Использование поверхностно-активных веществ в процессах горного производства

2000

ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ

СЕРИЯ ГОРНОЕ ДЕЛО

Вып.11

ШАХТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 622.278

О.Г. Латышев

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОЦЕССАХ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Действие поверхностно-активных веществ (ПАВ) основано на адсорбционном понижении поверхностной энергии тел (эффект Ребиндера) и носит универсальный характер, проявляющийся в возможности направленного изменения всего комплекса свойств объекта воздействия (3]. ПАВ достаточно давно и успешно используются в различных областях человеческой деятельности в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и др. Однако применение поверхностно-активных веществ в процессах строительства шахт и разработки месторождений полезных ископаемых до настоящего времени носит лишь эпизодический характер, часто не выходящий за рамки опытно-промышленных испытаний. Данная работа посвящена обобщению многолетних исследований. выполненных в данном направлении кафедрой шахтного строительства.

Одной из основных особенностей эффекта Ребиндера является избирательность действия ПАВ, заключающаяся в наличии резко выраженного концентрационного максимума эффективности их действия. Поэтому важнейшей задачей является подбор наиболее эффективного ПАВ в его оптимальной концентрации для конкретных горных пород. Надежного теоретического инструмента выбора ПАВ в силу сложности и неоднозначности физико-химических процессов, протекающих на границе раздела сред, в настоящее время нет. Повсеместно реализуется эмпирический подход. При этом разными исследователями используется широкая гамма самых разнообразных критериев эффективности ПАВ, главным недостатком которых является значительная трудоемкость их определения.

Нами в качестве критерия выбора оптимальной для данных условий поверхностно-активной среды предложен временной ряд изменчивости контактной прочности горных пород Рс |10]. Выбор именно этого показателя обусловлен следующими обстоятельствами. Контактная прочность отражает свойства поверхности пород, т.е. той ее части, где непосредственно проявляется эффект Ребиндера. Для определения Р„ нет необходимости в полном насыщении горных пород раствором, что связано с затратами времени, поэтому измерение контактной прочности производится доступными средствами сразу вслед за действием ПАВ и возможно в производственных условиях. Кроме того, установлено, что величина Рг коррелиру ет с параметрами насыщения пород растворами ПАВ, относительным снижением их прочности и упру гости, что дает дополнительную информацию об эффективности данного раствора.

По результатам исследований разработана методика определения эффективного ПАВ, базирующаяся на надежно установленном факте, что зависимость контактной прочности от времени воздействия активного раствора на поверхность горной породы имеет циклически затухающий характер, где минимум первой полуволны временного ряда соответствует максимальному эффекту действия ПАВ. Реализация разработанной методики позволила определить эффективные растворы поверхностно-активных веществ в их оптимальной концентрации для представительных горных пород Ссвероуральских бокситовых, Узсльгинского медноколчеданного месторождений, Горлов-ского региона Донбасса, а также для пород строящегося Екатеринбургского метрополитена [14].

Действие выбранных растворов ПАВ сопровождается закономерным изменением комплекса механических свойств горных пород: снижением прочности (от 20 до 70 %), уменьшением модуля и предела упругости (в среднем в 1,3-1,5 раза), активизацией (в 1.5-7,0 раз) процессов ползучести и релаксации напряжений в породах и др. |10]. Это создает хорошую возможность повышения эффективности процессов горного производства путем направленного изменения свойств пород под действием поверхностно-активных веществ Практическая реализация этой возможности осуществлена в следующих основных направлениях.

