• Теплухин Владимир Клавдиевич
• Ратушняк Александр Николаевич
• Ван Сяолун

DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-60-69

Теплухин В. К., Ратушняк А. Н., Ван Сяолун. Электромагнитная технология диагностики состояния внутренних защитных покрытий промысловых трубопроводов // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 6. С. 60–69. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-60-69

Цель работы. В настоящее время часть (менее 10 %) промысловых трубопроводов имеют внутреннее защитное покрытие. Отсутствие защиты ведет к отказам трубопроводов в процессе эксплуатации, порывам, обусловленным развитием коррозии. Это приводит к экологическому ущербу, высоким затратам на ликвидацию аварий, неконтролируемым потерям нефти и нефтепродуктов. С целью снижения частоты порывов системы трубопроводов необходимо увеличивать долю трубопроводов с внутренним защитным покрытием. Срок службы трубопроводов с внутренней изоляцией возрастает в 8–10 раз по сравнению с незащищенными трубами. Необходима разработка технологии контроля технического состояния внутреннего полимерного покрытия труб промыслового сортамента диаметров 114–273 мм, используемых для транспортировки нефтепродуктов.
Методика проведения исследований. Теоретические и методические исследования и детальный анализ результатов физического моделирования.
Анализ результатов. Показана информативность измеряемых характеристик гармонического электромагнитного поля при исследовании дефектов защитного покрытия трубопроводов и высокая технологичность промысловых контрольных исследований при проведении диагностики внутреннего полимерного покрытия труб при перемещении измерительного комплекса внутри труб в автономном режиме с непостоянной скоростью.
Выводы. Проверена и подтверждена эффективность применения в качестве технического решения способа, основанного на симметричной системе расположения зондовых электродов и мостовой схеме измерений характеристик поля электромагнитного сигнала для создания технологичного средства диагностики внутреннего полимерного покрытия промысловых трубопроводов в сложных условиях промышленной эксплуатации.

Ключевые слова: защитное внутритрубное полимерное покрытие; диэлектрический слой;
математическое моделирование; экспериментальная установка; физическое моделирование.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гейт А. П., Михайлов И. И., Зорин Е. Е. Применение систем автоматизированного ультразвукового контроля для оценки качества кольцевых сварных соединений трубопроводов // Наука и технология трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2018. № 8. С. 264–272.
2. Власов В. Т., Коровкин Ю. А., Марин Б. Н., Юрчук Е. С. Устройство для ультразвукового
контроля трубопроводов: пат. 2018817 Рос. Федерация. MПKG 01 N 29/10. 30.08.1994. URL: http://www1.fi ps.ru/ fi ps_servl/fi ps_servlet
3. Власов В. Т., Марин Б. Н., Юрчук Е. С., Коровкин Ю. А. Ультразвуковое устройство для автоматического контроля качества металла трубопроводов: пат. 2042946 Рос. Федерация. МПК G 01 N 29/04. 27.08.1995. URL: http://www1.fi ps.ru/fi ps_servl/fi ps_servlet
4. Шабуневич В. И. Способ неразрушающего контроля трубопроводов: пат. 2108569 Рос. Федерация. МПК G 01N29/04. 10.04.1998. URL: http://www1.fi ps.ru/ fi ps_servl/fi ps_servlet
5. Мурашов В. В., Слюсарев М. В. Выявление трещин в деталях из полимерных композиционных материалов и в многослойных клееных конструкциях низкочастотным акустическим методом // Дефектоскопия. 2016. № 6. С. 27–34.
6. Теплухин В. К. Развитие теоретического обеспечения электромагнитной дефектоскопии колонн нефтяных и газовых скважин // Дефектоскопия. 2004. № 12. С. 60–73.
7. Ратушняк А. Н., Теплухин В. К. Теоретические и экспериментальные основы индукционных методов исследований скважин. Екатеринбург: УрО РАН, 2017. 127 с.
8. Исаев Г. А., Кауфман А. А., Рабинович Б. И., Шатохин В. Н. О влиянии негоризонтальных
поверхностей раздела на электромагнитные поля, применяемые в электроразведке // Теория электромагнитных полей, применяемых в разведочной геофизике. Новосибирск: Наука, 1970. С. 3–69.
9. Заборовский А. И. Электроразведка. М.: Гостоптехиздат, 1963. 429 с.
10. Ваньян Л. Л. Основы электромагнитных зондирований. М.: Недра, 1965. 109 с.
11. Уэйт Дж. Р. Геоэлектромагнетизм. М.: Недра, 1987. 235 с.
12. Бурсиан В. Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. Л.: Недра, 1972. 245 с.
13. Краев А. П. Основы геоэлектрики. Л.: Недра, 1965. 587 с.
14. Lоngman I. M. A method for the numerical evaluation of fi nite integrals of oscillatory functions // Math. Comput. 1960. Vol. 14. No. 69. P. 53–59.

