25.00.20 – геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика, техн.

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 23 августа 2007 г. № 138
 

Цель и задачи программы-минимум

Целью изучения материалов программы – минимум по специальности 25.00.20 – «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика» – формирование у соискателя ученой степени углубленных знаний физико-механических, физико-химических свойств, состава и структуры горных пород, физических, физико-механических и физико-химических процессов в горных породах, грунтах, твердых полезных ископаемых, их классификации и биосферносовместимым использованием, а также разработки научных основ изменения их свойств и параметров под воздействием физических и температурных полей при диспергировании и физико-химическом модифицировании с целью решения научных задач и проблем добычи и переработки полезных ископаемых, а также при освоении подземного пространства не связанного с комплексным освоением месторождений полезных ископаемых.

Основной задачей изучения программы – минимум является: знание методов, способов и средств контроля за состоянием горных пород и массивов в процессе добычи и переработки полезных ископаемых, строительстве шахт, рудников, карьеров и подземных сооружений, а также управление этими состояниями с целью совершенствования существующих и создания новых горных технологий.

Требования к знаниям, умениям и навыкам аспиранта (соискателя)

В результате изучения материалов программы – минимум соискатель ученой степени должен:

иметь представление

  • о современном состоянии горного производства и путях его развития на ближайшую перспективу;
  • об основных научно-технических задачах и проблемах процессов добычи и переработки полезных ископаемых;
  • о взаимосвязи физических свойств и процессов с технологией ведения горных работ и работ в области использования подземного пространства не связанных с комплексным использованием месторождений полезных ископаемых;

знать

  • научные методы и средства определения физических свойств горных пород и массивов; физические явления и процессы в породных массивах (геомеханические, гидрогазодинамические, термодинамические, электромагнитные, волновые, аэрогазодинамические, теплофизические), методы их исследования и контроля;
  • закономерности физических процессов разрушения горных пород механическими способами, взрывом, специальными физическими способами; технику и технологию взрывных работ ведущихся в горной промышленности, геологоразведке, строительстве, мелиорации; методы проектирования и обеспечения безопасности взрывных работ;
  • методы контроля процессов горного производства; методы контроля геомеханического состояния породных массивов и прогнозирования проявлений горного давления, сдвижения горных пород, способы управления горным давлением; методы контроля и средств регулирования теплового, газового и водного режимов шахт, рудников, карьеров и подземных сооружений; методы контроля и управления качеством горных работ и продукции горнодобывающих предприятий; методы моделирования процессов и технологий горного производства; методы контроля качества и диагностики массива, технических средств и строительных конструкций;

уметь

  • анализировать информацию и научно представлять данные прогнозных оценок по состоянию породного массива;
  • обеспечить геомеханическими данными стадии проектирования, строительства и эксплуатации горных предприятий;
  • обеспечить производство научной и практической информацией о физических свойствах горных пород и состоянии породного массива, прогнозировать возникновение опасных состояний массива и возможные их проявления в процессах горного производства;

владеть

  • современными методами научных исследований, рациональными приемами использования научно-технической документации при решении задач и проблем в геомеханики, разрушении горных пород, рудничной аэрогазодинамики и горной теплофизики.

Соискатель ученой степени должен на экзамене показать профессиональные знания по существующим разделам науки, владение теоретическим аппаратом и современными методами расчетов в исследованиях.

Дополнительная программа должна включать новые разделы данной отрасли науки и разделы, связанные с направлениями исследований соискателя. Дополнительная программа разрабатывается и утверждается в организации где принимается экзамен.

Содержание курса

Тема 1. Геомеханика и управление состоянием массива горных пород

Ключевые слова: геомеханика, механика горных пород, управление состоянием массива, горное давление, сдвижение горных пород, маркшейдерия.

Геомеханические процессы и их проявления на современном этапе развития недропользования.

Геомеханические процессы в массиве горных пород при подземной, открытой и комбинированной разработке месторождений полезных ископаемых. Геомеханические процессы взаимодействия крепи горных выработок и породного (грунтового) массива при строительстве подземных сооружений.

Напряженно-деформированное состояние массива горных пород.