Бурение шпуров и скважин. Рассматривая процесс бурения как вдавливание в упругое полупространство плоского штампа (25). под которым образуется ядро уплотнения [17], анализируя теоретические соотношения для механизмов скола и выкола [19] и основываясь на установленных закономерностях изменения свойств горных город [10], зарождения и развития в них трещин [2] под действием ПАВ. а также по результатам лабораторного моделирования процесса разработана система аналитических оценок эффективности использования поверхностно-активных веществ при бурении шпуров и скважин различными способами. Установлено, что повышение производительности бурения обусловлено не только (и даже не столько) уменьшением прочности и твердости пород под действием ПАВ, сколько общей системой взаимодействия горной породы, поверхностно-активной срсды и разрушающего инструмента. При последовательном многократном действии инструмента на горную породу образуется достаточно обширная зона трещиновато-сти (зона предразрушения), куда проникают активные растворы, ослабляя массив на значительную глубину. Поэтому нет необходимости в предварительном насыщении разрабатываемого массива растворами ПАВ, что связано с остановкой работ и весьма существенными трудозатратами. Достаточно лишь подавать активные компоненты на забей шпура или скважины вместе с промывочной жидкостью.

Для этого нами сконструировано и изготовлено малогабаритное дозирующе-подающее устройство (ДПУ). которое позволяет создавать и контролировать заданну ю концентрацию ПАВ в растворе и автоматически поддерживать нужные параметры при работе бурильных машин и насосов. В соответствии с разработанным и утвержденным Временным ру ководством по организации процесса бурения с промывкой растворами ПАВ проведена серия опытно-промышленных испытаний [9]. В частности, осуществлено перфораторное бурение шпуров в девяти забоях горизонтальных выработок в различных породах и горно-геологических условиях Североуральских бокситовых месторождений и Горловского региона Донбасса Разрабатываемый массив представлен эффузивными породами пироксен-плагиоклазового состава, органогенными известняками и песчаниками с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М.Протодьяконова от Г = 7 до Г = 18. Применяемые поверхностно-активные вещества: додецилсульфат натрия (ДС), А1СЬ и \1gCl2 в концентрации соответственно 0,16; 0.001 и 0,1 %. Во всех случаях использование ПАВ существенно (от 21 до 53 %) повышает чистую скорость бурения. При этом надежно установлено повышение эффективности использования ПАВ с увеличением крепости горных пород.

Важно отметить, что эффективность использования ПАВ не снижается даже при бурении вертикальных шпуров в подтопляемой части ствола. Так. при бурении шпуров по песчаникам крепостью Г = 11 в забое ствола №4 шахты им. Изотова (Донбасс) с использованием М§СЬ - 0,1 % достигнуто среднее увеличение скорости бурения на 25 %.

Максимальная эффективность использования поверхностно-активных веществ получена в условиях вращательного бурения, когда процесс разрушения, т.е. контакт инструмента с породой, является непрерывным. При бурении скважин диаметром 100 мм станком ИКР-100 с промывкой раствором А1С1з - 0.001 % по пироксен-плагиоклазовым порфиритам Г = 14 (забой камеры кругового опрокида гор.-860 м шахты «Ново-Кальинская») увеличение скорости бурения составило 53 %.

Исследования, выполненные применительно к условиям шарошечного бурения скважин на Первоуральском динасовом карьере, показывают следующее. Оптимальным для железистых кварцитов карьера является раствор А1С1з в концентрации 0,025 %. обеспечивающий снижение твердости пород в среднем на 44 % и прочности - на 30 %. В соответствии с разработанной методикой расчета это обеспечивает повышение скорости бурения скважин на 24 %. Относительный показатель трудности бурения П« (по классификации В.В.Ржевского [20]) снижается с 16 до 14. При этом изменяются оптимальные параметры режима работы бурового станка, в частности, минимум за-

трат на б>рснне соответствует большей частоте вращения инструмента и, следовательно большей производительности процесса.

Разрушение горных пород комбайнами. Современные проходческие комбайны эффективно работают при крепости пород Г не выше 6-8. Так, промышленные испытания комбайнов ПК-9р и 4ПП-2 в условиях Североуральских бокситовых рудников (СУБР) показали, что при выходе на участки с прочными (Г > 8) бокситами производительность отбойки резко падает вплоть до полного прекращения процесса резания пород. Использование ПАВ способно существенно расширить область эффективного применения комбайнов.