Поступила в редакцию 14 мая 2019 года

• Козырев Анатолий Александрович
• Кузнецов Николай Николаевич
• Федотова Юлия Викторовна
• Шоков Анатолий Николаевич

DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-41-50

Козырев А. А., Кузнецов Н. Н., Федотова Ю. В., Шоков А. Н. Определение степени удароопасности скальных горных пород по результатам испытаний при одноосном сжатии // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 6. С. 41–50. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-41-50

Введение. На данный момент основной подход отнесения горных пород к удароопасным заключается в анализе их полной кривой деформирования и определении запредельных деформационных и энергетических параметров в условиях одноосного сжатия. Недостатком такого подхода является необходимость проведения исследований на специализированных жестких прессах, возможность приобретения которых ограничена их высокой стоимостью и единичным количеством изготовления.
Цель работы. Целью данной работы является сравнение результатов определения степени удароопасности скальных горных пород Хибинского и Ковдорского массивов Мурманской области по предлагаемой методике анализа допредельных кривых деформирования пород и по методике анализа полных кривых деформирования, полученных с использованием жестких прессов.
Методология. Экспериментально изучены энергетические параметры и характеристики деформирования скальных горных пород, определены параметры и характеристики их удароопасности. Предложена более простая методика определения степени удароопасности пород, исходя из анализа их кривой деформирования на допредельном участке, а также величин накопленной упругой энергии до предела прочности. Для этого не требуется испытательных прессов с повышенной жесткостью, а лабораторные исследования выполняются на обычном
оборудовании стандартными методами.
Результаты. На основании проведенных исследований определены деформационные и энергетические параметры изучаемых горных пород, а также установлена категория их удароопасности – удароопасные или неудароопасные.
Выводы. Полученные данные позволили сделать вывод, что результаты оценки удароопасности горных пород по допредельной стадии деформирования полностью соответствуют результатам оценки, выполненной на основании анализа полной кривой деформирования.

Ключевые слова: удароопасность; деформирование; упругая энергия; скальные горные породы; лабораторные испытания; одноосное сжатие; образец.