Гравитационное и тектоническое силовое поле. Силовое поле в ненарушенном и нарушенном массиве. Напряженно-деформированное состояние (НДС) горных пород, представленное упругой и сыпучей средой. Физико-механические и физико-химические свойства горных пород. НДС горных пород в нарушенном массиве.

Оценка устойчивости контура незакрепленной выработки.

Формы, величина и характер проявления горного давления. Горные удары и признаки их проявления. Характеристика устойчивого и неустойчивого контура выработки. Режим заданной нагрузки. Режим заданных деформаций для условий Старобинского месторождения калийных солей. Управление горным давлением в капитальных и подготовительных выработках. Охрана горных выработок. Способы охраны горизонтальных выработок на Старобинском месторождении.

Горное давление в капитальных и подготовительных выработках.

Определение горного давления в горизонтальных выработках методами строительной механики и эмпирическими. Определение горного давления в вертикальных выработках по теории подпорных стен и эмпирически. Горное давление в наклонных выработках и его определение методами строительной механики и эмпирическими. Маркшейдерские наблюдения за проявлением горного давления.

Горное давление в очистных выработках.

Залегание вмещающих пород. Горное давление в длинных и коротких очистных забоях. Гипотезы свода, консольной плиты, волны давления, шарнирных блоков. Управление горным давлением способом полного обрушения, частичной закладки, плавного опускания. Маркшейдерские наблюдения за проявлением горного давления.

Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Процесс сдвижения горных пород и земной поверхности. Область и зоны сдвижения горных пород над и под очистными выработками. Факторы, влияющие на процесс сдвижения горных пород. Параметры процесса сдвижения горных пород и земной поверхности. Наблюдения, в том числе маркшейдерские за сдвижением горных пород и земной поверхности и расчет величин деформации. Технологические методы управления геомеханическими процессами при подземной разработке месторождений. Построение предохранительных целиков под здания, сооружения, вертикальные стволы методами вертикальных разрезов и сечений. Определение мощности водозащитной толщи в условиях Старобинского месторождения. Защита сооружений и природных объектов от вредного влияния горных выработок.

Сдвижение горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Формы проявления сдвижения горных пород. Наблюдения, в том числе маркшейдерские, за сдвижением пород на карьерах. Методы расчета устойчивости уступов и бортов карьеров. Расчет устойчивости отвалов. Противооползневые мероприятия на карьерах.

Особенности сдвижения горных пород при комбинированной и скважинной добычи месторождений полезных ископаемых. Особенности сдвижения горных пород при разработке техногенных месторождений.

Особенности расчета сдвижения горных пород и защита горных выработок в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях разработки.

Геомеханические процессы при строительстве подземных сооружений.

Статический расчет и проектирование конструкций крепей и обделок. Маркшейдерские наблюдения за геомеханическими процессами при строительстве и эксплуатации тоннелей, метрополитенов и других подземных сооружений.

Тема 2. Разрушение горных пород

Ключевые слова: разрушение горных пород, разрушение горных пород взрывом, буровзрывные работы.

2.1. Механизм разрушения горных пород при дроблении и измельчении.

Модель разрушения при дроблении. Влияние концевых эффектов на разрушение при дроблении. Механизм разрушения при измельчении. Энергоемкость при дроблении и измельчении. Характер невзрывного и взрывного способ разрушения горных пород.

2.2. Буровые работы.

Вращательный, вращательно-ударный, шарошечный и ударный способы бурения. Инструмент для бурения шпуров и скважин. Области применения механических способов бурения.

2.3. Теория взрыва и взрывчатые вещества.

Характеристика взрыва. Теория детонации. Факторы, влияющие на устойчивость и скорость детонации зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Кислородный баланс и термохимия взрывных процессов. Термодинамика взрыва. Работа взрыва. Расчет эквивалентных зарядов по характеристикам ВВ. Промышленные, инициирующие, метательные, смесевые ВВ.

2.4. Средства и способы инициирования зарядов ВВ.