С помощью моделирования на стендах института «НИПИгормаш» процесса резания бокситов и известняков СУБРа в различных режимах установлены расчетные соотношения между силовыми и энергетическими характеристиками процесса, свойствами горных пород и параметрами резания [5]. Расчет и экспериментальные исследования показывают, что подача на рабочий орган комбайна 0,01 % раствора А1С1з в среднем на 20 % уменьшает необходимые усилия резания боксита, что обеспечивает рост производительности отбойки в 1,6 раза. При этом увеличивается оптимальная величина шага резания, что ведет к сокращению расхода резцов. Область эффективного использования комбайнов расширяется до горных пород с коэффициентом крепости Г = 10-12.

Проходка части выработок Екатеринбургского метрополитена осуществляется с помощью горнопроходческого комплекса фирмы «Вирт», работающего по принципу разрушения пород дисковыми шарошками. Комплексное исследование действия ПАВ на горные породы по трассе метрополитена (15] также выявило их высокую эффективность. В частности, для разрабатываемых на данном этапе строительства гранитов использование сульфата натрия в концентрации 0,025 % приводит к снижению их прочности н твердости от 33 до 50 %, уменьшению модуля упругости в среднем на 35 %. Выполненный на базе расчетной методики В.В.Ржевского 120] и теоретических соотношений Ю.И.Протасова [19] прогноз показывает, что использование данного раствора ПАВ способно увеличить производительность проходческого комплекса в среднем в 1,2 раза.

Разрушение горных пород взрывом. При взрывном воздействии основным критерием разрушаемости горных пород является распределение в них микротрещин еще на стадии, предшествующей разрушению [16, 24]. Действие поверхностно-активных веществ приведит как к бурному росту существующих в породе трещин, так и зарождению новых. Это выражается в увеличении их трещиноватости и нарушснности з 3 и более раз [2]. Исследованиями [1] установлена зависимость параметров взрывного разрушения от показателя дефектности горных пород, который может интерпретироваться как относительная концентрация в породе трещин размерами менее 2 мкм.

На основе изученных закономерностей распределения трещин в горных породах и полученных количественных соотношений установлено, что обработка разру шаемого массива опти-матьно подобранным раствором ПАВ позволяет не менее чем в 1,4 раза снизить удельный расход ВВ. Соответственно в такой же пропорции возможно уменьшение числа шпуров или скважин на забой.

Эти выводы справедливы при условии полного предварительного насыщения массива пород раствором ПАВ. С точки зрения горной технологии выполнение этого условия может оказаться нерационатьным. Исследование кинетики насыщения пород растворами ПАВ [12] показывает, что только за счет бурения шпуров и скважин с промывкой активными растворами они за время обуривания забоя, проникая в зону пр-едразрушения и по контактам минератьных зерен, обеспечивают от 30 до 70 % максиматьного эффекта при полном насыщении массива

Положительные результаты могут быть получены при отработке способа, предложенного ИГТМ АН УССР [23]. Здесь предусматривается инъецирование в породный массив растворов ПАВ, помещенных в шпуры, за счет давления газообразных продуктов детонации при взрыве. Представляется также перспективным направлением разработка рецептур ВВ с добавками химических веществ, образующих при своем разложении поверхностно-активные компоненты.

Уменьшение износа и затупления породоразру шающего инструмента. Традиционным способом снижения абразивного износа является смазка. Промывочная вода эту роль практически не выполняет, ибо при больших давлениях на рабочий инструмент происходит се отжатие, а при больших температурах - испарение. Использование в качестве промывочной жидкости растворов ПАВ значительно усиливает смазывающее действие из-за образования адсорбционных слоев мо-

лскул раствора, прочно связанных с поверхностью сопри касающихся тел. Добавка в воду поверхностно-активных веществ во всех случаях дает ожидаемый эффект, снижая абразивность различных горных пород от 15-20 %до 2 раз (7|.