1. Козырев А. А., Панин В. И., Мальцев В. А., Аккуратов М. В. Прогноз горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений на Хибинских апатитовых рудниках // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах: сб. науч. ст. Апатиты, 1998. С. 73–82.
2. Лань Т., Чжан Х., Батугина И. М., Юй Л., Ли Ш., Хан Ц., Сун В., Тан Г. Исследование энергии системы горных ударов при подземной глубокой разработке на угольной шахте // ГИАБ. 2015. № 6. С. 287–292.
3. Kabwe E., Wang Y. Review on rockburst theory and types of rock support in rockburst prone mines //Open Journal of Safety Science and Technology. 2015. № 5. P. 104–121.
4. Cai M. Prediction and prevention of rockburst in metal mines. A case study of Sanshandao gold mine // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016. № 8. P. 204–211.
5. Ptacek J. Rockburst in Ostrava-Karvina coalfield // Procedia Engineering. 2017. Vol. 191. P. 1144–1151.
6. Турчанинов И. А., Иофис М. А., Каспарьян Э. В. Основы механики горных пород. СПб: Недра, 1977. 503 с.
7. Петухов И. М., Ильин А. М., Трубецкой К. Н. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках. М.: Академия горных наук, 1997. 384 с.
8. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. М.: Недра, 1983. 280 с.
9. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. М.: Недра, 1985. 271 с.
10. Singh S. P. Technical note. Burst energy release index // Rock Mechanics and Rock Engineering. 1988. Vol. 21. P. 149–155.
11. Zhao T., Guo W., Yu F., Tan Y., Huang B., Hu S. Numerical investigation of influence of drilling arrangements on the mechanical behavior and energy evolution of coal models // Advances in Civil Engineering. 2018. URL: https://www.hindawi.com/journals/ace/aip/3817397/ (дата обращения 21.01.2019)
12. Kidybiski A. Bursting liability indices of coal // International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstract. 1981. Vol. 18. No. 4. P. 295–304.
13. Tarasov B. G. Superbrittleness of rocks at high confining pressure // Deep Mining. Australian Centre for Geomechanics. Perth. 2010. P. 119–133.
14. Козырев А. А., Каспарьян Э. В., Федотова Ю. В., Кузнецов Н. Н. Оценка степени удароопас- ности скальных горных пород на основе результатов лабораторных испытаний // Вестник МГТУ. 2019. Т. 22. №1. С. 138–148.
15. Kuznetcov N. N., Fedotova I. V., Pak A. K. Strain and energy parameters of burst-prone rocks: study and analysis // Proceedings of the 3rd International Conference on Rock Dynamics and Applications (RocDyn-3). Trondheim, Norway. 2018. P. 281–284.

Поступила в редакцию 7 мая 2019 года

• Дырдин Валерий Васильевич
• Ким Татьяна Леонидовна
• Смирнов Вячеслав Геннадьевич

DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-51-59

Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Ким Т. Л. Фактор выбросоопасности зон угольных пластов, обусловленный крупностью частиц угля // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 6. С. 51–59 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-51-59

Введение. Параметры и свойства угольных пластов, на которых произошли внезапные выбросы угля и газа, активно исследуются с целью уточнения механизма и совершенствования методов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа. Выбросы происходят из слабых, перемятых пачек угля.
Цель работы. Исследование влияния крупности зерен угольного пласта на формирование внезапных выбросов угля и газа с учетом возможного изменения прочностных и фильтрационных свойств угля. 
Методика. Выполнен теоретический анализ влияния крупности частиц угля и размера зарождающихся трещин на формирование внезапных выбросов угля и газа.
Теоретическая часть. В работе показано, что с уменьшением среднего размера частиц угля увеличивается поток газа, переходящего из внутреннего объема угля в свободную форму, уменьшается коэффициент проницаемости, что ведет к возрастанию градиента газового давления в краевой зоне. Размер частиц определяется условиями формирования и залегания угля. В отдельные геологические периоды уголь измельчается при разрушении части массива силами горного давления. Размер частиц угля влияет на диапазон равновесных условий, при нарушении которых развивается внезапный выброс угля и газа.
Результаты. Исходя из условий равновесия малого объема угля с ориентированными трещинами сформулирован критерий возникновения внезапных выбросов угля и газа, который показывает, что с уменьшением размера трещин по степенному закону возрастает вероятность возникновения внезапных выбросов угля и газа при сохранении прочих условий.
Выводы. Сформулирован фактор возникновения внезапных выбросов угля и газа, выраженный через размер частиц угля в степени 2,5, в соответствии с которым вероятность формирования внезапного выброса линейно возрастает при увеличении газоносности угольного пласта, коэффициента диффузии метана из внутреннего пространства к поверхности угольных частиц, а также при уменьшении прочности угля.

