влияния условий эксплуатации карьерных
автосамосвалов на тепловое состояние крупногабаритных шин ……………………………………. 93
Левин Е.Л., Сердюков А.Л., Запорожец В.Ю., Абросимова Г.Г., Кудряшов В.С.
Информационно-расчетный комплекс компьютерных средств динамического
оптимального проектирования и планирования горнотранспортных работ в карьере ……………. 98
Реутов А.А. Улучшение эксплуатационных свойств резинотросовых конвейерных лент ……….. 106
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
Шеменев В.Г., Жариков С.Н., Меньшиков П.В., Синицын В.А.
Взаимосвязь между детонационными характеристиками эмульсионного
взрывчатого вещества нитронит ……………………………………………………………………….. 112
ЭКОЛОГИЯ
Фокина Н.В., Янишевская Е.С., Евдокимова Г.А. Сезонная динамика численности
и трофическое разнообразие микроорганизмов в процессе флотации сульфидных
медно-никелевых руд на обогатительной фабрике Кольской ГМК ………………………………… 118

ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ №2, 2016 г.
С е т е в о е п е р и о д и ч е с к о е н а у ч н о е и з д а н и е
ГЕОИНФОРМАТИКА

УДК 519.72:553.311.2 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.005
Антонов Владимир Александрович
доктор технических наук,
главный научный сотрудник,
Институт горного дела УрО РАН,
620075, г. Екатеринбург,
ул. Мамина-Сибиряка, 58
e-mail: Antonov@igduran.ru
МЕТОД ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО
ОТОБРАЖЕНИЯ КАЧЕСТВА
ТИТАНОМАГНЕТИТОВОЙ РУДЫ
Antonov Vladimir A.
Сhief researcher,
Doctor of technical sciences,
The Institute of Mining UB RAS,
620075, Yekaterinburg, 58, Mamin-Sibiryak st.
e-mail: Antonov@igduran.ru
THE METHOD OF GEO-INFORMATIONAL
DISPLAYING TITANIUM-MAGNETITE
ORE QUALITY
Аннотация:
Изложен метод геоинформационного отобра-
жения качества ванадийсодержащей малоти-
танистой магнетитовой руды. Показано на
примере Гусевогорского месторождения магне-
титов, что данным методом выделяются в
геопространстве его участки по предложен-
ному признаку качества руды – комплексному
экономическому показателю. Этот показатель
выражает интегрированное воздействие пара-
метров руды на относительную прибыль, полу-
чаемую в итоге ее добычи, обогащения и реали-
зации полученной продукции. Картирование ка-
чества руды по данному методу дает возмож-
ность эффективно планировать горные работы
и управлять ими.
Ключевые слова: руда, качество, комплексный
экономический показатель, прибыль, геоинфор-
мационное отображение
Abstract:
The method of geo-informational displaying vana-
dium-containing small-titanium magnetite ore qual-
ity is cited. It is shown that its areas in geo-space
are allocated by this method in terms of the pro-
posed ore quality that is an integrated economic in-
dicator, the Gusevogorsky magnetite deposit being
an example. This indicator manifests the integrated
influence of ore parameters on relative profit at the
end of its mining, enrichment and final product re-
alization. Ore quality mapping according to this
method makes it possible to plan and control mining
operations efficiently.
Key words: ore, quality, integrated economic indi-
cator, profit, GIS mapping
Введение. В условиях дефицита в металлургии Уральского региона концентриро-
ванных руд основным минерально-сырьевым источником получения железа являются
небогатые (16 – 18 % Fe), но крупные по запасам месторождения малотитанистых вана-
дийсодержащих магнетитов. Освоению месторождений благоприятствует их широкое
распространение, сравнительно простое геологическое строение, возможность карьер-
ной отработки, а также применение технологии обогащения, позволяющей получать ва-
надиевый титаномагнетитовый концентрат и выходную продукцию в виде агломерата и
окатышей.
Для управления добычи руды на обозначенных месторождениях важным является
геоинформационное отображение ее качества, то есть количественное, координирован-
ное в геопространстве оценивание свойств руды, определяющих возможную эффектив-
ность ее технологической переработки и реализации полученной продукции. Свойства
руды выражаются набором химических и структурных параметров. Основными из них
являются содержания в руде железа CFем, связанного с магнетитом 8 – 12,5 %, пентоксида
ванадия CV 0,08 – 0,25 %, диоксида титана CTi 0,5 – 2 % и размер d вкрапленных зерен
магнетита 0,01 – 8 мм. Эти параметры влияют на качество руды и, следовательно, на
конечный результат горно-обогатительного производства по-разному. Изменение содер-
жания железа, находящегося в магнитной фракции, а также размера зерен магнетита в
 Статья публикуется в порядке обсуждения

значительной степени влияет на эффективность дробления руды и последующей магнит-
ной сепарации. Это приводит к соответствующим изменениям себестоимости обогаще-
ния. Содержащиеся в руде ванадий и титан из-за изоморфной и минералогической связи
с магнетитом переходят в концентрат и выходную продукцию. Здесь ванадий является
ценным компонентом, поскольку в дальнейшем процессе металлургической переработки
выходной продукции попутно извлекается из образующихся шлаков как самостоятель-
ный продукт назначения, в то время как титан является вредной тугоплавкой примесью,
осложняющей металлургическую переработку.
В связи с магнитным методом обогащения руды направление горных работ по ее
добыче ориентируют главным образом на участки, выделенные на горизонтальном
плане площадного распределения магнетитового железа CFем. Для дополнительной ори-
ентации создаются, например, в работе [1], раздельные планы распределений в геопро-
странстве других упомянутых рудных параметров CV, CTi, и d. Однако при координиро-
ванном совмещении этих планов в комплексной интерпретации качества руды возникает
непреодолимое затруднение. Оно состоит в том, что совокупность значений раздельно
картированных рудных параметров не дает целостного представления о совместном их
влиянии на эффективность ее дальнейшего обогащения и реализацию полученной про-
дукции, определяющих конечный экономический результат добычи руды на выделен-
ном участке.
В данной статье для решения отмеченной проблемы предлагается эконометриче-
ский метод геоинформационного отображения качества титаномагнетитовой руды. Ме-
тод включает в себя совокупность следующих приемов и операций. Формируется мате-
матическая модель комплексного экономического показателя руды (КЭПр) как функция
ее качества, определяющая по набору рудных параметров относительный результат до-
бычи, переработки руды и реализации полученной продукции. Проводится расчет пока-
зателя КЭПр в координированных узловых точках геопространства по данным геофизи-
ческих и геологических измерений рудных параметров. По метрической матрице узло-
вых точек строится картографическая модель качества руды, показывающая распределе-
ние показателя КЭПр в геопространстве залежи титаномагнетитов.
Математическая модель КЭПр. При моделировании принята идея: создать пока-
затель качества руды, отображающий в относительном виде зависимость экономиче-
ского результата, полученного при реализации выходной продукции, от основных руд-
ных параметров. В связи с этим определено, что КЭПр – это отношение условной при-
были П, полученной от реализации продуктов обогащения руды (концентрата, агломе-
рата, окатышей), поступившей на передел с естественными параметрами по содержа-
ниям окисей титана CTi, ванадия CV, железа CFем и размеру вкраплений магнетита d к
условной прибыли П0, полученной от реализации таких же продуктов обогащения руды,
поступившей на передел с соответствующими параметрами CTiо, CVо, CFео, dо нормаль-
ной кондиции. Здесь под нормальной кондицией понимается обоснованный набор руд-
ных параметров, усредненных по объему естественного залегания руды и обеспечиваю-
щих устойчивую ее переработку и плановый выход готовой продукции. Это руда мало-
титанистая, средняя по вкрапленности и обогатимости. Таким образом, КЭПр выража-
ется соотношением функции П (CTi, CV, CFем, d) к ее частному значению П0:
),мFе,V,Тi(П
)м,FеV,Тi,П(
КЭПр
00000 d
d
 . (1)
В модели принята следующая структура влияния на КЭПр рудных параметров.
На цену Ц концентрата, агломерата и окатышей предусмотрено влияние содержаний в
руде окисей титана CTi и ванадия CV. Себестоимость обогащения Соб руды зависит от
содержания в ней железа CFем и размера вкраплений магнетита d. Положив себестои-
мость добычи руды Сдоб условно постоянной величиной, выразим прибыль разностью
.С-)м,Fе(С-)V,ТiЦ(П добоб d (2)

Интервалы изменения КЭПр зависят от установленных рудных кондиций, техно-
логических режимов дробильно-обогатительного передела и системы ценообразования
выходной продукции, принятой на горном предприятии, осваивающем месторождение
титаномагнетитов. При этом зависимость цены Ц и себестоимости Соб от рудных пара-
метров выражается в относительном виде знакопеременными функциями влияния, соот-
ветственно, ФTi, ФV и ФFем, Фd. С учетом функций влияния выразим цену и себестои-
мость обогащения следующими равенствами:
)Φ(1)Φ(1Ц)VTi(Ц VTi0 , ; (3)
)ΦΦ(1С)м,Fe(С MFеооб.об dd  , (4)
где Соб.о. и Цо – себестоимость обогащения и цена выходной продукции, полученные по
результатам переработки руды с параметрами нормальной кондиции. Функции  обра-
щаются в нуль при соответствующих равенствах: CTi=CTiо, CV=CVо, CFем= CFемо, d = dо. В
расчете цены влияние содержаний CTi и CV взаимно дополняющее, а в расчете себестои-
мости влияние CFем и d взаимно компенсирующее. Поэтому в выражении (3) факторы
влияния умножаются, а в формуле (4) – суммируются.
Выразим отношения себестоимостей обогащения и добычи руды с нормальной
кондицией, а также суммарной себестоимости и цены выходной продукции, полученные
по результатам ее переработки, с помощью отраслевых коэффициентов K и :
Таблица 1
Интервалы изменения параметров руды и функций их влияния
Параметры
руды
Функции
влияния
Значения параметров руды и функций влияния
Руда с параметрами
ниже нормальной
кондиции
КЭПр < 100 %
нормальной
кондиции
КЭПр = 100 %
выше нормальной
кондиции
КЭПр > 100 %
двуокиси
титана CTi
ФTi
1,23 % < CTi ≤ 1,6 %.
Ц снижается на 7 %
CTiо = 1,23 %,
Ц= Ц0
0,9 % ≤ CTi < 1,23 %.
Ц повышается на 7 %
-0,07 ≤ ФTi <0 ФTi =0 0< ФTi ≤ 0,07
пентоксида
ванадия CV
ФV
0,1 % ≤ CV < 0,145 % .
Ц снижается на 5 %
CVо =0,145 %
Ц= Ц0
0,145 % < CV ≤ 0,2 %.
Ц повышается на 5 %
- 0,05 ≤ ФV <0 ФV =0 0< ФV ≤ 0,05
железа
магнитного
CFем
ФFем
8,25 % ≤ CFем < 10,21 %.
Соб повышается на 10 %
CFео = 10,21 %
Соб= Соб0
10,21 % < CFем ≤ 11,73 %.
Соб снижается на 10 %
0< ФFем ≤ 0,1 ФFем =0 - 0,1 ≤ ФFем <0
Размер
вкраплений
магнетита d
Фd
0,075 мм ≤ d < 2 мм.
Соб повышается на 10 %
d0 = 2 мм
Соб= Соб0
2 мм < d ≤ 5 мм.
Соб снижается на 10 %
0< Фd ≤ 0,1 Фd =0 - 0,1 ≤ Фd <0

K

0
доб.0об.0
Ц
СС
; 
доб.0
об.0
С
С
. (5)
Преобразуем выражение КЭПр (1) с учетом соотношений (2) – (5) к следующему
функциональному виду:
 
K
K d



1
1)ΦΦ(1)(1)Φ(1)Φ(1
КЭПр мFе
-1
VTi
. (6)
Приведем формулу (6) к конкретному расчетному состоянию на примере оценки
качества титаномагнетитов Гусевогорского месторождения. Учитывая технико-эконо-
мические показатели горного производства [2], положим следующие значения коэффи-
циентов: K =0,65 и =3. Возможные интервалы влияния рудных параметров на экономи-
ческие показатели, согласно технологическим наблюдениям [3 – 4] и предварительным
экспертным оценкам, приведены в табл. 1.
Функции влияния ФTi, ФV, ФFем, Фd выразим нелинейной регрессией квазисту-
пенчатого вида. Параметры и коэффициенты соответствующих уравнений регрессии
рассчитаем по данным табл. 1 с помощью известной компьютерной программы «Тренды
ФСП-1». Полученные функции и их графики представлены на рис. 1.
После подстановки в равенство (6) значений коэффициентов и математических
выражений функций влияния получим следующую формулу, по которой рассчитывается
показатель качества руды КЭПр:
   
    









































)1,327(exp1
0,2
)0,997(exp1
0,2
0,80,65-
)80,387(-exp1
0,1
0,95
)12,135(exp1
0,14
0,93
1,53КЭПр
0FeFe
V0VTi0Ti
ddСС
СССС
м0м
.
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0,8 1 1,2 1,4 1,6
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0,08 0,12 0,16 0,2
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
5 7,5 10 12,5 15
-0,1
-0,05
0
0,05
0,1
0 1 2 3 4 5 6
СTi,
%
Тi, от. ед.
СTi0,
 )12,135(exp1
0,14
0,07Φ
Ti0Ti
Тi
СС 

СV, %
СV0
V, от. ед.
 )80,387(-exp1
0,1
0,05Φ
V0V
V
СС 

Fем, от. ед.
СFeм, %СFeм0
 )0,997(exp1
0,2
0,1Φ
FeFe
мFe
м0м СС 

d, от. ед.
d, мм
d0
 )1,327(exp1
0,2
0,1Φ
0dd
d


а б
в г
Рис. 1 – Математические выражения и графики функций влияния:
а – ФTi; б – ФV ; в – ФFем; г – Фd
(7)

Аргументами функции КЭПр является набор рудных параметров CTi, CV, CFем, d. Функ-
ция обладает свойствами гладкости, непрерывности и однозначности. Еще отметим ее
важное свойство эквивалентности, выражающее комплексное, то есть совместное вли-
яние на качество руды всех обозначенных параметров. Это свойство проявляется в со-
хранении значений КЭПр при разнонаправленном действии аргументов, например, сни-
жении CFем и увеличении d или снижениях CTi и CV. Примеры оценок показателя КЭПр,
рассчитанные по параметрам руды, находящейся в некоторых точках горизонта титано-
магнетитов с координатами (X, Y), сведены в табл. 2.
Таблица 2
Значения параметров руды и показателя ее качества КЭПр
в отдельных точках горизонта титаномагнетитов
Номер
точки
X ,м Y, м СTi, % СV, % СFем, % d, мм КЭПр, %
Руда повышенного качества
1 1452 1115 1,10  0,138 10,5 3  119,2
2 1200 1439 1,21 0,158 11,6  2 117,7
3 1262 1333 1,50  0,181  12,4  3  112,6
Руда среднего качества
4 1701 1029 1,16 0,116 9,9  3  101,9
5 1524 1146 1,30  0,145 10,2 3  100,0
6 1595 1041 1,12  0,124  9,9 2 99,3
Руда сниженного качества
7 1478 1188 1,52  0,152 9,8  2 82,0
8 1249 1160 1,04  0,099  7,3  0,6  79,4
9 1300 1118 1,40  0,154 9,6  0,6  74,9
Руда среднего качества принимает значения КЭПр, близкие к 100 %. Руда повышенного
или сниженного качества характеризуется, соответственно, увеличенными или умень-
шенными значениями КЭПр. Рядом со значениями рудных параметров, повышающими
КЭПр, проставлены стрелки, направленные вверх. Значения параметров, снижающие
КЭПр, сопровождаются стрелками, направленными вниз. Так большинство стрелок в па-
раметрах руды повышенного качества направлены вверх, а сниженного качества – вниз.
В руде, относящейся к точке № 5, размер d зерен магнетита 3 мм и содержание СTi
двуокиси титана 1,3 % выше их средних значений. Соответственно, в расчете показателя
КЭПр себестоимость обогащения руды и цена выходной продукции снижены так, что
его значение осталось на среднем уровне 100 %.
Модели распределения КЭПр в геопространстве. Геоинформационное назначе-
ние показателя качества руды КЭПр реализуется построением модели его простран-
ственного распределения в массиве титаномагнетитов. Исходными данными для моде-
лирования являются локальные значения показателя КЭПр в координированных узло-
вых точках геопространства, рассчитанные по формуле (7). При этом используют значе-
ния в данных точках рудных параметров CTi, CV, CFем, d, полученные в результате геофи-
зических магнитных измерений и геологического опробования руды. По созданной та-

ким образом метрической матрице узловых точек строится математическая или цифро-
вая модель распределения КЭПр в геопространстве. Модели представляют в виде карты,
плана или разреза.
Приведем пример построения горизонтального плана распределения КЭПр в мас-
сиве титаномагнетитов Гусевогорского месторождения. Значения показателя КЭПр в от-
дельных координированных узловых точках площади титаномагнетитов показаны на
рис. 2а. План построим кригинг-интерполяцией. Соответствующие цифровые расчеты
проведем в узлах прямоугольной сетки с относительным размером 30×30. Предвари-
тельно установлено, что пространственная корреляция показателя КЭПр в узловых точ-
ках изотропна. Его полувариограмма достаточно близко аппроксимируется функцией
Гаусса с радиусом корреляции, равным 6 единиц сетки. План, полученный в результате
расчетов, представлен на рис. 2б.
На плане отображаются особенности горизонтального распределения качества
титаномагнетитов. Участки с разными его значениями ограничены изолиниями. Каче-
ство руды на участках со значениями КЭПр от 95 % до 105 % обеспечивает получение
прибыли от реализации выходной продукции горно-обогатительного производства, со-
ответствующей установленной норме. Качество руды на других участках плана, где зна-
чения показателя КЭПр больше 105 % или меньше 95 % приводит к получению, соот-
ветственно, большей или меньшей прибыли. Участки руды с повышенным показателем
КЭПр расположены преимущественно на северо-западе и юго-востоке плана. Руда со
сниженным КЭПр расположена на северо-восточных и юго-западных участках.
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
130-135
125-130
120-125
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
339
600
861
1122
1383
1645
1906
2167
459
623
787
952
1116
1280
1445
1609
1773
1938
120-125
115-120
110-115
105-110
100-105
95-100
90-95
85-90
80-85
75-80
70-75
Рис. 3 – Планы распределения показателя КЭПр на горизонте
титаномагнетитов без учета влияний: ванадия (а); ванадия и титана (б)
X , М
Y,
М
КЭПр, % ба
КЭПр,
%
X , М
Y,
М
ФV
=0
ФV
=0
ФTi
=0
X , М
Y,
М X , М
КЭПр, %Y,
М
Рис. 2 – Распределения показателя КЭПр на горизонте титаномагнетитов,
полученные в результате измерений рудных параметров
в узловых точках (а) и последующего моделирования плана (б)
ба
КЭПр,
%
КЭПр, %
КЭПр, %

В связи с изменчивостью торгового рынка, возможно, в некоторый период горно-
обогатительного производства учитывать влияние титана и ванадия на ценообразование
выходной продукции нецелесообразно из-за сложившейся экономической конъюнк-
туры. Тогда в формулах (6) и (7) при расчете КЭПр в узловых точках следует положить
соответствующие функции влияния равными нулю: ФTi,=0, ФV=0. Планы показателя ка-
чества руды КЭПр на горизонте титаномагнетитов, полученные при данных условиях,
показаны на рис. 3.
Сравнивая планы, представленные на рис. 2 и рис. 3, отметим, что на западном
участке плана, построенного без учета ванадия, показатель КЭПр существенно повыша-
ется. На этом же участке плана, построенного без совместного учета ванадия и титана,
показатель КЭПр снижается. Это объясняется тем, что содержание ванадия и титана в
магнетитах этого участка ниже нормальной кондиции.
Заключение. Методом геоинформационного отображения качества ванадийсодер-
жащей малотитанистой магнетитовой руды, как показано на примере Гусевогорского ме-
сторождения, выделяются в геопространстве ее участки по новому признаку – предло-
женному показателю КЭПр, выражающему интегрированное воздействие параметров
руды на относительную прибыль, получаемую в итоге ее добычи, обогащения и реали-
зации полученной продукции.
Модель КЭПр обобщенного вида (6) допускает подстановку в нее разных значе-
ний коэффициентов K,  и функций влияния ФTi, ФV, ФFем, Фd в зависимости от особен-
ностей технологических режимов добычи и дробильно-обогатительного передела руды,
а также стратегии ценообразования выходной продукции. В связи с этим интервалы из-
менения параметров руды и функций влияния, представленные в табл. 1, могут быть
скорректированы. Последующие вычислительные операции легко выполняются совре-
менными компьютерными технологиями. Таким образом, расчетная модель (7) является
лишь частным случаем выражения КЭПр. Тем не менее представленные на рис. 2 и рис.
3 планы распределения показателя КЭПр на горизонте титаномагнетитов показывают
принципиальную возможность использования их для повышения эффективности плани-
рования горных работ и управления ими.
Литература
1. Яковлев В.Л. Геоинформационная оценка изменчивости качества титаномагнетито-
вых руд Гусевогорского месторождения / В.Л. Яковлев, Ю.В. Лаптев, А.М. Яковлев //
Литосфера. – 2014. – № 5. – С. 122 – 128.
2. Сборник технико-экономических показателей горных предприятий Урала за 1990 -
2000 гг. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2001. – С. 23.
3. Порцевский А.К. Управление качеством рудной массы на открытых горных рабо-
тах / А.К. Порцевский. – М.: МГГА, 1998. – 44 с.
4. Исследование титаномагнетитовых руд и концентратов ОАО «ЕВРАЗ КГОК» /
А.Н. Дмитриев, Р.В. Петухов, С.В. Корнилков и др. // Технологическая платформа
«Твердые полезные ископаемые»: технологические и экологические проблемы отра-
ботки природных и техногенных месторождений: доклады научн.-практ. конф. 1 – 2
октября 2013 г. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2013. – С. 28 – 34.

УДК 622.831.322 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.012
Бобров Дмитрий Александрович
инженер,
Горный Институт УрО РАН,
614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78а
e-mail: camdobr@yandex.ru
ИНФОРМАЦИОННО-СПРАВОЧНАЯ
СИСТЕМА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
ЯВЛЕНИЙ И ГАЗОНОСНОСТИ ДЛЯ
УСЛОВИЙ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ
РУДНИКОВ ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
Bobrov Dmitry A.
engineer,
The Mining institute UB RAS,
614007, Perm, 78a Sibirskaya st.
E-mail: camdobr@yandex.ru
INFORMATIONAL AND REFERENCE
SYSTEM OF GAS AND DYNAMIC EVENTS
AND GASSINESS FOR SLOPE MINES
CONDITIONS OF THE PJSC
"URALKALIY" MINES
Аннотация:
Статья посвящена проблемам газодинамиче-
ских явлений и газоносности пластов Верхне-
камского месторождения калийно-магниевых
солей. Разработано приложение, позволяю-
щее систематизировать обработку, про-
смотр и пополнение геологических данных,
вести учет газодинамических явлений (ГДЯ),
а также выделять вероятные зоны, опасные
по ГДЯ.
Ключевые слова: газоносность, ГДЯ, геоин-
формационная система, прогнозные карты,
Верхнекамское месторождение
Abstract:
The article is devoted both to gas and dynamic
problems and seam gas content of Verkhnekam-
sky deposit of potassium-magnesium salts. The
supplement permitting to systematize processing,
examination and stocking geological data and to
perform gas and dynamic events account (GDE)
as well as to mark out probable zones dangerous
according to gas and dynamic events (GDE) is set
forth.
Key words: gassiness, GDE, geo-informational
system, forecasting maps, the Verkhnekamsky de-
posit
Общие положения
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в данный момент раз-
рабатывается пятью рудниками, два из которых находятся в г. Березники и три – в г.
Соликамск. Отработка месторождения осложнена ГДЯ, которые в первую очередь при-
водят к смерти и увечьям рабочих, повреждению дорогостоящего оборудования и оста-
новке добычи полезного ископаемого. В связи с этим возникла необходимость сбора
всех данных по ГДЯ, их систематизации, оцифровки для удобства пользования и плани-
рования горных работ.
Разработанное приложение, написанное на языке программирования MapBasic
для действующей на калийных рудниках геоинформационной системы, использующей
формат MapInfo, может быть встроенным в готовые рабочие наборы или загружаться
самостоятельной программой в ГИС MapInfo версии 4,5 и выше [1, 2].
Информационная справочная система «Газоносность, газодинамические характе-
ристики, газодинамические явления и прогнозные карты зон, опасных по ГДЯ, в калий-
ных ПАО «Уралкалий» (в дальнейшем ИСС «Газ и ГДЯ») предназначена для отображе-
ния текстовой и графической информации результатов исследований на шахтных полях
калийных рудников, газоносности и газодинамических характеристик пород продуктив-
ных пластов и междупластий, информации по зафиксированным на шахтных полях ка-
лийных рудников газодинамическим явлениям, построения изолиний средней газонос-
ности пластов, а также для построения прогнозных карт зон, опасных по ГДЯ, с приме-
нением решающих правил для данных, полученных при геологоразведочных работах и
шахтных экспериментальных исследованиях.
Приложение состоит из двух основных частей. Первая часть ИСС «Газ и ГДЯ»
включает в себя интерактивное отображение информации по выбранному ГДЯ и постро-
ение прогнозных карт. Информационным наполнением первой части служит база дан-
ных по сведениям о зафиксированных газодинамических явлениях на шахтных полях

калийных рудников ПАО "Уралкалий" за весь период разработки Верхнекамского ме-
сторождения. Практически по всем зафиксированным на рудниках газодинамическим
явлениям имеются оцифрованные зарисовки, которые расположены в отдельной дирек-
тории и программно привязаны к базе данных по ГДЯ.
ИСС "Газ и ГДЯ" в автоматизированном режиме методом кригинга интерполи-
рует координатно привязанные предварительно рассчитанные значения решающих пра-
вил, расположенных в отдельном файле формата MSExcel, разделяет значения на опас-
ные (больше или равно 0) и неопасные (меньше 0), а также экспортирует в MapInfo Pro-
fessional Interchange Format (MIF), из которого строятся прогнозные карты в ГИС, ис-
пользующих MapInfo [3].
Вторая часть ИСС «Газ и ГДЯ» включает в себя интерактивное отображение ин-
формации по выбранной точке проведения замеров для изучения газоносности и газоди-
намических характеристик пород, а также построение изолиний средней газоносности
пластов [4]. Информационным наполнением данной части являются базы данных резуль-
татов исследований газоносности и газодинамических характеристик пород продуктив-
ных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО "Уралкалий",
проведенных за период с 2000 по 2015 гг. лабораторией геотехнологических процессов
и рудничной газодинамики Горного института Уральского отделения Российской акаде-
мии наук.
Метод прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям
Метод прогноза зон, опасных по ГДЯ, основан на многомерном дискриминантном
анализе геологических показателей. Решающие правила для проведения прогноза зон,
опасных по ГДЯ, получены путем реализации процедуры многомерного
дискриминантного анализа на ПЭВМ. Для получения решающих правил использовались
как классические, так и робастные (устойчивые) процедуры многомерного
статистического анализа данных. Суть метода прогноза заключается в идентификации
геологических условий в конкретно заданной точке шахтного поля и сравнении с
геологическими условиями в местах возникновения ГДЯ.
Процедура прогноза зон, опасных по ГДЯ, заключается в подстановке значений
геологических показателей в конкретной точке наблюдения в решающие правила и
определении значения дискриминантной функции. На основании рассчитанных
значений дискриминантной функции производится отнесение точки наблюдения к зоне,
опасной или неопасной по ГДЯ. В случае, если подстановочное значение
дискриминантной функции является положительным, точка наблюдения относится к
зоне, опасной по ГДЯ, а при отрицательном значении – к зоне, неопасной по ГДЯ.
Точками наблюдения могут служить поверхностные скважины детальной разведки,
подземного разведочного бурения и бороздовые пробы.
В "Руководстве по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для
условий рудников ОАО "Уралкалий" [5] применяются унифицированные решающие
правила, которые позволяют проводить региональный и локальный прогнозы.
Региональный прогноз проводится по данным, полученным при бурении
геологоразведочных скважин с поверхности, а локальный – по данным
эксплуатационной разведки и результатам бороздового опробования калийных пластов
непосредственно в горных выработках.
В каждой точке опробования определяется численное значение решающего
правила (Fр), которое заносится на карту с заданными координатами. Путем
интерполяции между точками с полученными значениями решающего правила
находится его нулевое значение, являющееся границей зон с положительным значением
– опасной по ГДЯ, с отрицательным – неопасной.
Прогноз зон, опасных по ГДЯ, и построение прогнозных карт осуществляется
отдельно для пластов Кр.II, АБ и В сильвинитового или смешанного состава
геологическими службами рудников. Карты зон, опасных по ГДЯ, ежегодно

дополняются при составлении планов горных работ по каждой из планируемых к
отработке и подготовке панелей или блоков и передаются на горные участки.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы "Газоносность"
Для просмотра данных по газоносности и газодинамическим характеристикам по-
род продуктивных пластов и междупластий на шахтных полях калийных рудников ПАО
"Уралкалий" в ГИС MapInfo в меню "Газ" необходимо выбрать требуемый пласт (на
каждом руднике свои пласты). В этом случае в текущем окне карты добавится новый
слой с точечными объектами, отмеченными звездочками, и соответствующими местами
проведенных исследований газоносности и газодинамических характеристик пород.
Для просмотра данных по конкретной точке проведенных исследований необхо-
димо воспользоваться обозначенным на инструментальной панели символом "O" и ука-
зать мышкой на карте на требуемую точку. В этом случае на экране откроется информа-
ционное окно, содержащее все данные по выбранной точке проведения исследований
(рис. 1).
В информации по выбранной точке замеров показываются следующие сведения:
координаты, дата проведения замера, исследуемый пласт, номер панели, блока, наиме-
нование горной выработки, количество выполненных замеров, максимальная начальная
скорость газовыделения, максимальное газовое давление в массиве, рассчитанная сред-
няя газоносность пород, рассчитанная средняя газоносность пород по условному метану,
компонентный состав свободных газов в объемных процентах: CH4, H2, CO2, N2, C2H6,
C3H8, n-C4H10, i-С4H10, C5H12 – и прочие газы.
Рис. 1 – Пример просмотра данных по газоносности
и газодинамическим характеристикам пород пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3

Рис. 2 – Изолинии средней газоносности для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для построения изолиний средней газоносности потребуется пройти два этапа. На
первом этапе осуществляется интерполяция зон для соответствующего пласта, для этого
необходимо в меню "Газ" выбрать нужный пласт и нажать "Интерполяция зон пла-
ста…". В этом случае автоматически запускается в свернутом режиме программа Surfer,
которая, используя имеющуюся базу данных по результатам шахтных эксперименталь-
ных исследований, выполняет интерполяцию полученных значений средней газоносно-
сти в каждой точке наблюдения и импортирует полученные таблицы в готовые рабочие
наборы в формате MapInfo. На втором этапе осуществляется импорт полученных зон для
соответствующего пласта, для этого в том же меню выбираем "Импорт зон пласта …".
В данном случае в автоматическом режиме карты газоносности, построенные на первом
этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно карты на верхний уро-
вень добавляется новый слой, содержащий изолинии средней газоносности для выбран-
ного пласта (рис. 2).
Просмотр сведений по газоносности и газодинамическим характеристикам пород
можно также осуществлять непосредственно из файла формата MS Excel.
Порядок работы раздела информационно-справочной системы
" Газодинамические явления "
Для просмотра данных по газодинамическим явлениям в ГИС MapInfo в меню
"ГДЯ" необходимо выбрать "Показать ГДЯ" (рис. 3). В этом случае в текущем окне
карты добавится новый слой с точечными объектами, отмеченными красными звездоч-
ками и соответствующими местам зафиксированных ГДЯ, а также станет доступным
инструмент просмотра информации по ГДЯ – кнопка с изображением «глаза» на ин-
струментальной панели "Операции". Если в данный момент не было открыто ни одного
окна карты, то откроется новое окно. На карте будут показаны места зафиксированных

ГДЯ тех рудников, для которых в папке GDP находятся соответствующие файлы баз
данных в формате EXCEL.
Рис. 3 – Пример просмотра данных по газодинамическим явлениям
для пласта АБ шахтного поля рудника СКРУ-3
Для просмотра данных по конкретному ГДЯ необходимо воспользоваться инстру-
ментом «глаз» и указать мышкой на карте на место зафиксированного ГДЯ. В этом слу-
чае на экране появится форма, содержащая информацию по выбранному газодинамиче-
скому явлению, а место данного ГДЯ обозначится более крупной желтой звездочкой.
Если на экране два и более места газодинамических явлений расположены слишком
близко, то при использовании инструмента «глаз» программа может предложить изме-
нить масштаб карты на экране и повторить выбор места ГДЯ. Если для данного ГДЯ в
базе имеется зарисовка, то внизу формы будет доступна кнопка "Зарисовка". В против-
ном случае эта кнопка будет недоступна. При нажатии на кнопку "Зарисовка" запу-
стится windows-приложение для просмотра растровых изображений, в котором откро-
ется зарисовка выбранного ГДЯ.
Просмотр сведений по газодинамическим явлениям можно также осуществлять
непосредственно из формы, путем выбора номера ГДЯ из списка. При этом произойдет
центрирование карты по выбранному ГДЯ. В списке номеров газодинамических явлений
будут присутствовать только номера для того рудника, который указан в поле "Рудник".
Для просмотра данных по другому руднику необходимо в поле "Рудник" выбрать не-
обходимый рудник. В этом случае в форме автоматически отобразится информация по
последнему газодинамическому явлению, зафиксированному на выбранном руднике.