Опытно-промышленное бурение шпуров в порфиритах забоя вскрывающего квершлага гор. -800 м шахты 12-12 бис СУБРа (перфоратор Г1Р-30. буровые коронки КТ-40) показало, что использование в качестве промывочной жидкости 0.001 % раствора А1СЬ снижает линейный износ коронок в среднем в 1.28 раза, что позволяет сократить расход бу ровых коронок в 2,2 раза. Аналогичные исследования, выполненные применительно к шарошечному бурению скважин (Первоуральский динасовый карьер), свидетельствуют об увеличении стойкости долот при использовании ПАВ в среднем на 25 % (с 67 до 84 м). Для условий разработки красных марких бокситов (СУБР) расчет показывает, что орошение забоя соответствующим раствором ПАВ способно в 1,5 раза снизить расход резцов на комбайне и более чем в 2 раза - их долговечность. Следует подчеркнуть тот немаловажный факт, что если периодичность замены рабочего инструмента оставить той же. что в традиционной технологии, то существенно возрастает при использовании ПАВ производительность процесса разрушения за счет работы более острым резцом или коронкой.

Борьба с пылью. Наиболее неблагоприятными по фактору выхода пыли являются буровзрывные работы Так, при бурении выделяется в атмосферу 50-60 % общего объема пыли, при взрывных работах - 30-40 % и лишь порядка 10 % приходится на все остальные процессы [21]. Борьба с запыленностью шахтной атмосферы производится в двух направлениях - уменьшение образования пыли в ходе технологического процесса и подавление уже образовавшейся пыли.

Реализация первого направления возможна путем направленного изменения свойств разрабатываемых пород под действием поверхностно-активных веществ При механическом разрушении пород (бурение, резание) основное количество пыли образуется за счет работы ядра уплотнения, возникающего под рабочим инструментом В условиях объемного сжатия в этом ядре концентрируется колоссальная энергия. После отбойки основного объема породы ядро мгновенно разгружается и объемное сжатие переходит в одноосное (или плоское) напряженное состояние. Запасенная упругая энергия и действующие в ядре напряжения значительно превышают энергоемкость разрушения и прочность породы на одноосное сжатие, вследствие чего объем ядра измельчается до тонкой пыли, а движение породоразру шающего инструмента способствует псрсиз-мельчению. Скорость пылеобразования пропорциональна величине площадки затупления рабочего инструмента, прочности и абразивности разрушаемых пород |6]. Применение ПАВ снижает величину данных показателей, заметно пластифицирует горные породы [8] и создает более благоприятные условия работы разрушающего инструмента. Все эти факторы способны в 2-4 раза уменьшить пылеобразованис при механическом разрушении пород.

Основной объем пыли при взрывном разру шении горных пород образуется при мгновенной разгрузке пород в зоне объемного сжатия с освобождением запасенной у пру гой энергии. Исследование данного механизма [22] показывает, что выход пыли определяется пробивным расстоянием (л.н.с ). зависящим от прочности пород, скоростью распространения упругой волны и дефектностью (трещиноватостью) горных пород. Оценочный расчет эффективности использования ПАВ как средства направленного изменения данных характеристик дает результаты, свидетельствующие о возможности существенного (в 1.5-3,5 раза) снижения выхода пыли при взрывных работах.

С другой стороны, содержание пыли в шахтной атмосфере определяется не только количеством образующейся при разрушении пород мелкодисперсной фракции, но и качеством пылепо-давления в процессе бурения за счет промывочной жидкости. Введение в эту жидкость активных веществ уменьшает поверхностное натяжение и угол краевого смачивания воды, что обеспечивает более интенсивное слипание частиц тонкой пыли и выпадение се из атмосферы Количественной оценкой этого эффекта может служить коэффициент интенсивности смачивания, равный отношению максимальной влагосмкости пород применительно к раствору ПАВ и воде [6]. Для изученных горных пород Урала и Донбасса при использовании оптимальных ПАВ его величина изменяется от 1,15 до 1,5 Следовательно, в такой же пропорции следует ожидать улучшения пылеподавления при применении поверхностно-активных веществ.