Средства и технология огневого и электроогневого взрывания. Технология инициирования зарядов с помощью детонирующего шнура. Электрическое инициирование зарядов и средства его выполнения. Схемы коммутации зарядов ВВ при отбойке руд. Расчет электровзрывных сетей. Инициирование зарядов с использованием системы "Nonel".

2.5. Действие взрыва зарядов ВВ при разрушении горных пород.

Модели разрушения горных пород взрывом зарядов промышленных ВВ. Разрушение монолитной породы взрывом удлиненного заряда камуфлета. Разрушение горных пород вблизи свободной поверхности. Короткозамедленное взрывание при разрушении горных пород. Методика исследования взрывчатого превращения промышленных ВВ в лабораторных условиях.

2.6. Взрывные работы при проведении горных выработок.

Параметры буровзрывных работ (БВР) при проведении горных выработок обычными способами. Контурное взрывание. Параметры взрывных работ при предварительном щелеобразовании. Выбор технического критерия оценки эффективности взрывных работ при проведении горных выработок. БВР при проведении стволов. БВР при проведении горных выработок большого сечения. Влияние числа взрываемых шпуров и типа применяемых ВВ на эффективность взрывных работ. Проведение горных выработок скважинным методом. БВР при сооружении подземных камер и хранилищ. Осторожное проведение выработок. Взрывные работы при строительстве тоннелей и метрополитенов.

2.7. Взрывные работы при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Рациональные способы отбойки руд и схемы расположения зарядов ВВ. Массовые взрывы при отбойке руд по типовым проектам. Шпуровая отбойка руды. Камерные заряды при отбойке руд. Особенности ведения взрывных работ на угольных шахтах и пластах, опасных по газу или взрывам пыли. Взрывные работы в очистных забоях. БВР на Старобинском месторождении калийных солей.

2.8. Взрывные работы при открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

Основные требования к качеству взрыва. Содержание проекта массового взрыва. Методы определения степени дробления. Вторичное дробление негабарита. Расчет зарядов выброса и рыхления. Методы взрывных работ при дроблении горных пород: накладными, шпуровыми, камерными, скважинными зарядами. Сейсмическое действие взрыва. Действие на массив прямых и отраженных волн напряжений.

2.9. Специальные взрывные работы на дневной поверхности.

Взрывы на выброс и сброс. Образование полотна дороги взрывным способом. Рыхление мерзлых грунтов и торфа. Строительство каналов взрывным способом. Образование взрывом траншей и котлованов. Уплотнение горных пород и грунтов взрывом. Взрывные работы при дроблении штучного камня. Корчевка пней и валка деревьев. Обрушение зданий и сооружений, валка труб. Дробление фундаментов, бетона и железобетона. Взрывание горячих массивов.

Тема 3. Аэрология горных предприятий

Ключевые слова: аэрология горных предприятий, проветривание горных выработок, газовый режим шахт, тепловой режим шахт.

Шахтная атмосфера.

Изменение состава воздуха при его движении по горным выработкам. Газообильность шахт и рудников. Способы измерения содержания газов в воздухе. Свойства метана, его происхождение и виды связи с горными породами. Дегазация горных выработок. Горючие и взрывчатые вещества шахтных смесей. Борьба с пылью. Микроклимат горных выработок. Термовлажностные параметры шахтного воздуха. Факторы теплового режима шахт и рудников. Тепловой баланс шахт и вентиляционных потоков. Кондиционирование шахтного воздуха.

Аэромеханика

Уравнение аэростатики. Атмосферное давление в шахтах и его определение. Виды давления в движущемся воздухе. Депрессия. Законы аэродинамики. Режимы движения воздуха в шахтах. Типы воздушных потоков в горных выработках. Характеристика турбулентных свободных струй. Законы и виды сопротивления. Подобие шахтных вентиляционных потоков. Естественная тяга. Регулирование аэродинамического сопротивления выработок. Надежность шахтных вентиляционных сетей.

Процессы переноса в шахтах и рудниках.

Законы шахтной газовой динамики. Процессы газовыделения, газопереносы в сквозных выработках, тупиковых выработках и камерах. Пылевая динамика шахт. Шахтная термодинамика.

Вентиляция шахт и рудников.