Прогнозные карты
Построение прогнозных карт осуществляется в два этапа. На первом этапе в меню
"ГДЯ" необходимо выбрать "Интерполяция зон …" для соответствующего пласта. В
этом случае автоматически запустится в свернутом режиме прикладная программа
Surfer, которая, используя имеющуюся базу данных по результатам геологоразведочных
работ (файл Выбросоопасность.xls), выполнит интерполяцию полученных значений ре-
шающих правил в каждой точке наблюдения методом кригинга и импортирует получен-
ные таблицы в готовые рабочие наборы в формате MapInfo. Необходимо дождаться
окончания работы программы Surfer (процесс интерполяции может длиться до несколь-
ких минут).
Рис. 4 – Прогнозная карта зон, опасных по ГДЯ, для пласта АБ
шахтных полей рудников СКРУ-1, СКРУ-2, СКРУ-3
На втором этапе в меню "ГДЯ" необходимо выбрать "Импорт зон …" для соот-
ветствующего пласта. В данном случае в автоматическом режиме прогнозные карты зон,
построенные на первом этапе, импортируются в ГИС Map-Info. При этом в текущее окно
карты на верхний уровень добавляется новый слой, содержащий прогнозные зоны ГДЯ
(рис. 4). Если не было открыто ни одного окна, то создается новая карта с прогнозными
зонами. При необходимости можно изменить порядок расположения слоев рабочей
карты, используя операцию "Управление слоями".

1. Mapbasic. Среда разработки. Руководство пользователя: пер. с англ. ЭСТИ-М.
- Troy, NewYork: MapInfoCorporations, 2000. – 284 c.
2. Mapping Information Systems Corporation. MapInfo. Система настольной карто-
графии. Справочник: пер. с англ. ЭСТИ-М: - Troy, New York: MapInfo Corporations,
1992.– 454 c.
3. Руководство по региональному и локальному прогнозам потенциально выбро-
соопасных зон по геологическим данным для условий Верхнекамского месторождения
калийных солей. – Пермь: АО «Галургия», 1996. – 21 с.
4. Полянина Г.Д. Экспериментальные исследования распределения газа в при-
контурном массиве при разработке калийного пласта / Г.Д. Полянина, А.Н. Земсков //
Разработка соляных месторождений. – Пермь, 1977. - С. 120 - 123.
5. Руководство по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для
условий рудников ОАО "Уралкалий" // Специальные мероприятия по безопасному веде-
нию горных работ на Верхнекамском месторождении калийных солей в условиях газо-
вого режима в ОАО "Уралкалий" (технологический регламент). - Пермь-Березники,
2012.

УДК 550.34.001.57 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.019
Верхоланцева Татьяна Викторовна
младший научный сотрудник,
Горный институт УрО РАН,
614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78A
e-mail: tati.verkholantseva@gmail.com
Дягилев Руслан Андреевич
кандидат физико-математических наук,
заведующий лабораторией природной
и техногенной сейсмичности,
Горный институт УрО РАН
e-mail: dr@mi-perm.ru
ПРИМЕНЕНИЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЛИЯНИЯ
ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НА СЕЙСМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ
КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ
Verkholantzeva Tatyana V.
junior researcher.
The Mining Institute UB RAS,
614007, Perm, 78A Sibirskaya st.
е-mail: tati.verkholantseva@gmail.com
Dyagilev Ruslan A.
Candiate of physical and mathematic sciences,
the head of the laboratory
of natural and man-made seismicity,
The Mining Institute UB RAS
е-mail: dr@mi-perm.ru
GIS TECHNOLOGY APPLICATION
FOR STUDYING THE INFLUENCE OF
MINING PARAMETERS ON SEISMICITY
IN POTASSIUM MINES
Аннотация:
В работе предложена модифицированная ма-
тематическая модель влияния различных фак-
торов на сейсмичность калийных рудников.
Выполнена параметризация модели с помощью
геоинформационных технологий для двух фак-
торов: возраста горных выработок и количе-
ства отработанных пластов.
Ключевые слова: калийный рудник, сейсмологи-
ческий мониторинг, математическая модель,
геоинформационные технологии, параметри-
зация
Abstract:
The modified mathematical model, describing the
influence of different factors on potassium mines
seismicity is proposed in the article. The model
parameterization is performed using geo-informa-
tional technologies for two factors: the age of
mine openings and number of mined-out layers.
Key words: potassium mine, seismological moni-
toring, mathematical model, geo-informational
technologies, parametrization
Введение
Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВКМКС) – это слож-
ный объект, имеющий высокую техногенную нагрузку и постоянно изменяющуюся гео-
динамическую обстановку. Интенсивный рост объемов добычи полезных ископаемых
приводит к усложнению геомеханических условий подземной разработки месторожде-
ний. Так, в последние 30 лет на данной территории произошло несколько техногенных
землетрясений, появились провалы, связанные с проседанием грунта и затоплением руд-
ников. После возникновения первого провала 1986 г. на месторождении развернут мо-
ниторинг по изучению геомеханического состояния недр. Сейсмологический контроль
проводится на месторождении с 1995 г.
За двадцатилетний период сейсмологических наблюдений получен богатый мате-
риал о природе сейсмичности, о факторах, влияющих на ее уровень, о пространственно-
временных закономерностях. В работе [1] представлена математическая модель, описы-
вающая влияние различных факторов во времени, а также приведены расчеты для трех
факторов: волны от удаленных землетрясений, взрывных работ на руднике, возраста гор-
ных выработок. Сама математическая модель имеет следующий вид:
𝑃(𝑡, 𝑡0) = 𝑃0 𝑘𝐹(𝑡, 𝑡0), (1)
где P – параметр сейсмичности (плотность выделения энергии или плотность событий);
P0 – первоначальное или максимальное значение данного параметра (в зависимости от
фактора); k – масштабный коэффициент, который задает значимость вносимых фактором

изменений; F(t, t0) – зависимость, описывающая характер влияния фактора во времени,
нормированная на диапазон от 0 до 1; t0 – время начала действия фактора.
Как показали расчеты [1, 2], для некоторых факторов масштабный коэффициент
k определить невозможно, так как часто при t < t0 (до начала действия фактора) сейсми-
ческой активности не наблюдается. В связи с этим целесообразней видоизменить модель,
сделав коэффициент k частью функции 𝐹(𝑡, 𝑡0), сняв при этом жесткое ограничение на
диапазон ее нормировки. Таким образом, новая математическая модель будет иметь вид:
𝑃(𝑡, 𝑡0) = 𝑃0 𝑈(𝑡, 𝑡0) (2)
где U (t, t0)– зависимость, описывающая изменения влияющего фактора во времени, чьи
значения на некотором временном интервале, доступном для исследования, нормиро-
ваны на диапазон от 0 до 1. При условии, что действие фактора происходит разово, функ-
ция 𝑈(𝑡, 𝑡0) будет иметь смысл масштабного коэффициента, который указывает на зна-
чимость вносимых фактором изменений (сдерживающий или усиливающий фактор).
Одним из основных факторов, оказывающих влияние на сейсмический режим ка-
лийных рудников, является наличие горных выработок, то есть вариации сейсмической
активности должны быть в значительной степени обусловлены изменениями в горнотех-
нических условиях. Для математического моделирования влияния горнотехнических па-
раметров на сейсмический режим рудников необходимо найти значения P0 и U(t, t0). Для
параметризации модели использовались геоинформационные технологии, которые поз-
воляют картировать и анализировать различные объекты и события, проводить про-
странственный анализ данных.
Методика исследования
Для проведения расчетов зависимости уровня сейсмической активности от горно-
технических параметров был создан проект на основе программного продукта ArcGIS.
Проект включает в себя общегеографические данные (рельеф, речная сеть, города и др.),
границы рудников, расположение сейсмометров, каталог зарегистрированных сейсмиче-
ских событий, данные по горнотехническим параметрам отработки месторождения, а
также дополнительную информацию по геолого-тектоническому строению ВКМКС.
Для исследования была выбрана территория шахтных полей Первого Соликам-
ского (СКРУ-1) и Второго Соликамского (СКРУ-2) рудников, так как для них есть наибо-
лее полные данные по параметрам отработки. Эта территория, в свою очередь, ограни-
чена с одной стороны регистрационными возможностями сейсмической сети, с другой –
границами ведения горных работ. Отчасти данные параметры территориально не пере-
крываются. Областями, для которых выполнялся статистический анализ, были выбраны
те участки шахтных полей, где выполнялось условие наличия не менее 5 сейсмических
событий на участке радиусом 400 м. Из них были исключены участки на северо-восточ-
ной окраине шахтного поля СКРУ-2, где сейсмическая активность связана преимуще-
ственно с последствиями техногенного землетрясения 1995 г. (рис. 1).
Для пространственного анализа в качестве параметра, характеризующего сей-
смичность, использовались растры плотности выделения сейсмической энергии ES,
представляющие собой отношение суммарной выделившейся сейсмической энергии на
каком-либо участке к площади этого участка. Данный параметр рассчитывался для вре-
менных интервалов продолжительностью один год [3].
В качестве горнотехнических параметров применялись исходные данные в фор-
мате MapInfo, предоставленные ПАО «Уралкалий» (актуальность на июль 2014 г.). При
этом для дальнейшей корректной работы с этими данными проводился ряд операций (на
основе приложения ArcToolbox):
• конвертирование исходных данных из формата MapInfo в формат Shape-file;
• проверка и исправление геометрии исходных векторных данных;

• проверка и при необходимости исправление ошибок в данных по году отра-
ботки, году и типу закладки в соответствии с журналами с параметрами отработанных
камер и закладочных работ;
• присвоение ID-номера каждой отдельной камере для определения ее влияния
и для подсчета среднего значения плотности выделения сейсмической энергии;
Рис. 1 – Карта с границей области исследования:
1 – область, выделенная по критерию минимального количества событий;
2 – область, связанная с землетрясением 1995 г.
Для определения средней плотности сейсмической энергии для каждой отдельной
камеры, выделяемой за один год, был использован ГИС-инструмент «Зональная стати-
стика». Данный инструмент вычисляет статистику для каждой зоны, определенной
набором данных зоны на основе значений из другого набора данных (растр значений).
Зона – это все ячейки растра, которые имеют одно значение независимо от того, явля-
ются ли они непрерывными или нет. В качестве зон были выбраны данные по горнотех-
ническим параметрам, в качестве растра значений – непрерывные карты плотности вы-
деления сейсмической энергии. Тип выходных данных определяется типом вычисляемой
выбранной статистики и типом входных значений. На выходе для каждой зоны вычис-
ляются минимум, максимум, среднее значение, медиана, диапазон, стандартное откло-
нение, меньшинство (наименее часто возникающее значение) и большинство (наиболее
часто возникающее значение). Необходимо учитывать, что операция выполняется, если
площадь отдельно взятой камеры больше одной ячейки растра.

Результаты
Схема разработки месторождения, используемая на рудниках ВКМКС, доста-
точно сложна. Основной особенностью подземного способа разработки ВКМКС явля-
ется необходимость сохранения водозащитной толщи (ВЗТ – водонепроницаемая пачка
пород, расположенная между кровлей верхнего отрабатываемого пласта и подошвой
первого снизу водоносного горизонта). Чтобы избежать нарушения ВЗТ, на рудниках
применяют камерную систему разработки, при которой вышележащая толща пород под-
держивается жесткими ленточными целиками. Параметры камерной системы разработки
весьма разнообразны. Ширина камер меняется от 16 м на участках с устойчивыми поро-
дами кровли до 3 м на участках со слабоустойчивой кровлей. Высота камер в основном
определяется мощностью вынимаемых пластов. Ширина междукамерных целиков, в
связи с широким разнообразием горно-геологических и горнотехнических условий, из-
меняется от 3 до 18 – 20 м.
В настоящее время добыча руды ведется на трех продуктивных пластах (КрII, АБ
и В), причем извлекаться может от одного до трех пластов в любых комбинациях. Пласт
В в разных частях месторождения может быть представлен как сильвинитом (Вс), так и
карналлитом (Вк). Так, на рудниках существует 11 вариантов разных сочетаний отраба-
тываемых пластов: однопластовая отработка по пластам (КрII, АБ, Вс и Вк), двухпласто-
вая (КрII+АБ, КрII+Вс, КрII+Вк, АБ+Вс и АБ+Вк) и трехпластовая (КрII+АБ+Вс и
КрII+АБ+Вк). При отработке нескольких пластов междукамерные целики имеют соосное
расположение.
Для уменьшения негативного влияния горного производства на окружающую
среду и в качестве дополнительной меры охраны рудников от затопления используется
закладка отработанных камер. В качестве закладочного материала используют в основ-
ном солевые отходы.
Такое огромное количество различных параметров приводит к тому, что невоз-
можно напрямую сопоставлять все горнотехнические параметры с микросейсмической
активностью. Для того чтобы попытаться различить влияние какого-то одного фактора,
необходимо изолировать его от остальных. Сейсмичность на калийных рудниках, как
показывает практика наблюдений, не связана с ведением текущих горных работ, но реа-
лизуется на отработанных участках позже, в течение нескольких лет. Поэтому главным
среди горнотехнических факторов является возраст горных выработок. Определив ха-
рактер его влияния, можно перейти к выявлению влияния других, менее значимых.
В работе [2] получены зависимости, описывающие влияние возраста горных вы-
работок с течением времени для рудников СКРУ-1 и СКРУ-2. Данные результаты пока-
зали, что возрастание микросейсмической активности происходит неравномерно и до-
стигает максимума через несколько десятков лет после отработки в зависимости от пла-
ста и рудника. После идет постепенное затухание сейсмического процесса. Для аппрок-
симации такого неравномерного поведения массива была использована формула, описы-
вающая графики ползучести [2]:
Ф(t)=
𝛿𝑡1−𝛼
(1 + 𝑒 𝜌−𝛽∙𝑡)
,
где Ф(t) – функции ползучести; δ, α, ρ, β – реологические параметры среды.
Результаты аппроксимаций этих зависимостей представлены на рис. 2.
В табл. 1 приведены параметры новой математической модели (2) для данного
фактора. Здесь (t – t0) – время действия фактора в годах, начиная с момента t0 – начала
отработки продуктивного пласта. При t < t0 (до начала отработки продуктивных пластов)
сейсмическая активность равна нулю. P0 имеет смысл максимального значения плотно-
сти выделения сейсмической энергии.
(2)

Рис. 2 – Обобщенные графики зависимости плотности выделения
сейсмической энергии от возраста горных выработок
Таблица 1
Параметры математической модели для фактора: возраст горных выработок
Рудник
Отрабатываемый
пласт
P0, Дж/100 м2
U(t, t0)
СКРУ-1
АБ+Вс 7,162
0,108 ∙ (𝑡 − 𝑡0)1.585
1 + 𝑒(1.328+0.0598∙(𝑡−𝑡0))
КрII+АБ 5,684
0,128 ∙ (𝑡 − 𝑡0)1.37
1 + 𝑒(0.997+0.051∙(𝑡−𝑡0))
КрII+Вк 3,331
0,194 ∙ (𝑡 − 𝑡0)0.405
1 + 𝑒(−17.784+0.233∙(𝑡−𝑡0))
СКРУ-2 Все пласты 3,686
0,246 ∙ (𝑡 − 𝑡0)0.978
1 + 𝑒(0.628+0.0379∙(𝑡−𝑡0))
Вторым значимым горнотехническим фактором, влияющим на уровень сейсми-
ческой активности, является количество отработанных пластов и их сочетания. В работе
[2, 3] представлены расчеты зависимости средней плотности выделения сейсмической
энергии от отработки продуктивных пластов. При вычислениях учитывались данные
только тех камер, где не было произведено закладки, или данные для периодов времени,
когда камеры не были заложены. То есть для расчетов использовались данные, попада-
ющие во временной интервал, начиная с года отработки 1-го пласта, заканчивая датой
самой ранней закладки. Для возможности дальнейшего сопоставления данных с разным
возрастом выработок в параметры сейсмичности вводилась поправка на возраст вырабо-
ток, согласно зависимостям в табл. 1. При этом каждое значение параметра сейсмической
активности было пересчитано на дату его ожидаемого максимального уровня по фор-
муле:
𝐸𝑆 𝑒𝑑 =
𝐸𝑆(𝑡)
𝑈(𝑡, 𝑡0)
при 𝑡 > 0, (7)

где ES ed – скорректированный параметр сейсмичности; ES(t) – значение плотности вы-
деления энергии в выработке возраста t, полученное инструментом «Зональная стати-
стика»; U(t, t0) – значение нормированной зависимости плотности выделения сейсми-
ческой энергии от возраста горных выработок в момент времени t.
Результаты расчетов и осреднения представлены на рис. 3.
Анализ данных графиков показал, что для рудника СКРУ-2 средняя плотность
выделения сейсмической энергии в два раза ниже, чем для СКРУ-1. Наименьшим уров-
нем микросейсмической активности при однопластовой отработке характеризуются вы-
работки по пласту КрII. При двухпластовой отработке наблюдается повышение уровня
сейсмической активности в 1,1 – 1,8 раз; при трехпластовой, вопреки ожиданиям, уро-
вень сейсмической активности значительно ниже, чем на участках с одно- и двухпласто-
вой отработкой.
Рис. 3 – Зависимость средней плотности выделения сейсмической энергии
от набора отрабатываемых продуктивных пластов
Параметры обновленной математической модели для фактора «количества отра-
ботанных пластов» представлены в табл. 2. В данном случае P0 имеет смысл первона-
чального значения, то есть значения средней плотности выделения сейсмической энер-
гии при однопластовой отработке.
Таблица 2
Параметры математической модели для фактора:
количество отработанных пластов
Рудник Отработка P0, Дж/100 м2
U(t, t0)
СКРУ-1
двухпластовая
5,97
1,22
трехпластовая 0,67
СКРУ-2
двухпластовая
3,42
1,29
трехпластовая 0,76
Заключение
Применение геоинформационных технологий позволило определить параметры
математической модели, описывающей влияние двух факторов во времени: возраст гор-
ных выработок и количество отработанных пластов. Эти результаты показывают, что в
калийных рудниках максимум выделившейся сейсмической энергии наступает не сразу
после отработки, а через 20 – 60 лет в зависимости от пласта и рудника. После достиже-
ния этого времени происходит затухание сейсмического процесса. Изучение влияния ко-
личества отработанных пластов показало, что двухпластовая отработка дает заметное

повышение среднего уровня сейсмической активности, тогда как трехпластовая, наобо-
рот, способствует ее понижению. Полученные параметры предложенной модели позво-
ляют прогнозировать негативные явления на новых участках ведения горных работ,
идентифицировать проблемные участки и заранее планировать на них превентивные ме-
роприятия.
1. Верхоланцева Т.В. Параметризация модели влияния различных факторов на
сейсмичность калийных рудников / Т.В. Верхоланцева, Р.А. Дягилев // Геофизика. -
2015. - № 5. – С. 12 – 18.
2. Верхоланцева Т.В. Количественная оценка влияния горнотехнических пара-
метров отработки месторождения на сейсмический режим / Т.В. Верхоланцева, Р.А. Дя-
гилев // Триггерные эффекты в геосистемах (Москва, 16 – 19 июня 2015 г.): материалы
третьего Всероссийского семинара-совещания / Под ред. В.В. Адушкина, Г.Г. Кочаряна
– М.: ГЕОС, 2015. – С. 214 – 20.
3. Шулаков Д.Ю. Методика расчета карт плотности выделения сейсмической
энергии в условиях пространственно неоднородной сейсмической сети / Д.Ю. Шулаков
// Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: матери-
алы Седьмой междунар. сейсмологической школы. – Обнинск: ГС РАН, 2012. – С. 360 –
364.

УДК 622.1:528.931]:004.9 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.026
Катаев Анатолий Вениаминович
кандидат технических наук, доцент,
Пермский национальный исследовательский
политехнический университет (ПНИПУ),
614990, Пермский край, г. Пермь - ГСП,
Комсомольский проспект, д. 29
e-mail: anka57ka@gmail.com
Кутовой Сергей Николаевич
политехнический университет
e-mail: geotech@pstu.ac.ru
Ефимов Евгений Михайлович
инженер-программист,
Мейстер Дмитрий Александрович
инженер-программист,
СОЗДАНИЕ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
Kataev Anatoly V.
associate professor,
candidate of technical sciences
The Perm national research and
poly-technical university (PNRPU),
614990, Perm Krai, Perm,
29 Komsomolsky prospect
е-mail: anka57ka@gmail.com
Kutovoi Sergey N.
candidate of technical sciences.
poly-technical university
Efimov Eugene M.
Software Engineer,
Meister Dmitry A.
Software Engineer,
CREATION MINING AND GEOLOGICAL
INFORMATIONAL SYSTEM IN THE PJSC
"URALKALIY"
Аннотация:
Приведен опыт создания горно-геологической
информационной системы для рудников ПАО
«Уралкалий». Созданная система позволяет
автоматизировать решение ряда производ-
ственных задач, стоящих перед различными
службами горного предприятия. На основе
опыта приводятся рекомендации к информаци-
онной системе и требования к вводимой в базу
информации.
Ключевые слова: цифровые планы горных работ,
трехмерные горно-геологические модели, про-
граммные модули, система управления базами
данных
Abstract:
The experience of mining and geological
informational system creation for the PJSC
"Uralkaliy" mines is adduced. The new system
allows to automate the solution of a number of
production challenges that are faced before various
services of the mining plant. In terms of the
experience recommendations are cited to the
informational system and the requirements for input
to the database information are given.
Key words: digital mining plans, three-dimensional
mining-geological models, software modules, data-
base management system
Авторами статьи ведутся работы по созданию горно-геологической информационной
системы горного производства на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых
солей (ВКМКС). Предлагаемая система призвана автоматизировать решение инженер-
ных задач, стоящих перед различными службами горных предприятий (геологи, марк-
шейдеры, горняки, геофизики, геомеханики, гидрогеологи, экологи и др.).
К настоящему времени в рамках создания элементов горно-геологической информа-
ционной системы созданы цифровые планы горных работ по всем продуктивным пла-
стам действующих рудников (рис. 1). Разработаны и установлены на рабочие места поль-

зователей программные модули, которые позволяют автоматизировать обработку ре-
зультатов инструментальных наблюдений маркшейдерских и геологических служб
(рис. 2), процессы планирования и проектирования горных работ (рис. 3), вычисления
фактических и прогнозных параметров сдвижения подрабатываемой земной поверхно-
сти (рис. 4), решать задачи по охране поверхностных объектов.
Рис. 1 – Фрагмент цифрового плана горных работ
по одному из промышленных пластов
Рис. 2 – Фрагмент совмещенного отображения горной выработки
и геологического строения продуктивной толщи
Данные разработки уже нашли широкое практическое применение и во многом по-
влияли на методику выполнения отдельных рабочих процессов соответствующих отде-
лов ПАО «Уралкалий» [1].

Рис. 3 – Программный модуль для годового планирования горных работ
Рис. 4 – Результаты обработки инструментальных наблюдений
за оседаниями подрабатываемой земной поверхности

Опыт развития горных информационных технологий за последние десятилетия
свидетельствует о том, что традиционная горная графическая документация перестает
быть единственным необходимым элементом для решения различных задач. Разрабо-
таны и применяются технологии, в состав которых входят не только графические, но и
другие данные, необходимые для полного описания горных объектов. Среди этих акту-
альных в настоящее время данных цифровые модели выработок и геологической среды,
связанные с ними таблицы, результаты расчетов, трехмерные изображения и т. д.
Анализ работы отдельных отделов рудников показал, что на этапе внедрения ин-
формационной системы требуется вовлечение всех заинтересованных сотрудников ин-
женерных служб в этот процесс и определенная исполнительская дисциплина. Вводимая
в базу информация используется не только сотрудниками служб, отвечающих за ее пол-
ноту и качественный состав, но и специалистами других отделов горного предприятия и
подрядных организаций. К примеру, если геолог не выдал объем примешанных при из-
влечении пород, маркшейдер не сможет составить акт на закрытие выемочной единицы.
В сложных процессах выпадение какого-либо звена влечет за собой сбой всей цепи со-
бытий. В итоге сформировалось понимание: для наступления конечного результата тре-
буется контроль за безусловным выполнением всей производственной цепочки по работе
с информацией. Накопленные графические и атрибутивные данные с начала работы руд-
ника, созданные на их основе документы, представляют собой особую ценность, поэтому
требуется обеспечить их надежное хранение. Для этого с определенной частотой произ-
водится копирование (сохраняются дампы) базы данных, которая расположена на двух
серверах, находящихся в разных зданиях.
База данных может быть "испорчена" и самими сотрудниками предприятия. Это
может произойти в результате случайного или преднамеренного удаления информации
или ввода ошибочных объектов. Поэтому должен производиться контроль технологиче-
ского процесса ввода информации, требуется ее системное администрирование, органи-
зация прав доступа к отдельным сегментам информации, возможность восстановления
не только всей базы из последнего дампа, но и отдельных, случайно удаленных объектов.
Каждый создаваемый горный объект проходит разные стадии жизненного цикла
от проектирования до окончания его эксплуатации. Например, если говорить о горной
выработке, то ее жизненный цикл начинается на этапе проектирования. В последующем,
в процессе ее проходки и до окончания эксплуатации, а может быть, и в период закладки,
информация об объекте интенсивно пополняется и обновляется разными службами гор-
нодобывающего предприятия. Храниться эта информация о выработке должна до лик-
видации предприятия, и даже в последующем может быть использована при планирова-
нии застройки или ином использовании подработанной земной поверхности. В базе дан-
ных должны сохраняться все релизы информационных объектов (от этапа проектирова-
ния до ликвидации). Съемки и замеры производятся по мере необходимости и на момент
оплаты налогов, в это время должна быть возможность отображения положения вырабо-
ток, заложенного пространства в них, отчетов по добыче и потерям полезного ископае-
мого и другой информации. Если используется многовариантное планирование горных
работ, то все версии планов также должны храниться.
Поскольку в базе хранится вся информация по добыче, то должна быть организована
подготовка данных для формирования отчетов в соответствии с требованиями отрасли и
предприятия (замерная книга, книга первичного учета, статистические формы отчетно-
сти 70Тп, 5Гр и др.).
Коммерческие интегрированные горно-геологические системы хотя и предостав-
ляют пользователям большой набор инструментов для моделирования объектов горного
производства, но по причине российской специфики и закрытости программных кодов
не могут решить существенную долю проблем предприятия. В силу этих причин для
рудников ПАО "Уралкалий" принято решение о разработке своей системы.

Разработанная система основана на отработанных технологиях сетевого взаимо-
действия (IP-адресация, пространственный охват). В ее состав входят модули генерации
и сохранения объектов, их версий и релизов. Одной из наиболее "продвинутых" сетевых
систем управления базами данных (СУБД), позволяющих реализовать идею комплекс-
ного хранилища данных, включая графические 2D и 3D объекты, является СУБД Oracle
семейства Oracle 12с. Она и объединяет все программные модули, входящие в состав
формируемой горно-геологической информационной системы.
Для снижения стоимости конечных приложений авторами широко используются про-
граммные библиотеки с открытыми кодами. К таким можно отнести библиотеки QT,
Geos, QGis. Они предоставляют удобную и функциональную среду для разработки как
простых, так и средней сложности приложений. Причем уровень надежности функций,
реализованных в этих библиотеках, и точность результатов не хуже штатных средств
разработки программ для геоинформационных систем.
При работе с программными модулями реализован принцип многопользовательского
доступа. Разработаны инструменты предоставления доступа к базе данных, формирова-
ния стандартных планшетов, контроля и восстановления ошибочно удаленной информа-
ции, запросная система к базе данных [1].
В настоящее время по результатам съемок и замеров горных выработок вся полевая
информация заносится в базу, в ней формируются графические трехмерные и плоские
объекты, последние выносятся на цифровой план. При этом к каждой выемочной еди-
нице на цифровом плане привязана необходимая атрибутивная информация (параметры
горных выработок и целиков, объемы списанных запасов, качественные показатели по-
лезного ископаемого и другие данные). Первоисточником поступления информации яв-
ляются съемки и замеры, построенные по ним цифровые маркшейдерские планы горных
работ, загруженные в базу данных и пополняемые в текущем режиме.
В конечном итоге все данные о геологической среде, выработках и объектах зем-
ной поверхности размещаются и поддерживаются в информационной системе и исполь-
зуются для решения задач учета, контроля и управления деятельностью предприятия.
Визуализация графической информации может производиться в любых графических ре-
дакторах или ГИС-системах (Open GIS, MapInfo, ArcGis, Grafer и др.). В настоящее время
в состав информационной системы входит совокупность программных приложений,
представленных на рис. 5.
Рис. 5 – Упрощенная схема функциональной архитектуры горно-геологической
информационной системы на рудниках ВКМКС

Функционально все программные модули объединены в автоматизированные ра-
бочие места (АРМ), каждое из которых призвано решать инженерные задачи, стоящие
перед конкретным подразделением горного предприятия. Создаваемая система посто-
янно поддерживается, пополняется новыми функциями и развивается новыми модулями
[2, 3].
Нельзя сказать, что работа сотрудников инженерных служб в информационной
системе стала легче. Первоначальный ввод информации, создание геологических моде-
лей месторождения и сети существующих выработок в 3D графике потребовали немалых
затрат труда и времени. Текущие инженерные работы пополнились новыми видами –
построением локальных геологических моделей, обработкой пересечений трехмерных
выработок и др. Строго контролируется исполнительская дисциплина инженерных
служб.
Наблюдаются и положительные стороны от внедрения информационных систем.
Появилась возможность комплексного использования геологической информации в про-
цессе решения многих задач. Ведется полный и точный учет движения запасов, обосно-
ванно проводятся налоговые выплаты при добыче полезного ископаемого. В процессе
планирования горных работ выполняются многовариантные расчеты, что приводит к
лучшим решениям в областях безопасности процесса ведения горных работ и экономи-
ческой целесообразности. Автоматизированное создание графических материалов и раз-
личных отчетных форм позволяет использовать их в составе электронного графического
документооборота.
Но основное преимущество от внедрения системы заключается в том, что ее ис-
пользование позволяет на новый уровень поставить информационный ресурс, необходи-
мый для принятия решений. Его ценность определяется той ролью, которую информация
играет в принятии решения. А решения принимаются по важнейшим вопросам – и в
сфере самого горного производства и его безопасности, и в вопросах его влияния на
окружающую среду, и в области экономики.
В связи с изложенным, уровень применения информации становится одним из не-
маловажных факторов экономического развития горного предприятия и его конкуренто-
способности. Такая информация должна рассматриваться как специфическая форма цен-
нейшего материального ресурса. А в условиях современного динамически меняющегося
рынка сырья и усложнения горно-геологических условий эта информация становится не-
заменимым ресурсом, сопоставимым по важности с традиционными материальными и
энергетическими ресурсами.
1. Катаев А.В. Создание элементов горно-геологической информационной
системы горных предприятий / А.В. Катаев, С.Н. Кутовой // Tagungsband Energie und
Rohstoffe 2013 - IFM & DMV: XV Int. ISM Congress 2013, Aachen Sept. 16-20: proc. –
Сlausthal – Zellerfield:VerlagGrbh, 2013- Vol. 1. - С. 506 - 510.
2. Автоматизация процесса обработки результатов инструментальных наблюде-
ний и прогноз сдвижений и деформаций подрабатываемых участков земной поверхности
на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей / С.Н. Кутовой, А.В. Ка-
таев, П.А. Краснощёков, П.В. Шамин // IV международный конгресс по геомеханике,
Варна, Болгария. – 2010. - С. 371-378.
3. Катаев А.В. Расчет прогнозных оседаний подрабатываемой земной поверхно-
сти с использованием интеграционных сеток и цифровых планов горных работ / А.В. Ка-
таев, С.Н. Кутовой // VI International Geomechanics Conference: proc., Varna, 2014.