Для проверки работоспособности созданной на основе аналитических и лабораторных исследований методики прогнозирования эффективности ПАВ как средства пылеподавления проведена серия промышленных испытаний (Бокситстрой. СУБР. Горловску глестрой) по перфоратор-

ному бурению шпуров в различных породах: порфиритах. известняках, песчаниках. Экспертиза осуществлялась службами военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ) по утвержденной инстру кции. Установлено, что бурение шпуров с использованием в качестве промывочной жидкости растворов ПАВ уменьшает запыленность шахтной атмосферы в 2,0-3.7 раза. Предварительный аналитический расчет дал близкие резу льтаты - расхождение от 4 до 17 %.

Борьба с горными ударами. В соответствии с общепринятыми критериями |18] горная порода считается потенциально удароопасной. если при нагружении до 80 % предела прочности доля ее упругих деформаций превышает 70 % общих или работа упру гих деформаций больше работы пластических. По этим признакам большинство скальных пород Урала » Донбасса относятся к категории потенциально удароопасных. Развитие трещиноватости под действием Г1АВ [2], активизация межзеренного скольжения за счет проникновения активного раствора по контактам минеральных частиц [8J приводят к тому, что коэффициент пластичности горных пород увеличивается в несколько раз и доля необратимых деформаций в общих составляет не менее половины. Все это в соответствии с указанными критериями выводит породы из состояния потенциальной ударо-опасности.

Исследование реологических характеристик горных пород [11] выявило исключительно важну ю роль поверхностно-активных веществ в изменении механических свойств пород во времени Так, за счет действия ПАВ в 1,5-7,0 раз возрастает скорость процессов ползучести и релаксации напряжений Конкретные расчеты, выполненные для условий горизонта -860 м шахты «Но-во-Кальинская» (СУБР), показывают, что насыщение порфирита 0,001 % раствором А1С1з снижает период релаксации до 1,6-106 с, что при постоянной деформации приводит к уменьшению действующих напряжений на контуре выработки с 25 до 14.6 МПа в течение первых суток. Для тех же условий работа пластического дефермирования массива под действием Г1АВ составляет 40.8 кДж/м3, что превышает первоначальный упругий потенциал (32.2 кДж/м'), и, следовательно, уда-роопасная ситу ация становится невозможной.

Важнейшей задачей при использовании поверхностно-активных веществ для борьбы с горными ударами является проектирование технологии нагнетания активного раствора в горный массив. Разработанная процедура кентроля процесса насыщения [12]. базирующаяся на параллельном измерении скорости упругой волны и диэлектрической проницаемости пород, дает возможность не только оценивать степень увлажнения, но и определять относительное изменение свойств и состояния массива в ходе его обработки растворами ПАВ, а, следовательно, и эффективность ПАВ как средства борьбы с горными ударами.

Однако производственный опыт нагнетания раствора в монолитный перенапряженный удароопасный массив зачастую малоэффективен в силу низкой проницаемости горных порол В этом случае для профилактики горных ударов использу ют традиционные методы сооружения разгрузочных щелей. При этом в соответствии с типовыми схемами разгрузки горного массива скважинами [4] объем бурения достигает 160 м на 1 м выработки Тогда только за счет интенсификации процесса бурения при использовании растворов ПАВ в качестве промывочной жидкости значительно уменьшается трудоемкость сооружения скважин. Для различных пород и условий такое сокращение трудоемкости эквивалентно сокращению объема бурения от 3 до 48 м на 1 м горной выработки 113].

Общее повышение эффективности горной технологии. Применительно к подземному строительству особенностью горной технологии является ее циклический характер. При разрушении горных пород буровзрывным способом наиболее рациональна такая организация работ, при которой время цикла кратно продолжительности рабочей смены. В этом случае интенсификация (за счет применения ПАВ) процесса бурения шпуров требует изменения параметров всей технологической цепочки. В частности, сокращение времени бурения позволяет увеличить глубину шпуров. что, в свою очередь, повышает производительность погрузки породы, снижает относительное время вспомогательных и подготовительно-заключительных операций. Таким образом, взаимообусловленность горных процессов определяет кумулятивный эффект действия ПАВ. который состоит в том, что суммарная эффективность использования поверхностно-активных веществ в горной технологии превышает сумму увеличения эффективности отдельных процессов.