Вентиляция выемочных участков, тупиковых выработок при их проведении. Способы и схемы вентиляции шахт. Утечка воздуха в шахтах. Вентиляционные сооружения. Контроль вентиляции шахт. Управление вентиляционным режимом. Проектирование вентиляции горных предприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература к теме 1

  1. Сдвижение и разрушение горных пород /С.Д. Викторов, М.А. Иофис, С.А. Гончаров; [Отв. ред. К.Н. Трубецкой]. –М.: Недра, 2005. -277 с.
  2. Картозия Б.А., Борисов В.Н. Инженерные задачи механики подземных сооружений. Учебное пособие. –2-е изд., перераб. и доп. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. – 246 с.
  3. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарян Э.В. Основы механики горных пород. –М.: Недра. 1977, -503 с.
  4. Журавков М.А. Математическое моделирование деформационных процессов в твердых деформированных средах (на примере механики горных пород и массивов). – Мн.: БГУ, 2002.
  5. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. – В двух частях /Под ред. И.Н. Ушакова. – 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Недра, 1989. –Часть 1 /И.Н. Ушаков, Д.А. Казаковский, Г.А. Кротов и др. -311 с.: ил.
  6. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. – В двух частях /Под ред. И.Н. Ушакова. – 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Недра, 1989. –Часть 2 /А.Н. Белоликов, В.Н. Земисев,  Г.А. Кротов и др. -437 с.: ил.
  7. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. –Солигорск-Минск: Изд-во Слуцкой укрупненной типографии, 1995. -214 с.
  8. Указания по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок в условиях Старобинского месторождения калийных солей. – Изд. 3-е, дополненное, Солигорск, 2002. – 341 с.
  9. СНиП II-94-80. Подземные горные выработки. /Госстрой СССР. –М.: Стройиздат, 1982. – 31 с.
  10. Богатов. Б.А., Войтенко В.С., Киреев А.М. Перспективы скважинной добычи полезных ископаемых в Беларуси. – Мн.: УП «Технопринт», 2004. – 258с.
  11. Смычник А.Д., Богатов Б.А., Шемет С.Ф. Геоэкология горного производства. Мн.: ЗАО «Юнипак», 2005. – 204с. ил.
  12. Богатов.Б.А., Войтенко В.С., Кимаев А.Е. Экологическая и энергетическая безопасность: идеи и практика скважинной добычи полезных ископаемых и утилизации отходов. Мн.: Юнипак, 2005. – 216с.: ил.
  13. Войтенко В.С., Иовец В.Н., Киреев А.М., Семенов Ю.В. Волновая обработка коллекторов нефти и газа. Мн.: Юнипак, 2005. – 260.: ил.
  14. Богатов Б.А., Миронов В.А., Зюзин Б.Ф., Лотов В.Н. Прогнозирование предельных состояний в нелинейной геомеханике. Мн.: ОО «Белорусская горная академия», 2000. – 340.

Дополнительная литература к теме 1

  1. Оника С.Г. Устойчивость бортов карьеров и отвалов: Метод. пособие к выполнению лабораторных работ. –Мн.: БНТУ, 2005. -56 с.
  2. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. –М.: Недра, 1980. -360 с.
  3. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах: Учеб. для вузов. –М.: Недра. 1986, -272 с.
  4. Борисов А.А., Матанцев В.И., Овчаренко Б.П., Воскобоев Ф.К. Управление горным давлением: Учеб. пособие для техникумов /Под ред. А.А. Борисова.  –М.: Недра, 1983. -168 с.
  5. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. Основы геомеханики. –М.: Недра, 1986. -301 с.
  6. Синанян Р.Р. Маркшейдерское дело: Учеб. для вузов. -2-е изд., перераб. и доп. –М.: Недра, 1988. -312 с.
  7. Кологривко А.А. Механические процессы в  пластовых и соляных месторождениях: Метод. пособие. –Мн.: БГПА, 2002. -73 с.
  8. Кологривко А.А. Практические занятия по дисциплине «Механические процессы в пластовых и соляных  месторождениях»: Метод. пособие. –Мн.: БГПА, 2001. -30 с.Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. –М.: Недра, 1980. -360 с.