УДК 624.131:553.411 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.032
Абатурова Ирина Валерьевна
доктор геолого-минералогических наук,
профессор кафедры гидрогеологии,
инженерной геологии и геоэкологии,
Уральский государственный
горный университет
620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30
e-mail: gingeo@mail.ru
Стороженко Любовь Александровна
кандидат геолого-минералогических наук,
доцент кафедры геологии и защиты
в чрезвычайных ситуациях,
Борисихина Ольга Александровна
аспирант,
Козлов Владислав Сергеевич
студент,
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ
УСЛОВИЯ ЗОЛОТОРУДНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ОСОБЕННОСТИ
ИХ ИЗУЧЕНИЯ
Abaturova Irina V.
Doctor of geologic and-mineralogical sciences,
professor of hydrogeology,
engineering geology and geo-ecology department.
The Ural state Mining University,
620144, Yekaterinburg, 30 Kuibyshev st.
Storozhenko Lubov A.
Candidate of geologic and mineralogical sciences,
the associate professor of geology
and protection in emergency situations chair,
The Ural state Mining University
Borisikhina Olga A.
Postgraduate,
Kozlov Vladislav S.
Student.
ENGINEERING AND GEOLOGICAL
CONDITIONS OF GOLDEN ORE DEPOSITS
AND FEATURES OF THEIR STUDY
Аннотация:
В статье рассмотрены методические аспекты
изучения инженерно-геологических условий зо-
лоторудных месторождений. Предложена
схема изучения инженерно-геологических усло-
вий по стадиям геологоразведочных работ и
приведен оптимальный набор методов получе-
ния информации, отвечающей целям проектиро-
вания, в соответствии с этапами и границами
изучения месторождений полезных ископаемых.
Ключевые слова: инженерно-геологические усло-
вия, месторождения полезных ископаемых,
стадия изучения, область взаимодействия
Abstract:
The article deals with methodological aspects of
studying engineering and geological conditions of
golden ore deposits. The scheme of studying engi-
neering and geological conditions according to
stages of exploration is proposed and the optimal set
of methods for obtaining information relevant to the
design objectives in accordance with the stages and
boundaries of mineral deposits studying is cited.
Key words: engineering and geological conditions;
mineral deposits; stage of studying; the area of in-
teraction
Оценка массива горных пород на глубинах свыше 1000 м и прогноз развития ин-
женерно-геологических процессов невозможны без изучения комплекса компонентов,
отражающих их состояние, структуру и свойства. Такими компонентами и являются ин-
женерно-геологические условия (ИГУ). Современные ИГУ территории формируются на

протяжении всей геологической истории развития, и все компоненты ИГУ являются ре-
зультатом историко-генетических особенностей. Именно эта связь и определяет методи-
ческую основу инженерно-геологических исследований территорий месторождений.
Выбор принципиальных методических приемов и способов, совокупность которых поз-
волит спроектировать и осуществить рациональный комплекс полевых, лабораторных и
камеральных исследований ИГУ конкретного месторождения, определяется необходи-
мостью достижения двух главных целей:
 изучения ИГУ на основе специальных полевых инженерно-геологических ис-
следований и целенаправленной обработки всей известной информационной базы инже-
нерно-геологических, геологических данных;
 оценки прогнозных параметров развития ИГУ и процессов.
В период 70 – 80 гг. прошлого столетия накоплен значительный опыт по изучению
ИГУ разработки месторождений полезных ископаемых (МПИ), когда был подготовлен
целый ряд методических руководств и пособий [1 – 4], однако в настоящее время они
практически устарели, что потребовало актуализации современных представлений о ме-
тодах изучения ИГУ МПИ. В последние годы проблемами изучения ИГУ МПИ на ран-
них стадиях занимались В.И. Кузькин, Л.А. Ярг [5], И.В. Абатурова [6 – 7] и В.Е. Оль-
ховатенко [8].
Задачи и методы изучения ИГУ месторождений определяются сложностью при-
родных условий, стадией изучения и намечаемым способом разработки. Как известно,
оптимальность и самодостаточность изучения ИГУ достигается в том случае, когда эти
процессы синхронизированы с геологоразведочными работами. Соответственно, задачи
и методы исследований ИГУ МПИ необходимо согласовать с целью и стадией геолого-
разведочных работ, а содержание, объем, точность и доверительная вероятность полу-
ченных данных об ИГУ должны быть минимально необходимыми и достаточными для
решения задач на каждой стадии исследования. Основные задачи инженерно-геологиче-
ских исследований на разных стадиях изучения МПИ обозначены в табл. 1. Необходимо
отметить, что роль инженерно-геологической информации возрастает от стадии к ста-
дии.
В результате инженерно-геологических исследований на каждой стадии должен
быть получен оптимальный объем информации, отвечающий целям изучения. На
начальных этапах исследований (поисковом, оценочном) необходимо получить данные
о компонентах ИГУ, охватывающих площадь предполагаемого месторождения, но тре-
бования к ее детальности и надежности менее высокие, чем требования к информации,
получаемой на стадии разведки. Из этого вытекает вывод методического характера: тех-
нически сложно и экономически невыгодно изучать детально обширную территорию,
если требуется дать общую оценку ИГУ, необходимую для предварительной оценки цен-
ности МПИ. В этом случае представляется целесообразным использовать более дешевые
методы (результаты геологической съемки, геофизических работ).
В целом схему решения всех названных задач можно представить в виде схемы
изучения ИГУ (рис. 1) и далее рассматривать методы получения информации об ИГУ в
соответствии с этапами оценки и разработки МПИ. Центральными информационными
единицами в предложенной схеме изучения ИГУ являются база геологоразведочных
данных МПИ (геологическая модель месторождения) и база данных ИГУ МПИ (посто-
янно действующая модель ИГУ). Минимизация затрат на изучение ИГУ МПИ достига-
ется за счет непрерывной актуализации баз данных и повышения их кондиционного
уровня и достоверности.
Учитывая сложность и разнообразие ИГУ МПИ, нужно осуществлять выбор ме-
тодов их изучения на основе инженерно-геологических особенностей месторождений и
стадийности производства работ. Каждый метод имеет ограничение в отношении приме-
нимости, свою разрешающую способность, точность и стоимость.

Таблица 1
Основные задачи инженерно-геологических исследований МПИ
по стадиям геологоразведочных работ
Стадии
геологического изучения
Задачи
геологоразведочных работ
Задачи инженерно-геологических
исследований
I. Поисковые работы Выявление
месторождения
полезных ископаемых
1. Получение информации об ИГУ
на информационной основе поиско-
вых геолого-геофизических работ.
2. Разработка фоновой модели ИГУ
месторождений.
II. Оценочные
работы
1. Предварительная
оценка промышленной
ценности МПИ.
2. Обоснование времен-
ных кондиций и целесо-
образности передачи
МПИ на разведку и осво-
ение.
3. Составление ТЭО и
пакета геологической ин-
формации для проведе-
ния конкурса на пред-
ставление лицензии.
1. Получение инженерно-геологиче-
ских, гидрогеологических и геокрио-
логических данных на основе специ-
ализированных полевых и аналити-
ческих исследований, необходимых
и достаточных для предварительной
оценки ценности МПИ.
2. Разработка оценочной модели
ИГУ месторождений.
III. Разведка
месторождения
1. Детальная экономи-
ческая оценка промыш-
ленной ценности МПИ.
2. Обоснование посто-
янных разведочных кон-
диций.
3. Подсчет запасов по-
лезных ископаемых.
1. Определение основных компо-
нент и параметров инженерно-геоло-
гической модели месторождения и
оценка уровня сложности условий
разработки.
2. Разработка базовой модели ИГУ
месторождения и вариантов моделей
развития ИГУ при вскрытии его.
IV. Эксплуатационная
разведка
Обеспечение нормаль-
ных условий деятельно-
сти горнорудного пред-
приятия
1. Обоснование мероприятий, обес-
печивающих устойчивость сооруже-
ния. Организация системы
мониторинга.
2. Получение дополнительной инже-
нерно-геологической информации,
необходимой для уточнения прогно-
зов и разработки мероприятий, обес-
печивающих оптимизацию процес-
сов разработки месторождения и
охраны геологической среды.
3. Организация постоянно действую-
щей модели ИГУ месторождения с
оперативным прогнозом развития
ИГУ и устойчивости горного мас-
сива.

Золоторудные месторождения Урала сосредоточены преимущественно в Во-
сточно-Уральско-Тобольской эвгеоантиклинальной металлогенической субпровинции
Уральской складчатой системы, включающей ряд металлогенических зон и подзон, для
которых характерны полигенно-полихронно развивавшиеся полиформационные рудные
районы.
Рис. 1 – Схема изучения ИГУ и этапов разработки модели ПТС МПИ
по стадиям геологоразведочных работ:
ИГУ – инженерно-геологические условия;
БД МПИ – база данных месторождений полезных ископаемых
Месторождения относятся к золото-кварцевому, золото-полисульфидно-кварце-
вому, золото-сульфидному геолого-промышленным типам. Отличительной особенно-
стью золоторудных месторождений является то, что они претерпевали несколько разно-
возрастных типов метасоматических преобразований пород, каждое из которых привело
к изменению состава, структуры и состояния массива пород. Так, на ряде месторождений
отмечаются ороговикование, скарнирование, пропиллитизация, лиственитизация-бере-
зитизация, вторичное окварцевание и аргиллизация. Кроме того, на продукты метасома-
тоза накладывались процессы глубокого химического выветривания, что определило
современные инженерно-геологические особенности месторождений и повлекло за со-
бой необходимость проведения дополнительных видов исследований (табл. 2).

Таблица 2
Комплекс исследований инженерно-геологических условий для золоторудных месторождений
Стадия
изучения
Границы изучения
Комплекс исследований ИГУ МПИ
Выделение
геологических тел.
Степень
однородностиВ талых массивах В массивах ММП
1 2 3 4 5
Поисковая
Совпадают с границами поисковых геолого-
разведочных работ
1.Инженерно-геологическая интерпретация геологических и геофизических
работ
2. Дешифрирование аэро- и космоснимков с выделением ландшафтов.
3. Инженерно-геологическая съемка масштаба 1:200000 – 1:50000.
4. Инженерно-геологическая документация и опробование отдельных карти-
ровочных выработок.
5. Полевые методы определения классификационных показателей физико-ме-
ханических свойств (Rc, fк, С, φ).
6. Лабораторные определения классификационных показателей.
Стратиграфо-гене-
тический комплекс.
Генетическая, воз-
растания, однород-
ность
Оценочная
Проводится в границах оценочных работ и
прилегающей территории с учетом развития
ЭГП, мерзлотных и гидрогеологических
условий, оказывающих влияние на ИГУ
освоения месторождения
1.Инженерно-геоло-
гическая съемка мас-
штаба 1:25000 –
1:50000
1.Инженерно-геокриологическая съемка масштаба
1:25000 - 1:50000 и дешифрирование космо-авиацион-
ных тепловизионных снимков
МГТ-1 – парагене-
тическая однород-
ность.
МГТ-2 – классифи-
кационная однород-
ность2. Бурение, инженерно-геологическая документация опорных инженерно-гео-
логических скважин.
3. Опробование керна скважин.
4. Полевые методы определения классификационных показателей (Rc, fк, С,
φ).
5. Лабораторные определения и вычисление средних значений показателей
свойств для характеристики МГТ-1; МГТ-2.
6. Режимные термометрические измерения в скважинах
и горноразведочных выработках на участках, выделен-
ных на стадии поисков;
7. Специальные геофизические площадные исследова-
ния.

Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5
Разведка
Проводится в границах разведуемой части
открытый способ – граница должна быть
удалена за контур нижней границы отра-
ботки промышленных запасов на расстояние
L=Hctg α+b. Глубина изучения определяется
глубиной залегания полезного ископаемого.
При горизонтальном или пологом залегании
рудных тел глубина скважин должна на 10 м
превышать глубину залегания подошвы руд-
ного тела.
При наклонном залегании подошвы рудного
тела глубина определяется размерами
призмы возможного обрушения. При под-
земном способе разработки определяются
величинами углов сдвижения пород над вы-
работанным пространством
1. Бурение специальных инженерно-геологических и термометрических сква-
жин.
2. Инженерно-геологическая документация геологоразведочных и специаль-
ных инженерно-геологических скважин по опорным профилям и на участках,
сложенных в инженерно-геологическом отношении.
3. Инженерно-геологическое опробование керна скважин.
4. Оконтуривание зон метасоматически измененных пород, установление их
минерального состава (рентгеноструктурный анализ).
5. Лабораторные определения и вычисления расчетных показателей физико-
механических свойств для характеристики МГТ-3.
6. Увязка физико-механических свойств пород и результатов рентгенострук-
турного анализа.
МГТ-3 статистиче-
ская однородность
5. Режимные термометрические измерения в скважи-
нах.
6. Специальные геофизические исследования в скважинах.
Эксплуатационная
разведка
Проблемные участки (призма возможного
обрушения, зона развития инженерно-геоло-
гических процессов, участки изменения
НДС, мульды сдвижения)
1. Стационарные систематические наблюдения за деформациями откосов.
2. Детальное изучение в забоях условий залегания горных пород, тектониче-
ских нарушений.
3.Оперативный прогноз устойчивости на основе геофизических исследова-
ний.
4. Изучение характера, степени трещиноватости и выветрелости пород.
МГТ-3 статистиче-
ская однородность
Примечание: МГТ – монопородное геологическое тело первого, второго и третьего уровней; Rc – предел прочности на одноосное сжатие; fк– коэффициент
крепости; С – удельное сцепление; φ – угол внутреннего трения.

1. Бабушкин В.Д. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических
условий при разведке и освоении месторождений твердых полезных ископаемых /
В.Д. Бабушкин, Д.И. Пересунько. – М.: Недра, 1969. – 408 с.
2. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий место-
рождений твердых полезных ископаемых / ВСЕГИНГЕО. - М.: Недра, 1986. - 171 с.
3. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий место-
рождений полезных ископаемых: методическое руководство / Д.И. Пересунько,
С.П. Прохоров, Г.Г. Скворцов и др. – М.: Недра, 1969. – 408 с.
4. Инструкция по изучению инженерно-геологических условий месторождений
твердых полезных ископаемых при их разведке / ВСЕГИНГЕО; Одобрена экспертной
комиссией секции гидрогеологии и инженерной геологии НТС Министерства геологии
СССР. - М.: Недра, 1975. - 49 с.
5. Кузькин В.И. Методическое руководство по изучению инженерно-геологиче-
ских условий рудных месторождений при разведке / В.И. Кузькин, Л.А. Ярг. – М., 2001.
– 153 с.
6. Абатурова И.В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий место-
рождений твердых полезных ископаемых горно-складчатых областей. Научное издание
/ И. В. Абатурова; Уральский государственный горный университет. - Екатеринбург: Ти-
пография «Уральский центр академического обслуживания», 2011. – 226 с.
7. Абатурова И.В. Прогноз инженерно-геологических условий отработки место-
рождений твердых полезных ископаемых на стадии изучения методом аналогий /
И.В. Абатурова // Литосфера. – 2009. - № 5. - С. 99 - 106.
8. Ольховатенко В.Е. Основы инженерной геологии и механики грунтов : учеб.
пособие / В.Е. Ольховатенко, Н.С. Рязанов. – Томск: Изд-во Томского гос. архит.-строит.
ун-та, 2005. – 311 с.

УДК [551.243:552.11]:519.72 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.039
Платэ Алексей Николаевич
кандидат гeoграфических наук,
ведущий научный сотрудник,
Институт геологии рудных месторождений,
минералогии, петрографии и геохимии РАН,
119017, г. Москва, Старомонетный пер., 35
e-mail: plate@igem.ru;
Веселовский Александр Владимирович
главный научный сотрудник,
Институт геологии рудных месторождений, ми-
нералогии, петрографии и геохимии РАН
e-mail: valv@igem.ru;
БАЗА ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ
ДАННЫХ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ
ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
(ГИС-ПРОЕКТА)
Plate Alexey N.
Leading researcher,
candidate of geographical sciences.
The Institute of ore deposits geology, mineralogy,
petrography and geochemistry, RAS
35, Staromonetny lane,119017, Moscow, Russia
e-mail: plate@igem.ru;
Vesselovsky Alexander V.
chief researcher, Doctor of technical sciences,
The Institute of ore deposits geology, mineralogy,
petrography and geochemistry, RAS e-mail:
valv@igem.ru;
THE BASE OF GEOLOGICAL
AND GEOPHYSICAL DATA
AS A PART OF GEO-INFORMATIONAL
SYSTEM (GIS PROJECT)
Аннотация:
Рассмотрена база геолого-геофизических дан-
ных как важная составная часть геоинформа-
ционной системы забайкальского сектора Мон-
голо-Охотского подвижного пояса. Разрабо-
таны логическая и физическая структуры базы
данных, ее ключевые тематические характери-
стики.
Ключевые слова: база данных, геоинформаци-
онная система, технологии ГИС, геолого-гео-
физические данные, геологические объекты
Abstract:
The base of geological and geophysical data as an
important part of the Trans-Baikal area geo-infor-
mational system of the Mongol-Okhotsk mobile
belt is considered. Both the logical and physical
database structures, their key thematic character-
istics are worked out.
Key words: database, geo-informational system,
GIS technologies, geological and geophysical
data, geological objects
База геолого-геофизических данных в контексте создания
геоинформационной системы
Объект исследований – геоинформационная система (ГИС) забайкальского сек-
тора Монголо-Охотского подвижного пояса. В структуру ГИС входят три элемента:
– территориально централизованная и тематически распределенная база геолого-
геофизических данных (БД);
– трехмерная модель литосферных блоков с пространственным распределением
сейсмогенерирующих структур;
– схема (ГИС-макет) размещения пунктов мониторинга сейсмогеодинамических
процессов для оценки влияния природных геодинамических и техногенных процессов
на деятельность объектов повышенной техногенной и экологической опасности, распо-
ложенных в забайкальском секторе Монголо-Охотского подвижного пояса.
В ГИС вводятся данные о пространственно распределенных объектах, явлениях,
событиях. Фактографические данные поддерживаются в ГИС средствами технологий ре-
ляционных баз данных и имеют табличную структуру. ГИС-технология в системе ком-
плексного мониторинга территории забайкальского сектора Монголо-Охотского по-

Работа выполнена в рамках Государственного задания ИГЕМ РАН по базовой теме 80-1 «Развитие ин-
тегрированной информационной системы для пространственно-временного моделирования рудных объ-
ектов и рудообразующих процессов на основе ГИС-технологий»

движного пояса позволяет решить ряд задач оценки состояния геологической среды. Раз-
рабатываемая система предполагает также сбор и комплексный анализ информации от
пунктов наблюдений, данных оценок и прогнозов состояния геологической среды из раз-
личных источников. Система призвана обеспечивать подготовку научно-обоснованных
управленческих решений. При функционировании системы используются показатели,
которые характеризуют геологические объекты.
В систему вводятся сведения о геологических объектах, качестве окружающей
природной среды и состоянии здоровья населения, об антропогенных источниках
воздействия (их видах, типах и масштабах воздействия), а также программах и
мероприятиях, направленных на формирование минерально-сырьевой базы региона,
оздоровление и (или) стабилизацию экологической обстановки.
Таким образом, формируется центральная база данных с предметно (тематически)
распределенной структурой, непосредственно связанная с базой тематических покрытий
регионального и локального масштабов как для Юго-Восточного Забайкалья в целом,
так и для наиболее изученных участков территории.
В ходе работ на любой стадии наблюдения или прогноза в ГИС поступает огром-
ное количество информации, которую необходимо в кратчайшие сроки обработать. Со-
временные ГИС-технологии позволяют вносить различную информацию, а затем с по-
мощью математического анализа выбраковывать недостаточно достоверную и малове-
роятную.
Накапливается огромный багаж геолого-геофизических данных по сейсмоопасно-
сти районов территории забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса.
Это данные по аэро- и космическим, наземным методам геофизических съемок, геолого-
поисковым спутниковым данным, разведочным работам.
Для лучшего понимания и эффективного планирования работ моделируется гео-
логическая среда как отдельного участка, района, так и региона в целом. При создании
модели геолого-геофизического строения изучаемой территории учитывается вся имею-
щаяся геолого-геофизическая информация.
Создание базы данных геолого-геофизической информации преследует не-
сколько целей и позволяет решить следующие задачи:
 более эффективное использование полученных данных;
 более достоверный прогноз сейсмических событий за счет корреляции геолого-
геофизических данных;
 быстрый и систематизированный поиск геоинформации;
 контроль и организация данных;
 планирование работ по наблюдению за степенью опасности землетрясений;
 сопоставление строения, параметров и напряженности сейсмически опасных
участков во времени;
 представление данных как в виде таблицы, так и в виде графического двухмер-
ного или трехмерного изображения.
Ниже описаны логическая и физическая структуры базы геолого-геофизических
данных прототипа ГИС исследования сейсмогенерирующих элементов забайкальского
сектора Монголо-Охотского подвижного пояса, созданные в ИГЕМ РАН. Целью фор-
мирования структуры является обоснование расположения пунктов мониторинга сей-
смических событий изучаемого региона с фрагментами информационно-вычислитель-
ной среды проектируемой полнофункциональной ГИС.
Организация ведения базы данных
Проявления сейсмической активности на изучаемой территории (в том числе тер-
ритории расположения предприятий повышенного техногенного риска), природа и воз-
можные последствия которых недостаточно изучены с точки зрения имеющихся данных

о сейсмогенерирующих разломных зонах, наличия методических материалов в ком-
плексном региональном и локальном геологическом, геодинамическом, геофизическом
аспектах, обосновывают задачу генерализации данных, в первую очередь геологической
информации из различных источников.
Рис. 1 – Концептуальная последовательность создания базы данных
в среде ArcGIS 10
Территориально-распределенная база геолого-геофизических данных представ-
ляет собой распределенное хранилище информации в форме растровых, векторных дан-
ных и табличных данных, трехмерного моделирования (TIN-модели), ведение и систе-
матизация которых регламентируется принципами построения картографических систем
и реляционных баз данных. Базовый функциональный состав базы данных организован
на системах управления базами данных (СУБД) программного пакета ArcGIS10.
Концептуальная последовательность создания базы данных представлена на рис. 1.
Логическая структура
В обобщенном представлении можно выделить следующие основные логические
составляющие базы геолого-геофизических данных:
 база метаданных – фиксирует различные источники формирования тематиче-
ского наполнения (преимущественно слоев) и является элементом базы геолого-геофи-
зических данных, представляющих собой данные по сводному каталогу информацион-
ного наполнения базы геолого-геофизических данных, фиксирующих источник инфор-
мации, формат данных, тип, авторов и другие характеристики в зависимости от инфор-
мационных источников;

 картографическая база данных – включает картографическую информацию
(таблицы слоев ГИС-макета схемы пунктов мониторинга) изучения региона;
 блок каталога сейсмических событий – включает данные сейсмических собы-
тий и способы преобразования данных для картографического отображения;
 база признаков сейсмических событий – логическая составляющая базы гео-
лого-геофизических данных, отражающая расчетные и (или) экспертные (геологические,
геодинамические, геофизические) критерии, влияющие на оценку сейсмической опасно-
сти изучаемого региона и обоснование расстановки пунктов мониторинга сейсмической
обстановки на всех уровнях.
Обобщенная схема логических составляющих базы геолого-геофизических дан-
ных приведена на рис. 2.
Рис. 2 – Концептуальная логическая структура базы геолого-геофизических данных
Схема логической структуры данных, сформированных в ходе работ по построе-
нию прототипа ГИС изучения сейсмогеодинамических структур забайкальского сектора
Монголо-Охотского подвижного пояса приведена на рис. 3.
Рис. 3 – Логическая структура базы данных прототипа ГИС
изучения сейсмогеодинамических процессов в забайкальском секторе
Монголо-Охотского подвижного пояса

Т е м а т и ч е с к и й с о с т а в включает группы векторных слоев (и атрибутив-
ных данных). Ниже приведена краткая характеристика состава данных по основным те-
матическим группам, которые входят в базу геолого-геофизических данных.
1) Базовые
– топографическая основа (лист М-50 топоосновы РФ масштаба 1:200 000);
– рельеф территории, в качестве основы использованы данные SRTM GDEM v.3;
– водные объекты с топоосновы масштаба 1:1 000 000 (водотоки, водоемы, гео-
морфологические характеристики речной сети);
2) Геологические
– геологические данные: геологические структуры, геология коренных пород,
типы, возраст пород, литология коренных пород, текстуры горных пород (гнейсовид-
ность, сланцеватость, слоистость), интрузии, террейны с геологических карт мас-
штаба 1:500 000.
– данные наблюдений предполагают включение результатов исследований геоди-
намической обстановки разломных зон структурно-геологическими методами, данные
полевых исследований.
– карты аномального магнитного поля, карты аномального гравитационного поля
и геоморфологическая и тектоническая схемы масштаба 1:1 000 000;
3) Сейсмогенерирующие структуры
– разломы (тектонические контакты), тип (достоверные, предполагаемые), воз-
раст, протяженность, морфолого-генетические типы (сбросы, взбросы, надвиги, сдвиги);
– геодинамика разломов (активный разлом, опасный разлом сейсмогенерирую-
щие разломы с прогнозной магнитудой Ммакс=6,0 и более (с бергштрихами – рифтоген-
ные разломы с Ммакс=7,0 и более и т. д.). Информация будет сниматься с геологических
карт масштаба 1:200 000, уточняться по современным данным;
4) Техногенные объекты
– объекты техногенной (радиационной, химической) опасности (горнорудные и
горно-химические комбинаты, радиохимические и металлургические комбинаты, заводы
и комбинаты ядерного топливного цикла (ЯТЦ), месторождения урана, тепловые элек-
тростанции, объекты по изоляции отработавших ядерных материалов в глубокозалегаю-
щих геологических формациях и т. п.);
5) Дистанционные наблюдения
– цифровые космоснимки местности и геообъектов (данные с космических аппа-
ратов Landsat);
6) Сейсмические события
– данные районирования по сейсмической опасности;
– данные исторических и палеоземлетрясений;
– данные пунктов мониторинга региона.
7) Инфраструктура региона – данные используются для организации сети пунк-
тов мониторинга, построения системы взаимодействия, а также могут в последующем
рассматриваться специалистами в рамках оценки ущерба от возможных сейсмических
событий, мер ликвидации последствий:
– дороги;
– здания и сооружения;
– электрификация;
– коммуникации;
– другие (экспертные) сведения.
8) Другие тематические данные могут включать природные и техногенные объ-
екты инфраструктуры, данные экологического районирования и т. п.

Физическая структура
Общая физическая организация данных прототипа ГИС представляет собой хра-
нилища атрибутивной информации по сейсмогенерирующим структурам забайкаль-
ского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса. Требования к операционной си-
стеме ее обработки диктуются использованием программного пакета ArcGIS10.
Физически база геолого-геофизических данных прототипа ГИС делится на две
подбазы: растровые данные и векторные данные.
Р а с т р о в ы е с л о и
1) Топографические карты. Материалы получены из свободного доступа Сети
Интернет в виде растровых файлов на исследуемую территорию. Листы карт объеди-
нены в единый набор растровых данных.
2) Рельеф. Данные о рельефе представлены растрами GRID, где яркостное значе-
ние ячейки (пикселя) соответствует значению относительной высотной отметки. Разре-
шение растра ~60 м. Для создания выразительной поверхности рельефа в трехмерной
модели растровые данные были подвержены процедуре «отмывки рельефа».
3) Региональные геофизические данные. Например, схемы аномалий гравитаци-
онного поля построены по данным, полученным на ресурсе Международного гравимет-
рического бюро (http://bgi.obs-mip.fr/en). Они представлены растрами GRID, где яркост-
ное значение ячейки (пикселя) соответствует аномальному значению в мГал.
4) Геологические карты. Материалы по геологии региона получены из различных
источников, отсканированы, географически привязаны, спроецированы и объединены по
сериям изданий: 1 серия – карты, изданные до 1993 г., 2 серия – карты, изданные после
1993 г.
5) Данные космоснимков Landsat. Спутниковые снимки изучаемого региона по-
лучены из открытого ресурса (http://earthexplorer.usgs.gov/). Временной интервал до 2003
г. был предпочтительнее в связи с возникшими в этом году неисправностями на аппарате
Landsat. Для территории было отобрано 14 сцен. Все сцены имеют 6 каналов радиомет-
рических данных в видимом диапазоне и 2 тепловых канала, кроме панхроматического
с разрешением 15 м: разрешение пространственное – разрешение спектральное – раз-
решение радиометрическое.
В е к т о р н ы е д а н н ы е
Здесь данные сгруппированы по тематической характеристике. Они представ-
лены группами водных, техногенных и геологических объектов.
1) Водные объекты. Данные по водным объектам включают в себя слои линейных
объектов рек и полигональных объектов водоемов. Данные представляют собой сово-
купность слоев в формате shape, созданных на основе данных проекта OpenStreetMap.
2) Техногенные объекты. Точечный слой содержит данные о местоположении,
типе и названии техногенного объекта. Это места складирования горюче-смазочных ма-
териалов (ГСМ), угольные разрезы, горно-химические и горнодобывающие предприя-
тия.
3) Геологические объекты. Данные по геологическим объектам включают в себя
слои линейных объектов тектонических нарушений, полигональных объектов геологи-
ческих границ на территории, точечных объектов внемасштабных интрузивных тел, ме-
стоположения сейсмособытий. Данные представляют собой совокупность слоев в фор-
мате shape, созданных на основе данных из различных источников, в том числе свободно
распространяемых данных проекта OpenStreetMap (http://www.openstreetmap.ru).
Соблюдение требований к построению растровых и векторных слоев протестиро-
вано в результате исследовательских испытаний.
Главными принципами создания высокоинформативной и качественной базы гео-
лого-геофизических данных являются cинхронизированность, доступность, актуаль-
ность, целостность и безопасность:
а) синхронизированность и доступность обеспечиваются за счет совместимости

форматов входных и выходных данных;
б) актуальность: основу базы данных ГИС составляет наиболее поздняя информа-
ция из доступных источников:
в) целостность: для обеспечения целостности данных и невозможности объеди-
нить информацию с геологических карт первого издания с картами второго (нового) из-
дания было принято решение использовать в качестве основы геологическую карту Чи-
тинской области масштаба 1:500 000 (под ред. И.Г. Рутштейна, Чита, 1989 г.);
г) безопасность: защита информации в базе ГИС «Изучение сейсмогенерирующих
структур забайкальского сектора Монголо-Охотского подвижного пояса» обеспечива-
ется программно-аппаратными средствами ArcGIS10.
Таким образом, разработаны логическая и физическая структуры базы данных,
определены ключевые тематические характеристики и параметры, сочетание которых в
программном пакете ArcGIS10 позволяет получить необходимую информацию по лито-
сферным блокам и сейсмогенерирующим структурам забайкальского сектора Монголо-
Охотского подвижного пояса.

УДК 622.333.013.3.362:(004.942:622.1:528.024.1) DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.046
Писаренко Марина Владимировна
кандидат технических наук,
доцент, ведущий научный сотрудник,
Федеральный исследовательский центр
угля и углехимии СО РАН
650065, г. Кемерово, пр. Ленинградский, 10
e-mail: mvp@icc.kemsc.ru
РАЗРАБОТКА
ГОРНО-ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОЦЕНКИ
ПОДГОТОВЛЕННОСТИ УГОЛЬНЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ
К РАЦИОНАЛЬНОМУ
ПРОМЫШЛЕННОМУ ОСВОЕНИЮ
Pisarenko Marina V.
Candidate of technical sciences,
leading researcher,
Federal coal and coal chemistries
research center SB RAS
650065, Kemerovo, 10 Leningradsky avenue.
e-mail: mvp@icc.kemsc.ru
MINING-GEOMETRICAL ASSESSMENT
DEVELOPMENT OF PREPAREDNESS
COAL DEPOSITS TO RATIONAL INDUS-
TRIAL MINING
Аннотация:
Решения по разработке месторождений, при-
нимаемые в условиях недостаточной геологиче-
ской изученности, приводят к снижению тех-
нико-экономических показателей добывающих
предприятий, а в отдельных случаях к прекра-
щению ведения горных работ. Обеспечение
устойчивости реализации проектных решений
на разработку месторождений с учетом непол-
ных знаний о недрах возможно на основе много-
вариантного комплекта горно-геометрических
моделей, содержащих как минимум два вари-
анта моделей показателей месторождения –
«ожидаемой» и «пессимистической». В случаях
сохранения эффективности проектных реше-
ний по двум вариантам комплекта горно-гео-
метрических моделей месторождение призна-
ется подготовленным для промышленного осво-
ения.
Ключевые слова: горно-геометрические модели,
геологическая изученность, освоение место-
рождений, проектные решения
Abstract:
The decisions on deposits development taken in the
conditions of insufficient geological studying tend
to reduce technical and economic indices of mining
plants, and in some cases to mining operations
stopping.
Seems that the sustainability of the implementation
of project decisions on mining, taking into account
the incomplete knowledge about bowels is possible
in terms of multiple set of mining-geometrical mod-
els containing at least two variants of the deposit
model indicators that is "expected" and "pessimis-
tic". In cases of design decisions saving efficiency
according to two options of mining-geometrical
models the deposit is considered to be prepared for
industrial development.
Keywords: mining and geometrical models, geolog-
ical studying, deposits development, design deci-
sions.
Россия обладает огромным ресурсным потенциалом углей различных марок (около
4089 млрд т), из которых на государственном балансе числится около 6,7 % (272 млрд т).
Эта доля в мировых извлекаемых запасах составляет 18 %, и Россия по этому показателю
занимает второе место после США. Однако большая часть числящихся на балансе запа-
сов, поставленных на учет по материалам разведок 40 – 50-летней давности, не соответ-
ствует современным требованиям угольной промышленности к геологической изучен-
ности и подготовленности их для промышленного освоения [1]. Решения по освоению
месторождений, принимаемые на основе геологоразведочных данных, не отвечающих
современным требованиям промышленности и объективно обладающих тем или иным
уровнем погрешности, неизбежно приводят к ошибкам в технологических, инвестици-
онных и иных решениях. В отдельных случаях эти ошибки, достигая значительных ве-
личин, приводят к катастрофическим последствиям, особенно на стадии освоения но-
вых месторождений [3].