Для реализации этого эффекта разработана компьютерная программа, которая с помощью метода последовательных приближений дает оптимальные параметры всех процессов горной технологии с учетом применения в них поверхностно-активных веществ. Так. применительно к усло-

виям проходки вскрывающего квершлага гор. -860 м шахты «Ново-Кальииская», увеличение скорости чистого бурения за счет использования ПАВ с 22 до 33 см/мин и снижение износа и затупления буровых коронок в 2,2 раза позволяет при том же времени цикла увеличить глубину шпуров с 1,75 до 2,30 м. При этом существенно изменяются параметры взрывных работ, погрузки породы, штангового крепления. В итоге скорость проходки квершлага увеличивается на 31 % и достигает 181 м/мес. Это позволяет на 23,3 % сократить прямые нормируемые затраты, на 4,4 - общешахтные, на 7,6 - накладные и на 12,7 % - плановые накопления.

Затраты на приобретение и технологию использования поверхностно-активных веществ пренебрежимо малы. Их применение экологически безопасно, что подтверждено официальным заключением санитарно-эпидемиологической службы. Более того, снижение при использовании ПАВ запыленности шахтной атмосферы увеличивает безопасность и санитарно-гигиенические условия труда. Все выше изложенное свидетельствует о перспективности использования поверх-ностно-активных веществ в горном производстве.

Работа выполнена в соответствии с исследованиями по ГРАНТ (Г-58).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Безматерных В.А., Латышев О.Г., Черкасов В.М. Физические характеристики разрушаемое™ твердых горных пород // Изв. вузов. Горный журнал. -1981. - №10. - С.61-65.

2. Влияние поверхностно-активных веществ на развитие трещиноватости нагруженных горных пород / О.Г.Латышев, Н.И.Иванова. С.С Иванова. Н.В.Перцов // Изв. вузов. Горный журнал. - 1988. - №12 -С.4-8.

3. Горюнов Ю.В., Перцов И.В.. Щукин КД. Эффект Ребиндера. - М.: Наука. 1966. - 178с.

4. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях (объектах строительства подземных сооружений), склонных к горным ударам. - Л.: ВНИМИ. 1989. - 59с.

5. Исследование усилий при резании бокситов / А.М.Мальцев. О.Г.Латышев, Н.И.Пстухов. В.Г.Дронов// Изв. вузов. Горный журнал. - 1977. -№3. - С.79-83.

6. Латышев О.Г., Азанов МА. Использование поверхностно-активных сред для борьбы с пылью при бурении шпуров и скважин // Изв. Уральской гос. горно-геологической академии. Сер.: Горное дело. - 1998 -Вып.7. -С. 140-143.

7. Латышев О.Г., Засылкин АЛ.. Меньшиков КВ. Оценка пылеподавления и износа инструмента при бурении горных пород с промывкой растворами поверхностно-активных веществ // Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз. науч. тсмат. сборник - Екатеринбург: УГИ. 1992. - С.51-54.

8. Латышев О.Г., Иванова С.С. Влияние трещиноватости горных пород на их деформационные характеристики // Изв. вузов. Горный журнал. - 1992. - №3. - С. 1-5.

9. Латышев О.Г., Иванова С.С., Каргапольцев М.М. Бурение шпуров и скважин с промывкой растворами поверхностно-активных веществ // Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз. науч. темат. сборник. - Свердловск: СГИ. 1990. - С.44-49.

10. Латышев О.Г., Иванова С.С., Суворов Б.И. Влияние поверхностно-активных веществ на физические свойства горных пород // Изв. вузов. Горный журнал. - 1985. - №12. - С. 1-5.

11. Латышев О.Г. Интенсификация ползучести горных пород под действием поверхностно-активных сред// Изв вузов. Горный журнал. - 1997. -№7-8. - С. 1-5.

12. Латышев О.Г. Исследование и контроль увлажнения горных пород // Изв. вузов. Горный журнал. -1996. - №12. • С.3-8.