Основная литература по теме 2

  1. Сдвижение и разрушение горных пород /С.Д. Викторов, М.А. Иофис, С.А. Гончаров; [Отв. ред. К.Н. Трубецкой]. –М.: Недра, 2005. -277 с.
  2. Взрывные работы при подземной разработке полезных ископаемых: Учебник для вузов /Под общ. ред. С.К. Мангуша –М.: Издательство Академии горных наук, 2000. -280 с.: ил.
  3. Таранов П.Я., Гудзь А.Г. Разрушение горных пород взрывом. Учебник: 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Недра, 1976. -253 с.
  4. Справочник по буровзрывным работам /М.Ф. Друкованый, Л.В. Дубков, Э.О. Миндели и др. –М.: Недра, 1976. -631 с.
  5. Единые правила безопасности при взрывных работах. -М.: НПО ОБТ, 1992, -238 с.
  6. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. -3-е изд., перераб. и дополн. -М.: МГГУ. 1992 г.

Дополнительная литература к теме 2

  1. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. Учебник для вузов, 2-е изд., перераб. и дополн. -М.: Недра, 1983, -344 с.
  2. Федоренко Г.И. Буровзрывные работы: Учеб. для вузов. -М.: Недра, 1991, -272 с.
  3. Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ: Учеб. для техникумов. –М.: Недра, 1996. -155 с.: ил.
  4. Оника С.Г., Стасевич В.И. Разрушение горных пород взрывом: Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию. –Мн.: БНТУ, 2005. -42 с.
  5. Стасевич В.И., Оника С.Г. Учебно-методическое пособие для курсовой работы «проект массового взрыва» по дисциплине «Разрушение горных пород взрывом». –Мн.: БНТУ, 2006. -59 с.
  6. Кологривко А.А. Проведение и крепление горных выработок: Метод. пособие. В 3 ч. Ч. 3. Проведение подземных горных выработок. –Мн.: БГПА, 2001. -111 с.
  7. Богатов Б.А. Открытые горные работы калийного производства в Беларуси: Монография / Б.А. Богатов, А.Д. Смычник, С.Ф. Шемет – Мн.: УП «Технопринт», 2004. – 255 с.
  8. Михайлов Ю.В. Строительство горных выработок специальными способами: учеб.- метод. Пособие / Ю.В. Михайлов, В.Ф. Носков, В.Я. Прушак; под ред. В.Я. Щербы. – Мн.: Тэхналогiя, 2005. – 223 с.
  9. Подземная экотехнология разработки маломощных месторождений крепких руд / Ю.В. Михайлов. – Мн.: Тэхналогiя, 2005. – 158 с.
  10. И.И. Шаровар Геотехнологические способы разработки пластовых месторождений. М.: Изд-во МГГУ, 1999. – 242 с.
  11. Мельников Н.И. Проведение и крепление горных выработок. Изд. 2, перераб. и доп. М., Недра, 1979. – 343 с.

Основная литература по теме 3

  1. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов. – 3-е изд. перераб. и доп. –М.: Недра, 1987. -421 с.
  2. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика. –М.: Недра, 1972.
  3. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. –М.: Недра, 1984.
  4. Алексеев В.В. Стационарные машины: Учебник для вузов. –М.: Недра, 1989. -416 с.: ил.
  5. Нормативные и методические документы по ведению горных работ на Старобинском месторождении калийных солей. –Солигорск-Минск: Изд-во Слуцкой укрупненной типографии, 1995. -214 с.

Дополнительная литература по теме 3

  1. Демин Н.В. Аэрология рудников и карьеров: Учеб. пособие. –М.:МГРИ, 1989. -51 с.
  2. Медведев И.И. Проветривание калийных рудников. –М.: Недра, 1970.
  3. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. –М.: Недра, 1975. -238 с.
  4. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: Учебное пособие для вузов. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. -328 с.
  5. Гейер В.Г., Тимашенко Г.М. Шахтное вентиляционные и водоотливные установки: Учебник для вузов. –М.: Недра, 1987. -270 с.