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ (№ 13-05-98049- р_сибирь_а) «Обоснова-
ние концепции развития минерально-сырьевой базы Кузнецкого угольного бассейна»

Например, неприемлемо низкая достоверность горно-геометрических моделей
пластов шахты «Анжерская-Южная» привела в 90-х годах прошлого века к вынужден-
ному прекращению ее строительства с объемом бросовых монтажных работ на сумму
более 2 млрд руб. [3]. Аналогичная ситуация наблюдается на участке Ерунаковский-8,
шахты Воргашорская: пройдены вскрывающие и подготовительные выработки, но ожи-
даемое не получено, решается вопрос о дальнейшем освоении участков. Низкая геологи-
ческая изученность участка стала причиной шестимесячного простая шахты Заполярная.
Условия жесткой конкуренции на мировых рынках, снижение спроса и цены на
энергоресурсы, в том числе и угольные, ведут к изменению экономических характери-
стик освоения месторождений, повышению требований к сырьевой базе. Новые тре-
бования к минерально-сырьевой базе предопределяют необходимость разработки но-
вого подхода к оценке промышленной подготовленности участков к рациональному и
эффективному освоению.
Анализ существующих подходов к оценке промышленной подготовленности
месторождений показывает, что они основываются на оценках достоверности геомет-
ризации месторождения (точности подсчета запасов, средних значений и изменчивости
показателей, плотности разведочной сети) и отнесении запасов оцененного контура к
одной из четырех категорий (А,В, С1 и С2) в соответствии с достигнутой степенью их
изученности. Такая оценка не обеспечивает безошибочного проектирования, строи-
тельства и эксплуатации горного производства. Основным недостатком этого подхода,
как отмечено в [4], является то, что принятые требования к предельно допустимым
значениям достоверности геометризации месторождений не соответствуют требова-
ниям промышленности, которые по мере совершенствования технологий добычи, по-
вышения концентрации и мощностей добывающих предприятий постоянно растут.
Кроме того, данный подход не позволяет оценить влияние выявленных погрешностей гео-
логического изучения на эффективность реализации горнотехнических, технологических,
управленческих и иных решений.
Очевидно, что месторождение следует признать подготовленным к промышлен-
ному освоению, если величина погрешностей геологических и горно-геометрических
представлений обеспечивает приемлемый уровень формируемых на их основе погреш-
ностей технологических, инвестиционных и иных решений в области недропользования.
В противном случае месторождение к промышленному освоению не готово. Однако дан-
ное предположение требует объективных доказательств.
Учет неполноты геологических знаний о недрах и погрешности представлений о ха-
рактере пространственных изменений показателей месторождения и их влияние на реали-
зацию проектных решений на разработку месторождения можно выполнить на основе мно-
говариантного моделирования.
Суть многовариантного моделирования заключается в формировании комплекта
горно-геометрических моделей по основным показателям месторождения (гипсометрии
и мощности пласта, зольности и др.). Их комплект, который можно квалифицировать как
многовариантный, должен состоять как минимум из [8 – 10]:
– «традиционного» (или «ожидаемого») комплекта, формирование которого осу-
ществляется в ходе геологического изучения недр, а его построение осуществляется
непосредственно на имеющейся геологической информации хорошо известными мето-
дами;
– «пессимистического» комплекта, формируемого уже на стадии подготовки про-
ектной документации путем трансформирования «традиционного» комплекта с учетом
его неоднозначности, с увеличением значений неблагоприятно действующих и умень-
шением значений положительно действующих факторов, контуров и других на вели-
чины их погрешностей.
Количественная оценка достоверности геологической изученности месторожде-
ний выполняется по подходам, разработанным С.В. Шаклеиным, Т.Б. Роговой

[7, 11 – 14] и рекомендуемым методическими рекомендациями [15]. В результате их вы-
полнения с учетом неполноты знаний получаем косвенно избыточное определение пока-
зателей месторождения в пределах четырехугольной ячейки сети скважин (замеров), ко-
торые используются для построения как «пессимистического», так и «оптимистиче-
ского» комплекта моделей.
Наличие «пессимистического» комплекта горно-геологических моделей дает воз-
можность оценить влияние погрешности геологического изучения на реализацию при-
нятых проектных решений [16]. В случаях сохранения эффективности принятых проект-
ных решений в условиях проявления ожидаемых погрешностей степень геологической
изученности признается достаточной для промышленного освоения. В противных слу-
чаях требуется выполнение дополнительных геологоразведочных работ либо изменение
проектных решений по разработке участков.
В работах [5 – 7] подробно изложен алгоритм формирования многовариантного
комплекта горно-геометрических моделей мощности и гипсометрии угольного пласта.
Здесь же ограничимся примерами использования многовариантного комплекта горно-
геологических моделей для оценки подготовленности месторождений к промышлен-
ному освоению.
Рассмотрим оценку промышленной подготовленности участка по показателю
мощности пласта на примере реального объекта. По методике, изложенной в работах
[5 – 6], построена «ожидаемая» и «пессимистическая» модели мощности угольного пла-
ста. Характерной особенностью рассматриваемого участка недр является наличие в его
пределах участка забалансовых запасов (выделенная область на рисунках).
а) б)
Рис. 1 – Схема подготовки запасов участка на основе «ожидаемой» (а)
и «пессимистической» (б) моделей мощности пласта
Согласно принятым проектным решениям по отработке запасов участка (рис. 1),
объем промышленных запасов участка по «ожидаемой» модели составляет 2750 тыс. т,
а по «пессимистической» – 2278 тыс. т. Снижение запасов по участку на 17 % по
«пессимистической» модели объясняется уменьшением мощности пласта по участку и
увеличением площади забалансовых запасов в пределах выемочного столба (лава 1).
Причем отмеченное снижение запасов в основном приходится на верхнюю часть
участка (лава 1 до 51 %), отработка которого предполагается в течение одного года. Та-

кое уменьшение является крайне нежелательным, так как, снижая экономическую эф-
фективность отработки запасов, может привести к невозможности исполнения обяза-
тельств по отгрузке угля, которые принимает на себя предприятие исходя из планов ве-
дения горных работ.
Оценку подготовленности месторождения на основе многовариантного подхода по
показателю гипсометрии угольного пласта рассмотрим на примере конкретного горного
объекта, особенностью которого является наличие синклинальной складки в центре
участка. Наличие данного факта использовано проектировщиками для расположения
главных вскрывающих выработок вдоль оси складки. Такое расположение горных
выработок является оптимальным, так как позволяет реализовать наиболее эффективные
режимы – проветривание выемочных столбов, транспорта и водоотведения.
731
768
730
729
728
В-51
В-47
782
211733105
732
+0
-100
+100
+200
+300
+400
-100
+0
+200
+300
+400
+700
+700
Условные обозначения:
Изогипсы пласта
наклонные сволы
воздухопадающийи транспортный бремсберги
магистральныеш
треки
фланговые
бремсберги
вентиляционные штреки
вентиляционныештреки
Ось синклинальной складки
Основные вскрывающие и
подготовительные выработки
Оконтуривающие выемочные
столбы выработки
Возможное расположение оси
синклинальной складки
Рис. 3. Схема вскрытия и подготовки бло
ка участка шахтного поля
Рис. 2 – Схема вскрытия и подготовки участка шахтного поля
Результат построения комплекта горно-геометрических моделей анализируемого
объекта недропользования показал: плотность и конфигурация имеющейся разведочной
сети такова, что не исключает возможности смещения оси складки на 200 м (рис. 1, б).
Реальное ее положение может быть установлено только после проведения горных выра-
боток или бурения дополнительных геологоразведочных скважин. При этом, в случае
несовпадения фактического и ожидаемого положения оси складки, предусмотренное
проектом расположение вскрывающих выработок (рис. 2) становится неэффективным,
так как приводит к утрате промышленной значимой части запасов участка. Отсюда сле-
дует, что в условиях рассматриваемой схемы вскрытия и подготовки пласта достигнутая
степень его геологической изученности недостаточна для выполнения работ по проекти-
рованию предприятия – требуется выполнение дополнительных геологоразведочных ра-
бот, направленных на уточнение положения оси складки, либо изменение проектных ре-
шений по вскрытию и подготовке запасов участка.
Условн ые об озн ачен и я:
И зо гипсы пл аста
О сь синк л инал ьно й ск л ад к и
О сно в ные вск р ываю щие и
по д го то в ител ьные в ыр аб о тк и
О ко нту р иваю щие в ыем о ч ные
сто л б ы в ыр аб о тк и
Возможное расположение оси складки

Выводы
Основная часть числящихся на государственном балансе запасов угля поставлена
на учет по материалам разведок 40 – 50-летней давности и не соответствует современ-
ным требованиям угольной промышленности к геологической изученности и подготов-
ленности их для промышленного освоения. Существующая практика оценки промыш-
ленной значимости запасов не учитывает пространственных изменений погрешностей
изученности показателей месторождения и не позволяет оценить их влияние на реализа-
цию проектных решений по разработке месторождения.
Для исключения отмеченных выше недостатков предлагается выполнять оценку
подготовленности угольных месторождений к промышленному освоению на основе
многовариантного комплекта горно-геометрических моделей, включающих как мини-
мум два варианта моделей показателей месторождения – «ожидаемые» и «пессимисти-
ческие». Предлагаемый подход позволяет с учетом достоверности горно-геологической
информации принимать превентивные горнотехнологические, технические, управленче-
ские и иные решения, направленные на снижение негативных последствий неполноты
знаний о недрах и на рациональность и эффективность освоения участка.
1. Основные проблемы, перспективы освоения и направления развития угольной
сырьевой базы России / М.И. Логвинов, О.Е. Файдов, Г.И. Старокожева, В.Н. Микерова
// Разведка и охрана недр. - 2012. - № 9. - С. 55 - 62.
2. P.McCarthy. Managing technical risk for mine feasibility studies. Mining
Risk.TheAuslMM ISBN 978-1-920806-00-2. - 2003.
3. Шаклеин С.В. Количественная оценка достоверности геологических материа-
лов угольных месторождений / С.В. Шаклеин. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2005. –
243 с.
4. Богацкий В.В. Возможность количественной оценки достоверности результа-
тов разведки пластовых полезных ископаемых / В.В. Богацкий, К.В. Гаврилин // Геоло-
гия угольных месторождений. - М.: Наука, 1971. – Т. 2 . - С. 94 - 99.
5. Шаклеин С.В. Подход к созданию систем многоуровневых горно-геометриче-
ских моделей угольных месторождений / С.В. Шаклеин, М.В. Писаренко // Маркшейде-
рия и недропользование. – 2010. - № 5. - С. 38 - 42.
6. Шаклеин С.В. Многоуровневые горно-геометрические модели угольных ме-
сторождений / С.В. Шаклеин, М.В. Писаренко // Маркшейдерия и недропользование. -
2011. - № 4. - С. 49 - 52.
7. Писаренко М.В. Формирование многовариантных горно-геометрических мо-
делей гипсометрии угольного пласта / М.В. Писаренко. - Маркшейдерия и недрополь-
зование. - 2015. - № 5.
8. Шаклеин C.В. Многоуровневые горно-геометрические модели угольных ме-
сторождений и их применение для повышения полноты использования недр / C.В. Ша-
клеин, М.В. Писаренко // Рациональное освоение недр. - 2011. - № 4. - С. 8 - 10.
9. Шаклеин С.В. Применение количественных методов оценки достоверности за-
пасов для прогноза горно-геологических условий и проектирования эксплуатационной
разведки на угольных месторождениях / С.В. Шаклеин, Т.Б. Рогова // Маркшейдерия и
недропользование. – 2014. – № 6. – С. 9 - 13.
12. Рогова Т.Б. Оценка степени геологической изученности шахтного (карьер-
ного) поля при подготовке проектной документации / Т.Б. Рогова, С.В. Шаклеин // Раци-
ональное освоение недр. – 2012. – № 6. – С. 32 - 35.
13. Рогова Т.Б. Направления совершенствования российской системы оценки до-
стоверности запасов твердых полезных ископаемых в контексте обеспечения безопасно-

сти горных работ / Т.Б. Рогова, С.В. Шаклеин // Минеральные ресурсы России. Эконо-
мика и управление. – 2010. – № 6. - C. 19 - 24.
14. Рогова Т.Б. Методы оценки достоверности разведанных запасов участков
угольных месторождений / Т.Б. Рогова, С.В. Шаклеин // Недропользование XXI век. –
2007. – № 6. – С. 25 - 29.
15. Методические рекомендации по проведению количественной оценки степени
соответствия геологических моделей месторождения угля его истинному состоянию /
Т.Б. Рогова, О.П. Никифорова, С.В. Шаклеин и др. // ОЭРН. – М.: Кемерово, 2011. – 86 с.
16. Писаренко М.В. Оценка подготовленности месторождений твердых полезных
ископаемых к промышленному освоению / М.В. Писаренко, С.В. Шаклеин // Минераль-
ные ресурсы России. Экономика и управление. - 2014. - № 6. - С. 42 - 46.

ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

УДК 622.831.1:539.375.5 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.053
Гиляров Владимир Леонович
доктор физико-математических наук,
старший научный сотрудник,
Физико-технический
институт им. А.Ф. Иоффе РАН,
194021, г. Санкт-Петербург,
ул. Политехническая, 26
e-mail: Vladimir.Hilarov@mail.ioffe.ru
Дамаскинская Екатерина Евгеньевна
кандидат физико-математических наук,
Физико-технический
институт им. А.Ф. Иоффе РАН
Рассказов Игорь Юрьевич
директор Института горного дела ДВО РАН,
680000, г. Хабаровск, Россия,
ул. Тургенева, 51
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВРЕМЕННОГО
ИЗМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ
НА МЕСТОРОЖДЕНИИ «АНТЕЙ»
Hilyarov Vladimir L.
Doctor of physical
and mathematical sciences, senior researcher,
Physical and technical Institute
in honor of A.F. Ioffe RAS,
194021, St. Petersburg,
26 Polytechnicheskaya st.
e-mail: Vladimir.Hilarov@mail.ioffe.ru
Damaskinskaya Ekaterina E.
Candidate of physical
and mathematical sciences, senior researcher,
Physical and technical Institute
in honor of A.F. Ioffe RAS.
Rasskazov Igor Yu.
Doctor of technical sciences,
the director of the institute,
The Institute of mining FEB RAS,
680000, 51Turgenev st., Khabarovsk
THE REGULARITIES OF DYNAMIC
BREAK-DOWN PARAMETERS
TEMPORAL VARIATION
IN THE "ANTEY" DEPOSIT
Аннотация:
Изучено поведение во времени рекуррентных
графиков (РГ) энергий для акустоэмиссионных
(АЭ) событий и динамических характеристик
этих графиков (таких как детерминизм, лами-
нарность, энтропия диагонали) в период с
1.01.2010 по 31.01.2011. Обнаруженное структу-
рирование РГ и изменение рассмотренных динами-
ческих характеристик указывают на увеличение
степени детерминированности процесса разруше-
ния перед катастрофическими событиями.
Ключевые слова: разрушение материалов, нели-
нейная динамика, природные и техногенные ката-
строфы
Abstract:
Temporal behavior of recurrent plots (RP)on a
time basis for acoustical and emission events and
dynamic characteristics of these plots such as de-
terminism, laminarity and diagonal lines entropy
(RQA) are investigated during the time period
since 1.01.2010 up to 31.1.2011. RP structuring
as well as variations in RQA characteristics point
to the increase of determinacy degree of break-
down process before the natural and man-made
catastrophic events.
Key words: material break-down,, nonlinear dy-
namics, natural and man-made catastrophes
Методы нелинейной динамики все чаще применяются в настоящее время для
анализа временных рядов различной физической природы с целью выявления в них ди-
намических характеристик, таких как размерность вложения (определяющая число ди-
намических параметров, необходимых для описания системы) и фрактальная размер-
ность динамического аттрактора, если он существует. Для этого бывает достаточно знать
временную зависимость одной единственной физической величины )(tx и, на основании
теоремы Такенса [1], построить лаговое m-мерное пространство (пространство вложе-
ния), эквивалентное фазовому пространству системы, в котором множество точек, при-
надлежащих исходному временному ряду, обладает топологическими свойствами ат-
трактора динамической системы. При этом для каждой точки временного ряда )( itx
строится m-мерный вектор )(miX с координатами вида

Работа выполнена при финансовой поддержке фонда РФФИ (грант №16-05-00237)

))1((),...(),(()(   mtxtxtxm iiiiX (1)
В то же время для восстановления фазового пространства динамической си-
стемы требуются временные ряды, содержащие очень большое количество отсчетов,
особенно если динамическая система подвержена внешним шумам, поэтому далее ис-
пользуется методика, не требующая большого числа измерений.
В настоящей работе представлены результаты анализа экспериментальных дан-
ных (АЭ-событий), зарегистрированных автоматизированной геоакустической системой
контроля горного давления «Prognoz ADS» в период с 1.01.2010 по 31.01.2011 на место-
рождении урановых руд Антей, расположенном в Стрельцовском рудном районе в юго-
восточном Забайкалье [2]. Общее число событий – 6835; энергетический диапазон от со-
тых долей Дж до тысяч Дж. В рассматриваемый период времени на руднике произошло
шесть крупных акустических событий. Для обработки экспериментальных данных был
применен метод рекуррентных графиков и количественного рекуррентного анализа
(recurrence plots – RP and recurrence quantification analysis – RQA).
Метод рекуррентных графиков был разработан в [3]. Он основан на анализе бли-
зости точек в лаговом пространстве jjii tt XXXX  )(;)( , понимаемой в смысле Грас-
сбергера-Прокаччи [4]:
).)(X)(X(),(, mmmrR jiiji   (2)
Здесь θ – функция Хевисайда, а в качестве нормы вектора мы для ускорения расчетов
использовали максимальную норму ( L ):
ixL max X , (3)
т. е. выбирался максимальный из модулей его проекций. Рекуррентный график представ-
ляет собой двумерное множество точек, отвечающих соотношению (2), состоящее из ну-
лей и единиц, причем близкие (рекуррентные) точки принято отображать черным цве-
том, а далекие – белым. Близость точек определяется параметром i . Если выбрать его
слишком большим, то большинство точек окажутся близкими друг другу, и график будет
представлять собой поле черного цвета, а если слишком малым, то рекуррентных точек
практически не будет. Отсюда следует, что способ выбора величины порога i весьма
важен для анализа конечного результата. Для расчета были выбраны параметры
 1,0,1 m , величина порога, одинаковая для всех точек, не превышала десятых, а
иногда и сотых долей максимального диаметра фазового пространства , как это пред-
ложено в [5]. Однако для сейсмических данных такой выбор порога также не всегда ока-
зывался эффективным. Если в системе присутствуют редкие события с большими ам-
плитудами, то в выборке, содержащей такие события, порог оказывается слишком боль-
шим (в силу большой величины ), что порождает артефакты в виде структур, которых
реально не существует. Чтобы избежать этого, амплитуды шести крупных событий, про-
изошедших за время наблюдения, были уменьшены на три десятичных порядка.
Для построения RP и расчета RQA использовался свободно распространяемый пакет
программ CRP Toolbox [6]. На рис. 1 приведены рекуррентные графики из 128 событий
с конечными датами 13.01.2010 и 24.01.2011. График на рис. 1а представляет собой слу-
чайный набор точек без какой-нибудь выраженной структуры. Такой набор точек харак-
терен для стохастического процесса. Главная диагональ на этом графике означает лишь
тот факт, что точки всегда рекуррентны сами себе. Напротив, на графике рис. 1б просле-
живаются диагональные (не совпадающие с главной диагональю) линии, а также верти-
кальные и горизонтальные структуры. Такие структуры свидетельствуют о наличии упо-
рядоченности процесса. Диагональные линии отвечают участкам фазовой траектории,
находящимся вблизи друг от друга в течение времени, пропорционального их длине [6].

В расчетах предполагается, что номер события примерно пропорционален времени его
проявления. Вертикальные и горизонтальные черные структуры, перемежающиеся бе-
лыми линиями, отвечают временному интервалу, внутри которого состояние системы
слабо меняется (области ламинарности) [6]. Как известно, 29.01.2011 на руднике произо-
шел ряд крупных акустических событий, и примечательно, что по мере приближения к
этой дате в рекуррентных графиках стала проявляться структурированность, отвечаю-
щая увеличению детерминированности в эволюции процесса.
а б
Рис. 1 – Рекуррентные графики амплитуд событий с конечными датами
13.01.2010 (а) и 24.01.2011 (б)
Для получения количественных характеристик рекуррентных графиков и их из-
менений во времени был использован метод RQA, разработанный в [7]. На рис. 2 приве-
дены зависимости от времени таких параметров количественного анализа, как детерми-
низм (DET), энтропия диагональных линий (ENTR) и ламинарность ((LAM). Эти харак-
теристики определяются следующим образом [5]:




 N
l
N
ll
llP
llP
DET
1
)(
)(
min
(4)
Здесь )(lP – гистограмма диагональных линий длиной l на рекуррентном графике,
minl – минимальная длина диагонали ( 1min l ). Для случайных, слабо коррелированных
процессов рекуррентные графики либо вообще не содержат диагональных линий (за ис-
ключением главной диагонали), либо длина этих линий очень мала. Наоборот, детерми-
нированные процессы имеют более длинные диагонали и меньшее количество изолиро-
ванных точек. Таким образом, величина DET является отношением числа рекуррентных
точек, формирующих диагональные линии, параллельные главной диагонали, к полному
числу рекуррентных точек.
Под энтропией диагональных линий понимается информационная энтропия Шен-
нона для плотности вероятности распределения диагональных линий ,)()( lNlPlp 
параллельных главной диагонали:


l
ll
lplpENTR
min
)(ln)( (5)

Эта энтропия отражает сложность системы в смысле распределения отрезков диагональ-
ных линий. Если в системе нет длинных отрезков и их длина не меняется сильно, то эн-
тропия мала. Это характерно для случайных некоррелированных процессов. Большая эн-
тропия соответствует детерминированным периодическим процессам. Следует отме-
тить, что такое поведение энтропии противоположно поведению обычной термодинами-
ческой энтропии, которая максимальна в положении термодинамического равновесия.
Аналогично детерминизму для диагональных линий можно ввести такую же меру
для вертикальных линий, которая носит название ламинарности




 N
v
N
vv
vvP
vvP
LAM
1
)(
)(
min
(6)
и определяется отношением числа рекуррентных точек, формирующих вертикальные
линии, к полному числу рекуррентных точек. Ламинарность, как уже отмечалось выше,
соответствует временным областям, внутри которых состояние системы слабо меняется.
Если рекуррентный график состоит в основном из отдельных точек, то его ламинарность
мала.
Рис. 2 – Изменения во времени параметров рекуррентных графиков на месторождении
Антей в 2010 – январе 2011 гг.
Вертикальными линиями отмечены 6 крупных акустических событий,
произошедших за это время
Из рис. 2 следует, что, начиная примерно с сентября 2010 г., все рассматриваемые
характеристики имеют явно выраженную тенденцию к росту. Это сопровождается лока-
лизацией дефектов в этот же период времени, трансформацией формы их энергетического
распределения от экспоненциальной к степенной, а также увеличением дисперсии вейвлет
коэффициентов на нижних масштабных уровнях [8].
734100 734200 734300 734400 734500 734600
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Determinism
time
Determinism
entropy diag l
laminarity
03-Mar-2010 11-Jun-2010 19-Sep-2010 28-Dec-2010

Как структурирование RP, так и изменение рассмотренных динамических характе-
ристик указывают на увеличение степени детерминированности процесса разрушения ма-
териала перед катастрофическими событиями, выявленное в [9] на лабораторных образ-
цах.
1. Dynamical systems and turbulence / Takens F. // In: Lecture notes in Math. V. 898.
– Heidelberg-New York: Springer, 1981 – P. 366 - 381.
2. Развитие и модернизация системы контроля динамических проявлений горного
давления на рудниках ОАО «ППГХО» / И.Ю. Рассказов, А.В. Гладырь, П.А. Аникин,
В.С. Святецкий, Б.А. Просекин // Горный журнал. – 2013. – № 8 (2). – C. 9 - 14.
3. Recurrence plots of dynamic systems / Eckmann J.P., Kampost S.O, Ruelle D. // Eu-
rophys. Lett. – 1987. – V. 4. – № 9. – P. 973 - 977.
4. Characterization of strange attractors / Grassberger P., Procaccia I. // Phys. Rev. Lett.
– 1983. – V. 50. – № 5. – С. 346 - 349
5. Topological analysis and synthesis of chaotic time-series / Mindlin G.B., Gilmore R.
// Physica – 1992. – V. D58. – №. 1- 4. – P. 229 – 242.
6. Recurrence plots for the analysis of complex systems / Marwan N., Romano M.C.,
Thiel M., Kurths J. // Phys. Reports. – 2007. – V. 438. – № 5 - 6. – P. 237-329.
7. Embedding and delays as derived from quantification of recurrence plot / Zbilut J.P.,
Webber C.L. // Phys. Lett. – 1992. – V. A171. – №3 - 4. – P. 199 - 203.
8. Анализ статистических параметров данных геоакустического мониторинга на
месторождении «Антей» / В.Л. Гиляров, Е.Е. Дамаскинская, А.Г. Кадомцев, И.Ю. Рас-
сказов // ФТПРПИ. – 2014. – № 3. - С. 40 - 45.
9. Гиляров В.Л. Выявление детерминированной составляющей в сигналах акусти-
ческой эмиссии от механически нагруженных образцов из горных пород / В.Л. Гиляров
// Физика твердого тела. – 2015. –Т. 57. – Вып. 11. – С. 2204 - 2211.

УДК 624.131.537:550.34 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.058
Писецкий Владимир Борисович
доктор геолого-минералогических наук,
профессор,
заведующий кафедрой геоинформатики
Уральского государственного
горного университета,
620144, г. Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30
e-mail: pisetski@yandex.ru
Лапин Сергей Эдуардович
доцент кафедры автоматизации
и компьютерных технологий
горного университета
Зудилин Александр Эдуардович
кандидат геолого-минералогических наук,
доцент кафедры геоинформатики
Патрушев Юрий Владимирович
преподаватель кафедры геоинформатики
e-mail: up_patr@mail.ru
Шнайдер Иван Владимирович
преподаватель кафедры автоматизации
и компьютерных технологий
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
СИСТЕМЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО
МАССИВА “МИКОН-ГЕО” В ПРОЦЕССЕ
ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ
И УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Pisetzky Vladimir B.
doctor of mineralogical and geological sciences,
professor,
The head of geo-informatics department,
The Ural State Mining University,
620144, Yekaterinburg, Kuibyshev st., 30
Lapin Sergey E.
candidate of technical sciences
The automation of computer technologies
department
The Ural State Mining University,
Zudilin Alexander E.
candidate of geologic and mineralogical sciences,
the associate professor
of geo-informatics department,
The Ural State Mining University
Patrushev Yury V.
the lecturer,
geo-informatics department
e-mail: up_patr@mail.ru
Shnaider Ivan V.
the lecturer,
automation and computer technologies department,
METHODS AND RESULTS OF INDUSTRIAL
SEISMIC MONITORING APPLICATION
THE STATE OF ROCK MASS
"MIKON-GEO" IN THE PROCESS
OF ORE AND COAL DEPOSITS
UNDERGROUND MINING
Аннотация:
Рассматривается проблема организации системы
сейсмического контроля в процессах ведения гор-
нотехнических работ в подземных условиях с це-
лью прогноза опасных геодинамических явлений и
выполнения федерального регламента безопасно-
сти проходческих и добычных работ на рудных и
угольных шахтах. Программно-технические сред-
ства системы “МИКОН-ГЕО” ориентированы на
регистрацию и анализ сейсмического волнового
поля в активном режиме воздействия горных ме-
ханизмов на горный массив и регистрацию поля
сейсмической эмиссии в пассивном режиме. Веро-
ятность наступления опасного геодинамического
явления прогнозируется на основе интегрирован-
ного критерия, определяемого по оценкам гради-
ента горного давления (активный параметр) и
оценкам сейсмоэнергетического состояния мас-
сива (пассивный параметр).
Abstract:
The problem of arrangement the system of seismic
monitoring in the processes of mining and engineer-
ing operations performing in underground condi-
tions aimed at forecasting dangerous geodynamic
phenomena and ion of federal regulations perform-
ing safety tunnel and mining operations at ore and
coal mines is considered. Software and hardware of
the "MIKON-GEO" system are focused on seismic
wave field recording and analysis in active mode of
mining mechanisms impact on rock mass and field
seismic emission registration in the passive mode.
The probability of dangerous geo-dynamic phe-
nomena coming is predicted in terms of integrated
criteria defined by rock pressure gradient estima-
tion (active parameter) and seismic energy rock
mass state estimation (passive parameter).

Принципиальный механизм формирования и внезапного изменения состояния
устойчивости массива горных пород в границах природно-технической системы “геоло-
гическая среда – выработка – крепь” (далее – горный массив) в зоне влияния проходче-
ских или добычных работ определяется структурой и параметрами напряженно-дефор-
мированного состояния (НДС) горного массива. Размеры зоны влияния подземных гор-
нотехнических работ на структуру и параметры НДС горного массива определяются
многими факторами, включая технологии ведения работ и крепления выработок [1].
Выбор и формулировка цели разработки систем и технологий контроля и про-
гноза риска развития опасных геодинамических явлений (вывал, выброс, горный удар и
т. п.) определяются не только очевидной необходимостью дистанционной оценки струк-
туры и параметров зоны влияния с размерами несколько десятков метров во все стороны
от забоя выработки, но и регламентными требованиями правил безопасности ведения
подземных горных работ в соответствующих ведомствах [2]. Последнее имеет безуслов-
ное и существенное значение.
Методика и система сейсмического контроля и прогноза состояния
устойчивости горного массива в процессах ведения подземных работ
Дистанционная оценка структуры и относительных значений параметров НДС на
расстоянии от нескольких метров до первых десятков и сотен метров от подземной вы-
работки основана на применении сейсмических методов, поскольку сейсмическое вол-
новое поле наведенной или эмиссионной природы прямым функциональным образом
связывает тензор «малых» напряжений сейсмической волны в точках отражения, про-
хождения или излучения сейсмических волн с тензором «больших» напряжений, дей-
ствующих в этих же точках горного массива (фундаментальное волновое уравнение M.
Biot [3]). В этом смысле альтернативы сейсмическому методу нет, и актуальными зада-
чами реализации требований федерального закона об обязательном текущем и локаль-
ном сейсмическом контроле и прогнозе развития опасных геодинамических явлений
(ГДЯ) являются проблемы разработки эффективных программно-технических средств
непрерывного сейсмического контроля горного массива в ближней и дальней зонах ве-
дения горнотехнических работ [2].
Учитывая особенности технологий подземной разработки горного массива (меха-
низированные и взрывные работы), предпочтение следует отдавать методу отраженных
волн в варианте сейсмолокационного обзора (многократная система приема на сравни-
тельно короткой базе с возможностью «просмотра» массива в необходимом направлении
– низкочастотный аналог УЗИ в медицине). Источники импульсного (удары кувалдой,
гидромолот, взрывы в шпурах и т. п.) и кодо-импульсного типов (ротор комбайна) воз-
буждения волновых полей обеспечивают обзор массива в сигналах отраженных волн до
50 – 100 м.
Система регистрации упругих волн предполагает произвольное размещение трех-
компонентных (3С) цифровых геофонов с апертурой приема, распределенной на базе не
менее 20 м, на бортах подготовительного штрека или транспортного тоннеля вблизи
груди забоя (за проходческим комбайном) или на бортах вентиляционных штреков
вблизи очистного забоя, перемещающихся по мере его подвигания. Для получения сей-
смического 3D изображения горного массива приемлемого качества необходимо и до-
статочно шести 3С-геофонов. Данные от цифровых 3С-геофонов передаются стандарт-
ным протоколом RS-485 по штатным линиям связи (медь, оптоволокно) и обрабатыва-
ются в непрерывном автоматическом режиме на верхнем уровне диспетчерского пункта
управления многофункциональной системы безопасности шахты.
Принцип локации сейсмических сигналов в активном режиме (регистрация вол-
нового поля при силовом воздействии на забой) сохраняется и для пассивного режима
регистрации сейсмических событий (режим “тишины”), что позволяет регистрировать с
накоплением векторное поле сейсмоакустической эмиссии. В этом режиме результатом

являются оценки сейсмоэнергетического состояния горного массива (в джоулях) в том
же объеме пространства, что и в активном режиме локации. Оценки сейсмической энер-
гии по данным пассивного режима локации и относительные оценки градиента горного
давления по данным сейсмической локации в активном режиме позволяют определить
комплексный сейсмический атрибут во всех точках контролируемого пространства мас-
сива с разрешением порядка 1/3 длины волны (3 – 5 м).
Вероятность наступления опасного ГДЯ для конкретных геологических и геоди-
намических условий определяется на основе установленной статистической связи ком-
плексного сейсмического атрибута с регламентными определениями НДС инструмен-
тальными методами (объем выхода “штыба”, дискование керна и т. п.). Опыт получения
таких связей свидетельствует о достаточно высоком уровне детерминации (около 70 %),
что вполне обоснованно позволяет не только существенно сократить объем обязатель-
ных инструментальных определений уровня опасности, но и принципиально повысить
детальность и объективность прогноза развития опасного ГДЯ на значительных удале-
ниях от проходческого или добычного забоев.
В полной мере названные выше функциональные параметры системы сейсмиче-
ского контроля горного массива реализованы в аппаратно-программном комплексе МИ-
КОН-ГЕО [4], технические средства которого в максимальной степени удовлетворяют
специфике и регламенту технологий ведения подземных горных работ, включая опасные
по взрыву угольные шахты. Серийный выпуск этой аппаратуры организован заводом Си-
бгеофизприбор (г. Новосибирск).
Система непрерывной обработки результатов регистрации полного набора век-
торных компонент волнового поля AZON обеспечивает получение в реальном времени
(с задержкой 5 – 6 сек) устойчивого трехмерного сейсмического изображения горного
массива в сигналах отраженных волн различной поляризации в активном режиме лока-
ции и пространственную оценку сейсмоэнергетического состояния массива в абсолют-
ных единицах энергии (джоули) в пассивном режиме. Названные выше сейсмические
оценки позволяют перейти к трехмерному массиву комплексного сейсмического атри-
бута и осуществить его последующую трансформацию в регламентные оценки вероят-
ности развития опасного ГДЯ. Размер такого массива может составлять объем простран-
ства с размерами до 100×100×200 м, что примерно соответствует объему зоны активного
влияния проходческого или очистного забоев на горный массив (включая зону опорного
давления).
Отметим, что программно-технический комплекс “МИКОН-ГЕО” по целевым па-
раметрам контроля состояния устойчивости горного массива не только не уступает зару-
бежным аналогам (True Reflection Tomography, RockVision3d, USA, Tunnel Seismic To-
mography, КНР и др.), но и выгодно отличается от них оригинальным принципом инте-
грирования независимых сейсмических параметров сигналов отраженных и эмиссион-
ных волн.
Результаты применения сейсмической системы контроля и прогноза
риска развития опасных геодинамических процессов
В условиях г. Сочи проходка транспортных тоннелей (2010 – 2013 гг.) повсе-
местно совпадала с направлением субгоризонтальной слоистости сочинской свиты оса-
дочных отложений преимущественно аргиллитового состава. Следовательно, если при-
нять за основу риска развития опасных геодинамических процессов элементы блоковой
структуры горного массива, то регистрацию устойчивых отраженных волн в конусе сей-
смического обзора с осью, направленной по слоистости, можно отождествлять только с
вертикальными бортами геодинамических блоков (узкие зоны дезинтеграции массива
неотектонического или техногенного генезиса). Именно эти элементы горного массива
и приводили к ряду аварийных ситуаций в форме внезапных провалов дневной поверх-
ности с завалом забоя тоннеля.