13. Латышев О.Г. Оценка эффективности использования поверхностно-активных сред для борьбы с горными ударами // Гидрогеология, инженерная геология и геоэкология месторождений полезных Ископаемых. - Екатеринбург: УНЦ АН РФ, 1994. - С.44-45.

14. Латышев О.Г. Перспективы использования поверхностно-активных веществ для у правления свойствами пород в процессах строительства шахт // Строительство шахт, рудников и подземных сооружений: Межвуз. науч.-темат. сборник. - Свердловск: СГИ. 1988. - С.69-73.

15. Латышев О.Г.. Рыбак В. П. Оценка воздействия поверхностно-активных веществ на разрабатываемый массив при строительстве Екатеринбургского метрополитена // Проблемы геотехнологии и недровс-дения (Мсльниковскис чтения): Доклады Международной конференции. - Т.З. - Екатеринбург: УрО РАН. 1998.-С. 193-199.

16. Мосинец В Н., Абраиов A.B. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. - М.: Недра. 1982.-248 с.

17. Остроушко И.А. Бурение твердых горных пород. - М.: Недра. 1966. - 292 с.

IX. Петухов //.Л/. Егоров П. В. Винокур />.///. Предотвращение горных уларов на рудниках. - М Недра. 1984.-230 с.

19 Протасов ЮЛ. Теоретические основы разрушения горных пород. - М.: Недра. 1985. - 242 с.

20. Ржевский В В. Процессы открытых горных работ. - М.: Недра. 1974. - 520 с.

21. Сипягин В.А.. Сачков А.Ф. Обеспыливание атмосферы рудников - М.: Металлурги »лат. 1958. -

213 с.

22. Способы предотвращения пылеобразования при взрывном разрушении горных пород / О.Г Латышев. М.А Азанов. М.В.Корннлков. А.И.Ермолаев // Изв. Уральской гос. горно-геологической академии. Сер.: Горное дело. - 1998. - Вып.7. - С. 136-139.

23. Физико-химическое воздействие на прочность горных пород /экспресс-информация). - М. ЦНИЭИуголь. 1980. - 28 с.

24. Хат-каев А.И. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. - М.: Недра. 1974 -

224 с.

25. ШрейнерЛ.А. Физические основы механики горных пород - М-Л.: Гостоптехиздат. 1950. - 119с.

УДК 622.02

М.Н. Волков

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБДЕЛОК ТОННЕЛЕЙ

Мировая и отечественная практика свидетельствуют о том. что подземные городские коммуникации - транспортные и коллекторные тоннели - являются единственный реальным средством, позволяющим радикально решить транспортные и коммунальные проблемы крупнейших и крупных городов. Однако масштабное строительство городских тоннелей потребует значительных, денежных средств, основная доля которых (56 %) расходуется на возведение и поддержание обделок. В области проектирования последних получены важные научные и практические результаты, вместе с тем существующие расчетные методы определения нагрузок, усилий и размеров крепей не обеспечивают полной безопасности и безаварийности горностроительных работ и эксплуатации тоннелей. Поэтому задача разработки надежных методов расчета обделок тоннелей городских подземных сооружений в условиях риска является весьма актуальной. Перспективным путем ее решения может служить имитационный метод Монте-Карло (11>

Для реализации метода Монте-Карло разработана методика, включающая:

1) выбор модели;

2) оценку характера распределения и ввод случайных параметров в модель;

3) ввод дискретных параметров в модель;

4) розыгрыш случайных значений в соответствии с распределением случайных параметров генератором псевдослучайных чисел. Для нормально распределенной:

К^ЗД'^-З^ш, ,

где Я„ - нормально распределенное случайное число; Z - сумма любых шести равномерно распределенных случайных чисел:

2=Я1+Я:+Я3+Я,+Я*+ЯЛ,

Як Я;. Я?. Яа, Я<. Яб - равномерно распределенные случайные числа (по резу льтатам последовательного розыгрыша);

5) фиксация выходных случайных массивов;

6) отбраковка выходных случайных массивов: по правилу трех сигм; по смыслу задачи; по условию аЛ>, Ь=0;