На рис. 1 приведено типичное сейсмическое изображение горного массива на ди-
станцию 50 м вперед от забоя тоннеля, на котором отчетливо фиксируются характерные
интервалы регистрации сигналов отраженных волн, связанных с зонами опорного давле-
ния и дезинтеграции массива горных пород. В процессе мониторинга строительства тон-
нелей в г. Сочи (8 тоннелей с общей протяженностью более 16 км) применение метода
сейсмической локации в технологическом режиме на более чем 3500 забоях в период
2010 – 2013 гг. показало достаточно высокую достоверность своевременного прогноза
зон повышенного риска развития опасных явлений (вывал породы в тоннель, обильный
водоприток и т. п.). Оценка достоверности по факту применения этого метода составила
уровень детерминации около 70 %.
Специализированная сейсмическая система МИКОН-ГЕО в период 2012 –2015 гг.
проходила испытания и введена в опытное промышленное применение на рудных и
угольных шахтах Урала, Печерского, Донецкого и Кузнецкого бассейнов (СУБР, шахты
“Алмазная”, “Комсомолец Донбасса”, Байкаимская, Распадская, Юбилейная, Есаульская
и др.). Функционирование сертифицированной системы для угольных шахт на нижнем
уровне регистрации данных (подготовительный или очистной забои) не требует привле-
чения квалифицированного персонала как в варианте непрерывного текущего контроля,
так и в вариантах локального применения в зонах периодического контроля состояния
целиков, кровли и решения других задач в конкретных горно-геологических условиях.
На рис. 2 показаны результаты испытания системы МИКОН-ГЕО на Северо-
Уральском бокситовом руднике на шахте Кальинской в проходческо-добычном штреке
на глубине около 1000 м. Регистрировалось волновое поле в активном режиме локации
с синхронизацией буровзрывных работ (16 взрывов на забое с задержкой 0,5 сек) и в
пассивном режиме в паузах горнотехнических работ. В результате этих исследований
получены пространственные оценки сейсмоэнергетического состояния шахтного поля в
различных временных интервалах и относительные оценки градиента давления в ближ-
ней зоне забоя штрека (размер контролируемого пространства массива составил
100×100×200 м). Получены уверенные совпадения зон с высокой энергией сейсмической
эмиссии (сигналы “тресков” и микроударов в пассивном режиме) с зонами дезинтегра-
ции массива по данным сигналов отраженных волн, регистрируемых в режиме активной
локации.
Рис. 1 – Пространственное изображение оценок относительных значений градиента
давления по данным сейсмолокационного обзора горного массива
впереди забоя транспортного тоннеля
(Дублер Курортного проспекта, г. Сочи, 2013 г.)

Рис. 2 – Результаты сейсмического контроля шахтного поля
в пассивном и активном режимах сейсмолокации (шахта Кальинская, СУБР, 2013 г.):
1 – оценки сейсмоэнергетического состояния шахтного поля (пассивный режим);
2 – оценки градиента давления по данным сейсмолокации в активном режиме
ведения буровзрывных работ;
3 – область опасной концентрации сейсмической энергии;
4 – проходческо-добычные штреки
На рис. 3 приведен скриншот монитора диспетчера системы МИКОН-ГЕО, на ко-
тором в непрерывном режиме отображается куб сейсмического обзора в процессе про-
ходческих работ в регламентных оценках НДС (оценки приведены к объему выхода
“штыба” в литрах – инструментального метода текущего контроля НДС, обязательного
к применению на удароопасных и выбросоопасных пластах). По требованию службы
контроля шахты на этом же мониторе отображается ряд графиков относительных оценок
относительных значений общего горного давления в прошедший период, на текущий
момент контроля и на заданный интервал “вперед” вдоль оси подготовительной выра-
ботки, первичная информация (сейсмограммы после трансформации из кодоимпульс-
ного в импульсный формат), графики энергии воздействия комбайна на забой, частота
и накопленная энергия сейсмических событий в режимах остановки горнотехнических
работ и т. п.
Рис. 3 – Экран монитора диспетчера наземной службы текущего сейсмического кон-
троля процесса проходческих работ в подготовительном штреке
(шахта “Комсомолец Донбасса”, г. Донецк, 2014 г.)

На рис. 3 в сейсмическом кубе оценок текущего напряженного состояния массива
хорошо заметна зона опорного давления с характерной пространственной конфигура-
цией (желто-красные тона растра). Превышение уровня этих оценок за порог, установ-
ленный для данной глубины, вызывает появление на мониторе визуального и звукового
сигналов “опасно” с указанием дальности в метрах до опасной зоны. В данном варианте
испытаний МИКОН-ГЕО на шахте “Комсомолец Донбасса” получен опыт функциони-
рования системы в режиме непрерывного контроля и прогноза риска развития опасных
геодинамических процессов с дублированием обработки по IP – протоколу на удаленном
сервере (управление системой осуществлялось из Екатеринбурга до тех пор, пока не
наступили известные фатальные события, после чего шахта переведена в режим “сухой”
консервации). В этом варианте управления системой полный автоматизированный цикл
передачи данных от системы на удаленный сервер и обратно после обработки составлял
временной интервал от 5 до 10 мин (цикл обновления монитора диспетчера).
Рис. 4 – Составной куб текущего сейсмического контроля очистного забоя
в регламентных оценках НДС (литры штыба),
полученный от двух независимых систем МИКОН-ГЕО
(шахта Есаульская, Кузбасс, 2014 г.)
На рис. 4 показан результат текущего контроля состояния горного массива в лаве
шахты Есаульская (Кузбасс, 2014 г.). Особенностью этих испытаний являлось одновре-
менное применение двух систем МИКОН-ГЕО, функционирующих независимым обра-
зом с двух сторон лавы с длиной очистного забоя 263 м. Получаемые в этом варианте
два независимых параметрических куба в регламентных единицах напряженного состо-
яния массива (литры штыба) вполне логично соединялись в один куб без заметного ис-
кажения в зоне сочленения.
Выводы и перспективы развития
Опыт технологического применения обсуждаемых методик и программно-техни-
ческих средств системы “МИКОН-ГЕО” в подземном транспортном строительстве и раз-
работке месторождений твердого сырья шахтным способом свидетельствует о соответ-
ствии целевых сейсмических параметров контроля состояния устойчивости горного мас-
сива регламенту требований безопасности подземных горных работ.

Доказана состоятельность теоретических и практических реализаций принципа
совмещения активного и пассивного режимов регистрации сейсмических волновых по-
лей различной природы, что обеспечивает формирование объективных критериев про-
гноза наступления опасного ГДЯ в конкретных горно-геологических условиях.
Перспективным направлением развития системы “МИКОН-ГЕО” является реше-
ние проблем интегрирования сейсмических параметров дистанционного контроля гор-
ного массива в ближней и дальней зонах ведения горных работ в многофункциональную
систему безопасности шахт, что существенно повысит качество своевременного про-
гноза риска развития опасных гео- и газодинамических явлений.
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений / Н.С. Булычев. – М.: Недра,
1994. – 381 с.
2. Лапин С.Э. Особенности проектирования систем контроля и прогноза газо-
динамических явлений для опасных производственных объектов / С.Э. Лапин,
А.В. Вильгельм, В.Б. Писецкий // Безопасность труда в промышленности. – 2014. - № 3.
3. Biot M.A. Mechanics of incremental deformations. - New York:
GU,1965. – 430 р.
4. Прогноз устойчивости горного массива на основе метода сейсмической
локации в процессах строительства подземных сооружений / В.Б. Писецкий,
В.В. Власов, В.П. Черепанов, И.В. Абатурова, А.Э. Зудилин, Ю.В. Патрушев,
А.В. Александрова // EAGE, “Инженерная геофизика 2014”, Геленджик.-2014.
“Инженерные изыскания”. ПНИИС.– 2014. – № 7. – С. 46 - 51.

УДК 622.273.212.001.57 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.065
Рубчевский Юрий Игоревич
аспирант кафедры строительства горных
предприятий и подземных сооружений,
Национальный минерально-сырьевой
университет «Горный»,
Васильевский остров, 21 линия, д. 2
e-mail: yura1991gs@mail.ru.
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК В ЗАКЛАДОЧНОМ
МАССИВЕ
Rubchevsky Yury I.
postgraduate student of mining facilities
and underground structures
construction department,
The National mineral resources university
(Mining University),
199106, St Petersburg,
Vasiljevsky island, 21st Line, 2
e-mail: yura1991gs@mail.ru
GEO-MECHANICAL PROCESSESS
MODELING DURING MINING WORKINGS
DRIVING IN THE FILLING MASS
Аннотация:
В работе рассмотрено Яковлевское месторож-
дение богатых железных руд, отрабатываемое
комбинированной системой разработки, преду-
сматривающей на первом этапе отработку
слоев с закладкой выработанного простран-
ства твердеющими смесями. На базе упруго-
пластической модели определены напряженно-
деформированные состояния (НДС) закладоч-
ного массива и рассмотрено формирование
НДС вокруг выработки в зависимости от глу-
бины разработки рудной залежи.
Ключевые слова: железные руды, закладочный
массив, напряженно-деформированное
состояние
Abstract:
The description of Yakovlevsky rich iron ore de-
posit, mined by combined system, providing for lay-
ers development with filling worked-out area by
hardening mixtures at the first stage is considered
in the article. In terms of elastic and plastic model
the filling mass stressed-deformed state (SDS) is de-
termined and the SDS formation around the mining
working, depending on the depth of ore deposit de-
velopment is cited.
Key words: iron ores, filling mass, stressed-de-
formed state
Введение
Яковлевское месторождение Курской магнитной аномалии (КМА) по ценности и
запасам богатых железных руд, по сложности горнотехнических, геологических и гид-
рогеологических условий является уникальным [1 – 3].
Оно состоит из пород кристаллического фундамента и покрывающей осадочной
толщи мощностью порядка 550 м [4 – 6].
Разработка месторождения на первом этапе осуществляется слоевой системой с
последующим переходом на высокопроизводительную камерную систему разработки.
При этом возникает необходимость проведения и поддержания подготовительных выра-
боток в закладочном массиве. Для описания модели поведения рудного и закладочного
массивов было использовано численное моделирование с применением метода конечных
элементов (МКЭ) [7].
Методика
Задача по определению НДС закладочного массива решена в плоской постановке.
Реальный массив заменялся весомой конечной областью (рис. 1). Выбран способ задания
граничных условий, при котором запрещаются перемещения по боковым граням области
по оси x и по нижней грани по оси y. Естественное напряженно-деформированное состо-
яние массива задавалось вертикальными и горизонтальными напряжениями, приложен-
ными к граням конечно-элементной модели. Величина вертикальных напряжений при-
нята на основании ранее выполненных расчетов НДС неоднородного рудного массива

после проведения работ по осушению первоочередного участка отработки на границе
«известняки карбона – рудное тело» [8].
Рис. 1 – Расчетная схема конечно-элементной модели
Коэффициент бокового распора определялся по формуле:
2
902 
 tgλ , (1)
где φ – угол внутреннего трения рассматриваемой руды.
Таким образом, вертикальные напряжения составили σу= 7 МПа, а горизонталь-
ные σх = λγН = 3 МПа.
Модель представляет собой участок массива размером 140×200 м, который раз-
бивался на 51359, 57067, 67659 и 72599 плоских четырехузловых элемента в зависимости
от постановки задачи. На рис. 2 представлен один из вариантов моделирования – ко-
нечно-элементная сетка при нисходящей отработке 3 слоев под защитным перекрытием.
Размеры элементов в районе выработки составляли 0,2 м, а по мере удаления увеличива-
лись и на границах модели доходили до 5 м.
Для обоснования геомеханической модели закладочного массива были проведены
экспериментальные исследования образцов керна закладочного материала марок проч-
ности М100 и М40. На основании полученных диаграмм можно было выделить два ярко
выраженных участка: упругий участок (1) и предельное состояние (2), которые охарак-
теризовали упруго-пластическое деформирование закладочного материала, что позво-
ляет применить упруго-пластическую модель для изучения геомеханических процессов
в закладочном массиве [9].
Рис. 2 – Фрагмент сетки конечных элементов при нисходящей отработке
3 слоев под защитным перекрытием

Физико-механические свойства закладочного материала марок М100 и М40 и
рыхлых железнослюдково-мартитовых руд, применяемые в модели, представлены в
табл. 1.
Таблица 1
Физико-механические свойства рыхлых железнослюдково-мартитовых руд
и закладочного материала
Наименование руд и
материалов
Модуль
деформации
E, МПа
Коэффициент
Пуассона μ
Удельный
вес
ρ, МН/м3
Сцепление
С, МПа
Угол
внутреннего
трения
φ, град
Рыхлая
железнослюдково-
мартитовая руда
1300 0,26 0,034 2,9 25
Закладочный
материал
М100 7200 0,20 0,019 2,38 22
М40 5500 0,18 0,019 1,11 20
Результаты
При постановке задачи было решено рассмотреть четыре варианта моделирова-
ния НДС закладочного массива вокруг выработки: при ее расположении во 2-м, 3-м, 4-м
и 5-м слоях под защитным перекрытием (соответственно, гор. -378 м, -382 м, -386 м, -
390 м). Пример выработки, пройденной в закладочном массиве в 4-м слое под защитным
перекрытием приведен на рис. 3.
Рис. 3 – Выработка, пройденная в закладочном массиве, в 4-м слое (гор. -386 м), при
отработке четырех слоев под защитным перекрытием
При отработке 2, 3, 4 и 5 слоев под защитным перекрытием решение, соответ-
ственно, состояло из 20, 26, 32 и 38 последовательно выполняемых шагов.
После окончания нисходящей отработки слоев и формирования закладочного
массива вокруг последнего происходит перераспределение полей напряжений [10 – 12].
Это, в свою очередь, формирует новые поля вертикальных и горизонтальных напряже-
ний на контуре закладочного массива (рис. 4).
Таким образом, вертикальные напряжения на контуре закладочного массива при
отработке 4 слоев под защитным перекрытием составили σу= 5,9 МПа, а горизонтальные
σх = 2,6 МПа. Для варианта отработки 2, 3 и 5 слоев под защитным перекрытием вели-
чины вертикальных напряжений составили, соответственно, 5,5, 5,7 и 6,0 МПа, а гори-
зонтальных напряжений 2,1, 2,4 и 2,7 МПа.
На заключительном шаге моделирования (20, 26, 32 и 38 шаг моделирования)
были получены значения коэффициента концентрации максимальных главных напряже-
ний и смещений на контуре выработки, пройденной в закладочном массиве (рис. 5).

Рис. 4 – Значение вертикальных и горизонтальных напряжений на контуре сформированного
закладочного массива при отработке 4 слоев под защитным перекрытием
а) б)
Рис. 5 – Значение коэффициента концентрации
максимальных главных напряжений (а) и смещений (U, мм) (б) на контуре выработки,
пройденной в закладочном массиве под защитным перекрытием,
при отработке 4 слоев под защитным перекрытием
Выводы
Анализ данных, полученных при моделировании проведения горной выработки в
сформировавшемся закладочном массиве, позволяет сделать следующие выводы:
– после слоевой отработки рудного массива и выполнения закладочных работ
происходит изменение НДС на границах закладочного массива, что, в свою очередь, вли-
яет на формирование новых полей вертикальных и горизонтальных напряжений на его
контуре. При этом вертикальные и горизонтальные напряжения увеличиваются, соответ-
ственно, на 9,1% и 28,6 %, от 5,5 МПа и 2,1 МПа при отработке 2 слоев под защитным
перекрытием до величины 6,0 МПа и 2,7 МПа при отработке 5 слоев под защитным пе-
рекрытием, с ростом глубины разработки (рис. 6);
– необходимо отметить тот факт, что с увеличением глубины разработки рудной
залежи происходит рост значений коэффициента концентрации максимальных главных
напряжений и смещений на контуре выработки, пройденной в закладочном массиве

(см. рис. 5). Коэффициент концентрации максимальных главных напряжения и смеще-
ния увеличивается, соответственно, на 7,3 % и 27,8 %, от 3,16 и 9,7 мм для выработки,
пройденной в закладочном массиве во 2-м слое, до величин 3,39 и 12,4 мм для выработки,
пройденной в закладочном массиве в 5-м слое, с ростом глубины разработки (рис. 7).
Рис. 6 – Зависимость изменения вертикальных и горизонтальных напряжений
на контуре сформировавшегося закладочного массива от глубины разработки
Рис. 7 – Зависимость изменения коэффициента концентрации
максимальных главных напряжений и смещений на контуре выработки,
пройденной в закладочном массиве, от глубины разработки
2
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3
5,2
5,4
5,6
5,8
6
6,2
377,0 379,0 381,0 383,0 385,0 387,0 389,0 391,0
Горизонтальные
напряженияσ,МПа
Вертикальные
напряженияσ,МПа
Глубина разработки, м
Величина вертикальных напряжений на контуре закладочного массива
Величина горизонтальных напряжений на контуре закладочного массива
9,1
9,6
10,1
10,6
11,1
11,6
12,1
12,6
13,1
2,9
3
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
377,0 379,0 381,0 383,0 385,0 387,0 389,0 391,0
СмещенияU,мм
Коэффициентконцентрации
максимальныхглавныхнапряженийв
кровлевыработки
Глубина разработки, м
Коэффициент концентрации максимальных главных напряжений на контуре
выработки
Величина максимальных смещений на контуре выработки

1. Трушко В.Л. Геомеханические и гидрогеологические проблемы освоения Яко-
влевского месторождения / В.Л. Трушко, А.Г. Протосеня, Р.Э. Дашко // Записки горного
института. - 2010. - Т. 185. - С. 9-18.
2. Дашко Р.Э. Исследование возможности прорывов подземных вод из нижнего
каменноугольного водоносного горизонта в горные выработки Яковлевского рудника /
Р.Э. Дашко, А.В. Волкова // Записки горного института. - 2006. - Т. 168. - С. 142–148.
3. Дашко Р.Э. Инженерно-геологическая характеристика и оценка богатых желез-
ных руд Яковлевского рудника / Р.Э. Дашко // Записки горного института. - 2006. -
Т. 168. - С. 97–104.
4. Сергеев C.B. Опыт разработки богатых железных руд Яковлевского месторож-
дения КМА / C.B. Сергеев, А.И. Лябах, Д.А. Зайцев // Научные ведомости БелГУ. - 2011.
- №3 (14). - С. 200 - 208.
5. Зыков Д.Б. Исследование прочностных и деформационных свойств гидрогема-
титовых руд Яковлевского месторождения / Д.Б. Зыков, Д.Н. Петров // Записки Горного
института. - 2005. - Т. 167. - С. 141 - 144.
6. Зубов В.П. Концепция отработки Яковлевского железорудного месторождения
на участках богатых железных руд / В.П. Зубов, А.А. Антонов // Записки Горного
института. - 2006. - Т. 168. - С. 203 - 210.
7. Галлагер Р. Метод конечных элементов: Основы / Р. Галлагер. – М.: Мир, 1984.
– 428 с.
8. Потемкин Д.А. Моделирование процессов сдвижения массива горных пород
при нисходящем порядке отработки рудного тела Яковлевского месторождения /
Д.А. Потемкин // Записки Горного института. - 2007. – Т. 168. - С. 137 - 141.
9. Трушко В.Л. Моделирование напряженно-деформированного состояния закла-
дочного массива при проведении подготовительных выработок / В.Л. Трушко, Ю.И. Руб-
чевский // Естественные и технические науки. - 2015. - № 11. - С. 241 - 250.
10. Петров Д.Н. Формирование напряженно-деформированного состояния гор-
ного массива до и после осушения / Д.Н. Петров // Записки Горного института. - 2011. –
Т. 190. - С. 232 - 239.
11. Трушко О.В. Моделирование напряженно-деформированного состояния руд-
ного массива Яковлевского рудника при ведении горных работ под защитным перекры-
тием / О.В. Трушко, A.B. Стрелецкий // Записки Горного института. - 2012. - Т. 199. -
С. 60 - 63.
12. Синякин К.Г. Оценка вертикальных смещений рудного массива при ведении
горно-строительных работ по созданию защитной потолочины / К.Г. Синякин // Изве-
стия Тульского государственного университета. Естественные науки. Сер. «Науки о
земле». - 2009. - Вып. 4. - С. 173 - 176.

УДК622.838 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.071
Желтышева Ольга Дмитриевна
e-mail: OlgaZheltysheva@gmail.com
Усанов Сергей Валерьевич
заведующий лабораторией
сдвижения горных пород,
Институт горного дела УрО РАН
e-mail: USV@igduran.ru
Драсков Владимир Павлович
e-mail:draskov_vp@mail.ru
МЕРЫ ОХРАНЫ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ ОТ ПОДЗЕМНЫХ
ГОРНЫХ РАБОТ
В КАРСТУЮЩЕМСЯ МАССИВЕ
Zheltisheva Olga D.
junior researcher,
the Institute of Mining UB RAS,
620075, Yekaterinburg, 58 Mamin-Sibiryak st.
e-mail: OlgaZheltysheva@gmail.com
Usanov Sergey V.
candidate of technical sciences,
the chief of rock mass displacement laboratory,
the Institute of Mining UB RAS
e-mail: USV@igduran.ru
Draskov Vladimir P.
Senior researcher,
the Institute of Mining UB RAS
e-mail: draskov_vp@mail.ru
PROTECTION MEASURES
FOR BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS
FROM UNDERGROUND MINING
OPERATIONS IN KARSTIC ROCK MASS
Аннотация:
В статье описывается разработка комплекса
мер охраны зданий и сооружений поселка, попа-
дающего в границы ожидаемой зоны влияния
предстоящей отработки рудного тела в слож-
ных горно-геологических условиях.
Ключевые слова: меры охраны, подземные гор-
ные работы, карст, наблюдательная станция,
сдвижение горных пород
Abstract:
The paper describes the development of protection
measures complex for buildings and constructions
of the settlement lying inside the boundaries of the
anticipated impact area of forthcoming ore body
extraction in complicated mining and geological
conditions.
Key words: protection measures, underground min-
ing operations, karsts, control network, rock mass
displacement
Жилые и общественные здания, расположенные в зоне вредного влияния горных
разработок, подлежат обязательной охране, если это влияние представляет угрозу для
здоровья и жизни людей или может привести к нарушению нормальной эксплуатации, а
их снос или перемещение являются невозможными или экономически нецелесообраз-
ными [1].
Поселок Александровский попадает в прямую подработку от подземных горных
работ, выполняемых на участке рудного тела № 6 Узельгинского медноколчеданного ме-
сторождения, которое располагается в Челябинской области. Обособленное от других
рудное тело № 6 имеет форму пологозалегающей линзы с падением 1 – 5°. Его протя-
женность по длинной оси 340 м, а ширина достигает 305 м. От дневной поверхности
рудное тело залегает на глубине 173 – 215 м. Пересеченная мощность колеблется от 1,7
до 34,2 м. Рудное тело залегает в болотистой пойме реки Узельга. Кроме того, разработка
его осложняется тем, что непосредственно на кровле рудной залежи располагается по-
дошва закарстованных обводненных известняков.
В ожидаемые границы мульды сдвижения от отработки рудного тела попадают
гражданские, промышленные и природные объекты: 18 жилых одноэтажных домов пре-
имущественно деревянной постройки, линии электропередач, 3 электроподстанции, ав-
томобильные дороги локального значения, водопонизительные скважины, металличе-
ский ангар на территории зернохранилища, а также река Узельга.

Чтобы произвести наиболее полную отработку рудного тела в сложных горно-
геологических условиях, обеспечивая при этом безопасную эксплуатацию подрабатыва-
емых объектов, необходимо разработать комплекс мер охраны данных объектов.
Методы исследований
Разработке мероприятий по охране предшествовал ряд проведенных натурных и
теоретических исследований. На основании расчетов было выполнено обоснование па-
раметров горных работ, при которых своды очистных выработок будут оставаться в
устойчивом состоянии, исходя из размеров рудного тела и проектируемых технологиче-
ских параметров отработки.
Прогноз деформаций земной поверхности заключался в установлении границ зон
вредного влияния горных работ и вычислении возможных максимальных оседаний.
Ожидаемая граница мульды сдвижения определяется граничными углами β0, γ0,δ0, а гра-
ница зоны опасных сдвижений – углами сдвижения β, γ, δ. Для месторождений с неизу-
ченным процессом сдвижения угловые параметры определяются по соответствующим
нормативным документам [2] с учетом структурных особенностей массива горных по-
род.
Возможные максимальные оседания земной поверхности были рассчитаны по
формуле
0эmax
2
cos Kum 

 ,
где mэ – эффективная мощность,  – средний угол падения залежи, u–степень подрабо-
танности земной поверхности, K0 – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние
систем разработки на развитие процесса сдвижения вышележащей толщи пород. Для
данного рудного тела принято =5, u=0,63, K0=0,9.
Оценка сейсмического воздействия массовых взрывов при отработке рудного
тела № 6 на объекты поселка Александровский производилась на основании теоретиче-
ского расчета безопасного расстояния при производстве массовых взрывов с учетом
свойств грунта в основании охраняемых объектов, типа сооружений, характера за-
стройки и других факторов согласно разделу VIII «Единых правил безопасности при
взрывных работах (ПБ 13 – 407 – 01)» [3]. Рассчитанная общая масса одновременно (без
замедления) взрываемых зарядов, при которой сейсмически опасная зона не достигнет
поверхности, составила 500 кг.
Оценка угрозы затопления рудника поверхностными, подземными водами и во-
дами от прорывов карста производилась на основе анализа гидрогеологических матери-
алов скважинного водозабора подземных вод месторождения, а также на основе геофи-
зических исследований методами электроразведки и спектрального сейсмопрофилиро-
вания [4, 5].
Результаты исследований
При расчете параметров устойчивых обнажений были определены два значения
эквивалентного пролета – как при отсутствии геологических нарушений и зон смятия,
так и при их наличии. Так, при длине камеры L=50 м значения эквивалентного пролета
составили 14,36 и 10 м, соответственно.
По установленным граничным углам и углам сдвижения были отстроены границы
мульды сдвижения и зоны опасных деформаций (рис. 1). С учетом практически горизон-
тального залегания рудного тела № 6 для него граничные углы были приняты равными
между собой по всем направлениям так же, как и углы сдвижения. Их величины уста-
новлены равными 62 и 75, соответственно. Угол сдвижения φ в глинистых обводнен-
ных наносах и выветрелых породах принят равным 35° во всех направлениях.

Максимальное оседание поверхности над рудным телом № 6 произойдет над
участком с максимальной мощностью, которая составляет 34,2 м в центральной его ча-
сти; его расчетная величина составила 1,24 м. На основе этих данных составлена карта
прогноза ожидаемого развития процесса сдвижения и деформаций земной поверхности
(см. рис. 1).
Рис. 1 – Изолинии оседаний земной поверхности, границы мульды сдвижения
и зоны опасных деформаций
По результатам геофизических исследований были выявлены зоны наибольшей
нарушенности с повышенной обводненностью, трещиноватостью и закарстованностью
(рис. 2), представляющие наибольшую опасность при проходке выработок [5].
Меры охраны объектов от вредного влияния подземных горных работ
Разработанный комплекс мер охраны включает профилактические, горно-техни-
ческие, строительные и конструктивные меры, а также меры по устранению вредного
сейсмического воздействия взрывов на объекты и меры от затопления рудника.
Основой профилактических мероприятий служит карта прогноза ожидаемого
развития процесса сдвижения и деформаций земной поверхности. На ней выделяют пло-
щади, не подверженные влиянию горных работ, или такие, где процесс сдвижения пол-
ностью закончился, т. е. площади, на которых эксплуатацию существующих сооружений
и объектов и строительство новых сооружений можно вести без всяких ограничений.
Остальную территорию разбивают на участки с относительно небольшими деформаци-
ями, где можно эксплуатировать или располагать второстепенные, малочувствительные
к подработке здания и сооружения, участки с затухающими деформациями, где можно в
ближайшее время начинать строительство, и участки с интенсивными деформациями,

где возводить здания и сооружения в ближайшее время нецелесообразно [6].
В качестве заблаговременных профилактических мер необходимо отметить раз-
работку проекта комплексной наблюдательной станции. В качестве текущих профилак-
тических мер необходимы организация и проведение мониторинга развития процесса
сдвижения и деформаций в охраняемых объектах.
Для мониторинга процесса сдвижения земной поверхности проект предполагает
закладку двух профильных линий, ориентированных по простиранию и вкрест прости-
рания рудного тела № 6 (см. рис. 2). Каждая профильная линия состоит из опорных и
рабочих реперов. Рабочие реперы закладывают в пределах ожидаемой границы мульды
сдвижения, опорные – на концах профильных линий вне зоны сдвижения земной поверх-
ности. Общее число рабочих реперов составило 60, опорных реперов – 6. Для монито-
ринга деформаций подрабатываемых зданий и сооружений предусмотрена закладка спе-
циальной наблюдательной станции, включающей 42 стенных репера.
В конструктивную сеть комплексной наблюдательной станции включены допол-
нительные реперы, которые предназначены для проведения спутниковых GPS-
наблюдений [7]. Данные пункты закладываются в зоне опасных сдвижений земной по-
верхности (см. рис. 2) на участках, которые не контролируются наблюдениями по про-
фильным линиям. Это позволит не ограничиваться измерениями смещений реперов в
двух плоскостях, а обеспечить площадной мониторинг зоны критических деформаций
[8]. Переопределение координат этих пунктов с последующим вычислением сдвижений
и построением векторов их смещения позволит контролировать области наибольшей
нарушенности и закарстованности.
Рис. 2 – Проект наблюдательной станции над рудным телом № 6

Основу рекомендуемых горно-технических мер составляют применяемые на
практике способы подземных разработок месторождений, направленных на уменьшение
вредного влияния горных работ на земную поверхность и подрабатываемые объекты. В
качестве основной горно-технической меры охраны объектов поселка Александровский
принимается способ предстоящей отработки запасов рудного тела № 6, который будет
осуществляться камерной системой с закладкой выработанного пространства твердею-
щими смесями. При этом должны соблюдаться рассчитанные параметры горных работ,
при которых своды очистных выработок будут оставаться в устойчивом состоянии.
Кроме того, рекомендуется не допускать простоя камер в непогашенном состоя-
нии в условиях отсутствия тектонических нарушений более 5 месяцев после выпуска
руды, в условиях наличия тектонических нарушений и карста – не более 1 месяца.
Оставление предохранительных целиков как горно-техническая мера защиты
охраняемого объекта не предусматривается. Однако в случае выявления признаков ре-
альной угрозы обрушения пород или при обнаружении участка водообильного карста,
склонного к внезапному прорыву подземных вод, необходимо предусмотреть оставление
предохранительных целиков.
Строительные и конструктивные меры охраны сооружений включают разде-
ление зданий на отсеки деформационными швами, усиление несущих конструкций с по-
мощью стальных тяжей, железобетонных поясов, дополнительное укрепление основания
сооружения или массива, временное изменение характера эксплуатации подрабатывае-
мого объекта или перемещение подрабатываемого объекта за границы зоны вредного
влияния горных работ.
Так как рудное тело № 6 расположено непосредственно под поселком Алексан-
дровский, то при производстве массовых взрывов расстояние, на которое распространя-
ются колебания грунта, не должно превышать глубину залегания данного рудного тела
[3]. Для этого необходимо не превышать рассчитанную общую массу одновременно
взрываемых зарядов. При обнаружении фактов превышения уровня допустимого воздей-
ствия взрывов на объекты поселка параметры одновременно взрываемого заряда следует
уменьшить с учетом реальных испытаний.
Для охраны от затопления в настоящее время рудником выполнено профилакти-
ческое отведение с шахтного поля основного стока реки Узельга, поэтому опасность за-
топления представляют водопритоки подземных и карстовых вод.
Наиболее реальный способ минимизировать риск затопления рудника при отра-
ботке рудного тела № 6 – это продолжать откачки из водопонизительных скважин и не
допускать обрушения его кровли. При этом при проходке горных выработок и на стадии
ведения очистных работ необходимо предусмотреть выполнение следующих специаль-
ных мероприятий:
– при проходке горных выработок в контактной зоне кровли рудного тела с из-
вестняками при вскрытии известняков необходимо производить опережающее бурение
скважин из забоя выработки на глубину не менее 5 м. В пройденной выработке обяза-
тельно должна быть обустроена и поддерживаться в рабочем состоянии водоотводная
канавка до ближайшего водосборника, оборудованного насосами;
– при ведении очистных работ на верхнем горизонте, контактирующем с извест-
няковой толщей, в целях предотвращения возможных прорывов вод в случае развития
самообрушения пород кровли до закладки камеры, необходимо до начала очистных ра-
бот в камере пробурить восстающую скважину на глубину 3/4 ширины камеры, соответ-
ствующую возможному размеру свода самообрушения;
– на участках наибольшей нарушенности и закарстованности рудного тела № 6
пробуривать в кровлю опережающие скважины с целью исключения карстовой полости
над камерами. Глубина скважин должна быть на 3 м больше границы зоны влияния
взрыва на трещиноватость законтурного массива;

– в случае вскрытия опережающими скважинами карстовых полостей провести
исследования по определению границ карстовой полости, после установления размеров
и положения карста обеспечить его ликвидацию;
– в случае вскрытия камерами большого карста в налегающем массиве немед-
ленно отстроить на поверхности зону по углам воронкообразования υ=85°от границ кар-
стовой полости. Здания и сооружения, попадающие в эту зону, прекратить эксплуатиро-
вать. Организовать ежедневные инструментальные наблюдения за поверхностью на
участке за границами возможной зоны обрушения. Оборудовать глубинные реперы для
контроля развития купола обрушения;
– для обеспечения безопасности всего рудника от затопления при проходке
вскрывающих выработок к рудному телу на каждом горизонте необходимо создать во-
дозащитные перемычки с герметичными воротами.
Востребование к исполнению вышеперечисленных мер охраны определяется
также по результатам мониторинга развития деформационных процессов сдвижения и
обрушения [9]. Если по результатам наблюдений будут получены величины углов сдви-
жения и другие параметры сдвижения, отличающиеся от принятых мерами охраны объ-
екта, то данные меры подлежат уточнению.
Таким образом, применение на практике разработанного комплекса мер охраны
позволит обеспечить безопасную эксплуатацию подрабатываемых объектов и при этом
произвести наиболее полную отработку рудного тела № 6 в сложных горно-геологиче-
ских условиях.
1. Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природ-
ных объектов от вредного влияния горных разработок: утв. Госгортехнадзором России
07.09.96 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Data1/3/3016/
2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния под-
земных горных работ при разработке меднорудных месторождений Урала: утв. мини-
стерством цветной металлургии СССР 28.02.77. – М.: Министерство цветной металлур-
гии СССР, 1978. – 44 с.
3. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01): утв. Гос-
гортехнадзором России 30.01.01. – М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2001.
4. Мельник В.В. Исследование и создание геолого-структурной и геомеханиче-
ской модели участка недропользования / В.В. Мельник, А.Л. Замятин // Горный инфор-
мационно-аналитический бюллетень. – 2005. – № 4. – С. 226 - 230.
5. Мельник В.В. Оценка опасности карстопроявлений геофизическими методами
/ В.В. Мельник // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2011. – № 7. –
С. 151 - 155.
6. Усанов С.В. Подработанные подземными горными работами территории в г.
Березовский и оценка возможности их использования / С.В. Усанов // Горный информа-
ционно-аналитический бюллетень. – 2010. – № 10. – С. 349 - 352.
7. Усанов С.В. Современные технологии мониторинга процесса сдвижения /
С.В. Усанов, Ю.П. Коновалова, О.Д. Желтышева // Горный журнал. – 2012. – № 1. –
C. 36 - 39.
8. Панжин А.А. Исследование сдвижений земной поверхности при разработке ме-
сторождений с применением площадных инструментальных методов / А.А. Панжин //
Известия вузов. Горный журнал. – 2009. – № 2. – С. 69 - 74.
9. Драсков В.П. Обеспечение безопасности эксплуатации сооружений шахты на
Сарановском месторождении хромитов / В.П. Драсков // Горный информационно-анали-
тический бюллетень. – 2010. – № 6. – С. 309 - 316.

УДК 622.684:629.353 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.077
Монастырский Юрий Анатольевич
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой
автомобильного транспорта,
Криворожский национальный университет,
Украина, г. Кривой Рог, ул. ХХІІ партсъезда, 11
e-mail: monastirskiy08@rambler.ru
Веснин Артем Вячеславович
заведующий кафедрой
подъемно-транспортных машин,
Криворожский национальный университет
e-mail: artem_vesnin@mail.ua
Систук Владимир Александрович
кафедра автомобильного транспорта,
e-mail: vladimir.sistuk@yandex.ru
Богачевский Антон Александрович
ассистент,
кафедра подъемно-транспортных машин,
e-mail: mr.bogachevsky@mail.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛАКОВОГО ПОКРЫТИЯ
ЯКОРНОЙ ОБМОТКИ ТЯГОВОГО
ДВИГАТЕЛЯ КАРЬЕРНОГО САМОСВАЛА
БЕЛАЗ-75131 МЕТОДОМ
CAE-МОДЕЛИРОВАНИЯ
Monastyrskiy Yuriy A.
Doctor of technical sciences, professor,
the head of the automobile transport department,
Krivorojsky National University,
11 ХХІІ Partsjezda, Krivoy Rog , Ukraine
e-mail: monastirskiy08@rambler.ru
Vesnin Artem V.
candidate of technical sciences, assistant professor,
head of the Handling, Road and Reclamation
Machinery and Equipment Department,
Krivorojsky National University
e-mail: artem_vesnin@mail.ua
Sistuk Vladimir A.
PhD, assistant professor of the automobile
transport department,
e-mail: vladimir.sistuk@yandex.ru
Bogachevskiy Anton A.
assistant of the Handling, Road and Reclamation
Machinery and Equipment Department,
e-mail: mr.bogachevsky@mail.ru
THE LACQUER COATING TEMPERATURE
INDICATORS DETERMINATION
OF THE BELAZ-75131 OPEN PIT TRUCK
DRIVE MOTOR ARMATURE WINDING
BY CAE-SIMULATION METHOD
Аннотация:
Компьютерным 3-D моделированием установ-
лены диапазон и частоты температурных по-
казателей лакового покрытия участка якорной
обмотки тягового двигателя ЭК-590 карьер-
ного самосвала БелАЗ-75131 в конкретных экс-
плуатационных условиях.
Ключевые слова: карьерный самосвал, термиче-
ский анализ, температурные колебания, эксплу-
атационные условия, тяговый электрический
двигатель, якорная обмотка, CAE-
моделирование
Abstract:
Both the range and frequency of temperature indi-
cators of EK-590 drive electromotor armature
winding area lacquer coating of BelAZ-75131 open
pit truck in specific operating conditions are iden-
tified by computer 3D modeling.
Key words: open pit truck, thermal analysis, tem-
perature oscillations, operating conditions, driver
motor, armature winding, CAE-simulation
На основе анализа простоев карьерных самосвалов БелАЗ-75131, которые задей-
ствованы при транспортировке горной массы на железорудных карьерах Криворожского
бассейна, установлено, что простои, связанные с выходом из строя электромеханической
трансмиссии, составляют 16 % от общих потерь рабочего времени данных машин. При
устранении неполадок электромеханической трансмиссии до 60 % времени приходится
на ее электрическую составляющую [1]. Для уточнения причин отказов тяговых электри-
ческих машин был проведен дефектоскопический анализ их элементов [2]. Установлено,
что значительное количество отказов вызвано разрушением лакового покрытия якорных
обмоток тяговых электрических двигателей с локализацией на их лобовых частях [3].

Нами было сделано предположение, что разрушение лакового покрытия обуслов-
лено особенностями эксплуатации самосвалов. На Криворожских карьерах автодороги
характеризуются большим удельным весом участков с максимально допустимыми про-
дольными уклонами, которые чередуются с горизонтальными участками, что вызывает
изменения тяговых сил на ведущих колесах и, соответственно, токовых нагрузок в об-
мотках тяговых электродвигателей во время транспортирования. Кроме того, дополни-
тельные изменения токовых нагрузок связаны и с состоянием дорожного покрытия, а
именно с колебаниями суммарного сопротивления движению из-за неровностей дороги.
Пульсирующие нагрузки приводят к перепадам температуры в элементах тяговых элек-
тродвигателей, что в итоге может вызывать чередующиеся знакопеременные деформа-
ции в лаковом покрытии обмотки, провоцируя возникновение трещин и снижая общий
ресурс работы электрических машин.
Таким образом, исследование температурных показателей лакового покрытия
якорных обмоток тяговых двигателей большегрузных самосвалов является актуальным
для машин, работающих в условиях карьеров Криворожского региона.
Для достижения данной цели рационально применение современных программ-
ных продуктов, в основе которых лежит CAE-моделирование [4].
На рынке представлено достаточное количество программного обеспечения, ко-
торое позволяет проводить термический анализ твердотельных объектов, самым попу-
лярным из которых является программный комплекс SolidWorks компании Dessault Sys-
temes [5].
Теплопередача в твердых телах моделируется в подпрограмме SolidWorks Flow
Simulation с помощью уравнения теплопроводности [7 – 11]:
v
ii
п
q
xxt
с












 θ
λ
θρ
,
где с – удельная теплоемкость, ϴ – температура, λ – теплопроводность, м/с; ρп – плот-
ность воздуха, (кг/м3
), t – время, qv – удельное ( в единице объема) тепловыделение ис-
точника тепла, Вт/м3
.
Частью рабочего процесса тягового двигателя является обдув якорной обмотки
потоком охлаждающего воздуха. В данной подпрограмме движение и теплообмен воз-
душной среды моделируются с помощью уравнения Навье-Стокса, которое описывает в
нестационарной постановке закон сохранения массы, импульса и энергии. Для модели-
рования турбулентных течений (они встречаются в инженерной практике наиболее ча-
сто) упомянутые уравнения Навье – Стокса осредняются по Рейнольдсу, т. е. использу-
ется осредненное по малому масштабу времени влияние турбулентности на параметры
потока, а крупномасштабные временные изменения осредненных по малому масштабу
времени составляющих газодинамических параметров потока (давления, скоростей,
температуры) учитываются введением соответствующих производных по времени (  ).
Дополнительно используются уравнения состояния компонентов воздушной среды и эм-
пирические зависимости вязкости и теплопроводности данных компонентов от темпера-
туры.
Система уравнений сохранения массы, импульса и энергии нестационарного про-
странственного течения имеет следующий вид в рамках подхода Эйлера в декартовой
системе координат (x, i = 1,2,3), вращающейся с угловой скоростью Ω вокруг оси, которая
проходит через ее начало:
  0ρ
ρ






kп
i
u
xt
;
  ;τρ
)ρ(
i
i
i
ikkiп
k
i
S
x
P
uu
xt
u










  vkkiikkkп
k
п
quSuquPE
xt
E






τ)ρ(
)ρ(
,
где ui – скорость текучей среды (охлаждающего воздуха), Р – давление воздуха, Па; E –
полная энергия воздуха, Дж; qi – диффузионный тепловой поток, Дж; Si – действующие
на массу воздуха внешние силы: Siporus – действие сопротивления пористого тела, Sigravitiv
– действие гравитации, Sirotaion – действие вращения системы координат, то есть
irotationigravityiporous SSS iS ; E – полная энергия единичной массы текучей среды; qv –
тепло, выделяющееся тепловым источником в единичном объеме текучей среды; τik –
тензор вязких сдвиговых напряжений, нижние индексы означают суммирование по трем
координатным направлениям.
Для текучих сред тензор вязких сдвиговых напряжений определяется следующим
образом:
ijij
j
i
j
j
i
ij k
xj
u
x
u
x
u
δρ
3
2
)δ
3
2
(μτ 








 ,
где µ=µj+ µi, µj – коэффициент динамической вязкости, µi – коэффициент турбулентной
вязкости, δij – дельта-функция Кронекера, κ – кинетическая энергия турбулентности. Ко-
эффициент турбулентной вязкости µi определяется через величины кинетической энер-
гии турбулентности κ и диссипации этой энергии ε:
ε
ρ
μ
2
kC
fi



 ,
где   )
R
()R(f
Т
2
yμ
20,5
10,025exp1  ;
i
y
yk
R
μ
ρ 
 ;
εμ
ρ 2



i
T
k
R , y – расстоя-
ние от поверхности стенки, Ry и RT – показатели критерия Рейнольдса, Cμ = 0,09.
Кинетическая энергия турбулентности κ и диссипации этой энергии ε определя-
ются в результате решения следующих двух уравнений:
,))
σ
μ
μ(()ρ(
ρ
k
kk
i
i
k
k
k
S
x
k
x
ku
xt
k












,))
σ
μ
μ(()ρ(
ερ












S
x
k
x
ku
xt kε
i
i
k
k
k
где
Bi
j
iR
ijk P
x
u
S 


 μερτ ,
k
fCPC
x
u
f
k
CS BBj
j
iR
ij
2
2211
ερ
)μτ(
ε 



  ,
ijij
i
j
j
i
j
R
ij k
x
u
x
u
x
u
δρ
3
2
)δ
3
2
(μτ
1
1









 ;
iB
i
B
x
g
P



ρ
ρ
1
σ
,
где gi – составляющая гравитационного ускорения в координатном направлении xi,
σВ = 0,9, CB = 1 при PB>0 и CB = 0 при PB ≤ 0, f1 = 1+(0,05/fµ), f2 = 1-exp×(-R2
T), Cε1 = 1,44,
Cε2 = 1,92, σε = 1,3, σk = 1.
Диффузионный тепловой поток моделируется с помощью уравнения:
k
p
cr
k
x
T
C
P
q









σ
μμ 11
, k=1,2,3,
где σс = 0,9, Pr – число Прандтля, Ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении,
T – температура текучей среды.

Переход ламинарного течения в турбулентное и турбулентного в ламинарное мо-
делируется с помощью функций fμ, а в пограничных слоях течения около поверхностей
твердого тела – с помощью модифицированных универсальных пристеночных функций
y [6, 8 – 11].
Исходя из многолетних исследований, местом наибольшего нагрева при эксплуа-
тации тягового электродвигателя является лобовой участок якорной обмотки, которая
расположена со стороны щеточно-коллекторного узла [12,13,14]. Поэтому именно этот
элемент был выбран для создания solid-модели участка якорной обмотки тягового дви-
гателя ЭК-590 карьерного самосвала БелАЗ-75131. Сетка конечных элементов модели
состоит из 3772 ячеек (рис. 1).
Рис. 1 – Визуализация сетки конечных элементов
Для определения максимальных значений тепловых показателей лакового покры-
тия якорной обмотки моделирование температурного состояния проводилось для усло-
вий трассы, выбор которой отвечал двум критериям:
– наибольшему проценту наклонных участков в общей длине транспортирования;
– наличию участков с предельно допустимыми продольными уклонами.
Этим критериям соответствует трасса Анновского карьера, которая включает
сложный участок с уклоном в 150 промилле протяженностью 100 м (рис. 2).
Рис. 2 – Представление маршрута в виде продольного профиля

Профиль трассы определяет изменения токовых нагрузок в обмотках тяговых
двигателей во время движения карьерного самосвала. Действительные токи на каждом
участке продольного профиля трассы определялись по тяговой характеристике электро-
двигателя согласно существующей методике [15]. Величина квадрата силы тока в каж-
дый момент времени определяет текущие значения удельного тепловыделения в провод-
никах катушки якоря по известной зависимости [16, 17], что и послужило исходными
данными для моделирования температурного состояния якорной обмотки.
Результаты расчета удельных тепловыделений для одного из проводников solid-
модели в графическом виде представлены на рис. 3.
Рис. 3 – Удельное (в единице объема) тепловыделение источника тепла
Характер изменения удельных тепловыделений на трассе позволяет разделить
цикл движения во времени условно на два этапа: подъем – когда наблюдается рост теп-
ловыделений проводника; спуск – тепловыделения колеблются в меньшем диапазоне
значений.
В результате моделирования температурного состояния участка якорной об-
мотки установлено, что во время ездки в лаковом покрытии возникают температурные
пульсации за относительно короткие промежутки времени, что, как отмечалось ранее, по
всей видимости, обусловлено колебаниями действительных токов в связи с изменениями
суммарного дорожного сопротивления. Из приведенных эпюр термического состояния
можно видеть, что максимальному нагреву подвержены лобовые части solid-модели
(рис. 4), что подтверждается исследованиями других авторов [12, 13, 14]. Также получена
зависимость температуры лакового покрытия от времени движения самосвала на трассе
(рис. 5). Из нее видно, что пиковое значение температуры возникает в момент подъема
самосвала под уклон в 150 промилле. В это же время наблюдаются и максимальные зна-
чения удельных тепловыделений. Несмотря на то что максимальная температура лака не
превышает предельно допустимого значения для класса изоляции H (180°С), она при-
ближается к 160°С, что является порогом срабатывания температурного датчика.

Рис. 4 – Термическое состояние лакового покрытия участка обмотки:
а) – при движении самосвала на подъем от забоя к перегрузочному пункту;
б) – во время разгрузки;
в) – при движении самосвала на спуск от перегрузочного пункта к забою;
г) – во время погрузки
Рис. 5 – График температуры лакового покрытия участка обмотки:
1 – максимальная температура;
2 – средняя температура;
3 – минимальная температура
Таким образом, проведенный термический анализ solid-модели участка якорной
обмотки в среде Solidworks Flow Simulation показал, что характер распределения темпе-
ратурных показателей может приводить к пластическим деформациям обмотки со зна-
чительными перемещениями в области ее лобовой поверхности, что в дальнейшем вы-
зовет образование микротрещин лакового покрытия. Для определения мест концентра-
ции и величин таких деформаций в дальнейшем будет проведен анализ напряженно-де-
формированного состояния объекта исследования.

1. Сістук В.О. Вплив високо дисперсного пилу залізорудних кар’єрів на стан
електричних машин тягового електроприводу самоскидів / В.О. Сістук, А.О. Богачевсь-
кий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ,
2014. — Вип. 118. - С. 168 – 175.
2. Веснін А.В. Порівняльний аналіз залізорудного і вугільного пилу у контексті
їх впливу на наробіток компонентів електромеханічної трансмісіїкар'єрнихсамоскидів /
А. В. Веснін, В. О. Сістук, А. О. Богачевський // Вісник Криворізького технічного
університету. - Кривий Ріг: КНУ, 2014. – Вип. 38. – С. 112 – 119.
3. Vesnin A.V. The analysis of mining conditions influence to operating time of dump
trucks traction drive components / A. V. Vesnin, V. O. Sistuk, A. O. Bogachevskiy // Metallur-
gical and Mining Industry. – 2015. - No. 3. – Dnipropetrovsk. – Р. 268 – 271.
4. Vesnin A.V. The industrial dust properties as a wear factor of pit trucks electric ma-
chines elements / A.V. Vesnin, V.O. Sistuk, A.O. Bogachevskiy // Metallurgical and Mining
Industry. – 2015. - No. 3. – Dnipropetrovsk. – Р. 272 – 275.
5. Vesnin A.V. Computer modeling usage for heat mass exchange inside mine dump-
truck traction generator and electrical motor research / A.V. Vesnin, V.O. Sistuk, A.O. Bo-
gachevskiy // Metallurgical and Mining Industry. - 2015. - No. 3. – Dnipropetrovsk. – Р. 276 –
278.
6. Vesnin A.V. Mathematical models analysis for the thermal state of mining trucks
traction motors determining / A.V. Vesnin, V.O. Sistuk, A.O. Bogachevskiy // Metallurgical
and Mining Industry. - 2015. - No. 3. – Dnipropetrovsk. – Р. 279 – 282.
7. Solidworks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике /
А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарев. –
СПб.: БХВ – Петербург, 2008. – 1040 с.: + DVD – (Мастер).
8. Kurowski Paul. Thermal Analysis with SOLIDWORKS Simulation 2015 and Flow
Simulation 2015 / Paul Kurowski. – SDC Publication, 2015. – P. 288.
9. Matsson J. An Introduction to SolidWorks Flow Simulation 2010 / J. Mattson. –
SDC Publication, 2010. –297 р.
10. Dassault Systems. НовыевозможностиSolidWorks 2013 / DassaultSystèmes. –
SolidWorks Corp, 2013. –249 р.
11. Lombard M. Solidworks 2013 Bible. Lombard M. / John Wiley & Sons Inc., 2013.
–1299 р.
12. Исмаилов Ш.К. Электрическая прочность изоляции электрических машин ло-
комотивов: монография / Ш.К. Исмаилов. – Омск: Омский гос. ун-т путей сообщения,
2003. – 272 с.
13. Котеленец Н.Ф. Испытания и надежность электрических машин / Н.Ф. Котеле-
нец, Н.Л. Кузнецов. – М.: Высшая школа, 1988. – 232 с.
14. Анализ надежности изоляции обмоток электрических машин тягового подвиж-
ного состава с учетом особенностей климатических условий внешней среды / А.М. Ху-
доногов, Д.А. Оленцевич, В.В. Сидоров, Е.М. Лыткина // Научные проблемы транспорта
Сибири и Дальнего Востока. - 2009. - № 2. – С. 232 – 236.
15. Карьерный автотранспорт: состояние и перспективы / П.Л. Мариев, А.А. Куле-
шов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. – СПб: Наука, 2004.– 429 с.
16. Сипайлов Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в элек-
трических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. – М.: Высшая школа,
1989. – 239 с.
17. Филиппов И.Ф. Теплообмен в электрических машинах / И.Ф. Филиппов. – Л.–
Энергоатомиздат, 1986. – 256 с.

УДК 622. 83 + 530. 1 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.084
Khachay Olga
doctor of physical and mathematical science,
leading scientific researcher,
Institute of Geophysics UB RAS,
620016, Ekaterinburg, Amundsen str., 100,
Russian Federation
e-mail: olgakhachay@yandex.ru
Khachay Oleg
PhD, associate prof.,
IMCN, URFU,
620002, Ekaterinburg, Mira str., 19,
Russian Federation
e-mail: khachay@yandex.ru
Magdy Attya
PhD, Prof.,
NRIAG, Helwan, Egypt
e-mail: magdynriag@gmail.com
Ahmed Bakr Khalil
Dr, NRIAG, Helwan, Egypt
e-mail: ahmedbakr73@hotmail.com
Mahmoud Mekkawi
Prof., RIAG, Helwan, Egypt
e-mail: mahmoudmekkawi@nriag.sci.eg
Mamdouh Soliman
PhD, as, prof., NRIAG, Helwan, Egypt
e-mail: msoliman8@yahoo.com
THE GEOTECHNICAL PARAMETERS
FROM CSEM MAPPING
AND MONITORING DATA
AT THE OAISIS KHARGA AND BARIS
OF SAHARA DESERT, EGYPT
Хачай Ольга Александровна
доктор физико-математических наук,
ведущий научный сотрудник,
Институт геофизики УрО РАН,
620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 100
e-mail: olgakhachay@yandex.ru
Хачай Олег Юрьевич
Институт математики и компьютерных наук УрФУ,
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
e-mail: khachay@yandex.ru
Магди Аттиа
кандидат технических наук, профессор,
Национальный исследовательский институт
астрономии и геофизики, Хелван, Египет
e-mail: magdynriag@gmail.com
Ахмед Бакр Халил
доктор, Национальный исследовательский институт
e-mail: ahmedbakr73@hotmail.com
Махмуд Мекави
профессор, Национальный исследовательский
институт астрономии и геофизики, Хелван, Египет
e-mail: mahmoudmekkawi@nriag.sci.eg
Мамду Солиман
доктор философии, профессор,
Национальный исследовательский институт
e-mail: Msoliman8@yahoo.com
ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ,
ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
АКТИВНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
ИНДУКЦИОННОГО МЕТОДА
КАРТИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА
В ОАЗИСАХ ХАРГА И БАРИС,
ПУСТЫНЯ САХАРА, ЕГИПЕТ
Abstract:
The site of investigation, oasis Kharga, is located at about
600 km south of Cairo, Egypt; Baris is about 90 km from
Kharga also to south and towards more inside the desert.
The work was aimed to investigate the rock mass stability
at Baris and to estimate the water intake in the Oasis
Kharga. A controlled source electromagnetic (CSEM) ap-
proach developed earlier by IGF UB RAS (Geophysical
Federal Institute, Ural Branch of Russian Academy of Sci-
ence) is applied to image the ranked deformation levels in
the massive structure of the Baris. The wide profile system
of observation has been used to monitor the three compo-
nents of the alternating magnetic field along predefined
measuring lines in the study area. Here we can show the
first results that we shall continue during some cycles of
monitoring. The second part of our work was linked with
mapping the massif structure inside the oasis City, where
only using our device we could construct the geoelectrical
sections for 5 profiles and show the real structure of the
water volume and its complicated structure up to 200 me-
ters depth recording the values of real not apparent resis-
tivity.
Key words: oasis, geotechnical research, stability, water
aquafor
Аннотация:
Объект исследования оазис Харга расположен в 600
км к югу от Каира, Египет, оазис Барис – в 90 км
также к югу от Харги глубже в сторону пустыни.
Работа посвящена исследованию устойчивости
грунта в Барисе и определению запасов воды в оазисе
Харга. Использование метода электромагнитного
индукционного площадного исследования с контроли-
руемым источником, разработанного ранее в Инсти-
туте геофизики УрО РАН, послужило для определе-
ния иерархических уровней деформации в структуре
массива Бариса. Была применена система наблюде-
ний в виде широкого профиля для мониторирования
трех компонент переменного магнитного поля вдоль
запланированных профилей наблюдения на участке
исследования. В этой работе показаны первые резуль-
таты, которые будут продолжены в рамках несколь-
ких циклов мониторинга. Вторая часть нашей ра-
боты посвящена картированию структуры массива
в пределах городской части оазиса Харга, где только
использование аппаратуры МЧЗ-12 (ИГФ УрО РАН,
автор А.И.Человечков) позволило построить геоэлек-
трические разрезы для 5 профилей и показать реаль-
ную структуру аквафора в сложной вмещающей
среде до глубины 200 метров, представляя разрезы в
виде удельных, а не кажущихся сопротивлений.
Ключевые слова:. оазис, геотехнические исследова-
ния, стабильность, вода, структура аквафора. ис-
точник подземных вод

Some geological information about oasis Kharga and oasis Baris
The Western Desert covers approximately 700,000 km2, which are more than two-thirds
of the total area of Egypt. The significant oases in the Western Desert are Siwa, Bahariya,
Farafra, Dakhla and Kharga. Kharga Oasis is the southern one in this cluster of depressions and
represents an important feature in the Western Desert (fig.1). It is bounded by the Eocene lime-
stone plateau from the east and north, where steep cliffs form a sharp boundary to the depression
floor [1]. This limestone plateau stretches along Middle and Upper Egypt with an elevation of
up to 550 m above the sea level and about 400 m above the depression floor at the study area.
However, towards the south and west, the depression floor merges gradually into the Nubian
Sandstone open desert. Geomorphologically, the landscape is considered as either high plateau
in the northern and eastern boundaries, or low-lying depression floor, meanwhile the pediment
areas in-between, are considered as badlands.
Fig.1. Location map of the study area.
Kharga Oasis is characterized by tropical arid climate. The maximum day time temper-
ature fluctuates within a wide range, reaching up to 45–50 C0
in summer months [1],meanwhile
in winter, the minimum temperature may drop to as low as zero at night. Kharga Oasis is known
as the driest area in the Eastern Sahara and probably the driest region on Earth [2]. Wind speed
tends to be low in August; it increases progressively in November to January and reaches a
peak from March to May causing dust storms famously known as ‘‘El-Khamasin”. The annual
mean value of relative humidity is about 39%. Generally, the atmospheric precipitation as rain-
fall is extremely scarce and insignificant (1 mm/year). Although rain is very scarce, occasional
heavy rainstorms severely attack the area from time to time, where rainwater might flow for
short distances as sheet flashfloods causing damage to villages and roads. The last rainy event
took place in the year 1993, where Kharga-Assiut and Kharga-Dakhla roads suffered significant
damage [1]. The potential environmental impacts of rainstorms are obvious due to absence of
drainage outlets in the depression area. The oasis domestic and agricultural water is obtained

from springs and wells dug into the underlying porous Nubian Sandstone. Thermal springs at
Bulaq and Nasser villages to the south of the city of Kharga are famous with water temperature
of up to +43 C0
[2]. The geology of the Western Desert, including Kharga Oasis, is very well
documented in Knetsch and Yallouze, 1955; Said, 1962, 1990; Issawi and El-Hinnawi, 1982;
Salman, 1984; Salman et al., 1984. [4] (fig.2). From the geologic point of view, the Upper
Cretaceous-Lower Tertiary sedimentary sequence overlies no conformably the Precambrian
basement rocks. This sedimentary sequence comprises the Nubian Sandstone overlain by the
Variegated Shale rock units, which are well exposed forming most bedrocks of the depression
floor. These widely exposed rock units are followed upward by the Duwi, Dakhla, Tarawan,
Esna and Thebes formations exposed on the eastern and the northern scarps bounding the de-
pression. This sedimentary sequence includes different varieties of sandstone, shale and lime-
stone with heterogeneous physical and mechanical properties. Furthermore, the Quaternary
times in the study area were characterized by alternating periods of wet and dry climates, which
resulted in several fluvial, lacustrine and aeolian deposits strewn on the depression floor [1,4].
The Upper Cretaceous Nubian Sandstone at Kharga Oasis is a highly dissected, laminated and
cross-bedded unit.
Fig.2. Geological map of the Kharga and Baris oases. [3]
Fig.3. Boreholes information [5]

The thickness of sedimentary sequences are decreasing toward south direction. The
maximum thickness is 600 m in the wells (Baris-9, Baris-11 and Baris-12) and the minimum
thickness is 200 m in the well Baris-20) (Fig.3.).
Results of geotechnical research, using electromagnetic CSEM method.
The site of investigation, oasis Kharga, is located at about 600 km south of Cairo, Egypt;
Baris is about 90 km from Kharga also to south and towards more inside the desert. The work
was aimed to investigate the rock mass stability at Baris and to estimate the water intake in the
Oasis Kharga (Fig.4). A controlled source electromagnetic (CSEM) approach developed earlier
by IGF UB RAS (Geophysical Federal Institute, Ural Branch of Russian Academy of Sci-
ence)[7,8] is applied to image the ranked deformation levels in the massive structure of the
Baris. The wide profile system of observation has been used to monitor the three components
of the alternating magnetic field along predefined measuring lines in the study area. Here we
can show the first results that we shall continue during some cycles of monitoring. The second
part of our work was linked with mapping the massif structure inside the oasis City, where only
using our device we could construct the geoelectrical sections for 5 profiles and show the real
structure of the water volume and its complicated structure up to 200 meters recording the val-
ues of real not apparent resistivity. Here is a plan of our work inside the Kharga city.
Fig.4. Structural lineaments map of the Kharga Oasis [6].
We showed the location of disintegration zones inside the upper part of the sections
(fig.6). We see that on the left side of the section is a very high resistivity block that is spreaded
until 192 m. It coincides to the resolution of our device for the frequency 1.27 Khz. At the
middle of the section we see a horizontal layered and vertical layered conductive block, which
can be linked with aquifer. The disintegration zones are spreaded to the depth about 40m also
in the conductive block.

Fig.5 Detailed scheme of geophysical work, map of Egypt
..
Fig.6. Plan of electromagnetic profiles in a frame of frequency-geometrical method [7]
From the received results (fig.7, a-d) we can see that the structure of the aquifer is not
homogeneous. As we go to the southern profiles (3-5) the disintegration zones are shallower. It
is needed to continue detailed electromagnetic frequency-geometrical measurements for lower
frequencies on additional latitude and longitudinal profiles for constructing the 3-D electromag-
netic model of the aquifer. It is needed to calculate the amount of deep horizons water.
In Baris we had solved a geotechnical problem which was analogous to the problem of
the 15-th May City. We had made measurements in a frame of wide profile [1] with the same
device MFS-12 of the Institute of geophysics UB RAS, made in Russia Ekaterinburg. The de-
tailed studies demand higher frequencies and the step of the receiver - 5m. The profiles 1 and 3
are parallel to each other and the 2 profile was perpendicular to them.

a) b)
c) d)
Fig.7. Geoelectrical sections of profiles: a)-profile2, b)-profile3, c)-profile4, d)-profile5 (fig.6)
1 6 11 16 21 26 31 36
-192
-172
-152
-132
-112
-92
-72
-52
-32
-12
0 100 200 300 400 500 600 700
Geoelectrical section: Profile K.2, for the frequency .635 kHz.
Kharga. 2 of June 2013
Pk
m
m
0 20 50 90 150 200 300 400 500 750 1000 2000 5000 or more (Om•m)
Mo
~
less .1
.1 - .2
.2 - .5
.5 - .7
.7 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 6
6 - 10
10 or more
1 6 11 16 21 26 31
-192
-172
-152
-132
-112
-92
-72
-52
-32
-12
0 100 200 300 400 500 600
Kharga. 4 of March 2014
Pk
m
m
0 20 50 90 150 200 300 400 500 750 1000 2000 5000 or more (Om•m)
Mo
~
less .1
.1 - .2
.2 - .5
.5 - .7
.7 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 6
6 - 10
10 or more
1 6 11 16 21 26 31 36 41
-192
-172
-152
-132
-112
-92
-72
-52
-32
-12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Pk
m
m
0 20 50 90 150 200 300 400 500 750 1000 2000 5000 or more (Om•m)
Mo
~
less .1
.1 - .2
.2 - .5
.5 - .7
.7 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 6
6 - 10
10 or more
1 6 11 16 21 26 31 36 41
-192
-172
-152
-132
-112
-92
-72
-52
-32
-12
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Pk
m
m
0 20 50 90 150 200 300 400 500 750 1000 2000 5000 or more (Om•m)
Mo
~
less .1
.1 - .2
.2 - .5
.5 - .7
.7 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 6
6 - 10
10 or more

a) b)
c)
Fig.8. Geoelectrical sections: a)-profile 1, b)-profile-3, c)-profile-2
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
-42
-37
-32
-27
-22
-17
-12
-7
-2
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
Geoelectrical section: Wide Profile 3, for the frequency 40.62 kHz.
Paris (90 km from Kharga). 2 of August 2015
Pk
m
m
0 20 50 90 150 200 300 400 500 750 1000 2000 5000 or more (Om•m)
Mo
~
less .1
.1 - .2
.2 - .5
.5 - .7
.7 - 1
1 - 2
2 - 4
4 - 6
6 - 10
10 or more

Between the pickets 17-19 (fig.8, a-c) we see on all profiles an object with different
intensity of an unknown nature. It needs additional monitoring research to estimate the degree
of changing of their parameters for answering of the question how it is linked with the cracks
on the house located near the profiles.
Conclusions
The analytical treatments provided good information about the structure of the rock
massive and its rank of degradation, the lateral distribution of the geotechnical heterogeneity,
and finally a conclusive outcome about foundation stability. We can conclude that the general
dynamic state close to the destruction level within the investigation areas is getting worse over
the time; this is reflected in the crack’s densities and positions, also on the changes in the lateral
distribution of geoelectrical heterogeneity as an indicator of the saturation of the surface rock
in the study area with water.
References
1. El-Sankary, M.M.2002.Geological,sedimentological and radioactive units of the
Quaternary sediments, El Kharga Depression ,Western Desert, Egypt. Unpublished Ph.D.The-
sis. Ain Shams Univ., Egypt, 241p.
2. Kehl,H and Bornkamm,R.1993. Landscape ecology and vegetation units of the
Western Desert of Egypt. Catena Supplement 26.
3. Klitzsch E. and Hermina M. 1989. The Mesozoic. In Stratigraphic lexicon and ex-
planatory notes to the geological map of Egypt 1: 500 000 (EGPC & Conoco Inc., Cairo),
pp. 77-140.
4. The geology of Egypt. 1989.
5. Dept. of water resources in Kharga, 2014, Boreholes information of Kharga and Baris
Oases, Egypt (Personal communication).
6. El-Shazly E., Abdel Hady M., El Ghawaby M., Salman A., El Kassas I., Khawasik
S., El Amin H., El Rakaiby m., El Aassy I., Abdel Megid A., Mansour S. 1980. Structural
lineaments map of the Kharga Oasis, Remote sensing Center, Cairo, Egypt.
7. Magdy A. Atya, Olga A. Hachay, Mamdouh M. Soliman, Oleg Y. Khachay, Ahmed
B. Khalill, Mahmoud Gaballah, Fathy F.Shaaban and Ibrahim A.El. Hemali 2010.CSEM imag-
ing of the near surface dynamics and its impact for foundation stability at quarter 27,15-th of
May City, Helwan, Egypt, Earth sciences research journal, Vol.14, N1, pр.76-87.
8. Аттиа М., Хачай О.А., Хачай О.Ю., Эль Сайед Эль Саид А.2014. Определение
геотехнических параметров среды с помощью данных электромагнитного мониторинга
с контролируемым источником, Уральский геофизический вестник, №2, с.4-12.

КАРЬЕРНЫЙ ТРАНСПОРТ

УДК 622.684:629.353:629.11.012.55 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.093
Кульпин Александр Геннадьевич
старший преподаватель,
Кузбасский государственный технический
университет имени Т.Ф. Горбачева,
650028, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
e-mail: kag.ea@mail.ru
Стенин Дмитрий Владимирович
университет имени Т.Ф. Горбачева
e-mail: stenindv@mail.ru
Култаев Евгений Евгеньевич
студент,
университет имени Т.Ф. Горбачева
e-mail: wow-wows@yandex.ru
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ
ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ
АВТОСАМОСВАЛОВ НА
ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ
КРУПНОГАБАРИТНЫХ ШИН
Kulpin Alexander G.
Senior lecturer,
Kuzbassky State Technical University
named after T.F. Gorbachev,
650028, Kemerovo, 28 Vesennyaya st.
e-mail: kag.ea@mail.ru
Stenin Dmitry V.
assistant professor,
candidate of technical sciences.,
named after T.F. Gorbachev
e-mail: stenindv@mail.ru
Kultaev Eugene E.
student,
named after T.F. Gorbachev
e-mail: wow-wows@yandex.ru
ESTIMATION THE INFLUENCE
OF MINING DUMP TRUCKS OPERATING
CONDITIONS ON LARGE-SIZED TIRES
THERMAL CONDITION
Аннотация:
Рассмотрено влияние условий эксплуатации на
тепловое состояние крупногабаритных шин.
Получена зависимость температуры шины и ее
ходимости от коэффициента использования
грузоподъемности, скорости движения.
Ключевые слова: карьерный автосамосвал, пнев-
матическая шина, ресурс шины, износ, темпера-
турный режим шин, коэффициент использова-
ния грузоподъемности, скорость движения
Abstract:
The Influence of operating conditions on a thermal
condition of large-sized tires is considered. The de-
pendence of the tire temperature and its divergence
from load-carrying capacity utilization factor,
speed of travel is obtained.
Key words: mining dump truck, a pneumatic tire,
tire resource, wear, tire temperature conditions,
load-carrying capacity utilization factor, speed of
travel
Добыча полезных ископаемых открытым способом занимает ведущее место в гор-
нодобывающей промышленности. При данном способе добычи основным видом техни-
ческого транспорта является карьерный автомобильный транспорт. Затраты на авто-
транспорт составляют 50 – 60 % от себестоимости перевезенной горной массы, причем
большую часть занимают затраты на топливо (более 50 %) и шины (25 – 30 %) [1].
В настоящее время резервом снижения себестоимости транспортирования горной
массы является более полное использование ресурса крупногабаритных шин, как пока-
зано на рис. 1 [2].
Недоиспользование ресурса крупногабаритных шин происходит по следующим
причинам:
– естественный износ протектора (81 %);
– тепловые и усталостные разрушения – расслоение корда, отслоение протектора
и боковин (15 %);
– механические повреждения, вызванные порезами и проколами шин (3 %);
– заводской брак (1 %).
На ресурс шин карьерных автосамосвалов оказывает влияние множество факто-
ров, основными из которых являются:

– коэффициент использования грузоподъемности (γгр);
– средняя эксплуатационная скорость движения (Vсэ), т. е. средняя скорость авто-
самосвала за время нахождения его на линии. При расчете этой скорости учитывалось
все время пребывания автомобиля в наряде, а также затраты времени на простои под
погрузкой и разгрузкой;
– продольный уклон дороги (i);
– температура окружающего воздуха (tос).
Вышеперечисленные факторы влияют на тепловое состояние шины и тем самым
на ее работоспособность и ходимость. При температурах свыше 110ºС происходит ухуд-
шение механических свойств материала шины, что снижает ее надежность, уменьшает
износостойкость и прочность.
Рис. 1 – Ходимость крупногабаритных шин
Повлиять на все эти факторы не представляется возможным, так как изменение
продольного профиля дороги возможно только на этапе формирования карьера, а на тем-
пературу окружающей среды вообще нельзя никак повлиять. Поэтому остается всего два
фактора, с помощью которых можно управлять ходимостью шин: средняя эксплуатаци-
онная скорость автосамосвала и коэффициент использования грузоподъемности.
Для определения рациональных значений средней скорости движения и коэффи-
циента использования грузоподъемности экспериментальным путем в условиях филиала
ОАО «УК «КРУ «Кедровский угольный разрез» были проведены исследования. Объек-
том при этом являлся температурный режим шин автосамосвалов БелАЗ-75131 и БелАЗ-
75136 грузоподъемностью 130 т. Исследования выполнялись с помощью универсальной
системы температурного мониторинга, которая фиксирует температуру шины в течение
заданного времени, и далее полученная информация обрабатывается на персональном
компьютере.
Изменение температурного состояния шин фиксировалось с помощью специаль-
ных датчиков «Термохрон DS1921G iButton» (рис. 2).
Термохрон DS1921G iButton – мощная самостоятельная система, которая выпол-
няет измерения температуры и сохраняет результат в защищенной области памяти. Ре-
гистрация температуры производится с установленной пользователем частотой в виде
абсолютных значений и в форме гистограммы.
56,4
76,7 78,8
75
110 110
0
20
40
60
80
100
120
Белшина Michelin Bridgestone
Пробег, тыс. км
средний пробег нормативный пробег

Датчики устанавливались на заднее правое наружное колесо (Белшина, модель
Бел-102, серийный номер 0509 Бел 1772, размер 33.00R51) и правое переднее колесо
(MICHELIN, модель XDTA, серийный номер VVB074A2A, размер 33.00R51).
Рис. 2 – Внешний вид датчика «Термохрон DS1921GiButton»
После демонтажа и разборки колес датчики были закреплены на центре беговой
дорожки и на боковине шины. Расположение датчиков в колесе показано на рис. 3.
Рис. 3 – Расположение датчиков в колесе:
1 – датчик, расположенный по центру беговой дорожки; 2 – датчик, расположенный на
боковине шины; 3 – шина; 4 – обод колеса
Для более удобного внесения данных в ПК, с помощью штатных датчиков си-
стемы дистанционного контроля параметров автосамосвала, фиксировались такие пока-
зания, как температура окружающего воздуха, продольный уклон дороги, коэффициент
использования грузоподъемности.
Эксперимент проводился в течение 4-х лет, охватывая все сезоны года с темпера-
турой окружающего воздуха от –43 о
С до +38 о
С, продольный уклон трассы варьировался
от 0 до 9 %. Было сделано более 12000 замеров.
После проведения эксперимента данные были обработаны и получены следую-
щие уравнения регрессии для передней и задней оси автосамосвала:
передняя ось
;976,32073,0812,0155,31671,0 с.эГРосш  itТ (1)
задняя ось
.992,27541,6547,1135,35743,0 с.эГРосш  itТ (2)
Обработка экспериментальных данных показала, что температура шин, изменяю-
щаяся от +24 о
С до 105 о
С, зависит от таких параметров, как средняя эксплуатационная

скорость движения автосамосвала и коэффициент использования грузоподъемности.
Средняя эксплуатационная скорость, в свою очередь, варьировалась от 8 до 18 км/ч, а
коэффициент использования грузоподъемности от 0,7 до 1,1. Зависимость температуры
шины (Тш) представлена на рис. 4 и 5.
Рис. 4 – Зависимость температуры шины Тш
от коэффициента использования грузоподъемности γгр
Рис. 5 – Зависимость температуры шины Тш
от скорости движения автосамосвала Vсэ
Полученные зависимости позволяют определить рациональный коэффициент ис-
пользования грузоподъемности, что, в свою очередь, даст возможность использовать ка-
рьерные самосвалы более эффективно, т. е. снизить затраты на их эксплуатацию, увели-
чить ходимость шин и снизить себестоимость добычи полезных ископаемых.
60
70
80
90
100
110
120
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4
Тш,°С
γ,гр
Тш = -11,324γгр
2 + 55,225γгр + 55,027
60
70
80
90
100
110
120
130
5 10 15 20 25 30 35 40
Тш,°С
Vсэ, км/ч
Тш = -0,0066Vсэ2 + 1,5565Vсэ + 71,186
R² = 0,9635

1. Хорешок А.А. Управление ресурсом шин как фактор повышения эффективно-
сти работы карьерных автосамосвалов / А.А. Хорешок, А.Г. Кульпин, Е.Е. Кульпина //
Горное оборудование и электромеханика. – 2009. - № 5. – С. 45 – 47.
2. Кульпин А.Г. Управление показателями условий эксплуатации крупногабарит-
ных шин и их влияние на производительность карьерных автосамосвалов / А.Г. Кульпин,
Д.В. Стенин, Е.Е. Кульпина // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: сборник
материалов XV международной научно-практической конференции «СИБРЕСУРС
2014» - 2014 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://science.kuzstu.ru/wp-con-
tent/Events/Conference/Sibresource/2014/materials/pages/sections.htm
3. Карьерный автотранспорт: состояние и перспективы / П.Л. Мариев, А.А. Куле-
шов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. - СПб.: Наука, 2004. – С. 429.
4. Зырянов Н.В. Методика определения влияния условий эксплуатации на долго-
вечность конструкций карьерных автосамосвалов / Н.В. Зырянов // Цветная металлургия.
– 1994. – № 4 - 5. – С. 22 - 23.
5. Казарез А.И. Эксплуатация карьерных автосамосвалов с электромеханической
трансмиссией / А.И. Казарез, А.А. Кулешов. - М.: Недра, 1988. – С. 264.

УДК 622.013.3 : 622.6]:004.9 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.098
Левин Евгений Львович
главный специалист
отдела открытых горных работ,
транспорта и генплана,
ОАО «Гипроруда»,
Ленинский пр., 151
e-mail: elevin@giproruda.ru
Сердюков Андрей Леонидович
генеральный директор,
ОАО «Гипроруда»
e-mail: info@giproruda.ru
Запорожец Владимир Юрьевич
главный инженер проектов,
Абросимова Галина Геннадьевна
начальник отдела открытых горных работ,
Кудряшов Владимир Сергеевич
главный горняк - заместитель начальника
отдела открытых горных работ,
ИНФОРМАЦИОННО-РАСЧЕТНЫЙ
КОМПЛЕКС КОМПЬЮТЕРНЫХ
СРЕДСТВ ДИНАМИЧЕСКОГО
ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И ПЛАНИРОВАНИЯ
ГОРНОТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ
В КАРЬЕРЕ
Levin Eugene L.
Chief specialist of open pit mining,
transport and general layout design department,
OJSC «Giproruda»,
196247, St-Petersburg, 151 Leninsky avenue
e-mail: elevin@giproruda.ru
Serdukov Andrey L.
General director,
OJSC «Giproruda»
Zaporozhez Vladimir Yu.
Candidate of technical sciences,
chief project engineer. OJC «Giproruda»
Abrosimova Galina G.
The head of Open pit mining,
transport and general layout design department,
OJSC «Giproruda»
Kudryashov Vladimir S.
Chief mining engineer,
deputy head of open pit mining transport
and general layout design department,
OJSC «Giproruda»
COMPUTER AIDED MODEL FOR
DYNAMIC OPTIMAL OPEN PIT MINE
OPERATIONS DESIGN
AND SCHEDULING
Аннотация:
Предложен набор информационно-расчетных
средств динамического моделирования отра-
ботки карьера в условиях изменения экономиче-
ской и горнотехнической ситуации, предназна-
ченный для проектирования и планирования гор-
нотранспортных работ на основе предлагаемой
матричной модели открытых горных работ.
Разработанная модель может стать допол-
нением к проектной документации.
Ключевые слова: карьер, границы, производ-
ственная мощность, динамическое компьютер-
ное моделирование, автоматизированное про-
ектирование
Abstract:
A computer-aided design model has been offered for
pit mining dynamic modeling with changing eco-
nomical and mine-engineering situation aimed at
design and mining operations planning in terms of
the proposed matrix model of open pit mining oper-
ations. The model could become a supplement to de-
signing plans and specifications.
Key words: open pit, boundaries, output, dynamic
computer modeling, computer-aided design

В ОАО «Гипроруда» разработан набор информационно-расчетных средств дина-
мического компьютерного моделирования отработки карьера в условиях изменения эко-
номической и горнотехнической ситуации, предназначенный для проектирования и пла-
нирования горнотранспортных работ (апробирован в Гипроруде при оптимизации пара-
метров ряда крупных карьеров).
Изменение ситуации может быть обусловлено пересмотром границ, очередей от-
работки и мощности карьера и обогатительной фабрики (ОФ), падением (ростом) цен на
производимую продукцию, заменой основного горнотранспортного оборудования,
уточнением инженерно-геологических условий разработки, необходимостью ликвида-
ции отставания вскрышных работ и др.
В рассматриваемом информационно-расчетном комплексе сделан акцент на по-
вышение информационных возможностей пред- и постобработки исходных и промежу-
точных данных, используемых в системе автоматизированного проектирования и плани-
рования. Применение стандартной СУБД MS Access с набором SQL-запросов и встроен-
ными средствами разработки приложений позволило существенно расширить возмож-
ности известных горно-геологических пакетов программ оптимизации карьеров.
Оптимизация границ и календарного графика горнотранспортных работ выполня-
ется на множестве однотипных таблиц в Excel, сформированных из матричной модели
оптимизируемого карьера (приложения MS Access) по результатам моделирования ме-
сторождений и карьеров в комплексах Datamine, Micromine, Whittle, PitDelevel [1 – 2] и
др.
Интерактивный набор объемов горной массы, руд и др. производится из объемов
на горизонтах в прирезках между смежными оболочками. Стартовое состояние табл. 1
может быть сформировано в Whittle, PitDelevel и др. или на основе ранее разработанных
планов горных работ. Используется метод вариантов при оценке границ и производ-
ственной мощности.
Контуры внутри карьера формируются из контуров оболочек. Под понятием
«оболочка» карьера (Pit Schell в Whittle) понимается его поверхность (устойчивый борт
карьера в варианте конечного контура), построенная в Whittle, PitDelevel и др. с учетом
физико-механических свойств руд и пород, углов откосов уступов, ширины предохрани-
тельных и транспортных берм на горизонтах.
Ниже представлены матрицы интерактивного набора календарных графиков гор-
нотранспортных работ в предварительно нарезанных оболочках карьера (табл. 1) и объ-
емов нарезки горной массы в этих оболочках (табл. 2).
В строках табл. 1 зафиксированы отметки горизонтов, в столбцах – номера обо-
лочек карьера, нарезанных в Whittle или PitDelevel. В каждой клетке таблицы интерак-
тивно задается номер периода (пятилетка, год, квартал, месяц и т. п.). В частности, в
табл. 1 зафиксированы номера лет отработки. После 10-го года набор календаря идет по
пятилеткам.
Ячейки матрицы интерактивного набора и матричных моделей объемов привя-
заны через СУБД MS Access к наборам ячеек блочной модели месторождения, горизон-
там, секторам (участкам), прирезкам между оболочками.
Матрицы интерактивного набора производственной мощности (табл. 1) и объемов
горной массы (табл. 2) определяют основные нагрузки на горнотранспортный комплекс
и необходимые темпы понижения горных работ на горизонтах, в секторах и участках
карьера.
Одновременно формируется семейство матриц со структурой, аналогичной табл.
1, для фиксации расчетных объемов добычи разносортных руд и компонентов в них,
транспортных работ, размеров площадок на горизонтах, фронтов работ и др. с разбивкой
на участки и сектора карьера. В процессе интерактивного набора автоматически форми-
руются также технико-экономические оценки добычи и переработки руд для принятия
решения о порядке отработки карьера и его этапов (очередей). В технико-экономических

расчетах в части транспорта, выполняемых автоматически в Excel, одновременно с набо-
ром календарей, учитывается также расстояние откатки до заданных пунктов разгрузки
пород в отвалы и руд на обогатительную фабрику.
Таблица 1
Фрагмент матрицы интерактивного набора графика развития
производственной мощности и оптимизации границ карьера
№№
оболочек /
горизонты
3 4 5 6 7 8 9 10 13 16 19 23
205 1 2 2 2 15 20 20 25
190 1 1 1 2 2 2 15 20 20 25
175 1 1 1 3 3 3 20 20 25 25
160 1 1 1 3 3 3 20 20 25 25
145 1 1 1 3 3 3 20 20 25 25
130 1 1 1 1 3 3 4 20 25 25 25
115 1 1 1 1 4 4 4 20 25 25 30
100 1 1 1 1 4 4 5 20 25 25 30
85 1 1 1 1 5 5 5 20 25 25 30
70 1 1 2 2 5 5 6 20 25 25 30
55 1 1 2 2 5 5 6 20 25 30 30
40 1 1 3 3 6 6 6 20 25 30 30
25 1 1 3 3 6 6 6 20 25 30 30
10 1 1 3 4 6 6 6 20 25 30 30
-5 1 1 3 4 6 7 7 20 25 30 30
-20 1 1 4 4 7 7 7 20 30 30 35
-35 1 2 2 4 4 7 7 7 25 30 30 35
-50 1 2 2 4 4 8 8 8 25 30 30 35
-65 1 2 2 4 4 8 8 8 25 30 30 35
-80 1 2 2 4 4 8 8 8 25 30 30 35
-95 1 2 2 5 5 8 9 9 25 30 30 35
-110 1 2 2 5 5 9 9 9 25 30 30 35
-125 1 3 3 5 5 9 9 10 25 30 30 35
-140 1 3 3 7 7 10 10 10 25 30 30 35
-155 1 3 4 7 7 10 10 10 25 30 30 35
-170 2 4 5 7 9 15 15 15 25 35 35 40
-185 2 4 5 8 9 15 15 15 30 35 35 40
-200 3 6 6 9 15 15 15 15 30 35 35 40
-290 7 7 15 15 15 15 20 20 30 35 35 40
-395 20 20 20 25 25 30 35 40 45
-500 25 25 25 35 40 40 45
-545 25 30 35 40 40 45
-665 40 45 45 50
-755 45 50
-770 45 50
-905 50

Таблица 2
Фрагмент матричной модели горной массы в оболочках карьера
№№
оболочек /
горизонты
3 4 5 6 7 8 9 10 13 16 19 23
205 0.3 0.8 1.4 2.5 2.6 4.5 5.3 2.7
190 0.1 0.2 0.3 1.6 1.6 3.8 2.6 4.3 5.3 3.0
175 0.2 0.4 0.9 1.6 2.4 3.6 2.9 4.6 5.5 2.6
160 0.2 0.4 0.7 1.7 2.2 4.2 3.1 4.4 5.7 3.3
145 0.1 0.3 0.7 1.5 2.4 3.9 3.2 4.4 5.3 2.8
130 0.2 0.3 0.3 0.8 1.8 2.2 4.4 3.1 4.2 5.5 3.1
115 0.2 0.6 0.5 0.6 2.3 2.3 4.3 2.8 4.4 5.3 2.8
100 0.4 0.5 0.8 1.3 2.1 2.9 3.8 3.0 4.3 5.3 2.6
85 0.3 0.7 1.2 1.7 2.4 2.5 4.2 2.7 4.3 4.9 3.2
70 0.2 0.3 0.9 1.6 2.3 3.0 3.5 2.8 4.4 5.0 2.6
55 0.1 0.3 1.1 1.2 2.5 2.8 4.4 2.7 4.0 4.9 2.7
40 0.0 0.1 0.8 1.1 2.0 3.2 4.2 3.0 4.0 4.9 2.2
25 0.1 0.1 0.9 1.9 2.4 3.2 4.8 3.1 3.9 4.8 3.0
10 0.1 0.1 0.8 1.5 2.4 3.2 4.4 2.8 4.0 4.7 2.6
-5 0.2 0.2 1.0 2.0 3.0 3.7 5.0 3.1 3.7 5.0 2.5
-20 0.1 0.3 1.1 1.8 2.8 3.9 4.6 2.9 3.6 4.5 2.2
-35 0.2 0.7 1.0 2.3 2.7 2.9 3.8 4.9 2.8 3.5 4.9 2.6
-50 0.5 1.0 1.3 3.2 3.0 3.1 3.9 4.5 2.8 3.4 4.5 2.4
-65 0.6 1.3 1.9 4.0 3.1 3.3 3.7 4.7 2.8 3.4 4.7 2.3
-80 0.6 1.3 2.1 4.5 3.2 3.1 3.8 4.3 2.7 3.4 4.4 2.4
-95 1.0 1.3 2.4 4.2 3.3 3.1 3.4 4.4 2.6 3.3 4.3 2.5
-110 1.0 1.3 2.7 4.5 3.3 3.2 3.7 4.0 2.4 3.3 4.0 2.3
-125 0.9 1.8 4.0 4.7 3.2 2.9 3.5 4.3 2.5 3.1 4.1 2.2
-140 1.3 2.8 4.6 5.3 2.8 3.0 3.6 3.9 2.4 3.1 3.9 2.2
-155 1.7 3.0 4.5 5.7 2.9 2.9 3.1 4.3 2.2 3.0 3.9 2.1
-170 2.2 2.7 4.7 6.1 3.1 2.8 3.2 4.0 2.4 3.0 4.0 2.1
-185 2.4 3.5 4.8 6.2 3.0 2.8 3.3 4.0 2.3 2.8 3.7 2.0
-200 2.5 3.0 5.3 6.3 3.0 2.8 3.2 3.9 2.3 2.8 4.0 2.0
-290 0.2 1.0 1.8 6.4 2.9 2.6 3.1 3.6 2.0 2.4 3.3 1.8
-395 1.3 1.6 2.7 2.4 3.0 1.8 2.3 2.8 1.2
-500 0.1 1.1 2.1 1.5 2.0 2.6 1.2
-545 0.1 1.4 1.4 1.7 2.3 1.0
-665 0.5 1.3 2.0 1.3
-755 1.4 0.7
-770 1.3 1.0
-905 0.1
Результаты интерактивного набора календарных графиков горнотранспортных
работ немедленно отображаются в виде вышеперечисленных таблиц и графиков
(рис. 1 – 2), позволяющих оперативно рассмотреть варианты промежуточных или конеч-
ных границ развития мощности. При этом обеспечивается возможность экспресс-оценки
коэффициентов запаса устойчивости (КЗУ) бортов карьера в промежуточных его поло-
жениях.
Неотъемлемой частью матричной модели является база данных с контурами обо-
лочек на горизонтах на конец каждого этапа и планируемого периода.

Рис. 1 – Графики развития производственной мощности в вариантах отработки этапа 1,
проектного и оптимального контуров карьера
Из графиков (рис. 1) видно, что минимальный карьер (этап 1) может быть отрабо-
тан примерно за 30 лет при добыче 20 млн т/год. При этом пиковое количество автоса-
мосвалов (44 – 52 шт. при подъеме горной массы на поверхность) наблюдается с 4-го по
11-й гг. отработки. Карьер до проектной отметки дна может быть отработан примерно
за 40 лет. Пиковое количество автосамосвалов (44 – 51 шт.) выявлено с 4-го по 30-й гг.
отработки. Наиболее напряженным является календарный график отработки карьера до
отметки оптимального карьера (КО, оптимальный по денежному потоку, срок отработки
50 лет). Пиковое количество автосамосвалов (52 – 98 шт.) имеет место с 15-го по 30-й
гг. отработки.
Ниже на рис. 2 приведены графики изменения нарастающих объемов горной
массы и отметок дна оптимального карьера по мере его отработки, позволяющие допол-
нительно оценить необходимость и техническую возможность изменения схемы вскры-
тия, ввода комплексов ЦПТ и (или) применения подземных выработок для доставки руд
и пород на поверхность.
Рис. 2 – Графики изменения нарастающих объемов горной массы, отметки дна
и средней отметки подъема горной массы по мере отработки оптимального карьера
43
32
12
-32
-20
-15
-54
-25
1
-17
4
25
-29
-142
-261
-385
-433
-450
-170-185-215-230-245-260-305-305-320-320
-380
-440
-515
-575
-635
-710
-785
-905
29
78
134
197
260
326
390
459
532
605
989
1
514
2
062
2
587
2
994
3
292
3
472
3
519
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1 000
-800
-600
-400
-200
0
200
Периоды
Отметкикарьера,м
0
500
1 000
1 500
2 000
2 500
3 000
3 500
4 000
Средняя отметка, м
Отметка дна карьера, м
Горная масса нарастающая, млн.т.
Горнаямасса,млн.т.
Суммарный график развития производственной мощности карьера
(восточный и западный борта).
12
32 34
44 42 43
47 47
44 43
35
28
20
2 0 0 0 0
12
32 34
44 42 43
47 47 45
48
52
60
76
98 97
88
63
20
12
32 34
44 42 43
47 47 45
48
52 51
47
49
26
3
0 0
0
5 000
10 000
15 000
20 000
25 000
30 000
35 000
40 000
45 000
50 000
55 000
60 000
65 000
70 000
75 000
80 000
85 000
90 000
95 000
100 000
105 000
110 000
115 000
120 000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Периоды
Рудаигорнаямасса,тыс.т./год
0
20
40
60
80
100
Руда 1 этап, тыс.т./год Горная масса 1 этап, тыс.т./год
Руда проект, тыс.т./год Горная масса проект, тыс.т./год
Руда КО, тыс.т./год Горная масса КО, тыс.т./год
Количество а/с 1 этап, шт. Количество а/с КО, шт.
Количество а/с проект, шт.
Автосамосвалы,шт.

На рис. 2 средняя отметка – это отметка, средневзвешенная по объемам, от ко-
торой горная масса поднимается на борт карьера до отметки +205 м, (табл. 1 – 2).
Из рис. 2 видно, что к 25-му периоду добывается более 50 % горной массы; карьер
углубляется до отметки –515 м. При этом начинается значительный рост средневзве-
шенной высоты подъема и грузовой работы; темп углубки сохраняется на уровне 15
м/год до 45-го периода. Из анализа графиков рис. 1 – 2 напрашивается вывод о необхо-
димости перехода на альтернативный способ подъема части горной массы не позднее
25-го года. Из рис. 1 видно, что расчетное количество автосамосвалов достигает 98 шт.
в максимальном контуре карьера. Это может создать практически непреодолимые труд-
ности при проветривании карьера глубиной свыше 1000 м (см. график «отметка дна
карьера», рис. 2).
Анализ графиков рис. 1 – 2 и табл. 1 – 2 позволяет также выявить возможности
плавного перехода от этапа к этапу без снижения добычи. При этом оцениваются необ-
ходимые темпы понижения горных работ в переходные периоды и горнотранспортные
возможности обеспечения этих темпов. Возможности плавного перехода от этапа к этапу
без снижения добычи при существенном изменении ТЭП в сценариях реализуются в мат-
ричной модели на ее Excel-таблицах интерактивным изменением табл. 1.
В процессе оптимизации границ и этапов отработки карьера может быть выпол-
нена экспресс-оценка в 2D геомеханической обстановки в его бортах и дне для наиболее
критичных по коэффициенту запаса устойчивости профилей с помощью разработанного
для Excel приложения или по методике ВНИМИ. При снижении КЗУ ниже допустимого
корректируется матричная модель (в MS Access) и продолжается интерактивный набор
графика отработки карьера.
Подготовка исходных данных для расчетов КЗУ в Excel-приложении выполняется
в соответствии с нормативными документами. Настройка этого приложения на конкрет-
ные горно-геологические условия выполняется с учетом поверхностей ослабления, ис-
ходного НДС массива горных пород, условий его зажима в дне карьера и прибортовом
массиве, выявленных тектонических напряжений, пригрузки бортов.
Моделирование имевшихся ранее деформаций бортов позволяет решить обрат-
ную задачу определения характеристик массива горных пород и ослабленных зон в рай-
оне деформаций для уточнения параметров модели и последующего применения.
В модели экспресс-оценки геомеханической обстановки реализован метод конеч-
ных разностей на сетке блоков с заданными геомеханическими характеристиками.
Напряжения и деформации определяются с учетом заданных ограничений и геомехани-
ческих свойств в каждой точке массива. Могут быть заданы дополнительные условия
интегрирования напряжений по поверхностям ослабления и зажима горного массива и
др., что приближает оценки НДС массива и КЗУ к результатам мониторинга массива и
расчетным по утвержденной методике оценкам устойчивости бортов карьеров.
Возможные поверхности скольжения могут быть выявлены итерационным обну-
лением (уменьшением) сцепления и трения в смежных с находящимися в предельно
напряженном состоянии точках.
Основные операции по обоснованию границ и графика развития производствен-
ной мощности карьера изложены ниже.
1) На подготовленной модели месторождения выполняется оконтуривание карь-
ера (нарезка оболочек) в ПК Whittle или PitDelevel с предварительной оценкой его отра-
ботки в сценариях развития рыночной ситуации с учетом статических ограничений на
подработку объектов поверхности.
2) Результаты, полученные в п. 1, импортируются в MS Access для последующего
интерактивного матричного набора в Excel календарных графиков горнотранспортных
работ с их оценкой. При этом карьерное пространство интерактивно разбивается на обо-
лочки этапов, секторы и участки, прорабатываемые в календарных графиках отдельно и

путем их комбинирования. Регулируются в динамике углы бортов карьера в зонах струк-
турных неоднородностей, имеющих опасное по устойчивости залегание. Перемоделиро-
вание карьера в Whittle не требуется.
3) П. 2 повторяется в вариантах производственной мощности карьера, его участ-
ков, секторов и блоков с учетом имеющихся статических и динамических ограничений
на подработку поверхностных, карьерных и подземных выработок и объектов, мощно-
стей обогатительной фабрики.
4) Формируется адаптированная к рыночным условиям информационно-расчет-
ная модель месторождения и карьера, а также его участков. Эта модель готовится в фор-
матах MS Access, Excel и экспортируется в Micromine, Surpac, Autocad и др.
5) На основе полученной информационно-расчетной модели дорабатывается оп-
тимальный из рассмотренных в п.п. 2 – 4 вариант в соответствии с требованиями на
разработку проектной документации.
Разбивка карьерного пространства на участки, оболочки (этапы), секторы, целики
позволяет подробно оценивать в пространстве и во времени переходные между этапами
объемы горнотранспортных работ, темпы понижения горных работ, углубки и др. В мат-
ричной модели карьера рассматриваются оптимизируемые контуры с размещенными на
бортах транспортными коммуникациями. Увязка рассчитываемых на этапах объемов
транспортирования с видом транспорта и зависящими от вида транспорта объемами ка-
рьера выполняется с помощью «фрезы» [1], запускаемой на матричной модели в задава-
емой зоне оформления рудоспуска, перегрузочной площадки на ж.д. транспорт, портала
откаточного тоннеля и т. п.
В результате моделирования фиксируются проектные решения по границам карь-
ера и календарным графикам горнотранспортных работ в рассматриваемых сценариях
развития рынка. При этом учитываются возможности нивелировки отставания вскрыш-
ных работ и ликвидации последствий деформаций бортов.
Увеличение эффективности отработки карьера обеспечивается выделением обо-
лочек и этапов его отработки с отнесением значительных объемов вскрышных работ на
более позднее время, формированием альтернативных схем вскрытия и транспорта гор-
ной массы, плавного изменения объемов работ между этапами (очередями) отработки
карьера.
Сформированная адаптивная информационно-расчетная модель карьера может
служить инструментом для дальнейшего текущего и перспективного планирования гор-
нотранспортных работ.
Выводы и предложения:
– Разработанная матричная информационно-расчетная модель карьера – инстру-
мент для разработки проектов и текущих планов горнотранспортных работ. Эта модель
может быть предложена в качестве дополнения к проектной и плановой документации.
– Предлагаемая методика совместного определения динамических границ и про-
изводственной мощности карьера с учетом горнотранспортных работ может быть пред-
ставлена как доступная технология при проектировании и планировании горных работ,
изложенная в специальных методических рекомендациях и в новой редакции «Норм
технологического проектирования горнодобывающих предприятий» [3], необходимость
актуализации которых, несомненно, назрела.
1. Левин Е.Л. Оптимизация границ, направления развития и календарного гра-
фика горных работ при проектировании карьеров в системе PitDelevel / Е.Л. Левин //
Компьютерные технологии при ведении открытых горных работ: сб. тр. Всероссийской
научной конференции с международным участием, 23 – 26 сентября 2008 г. – Апатиты;
СПб.: Реноме, 2009. - С. 99 – 103.

2. Особенности автоматизированного определения границ и рационального гра-
фика развития производственной мощности карьера / А.Л. Сердюков, А.В. Черепанов,
Е.Л. Левин, В.В. Квитка // Информационные технологии в горном деле: сб. докладов
Всероссийской научной конференции 12 - 14 октября 2011 г. – Екатеринбург: ИГД УрО
РАН, 2012. - С. 104 - 109.
3. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий
черной металлургии с открытым способом разработки / Министерство черной металлур-
гии СССР. - Л., 1986. – 261 с.

УДК 621.867.2 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.106
Реутов Александр Алексеевич
доктор технических наук, профессор,
Брянский государственный технический
университет,
241035, г. Брянск, бул. 50-летия Октября, 7
e-mail: aareutov@yandex.ru
УЛУЧШЕНИЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
РЕЗИНОТРОСОВЫХ
КОНВЕЙЕРНЫХ ЛЕНТ
Reutov Alexander A.
Doctor of technical sciences, professor,
Bryansk state technical university.
Russia, Bryansk, bul. 7, 50-year Oktyabrya
e-mail: aareutov@yandex.ru
RUBBER-ROPE CONEYOR
BELTS’ OPERATIONAL
PROPERTIES IMPROVEMENT
Аннотация:
Рассмотрены новая конструкция и способ изго-
товления резинотросовой конвейерной ленты,
сокращающей трудозатраты на изготовление
соединений концов. Тросы на концах отрезков
ленты изолированы от резины отдельными по-
лосами ткани, или бумаги, или пленки, располо-
женными поперек тросов. Сокращаются про-
стои конвейеров и технологического оборудова-
ния при навеске ленты.
Ключевые слова: трос, резина, соединение, рези-
нотросовая конвейерная лента, трудоемкость
Abstract:
Both the new design and method of manufacturing
rubber-rope conveyor belt are considered. Belt ap-
plication, reduces labour expenditures for ends
joints manufacture. The ropes at the ends of belt seg-
ments are isolated from rubber with individual cloth
strips or paper, or with a film placed across ropes.
Conveyors and manufacturing equipment down-
times are reduced when belt mounting is carried out.
Key words: rope, rubber, joints, rubber-rope con-
veyor belt, labor input
Резинотросовые конвейерные ленты (РТЛ) получили широкое применение в гор-
ной промышленности благодаря высокой прочности. Отечественные и зарубежные пред-
приятия изготавливают РТЛ со стальными латунированными тросами диаметром от 2,7
до 13,1 мм и номинальной прочностью от 500 до 7500 кН/м и больше.
Недостатком РТЛ является большая трудоемкость соединения их концов. Это
обусловлено тем, что тросы на концах ленты прочно соединены с межтросовой резиной,
армирующими элементами, обкладками и бортами. Удаление обкладок и бортов на кон-
цах ленты, отделение тросов от межтросовой резины осуществляют непосредственно на
конвейере или возле него вручную.
Существенно сократить трудоемкость соединения концов лент призвана новая конструк-
ция РТЛ, главным отличием которой является отсутствие прочного соединения тросов с
межтросовой резиной на концах ленты [1].
Описание конструкции РТЛ
Современное производство РТЛ позволяет изготавливать отрезки РТЛ точно заказанной
длины. РТЛ имеет различную конструкцию в средней части и на концах отрезка. Средняя
часть РТЛ имеет традиционную конструкцию и состоит из внутренней резины 1 и тросов
2, образующих резинотросовый каркас, брекерной прокладки 3, выполняющей функцию
армирующего элемента, верхней 4 и нижней 5 обкладок, бортов 6 (рис. 1а).
В качестве армирующих элементов, помимо брекерной прокладки 3, могут ис-
пользоваться тканевые полосы, проволочные пряди из латунированной стали или синте-
тических материалов.
На концах отрезков ленты тросы 2 изолированы от внутренней резины 1 тканью
7, не соединяющейся с резиной при вулканизации (рис. 1б). Вместо ткани 7 возможно
использование вощеной бумаги или полипропиленовой пленки. На концах отрезков
ленты брекерная прокладка 3 и другие армирующие элементы отсутствуют. Ткань 7 (или
бумага, или пленка) препятствует соединению тросов 2 с резиной 1 на концах отрезков

ленты, и тросы 2 находятся внутри оболочки, образованной обкладками 4, 5 и бортами
6, не соединенными с резиной 1.
а б
Рис. 1 – Поперечное сечение РТЛ:
а – средняя часть отрезка, б – конец отрезка
Поскольку длина L, на которую необходимо отделять тросы 2 при соединении
концов отрезков ленты известна, то на концах отрезков ленты тросы 2 должны быть изо-
лированы от внутренней резины 1 тканью 7 на участках такой же длины L (рис. 2).
а б
Рис. 2 – Продольный разрез конца отрезка РТЛ:
а – тросы 2 изолированы от внутренней резины 1 тканью 7 на участках длиной L;
б – тросы 2 изолированы от внутренней резины 1 отдельными полосами 8
Тросы 2 на концах отрезков РТЛ могут быть изолированы от внутренней резины
1 не сплошным целым куском ткани, а отдельными полосами 8, расположенными попе-
рек тросов на участках длиной L (рис. 2б). Таким образом, между полосами 8 имеется
участок вулканизированного соединения тросов 2 с межтросовой резиной 1. Концы тро-
сов 2 на концах 9 отрезков ленты должны быть плотно соединены с межтросовой рези-
ной 1 для предотвращения попадания влаги внутрь ленты через торцевое сечение конца.
Инструкции по эксплуатации РТЛ [2] рекомендуют схемы резинотросовых соеди-
нений со скошенным расположением концов тросов. Поэтому ткань 7 или отдельные по-
лосы 8 должны быть расположены поперек тросов 2 под рекомендуемым углом , рав-
ным 55 – 65 °. Тросы 2 на концах отрезков РТЛ могут быть изолированы от внутренней
резины 1 также слоем охлажденного расплава полимерного материала, например, поли-
пропилена или полиуретана.
Способ изготовления резинотросовой ленты
Изготовление отрезков новых РТЛ несущественно изменяет существующую тех-
нологию. До наложения на тросы резиновой смеси на концах будущих отрезков РТЛ на
тросы накладывают ткань (или бумагу, или пленку) для изоляции тросов от резиновой
смеси. Применение специального технологического полотна упрощает его размещение
на тросах [3]. Брекерную прокладку на ткань (или бумагу, или пленку) не накладывают.

Если известна длина L, на которую необходимо отделять тросы 2 при соединении
концов отрезков ленты, то используют отрезок ткани 7 длиной 2L, который накладывают
на тросы 2 двух смежных концов соседних отрезков резинотросовой ленты так, чтобы
середина 9 отрезка ткани 7 совпадала с границей двух смежных концов соседних отрез-
ков РТЛ (рис. 3а).
Таким образом, один отрезок ткани изолирует тросы от резиновой смеси на
участке длиной 2L. РТЛ на отрезном станке разрезают на отрезки требуемой длины по
серединам 9 отрезков ткани 7 длиной 2L. После разрезания образуется два смежных
конца длиной L каждый двух отрезков РТЛ.
Для изоляции тросов 2 от резиновой смеси 1 может использоваться не цельный
отрезок ткани 7 (или бумаги, или пленки), а отдельные полосы 8, располагаемые поперек
тросов 2 под углом  (рис. 3б). Отдельные полосы 8 укладывают на тросы 2 до наложе-
ния резиновой смеси 1. Брекерную прокладку на полосы не накладывают.
После вулканизации РТЛ охлаждают и разрезают на отрезки требуемой длины
так, чтобы линия реза проходила через середину 10 отрезка ткани 7 или была парал-
лельна полосам 8. То есть линия реза проходит поперек тросов под углом . Каждый
отрезок РТЛ наматывают на бобину и упаковывают.
а
б
Рис. 3 – Схема размещения отрезка ткани (а) длиной 2L и полос ткани (б)
на тросах смежных концов соседних отрезков РТЛ (вид сверху)
Вместо отрезков ткани (или бумаги, или пленки) для изоляции тросов от резино-
вой смеси может быть использован расплав изолирующего материала, температура плав-
ления которого выше температуры вулканизации резины. В качестве изолирующего ма-
териала может быть использован, например, полипропилен или полиуретан. Для этого
растянутые тросы пропускают через камеру, внутри которой обливают расплавом или
окунают в расплав изолирующего материала. После выхода тросов из камеры, остывая
путем естественного или принудительного охлаждения, изолирующий материал обра-
зует слой на поверхности тросов, изолирующий их от резиновой смеси. Брекерную про-
кладку на слой изолирующего материала не накладывают. Вместо окунания в расплав
может быть использовано распыление расплава изолирующего материала на тросы
внутри камеры.

Способ изготовления соединения концов
Для использования в ленточных конвейерах концы отрезка РТЛ или нескольких
отрезков соединяют для образования замкнутого ленточного контура.
Новая конструкция РТЛ почти не меняет известную технологию изготовления со-
единения концов с использованием горячей вулканизации. При изготовлении соедине-
ния на концах отрезков РТЛ удаляют верхнюю и нижнюю обкладки, а также борта. Уда-
ляют ткань (или бумагу, или пленку, или полосы, или слой полимерного материала) и
внутреннюю резину, обрезают тросы на нужную длину согласно схеме соединения.
Соединение концов собирают в следующей последовательности. На нижнюю ре-
зиновую обкладку накладывают слой адгезионной резины и укладывают тросы в соот-
ветствии со схемой соединения. Промежутки между тросами заполняют резиновыми
прослойками. Все соединяемые поверхности предварительно освежают бензином-рас-
творителем, дважды промазывают клеем. Сверху тросов накладывают обкладочную ре-
зиновую смесь, по бокам соединения укладывают борта. Собранное соединение прика-
тывают роликом, сжимают и вулканизируют.
Поскольку на концах отрезков ленты тросы изолированы от внутренней резины
тканью (или бумагой, или пленкой, или слоем полимерного материала), то тросы легко
отделяются от внутренней резины. Отсутствие на концах отрезков РТЛ брекерной про-
кладки и других армирующих элементов упрощает и облегчает подготовку концов к
сборке соединения.
Если на концах отрезков РТЛ тросы изолированы от внутренней резины отдель-
ными полосами, расположенными поперек тросов, то перемычки внутренней резины
между отдельными полосами удерживают тросы от смещения и перепутывания при из-
готовлении соединения. Кроме того, перемычки внутренней резины предотвращают по-
падание влаги на поверхность тросов при хранении РТЛ.
Количество стыковых соединений, выполняемых непосредственно на конвейере
при навеске новой ленты или замене старой на новую, зависит от длины конвейера и
длины отрезков ленты. Даже если отдельные отрезки стыкуют до подачи на конвейер, то
для длинных конвейеров зачастую невозможно обойтись одним стыком непосред-
ственно на конвейере. Практически очень сложно разделать под стыковое соединение
один конец состыкованных отрезков ленты заранее (до заводки на конвейер), так как
разделанные тросы должны быть тщательно защищены от влаги и загрязнений, скреп-
лены вместе для транспортировки и протаскивания к месту стыковки. Кроме того, в усло-
виях горного предприятия технологическая операция соединения отрезков даже в ре-
монтном цехе остается сложной и трудоемкой.
Если непосредственно на конвейере (при навеске новой ленты или замене старой
ленты на новую) изготавливают только один стык, сокращение времени навески соста-
вит 4,5 – 5 часов.
Для изготовления вулканизированного соединения РТЛ в любом случае необхо-
димо отделение тросов на концах отрезков. Выполнение этой технологической операции
на заводе-изготовителе обеспечивает несравнимо более высокое качество при меньшей
себестоимости по сравнению с горным предприятием. Замена единичных работ на гор-
ном предприятии типовым технологическим процессом на заводе-изготовителе соответ-
ствует многовековой мировой тенденции перехода от кустарного производства к про-
мышленному.
Себестоимость конвейерных лент, изготавливаемых по предлагаемой технологии,
будет несущественно выше из-за добавления новых технологических операций. Однако
возможное увеличение стоимости новых РТЛ покрывается снижением затрат на изготов-
ление соединений, снижением убытков из-за простоя конвейеров.

Заключение
Улучшение эксплуатационных свойств РТЛ новой конструкции заключается в по-
вышении эффективности соединения их концов за счет сокращения времени и трудоза-
трат на разделку тросов [4].
Применение новых конструкций конвейерных лент позволит получить экономи-
ческий эффект горным предприятиям, эксплуатирующим ленточные конвейеры, за счет
сокращения трудозатрат на изготовление соединений концов лент при навеске на кон-
вейер, снижения времени простоя конвейеров и связанного с ними технологического
оборудования.
Экономический эффект также получат предприятия-изготовители новых кон-
струкций конвейерных лент за счет выпуска новой конкурентоспособной продукции с
добавленной стоимостью и увеличения своей доли на рынке.
1. Пат. 2518517 Российская Федерация, МПК B65G 15/36. Резинотросовая лента
и способ ее изготовления / А.А. Реутов. - № 2013109950/11; заявл. 05.03.2013, опубл.
10.06.2014, Бюл. № 16.
2. Руководство по выбору и эксплуатации конвейерных лент. - Курск:
ЗАО «Курскрезинотехника», 2004. – С. 82 – 86.
3. Пат. 2561156, Российская Федерация, МПК B65G 15/36. Технологическое по-
лотно / А.А. Реутов. - № 2014133383/11, заявл. 13.08.2014, опубл. 27.08.2015, Бюл. № 24.
4. Реутов А.А. Повышение эффективности соединений лент конвейеров / А.А. Ре-
утов // Справочник. Инженерный журнал. - 2000. -№3 (36). – С. 39 – 45.

РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД

УДК 622.235.213.42 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.112
Шеменев Валерий Геннадиевич
заведующий лабораторией разрушения
горных пород,
e-mail: rgp@igduran.ru
Жариков Сергей Николаевич
e-mail: 333vista@mail.ru
Меньшиков Павел Владимирович
e-mail: menshikovpv@mail.ru
Синицын Виктор Александрович
старший научный сотрудник
e-mail: sinicynva52@gmail.com
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ
ДЕТОНАЦИОННЫМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО
ВЕЩЕСТВА НИТРОНИТ
Shemenev Valery G.
the chief of the laboratory of rocks break down,
The Institute of Mining UB RAS
620075, Yekaterinburg, 58 Mamin-Sibiryak st.,
e-mail: rgp@igduran.ru
Zharikov Sergey N.
senior researcher,
e-mail: 333vista@mail.ru
Menshikov Pavel V.
junior researcher,
The Institute of Mining UB RAS
e-mail: menshikovpv@mail.ru
Sinitsyn Victor A.
senior researcher,
e-mail: sinicynva52@gmail.com
THE RELATIONSHIP BETWEEN
DETONATION CHARACTERISTICS
OF NITRONIT EMULSION EXPLOSIVE
Аннотация:
Взаимосвязь между детонационными характе-
ристиками эмульсионных взрывчатых веществ
в настоящее время не выражается в общей за-
кономерности, поэтому соотношение указан-
ных характеристик определяется эксперимен-
тально. В статье представлена сущность рео-
статного метода измерения скорости детона-
ции и подход к экспериментальному определе-
нию взаимосвязи между плотностью эмульси-
онных взрывчатых веществ (ЭВВ), скоростью
детонации и диаметром заряда для ЭВВ на при-
мере нитронита. В результате исследований
детонационных характеристик ЭВВ предложен
графоаналитический метод для определения
взаимосвязи между этими тремя параметрами,
позволяющий на начальном этапе прогнозиро-
вать скорость детонации по измеряемой плот-
ности при заряжании взрывной полости извест-
ного диаметра.
Ключевые слова: эмульсионные взрывчатые ве-
щества, нитронит, скорость детонации, рео-
статный метод, плотность ВВ, диаметр за-
ряда, графоаналитический метод
Abstract:
The relationship between the detonation character-
istics of emulsion explosives is not currently ex-
pressed in a general law, thus the ratio of these
characteristics is determined experimentally. The
article presents the essence of the rheostat method
of measurement both the detonation velocity and ap-
proach to experimental determination the relation-
ship between explosives (EE) density, detonation ve-
locity and charge diameter for the emulsion explo-
sives, nitronit being an example. As a result of stud-
ies the detonation characteristics of EE graphic and
analytical method for determining the relationship
between these three parameters is set forth, allowing
to predict the detonation velocity according to the
measured density when the explosive cavity of
known diameter is charged.
Key words: emulsion explosives, nitronit, velocity of
detonation, rheostat method, explosives density, di-
ameter of charge, graphic and analytical method

Эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ) имеют ряд полезных свойств: обла-
дают хорошими взрывчатыми характеристиками, низкой чувствительностью к тепловым
и механическим воздействиям, возможностью изменения скорости детонации в широких
пределах за счет технологии изготовления и компонентного состава. Получение основ-
ных характеристик ЭВВ, необходимых для решения задач по оптимизации параметров
буровзрывных работ, возможно с помощью экспериментальных методов. Замеры скоро-
сти детонации ЭВВ Нитронит Э-70 и Э-100 проводились реостатным методом с помо-
щью прибора VODMate (“Instantel”, Канада).
Сущность реостатного метода измерения скорости детонации ВВ с использованием
прибора VODMate состояла в следующем: в скважинном заряде ВВ по всей его длине
размещался измерительный кабель Instantel, который подсоединялся к коаксиальному
радиочастотному кабелю типа РК. При массовом взрыве по мере прохождения детона-
ционной волны длина измерительного кабеля в скважине уменьшалась и, соответ-
ственно, изменялось сопротивление кабеля. Регистрирующий прибор VODMate непре-
рывно измерял изменение величины сопротивления электрической цепи и записывал его
во встроенную память. Регистрирующий прибор VODMate фиксировал событие (взрыв
одного заряда) в виде цифрового файла – таблицы «величина сопротивления – время» с
возможностью расшифровки на персональном компьютере в виде диаграммы «длина за-
ряда – время» с автоматическим вычислением скорости детонации.
Измерительный кабель Instantel представляет собой одножильный кабель с внеш-
ним диаметром 1,5 мм. Центральная жила – проволока диаметром 0,2 – 0,3 мм из мате-
риала с большим удельным сопротивлением. Она окружена полимерным покрытием (внут-
ренней изоляцией), которое, в свою очередь, - оплеткой из тонкой стальной проволоки. От
внешних воздействий, в основном от влаги, стальная оплетка защищена внешней изоляцией
в виде тонкой полимерной пленки [1, 2].
Таблица 1
Скорость детонации эмульсионного ВВ нитронит Э-70
Плотность
ВВ, г/см3
Диаметр заряда, мм
90 120 130 140 150 160 180 200 250 270
1,100 3819 4164 4236 4308 4380 4452 4596 4740 5100 5151
1,110 3805 4067 4098 4128 4159 4258 4456 4654 5194 5260
1,150 2971 3392 3575 3726 3877 4028 4330 4868 5387 5358
1,180 2137 2717 3296 3327 3407 3639 3648 3871 4094 4838
1,183 2824 3492 3715 3938 4161 4384 4450 4516 4680 4766
1,190 3510 3900 4030 4160 4290 4420 4521 4622 4875 4599
1,200 2887 3142 3227 3312 3397 3482 3652 3822 4106 4360
1,225 2755 3208 3359 3510 3661 4130 4273 4416 4773 4423
1,250 3193 3497 3599 3700 3802 3903 4106 3192 4817 4486
1,260 3630 4188 4374 4560 4747 4933 5305 5677 6090 5797
1,270 3310 3512 3580 3647 3715 3782 3917 4052 4420 4677
1,277 3284 3425 3460 3496 3545 3575 3636 3697 3848 3594
1,280 3789 3907 3946 3985 4025 4064 4142 4221 4778 5677
1,330 3219 3584 3706 3827 4307 4357 4457 4557 4675 4848
1,340 2885 3229 3370 3469 3573 3714 3868 3974 4248 4542
Измеренные
значения
Интерполяция и
экстраполяция

На горном предприятии ОАО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК» на полигоне сотруд-
никами ИГД УрО РАН совместно с представителями ООО «АВТ-Урал» проводились из-
мерения детонационных характеристик нитронита Э-70 и Э-100 на протяжении несколь-
ких лет при разных диаметрах зарядов и разной плотности ВВ в полигонных усло-
виях. Непосредственное участие в организации и проведении исследований принимали
руководители и специалисты: Котяшов В. С., Синцов С. Е., Федосеев В. А., Мальберг
С. Л., Шамин В. В., Шеменев В. Г., Синицын В. А., Меньшиков П. В., Жариков С. Н.,
Кутуев В. А.
Заряды испытуемых ВВ размещались в картонных гильзах диаметром 90 – 270 мм
и длиной 1000 мм. Учитывая, что измерения проведены не во всех диапазонах плотности
и диаметров зарядов, то для более углубленного анализа недостающие значения полу-
чены интерполяцией и экстраполяцией. В табл. 1 приведены соответствующие данные.
На основании данных табл. 1 были построены отдельные графики зависимости
скорости детонации от плотности ВВ, некоторые из них представлены на рис. 1.
Рис. 1 – Зависимость скорости детонации нитронита Э-70 от плотности ВВ
при диаметрах заряда 140, 150, 160 и 180 мм
Анализируя рис. 1, можно увидеть, что скорость детонации в зависимости от
плотности подвержена достаточно большим колебаниям, при этом по всему диапазону
значений, представленных в табл. 1, характер этих колебаний на большинстве диаметров
зарядов отмечен похожий. Следовательно, если построить графики зависимости скоро-
сти детонации от диаметра заряда по разным плотностям, то пересечение графиков раз-
ных плотностей при определенном диаметре будет отражать взаимосвязь скорости дето-
нации, плотности ВВ и диаметра заряда. При этом появляется возможность при заряжа-
нии скважин конкретного диаметра, измеряя плотность эмульсии, предположить ско-
рость детонации. В соответствии с данной идеей были построены графики по всему диа-
пазону значений. Один вариант такого графического выражения связей представлен на
рис. 2.
Согласно рис. 2, при плотности 1,10 – 1,11 г/см3
происходит пересечение графи-
ков между диаметрами 200 – 250 мм, при этом разброс по скорости детонации составляет
4850 – 5150 м/с, следовательно, при значении плотности заряжания в этом интервале 1,10
– 1,11 г/см3
и зарядах диаметром 200 – 250 мм можно ожидать указанную скорость дето-
нации. При плотности 1,10 – 1,15 г/см3
пересечение трех графиков напротив диаметра
заряда 180 –200 мм, соответственно, при данной плотности и диаметре заряда можно
ожидать скорость детонации 4300 – 4750 м/с. В результате построения и анализа графи-
ков всего диапазона значений составлена табл. 2.

Рис. 2 – Зависимость скорости детонации нитронита Э-70 от диаметра заряда
при плотности 1,10, 1,11, 1,15 г/см3
Данные табл. 2 позволяют при заряжании скважины определенного диаметра и
измерении при этом плотности ЭВВ предполагать скорость детонации каждого заряда в
выемочном блоке. При этом открывается возможность рассчитать радиус зоны разруше-
ния и трещинообразования согласно [3] и соответствующим образом скорректировать
схему инициирования зарядов. Это имеет высокое практическое значение и существенно
может влиять на качество подготовки горной массы к выемке.
Таблица 2
Изменение скорости детонации ЭВВ нитронит Э-70
в зависимости от его плотности и диаметра заряда
Плотность ВВ, г/см3 Диаметр заряда, мм Скорость детонации, м/с
1,10÷1,11 200÷250 4850÷5150
1,10÷1,15 180÷200 4300÷4750
1,18÷1,19 250÷270 4700÷4800
1,20÷1,23 90÷120 3100÷3200
1,20÷1,25 180÷250 3200÷4000
1,23÷1,25
150÷160 3750÷3850
250÷270 4300÷4800
1,27÷1,277 90÷120 3200÷3500
1,28÷1,33 140÷250 4000÷4600
Таким образом, в результате исследований детонационных характеристик ЭВВ
предложен графоаналитический метод для определения взаимосвязи между скоростью
детонации, плотностью ЭВВ и диаметром заряда, позволяющий на начальном этапе про-

гнозировать скорость детонации по измеряемой плотности при заряжании взрывной по-
лости известного диаметра. Практическое значение указанного метода заключается в
возможности корректировки схем взрывания в зависимости от предполагаемых энерге-
тических характеристик работы каждого заряда выемочного блока.
1. Руководство оператора VODMate Operator Manual / Instantel. – Canada, 1998 –
1999. – 99 p.
2. Шеменев В.Г. Методика экспериментального определения основных характери-
стик взрывчатых веществ / В.Г. Шеменев, В.А. Синицын, П.В. Меньшиков // Горный
журнал Казахстана. - 2014. - № 2. - C. 44 - 46.
3. Жариков С.Н. О влиянии взрывных работ на устойчивость бортов карьеров /
С.Н. Жариков, В.Г. Шеменев // Известия вузов. Горный журнал. - 2013. - № 2. - C. 80 – 83.

ЭКОЛОГИЯ

УДК 622.765.06:578.087.1 DOI: 10.18454/2313-1586.2016.02.118
Фокина Надежда Викторовна
Институт проблем промышленной
экологии Севера КНЦ РАН
184209, Мурманская обл.,
г.Апатиты, Академгородок, д.14а
e-mail: voronina@inep.ksc.ru
Янишевская Елена Сергеевна
магистрант,
e-mail: drygina_es@mail.ru.
Евдокимова Галина Андреевна
доктор биологических наук, профессор,
зам. директора по науке,
e-mail: galina@inep.ksc.ru
СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ
И ТРОФИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ
МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРОЦЕССЕ
ФЛОТАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ
МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД
НА ОБОГАТИТЕЛЬНОЙ ФАБРИКЕ
КОЛЬСКОЙ ГМК
Fokina Nadezhda V.
senior researcher, candidate of technical sciences,
The Institute of industrial ecology problems
of the North, Kola science center RAS,
184209, Academic campus 14a, Apatites,
the Murmansk region, Russia
e-mail: voronina@inep.ksc.ru
Yanishevskaya Elena S.
Master's student,
of the North, Kola science center, RAS
e-mail: drygina_es@mail.ru
Evdokimova Galina A.
Professor, Doctor of biological sciences,
Deputy Director on science,
of the North, Kola science center, RAS
e-mail: galina@inep.ksc.ru
SEASONAL QUANTITY DYNAMICS AND
MICROORGANISMS TROPHIC DIVERSITY
DURING THE FLOTATION OF SULFIDE
COPPER-NICKEL ORES
AT CONCENTRATION PLANT OF KOLA
MINING AND METALLURGICAL
COMPANY (MMC)
Аннотация:
Определены численность и трофическое разно-
образие бактерий в образцах процесса флота-
ции сульфидных медно-никелевых руд на обога-
тительной фабрике Кольской ГМК. Установ-
лено, что бактерии, поступающие с рудой и
оборотной водой, идущей с хвостохранилища,
увеличивают свою численность по ходу флота-
ции за счет поступления питательных веществ
с флотореагентами, аэрации и более высокой
температуры. В летний и осенний сезоны чис-
ленность микроорганизмов увеличивается на
два-четыре порядка. Доминируют в процессе
бактерии рода Pseudomonas.
Ключевые слова: медно-никелевая руда, флота-
ция, флотореагенты, бактерии.
Abstract:
The quantity and trophic diversity of bacteria in flo-
tation samples of sulfide copper-nickel ores in the
concentration plant of Kola Mining and metallurgi-
cal company are determined. It was found out that
the bacteria joining the ore and circulating water
flowing from the dump increase their number dur-
ing the flotation process due to the nutrients joining
flotation reagents, aeration and higher tempera-
ture. In summer and autumn periods the number of
microorganisms in samples increases by two-four
orders. Bacteria Pseudomonas sp. dominate in the
process.
Key words: copper-nickel ore, flotation, flotation
reagents, bacteria
Одним из направлений научно-технического прогресса в области переработки
минерального сырья является применение комбинированных технологий их перера-
ботки. В настоящее время широко применяется сочетание процессов обогащения и ме-
таллургии с бактериальным выщелачиванием [1].
Существует много литературы о рудных месторождениях, имеются данные о

Работа поддержана финансированием по хозяйственному договору № 27-4-2015

наличии и характере распространения в рудах бактерий, их существенной роли в транс-
формации сульфидных минералов и участии бактерий в экзогенном минералообразова-
нии [2]. Накоплен экспериментальный материал по значимости микробиологического
фактора в трансформации сульфидных руд и использованию бактерий в процессах их
обогащения. Для несульфидных апатит-нефелиновых руд выполнена работа по опреде-
лению роли бактериальной составляющей в непрерывном цикле переработки минераль-
ного сырья [3]. Было показано, что бактерии ухудшают флотируемость апатита за счет
взаимодействия с активными центрами кальцийсодержащих минералов и интенсивной
флокуляции, приводящей к снижению селективности процесса флотации. Предложен
метод снижения численности бактерий в процессе флотации, что позволяет улучшить
качество апатитового концентрата и сократить расход собирателей. Роль бактерий во
флотационных процессах обогащения сульфидных руд практически не изучена.
Комбинат Печенганикель в городе Заполярный входит в состав Кольской горно-
металлургической компании. Комбинат производит добычу сульфидной медно-никеле-
вой руды, ее обогащение методом флотации и металлургическую переработку до файн-
штейна. Как и обогатительные апатит-нефелиновые фабрики, он работает на оборотной
воде, ионный состав которой играет существенную роль во флотационных процессах.
Основными флотореагентами, используемыми в процессе флотации, являются аэрофлот
(дибутилдитиофосфат натрия) и ксантогенат. Эта группа представляет собой наиболее
важный тип флотореагентов, поскольку обеспечивает полноту извлечения металлов и
качество концентратов.
Цель данной работы – исследование сезонной динамики численности и трофиче-
ского разнообразия микроорганизмов в оборотных водах и продуктах флотации суль-
фидных медно-никелевых руд на обогатительной фабрике Кольской ГМК.
Объекты и методы. Изучение численности и трофического разнообразия мик-
роорганизмов в цикле обогащения сульфидных руд проводили на обогатительной фаб-
рике в г. Заполярный. Были исследованы образцы руды, межцикловой флотации, пенных
продуктов основной и I контрольной флотации, пенных продуктов I и II перечисток, хво-
стов, оборотной воды на входе, концентрата до спекания, всех флотореагентов в зимний,
летний и осенний периоды. Изучение численности, структуры и трофического разнооб-
разия микробиоты проводили методом посева на плотные питательные среды. Для вы-
деления специфических бактерий готовили среду на основе пенного продукта II основ-
ной перечистки.
В коллекцию выделены доминирующие штаммы бактерий. Общую численность
и биомассу бактерий определяли методом флуоресцентной микроскопии с использова-
нием поликарбонатных мембранных фильтров Cyclopore Blaсk с диаметром пор 0,2 мкм.
Препараты микроскопировали с иммерсионным объективом 100х
и окуляром 10x
. Под-
считывали клетки бактерий в 30 полях зрения.
Результаты и обсуждение. Исследование образцов, взятых в цикле процесса обо-
гащения сульфидных медно-никелевых руд, показывает, что бактерии, поступающие с
рудой и оборотной водой, идущей с хвостохранилища, увеличивают свою численность
по ходу флотации (рис. 1 –3).
Наименьшая численность как сапротрофных, так и других трофических групп
бактерий наблюдается в образцах руды и оборотной воды, в зимний период составляет
33 кл/г и 190 кл/мл, соответственно. Это связано с низкой температурой (+3 ºС) и недо-
статком питательных веществ (табл. 1).
В летний и осенний периоды с ростом температуры численность бактерий увели-
чивалась в оборотной воде до 460 и 650 кл/мл, в руде – до 733 и 930 кл/г. В пенном
продукте численность бактерий составляла в зимний период n·103
кл/мл, в летний и осен-
ний периоды n·104
– 106
кл/мл, что связано с улучшением условий их обитания за счет
поступления флотореагентов, аэрации и более высокой температуры. В осенний период

наблюдалось снижение численности микроорганизмов по сравнению с летним перио-
дом, несмотря на одинаковые температуры оборотной воды и пенных продуктов.
Возможно, это связано с изменениями в реагентном режиме.
Рис. 1 – Численность бактерий в образцах процесса флотации
сульфидных руд комбината "Печенганикель", февраль 2015 г.
1 – руда; 2 – оборотная вода; 3 – межцикловая флотация;
пенные продукты: 4 – основной флотации; 5 – контрольной флотации;
6 – I перечистки; 7 – II перечистки; 8 – II основной перечистки;
9 – хвосты; 10 – концентрат до спекания
сульфидных руд комбината "Печенганикель", июль 2015 г.
Обозначения те же, что на рис.1
сульфидных руд комбината "Печенганикель", cентябрь 2015 г.
Обозначения те же, что на рис.1
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
кл/мл
сапротрофы
олиготрофы
0
1000
2000
3000
4000
5000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
тыс.кл/мл
использующие минеральный
азот
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
кл/мл
специфические

Таблица 1
Значения температуры образцов в процессе флотации (+ о
C)
Образец Февраль Июль Сентябрь
Оборотная вода 3 19,3 19,2
Пенный продукт основной флотации 13,8 20,2 21,2
Пенный продукт II перечистки 11,6 21 17
Сами флотореагенты в используемых концентрациях источником бактериального
загрязнения не являются. Но, исходя из данных, полученных в ходе лабораторных опы-
тов, некоторые из них являются источником питательных веществ для бактерий. Так,
добавление аэрофлота в среду, в концентрации, используемой в процессе флотации, при-
водит к росту численности бактерий. Значения рН образцов изменяются в диапазоне от
8 до 10.
Доминирующие штаммы бактерий, выделенные из образцов, относятся к роду
Pseudomonas. Микроскопические грибы встречаются в единичных случаях. Были обна-
ружены виды Aspergillus fumigatus, Penicillium aurantiogriseum и P. glabrum.
По методу прямого счета бактерий в оборотной воде определено от 0,4·107
до
1,3·107
кл/мл, а в пенном продукте II основной перечистки – от 2,9·107
до 3,6·107
кл/мл.
Разница в общей численности бактерий (табл. 2) в различные сезоны не отмечена. Од-
нако следует помнить, что при прямом подсчете клеток учитываются и нежизнеспособ-
ные клетки.
Таблица 2
Общая численность и биомасса бактерий в образцах процесса флотации
Образец
Количество клеток, 107
кл/мл Биомасса, 10-3
мг/г
февраль июль сентябрь февраль июль сентябрь
Оборотная вода 1,26 0,67 0,4 0,5 0,2 0,2
Пенный продукт 2
основной перечистки
2,93 - 3,6 1,2 - 1,5
Примечание. Прочерк означает – не определяли.
Исходя из полученных результатов можно сделать следующие выводы. Флотаци-
онный процесс способствует развитию бактерий за счет благоприятного температурного
режима, аэрации и наличия дополнительных питательных веществ, поступающих в про-
цесс с флотореагентами. В летний и осенний сезоны численность микроорганизмов уве-
личивалась на два-четыре порядка. Доминируют в процессе бактерии рода Pseudomonas.
Высокая численность бактерий может свидетельствовать о возможном влиянии микро-
организмов на показатели процесса флотации медно-никелевых руд.

1. Фомченко Н.В. Комплексная переработка некондиционных сульфидных кон-
центратов с применением двухстадийного биовыщелачивания / Н.В. Фомченко, М.И.
Муравьев, Т.Ф. Кондратьева // Современные процессы комплексной и глубокой перера-
ботки труднообогатимого минерального сырья (Плаксинские чтения 2015): материалы
междунар. совещания; Иркутск, 21 – 25 сентября 2015 г. – Иркутск, 2015. – С. 353 – 357.
2. Каравайко Г.И. Роль микроорганизмов в выщелачивании металлов из руд /
Г.И. Каравайко, С.И. Кузнецов, А.И. Голомзик. – М.: Наука, 1972. – 248 с.
3. Воронина Н.В. Развитие и функционирование микроорганизмов в цикле обога-
щения апатит-нефелиновых руд с использованием оборотного водоснабжения / Н.В. Во-
ронина, Г.А. Евдокимова, А. Ш. Гершенкоп // Горный журнал. – 2007. – № 12. – С. 61 – 65.

Проблемы недропользования. 2016. Выпуск 2 (9).

More Related Content

What's hot

Similar to Проблемы недропользования. 2016. Выпуск 2 (9).

Проблемы недропользования. 2016. Выпуск 2 (9).