Ключевые слова: газодинамические явления; краевая зона; уголь; метан; внезапные выбросы угля и газа; трещины; разрушение; зернистость; фильтрация.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чернов О. И., Пузырев В. Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. М.: Недра, 1979. 296 с.
2. Зыков В. С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2010. 333 с.
3. Fisne A., Esen О. Coal and gas outburst hazard in Zonguldak Coal Basin of Turkey, and association with geological parameters // Nat Hazards. 2014. Vol. 74. P. 1363–1390.
4. Li Sh., Zhang T. Catastrophic mechanism of coal and gas outbursts and their prevention and control // Mining Science and Technology. 2010. Vol. 20. P. 209–214.
5. Мурашев В. И. Механизм развязывания внезапных выбросов угля и газа в горных выработках // Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 140–161.
6. Алексеев А. Д. Физика угля и горных процессов. Киев: Наукова думка, 2010. 425 с.
7. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Гаврилов В. Ю., Шутилов Р. А., Ковчавцев А. П., Танайно А. С., Ефимов В. П., Астраханцев И. Е., Гренев И. В. О некоторых особенностях взаимодействия между геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2. С. 3–30.
8. Бьюи Х. Д. Механика разрушения: обратные задачи и решения: пер. с англ. М.: Физматлит, 2011. 412 с.
9. Седов Л. И. Механика сплошной среды: в 2 т. Т. 2. СПб: Лань, 2004. 560 с.
10. Дырдин В. В., Фофанов А. А., Ким Т. Л., Смирнов В. Г., Тациенко В. П., Козлов А. А., Плотников Е. А. Влияние механодеструкции угля на формирование газодинамических процессов при подземной разработке угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 8. С. 10–15.
11. Дырдин В. В., Фофанов А. А., Смирнов В. Г., Дягилева А. В. Образование «газового мешка» в зоне опорного давления угольного массива впереди забоя очистной выработки // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 4. С. 41–46.
12. Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Шепелева С. А. Трещинообразование в угольных пластах,
склонных к внезапным выбросам угля и газа // Вестник КузГТУ. 2013. № 6. С. 20–27.
13. Smirnov V. G., Dyrdin V. V., Manakov A. Yu., Ismagilov Z. R., Adamova T. P. Problem of
pulverized coal formation at main outburst caused by decomposition of gas hydrates in coal seams // Chemistry for Sustainable Development. 2016. Vol. 24. № 4. P. 499–507.
14. Ruthven D., Farooq S., Knaebel K. S. Pressure Swing Adsorption. USA: VCH Publishers, 1994. 353 p.
15. Коваленко Ю. Ф., Сидорин Ю. В., Устинов К. Б. Деформирование массива угля при наличии в нем системы изолированных газонаполненных трещин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 33–45.
16. Колесниченко Е. А., Артемьев В. Б., Колесниченко И. Е. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. М.: Горное дело, 2013. 232 с.
17. Проблемы теории пластичности и геомеханики: к 100-летию со дня рождения акад.
С. А. Христиановича / отв. ред. В. И. Карев. М.: Наука, 2008. 391 с.
18. Эттингер И. Л. Метанонасыщенный угольный пласт как твердый метаноугольный раствор // ФТПРПИ. 1990. № 2. С. 66–72.
19. Цай Б. Н., Демин В. Ф., Исабеков Е. Т. О внезапных выбросах угля и газа // Известия вузов. Горный журнал. 2008. № 3. С. 118–123.
20. Федорченко И. А., Федоров А. В. Описание газодинамической стадии внезапного выброса угля и газа с учетом десорбции // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 20–32.
21. Исабек Т. К., Демин В. Ф., Цай Б. Н., Исабеков Е. Т., Сагындыков Н. Технология ведения
очистных и подготовительных работ на выбросоопасных пластах // Известия вузов. Горный журнал. 2009. № 5. С. 10–16.

Поступила в редакцию 15 мая 2019 года

• Панжин Андрей Алексеевич
• Панжина Наталия Александровна

УДК 622.83:[528.2:629.78]

DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-31-40

Панжин А. А., Панжина Н. А. Оценка стабильности опорных пунктов как основы для геодинамического мониторинга // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 6. С. 31–40. DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-31-40

Введение. Статья посвящена вопросу выбора опорных (исходных) пунктов как основы для геодинамического мониторинга. При этом мониторинг может быть как региональным, например Уральского региона, так и локальным, охватывающим группу месторождений и вмещающий массив.
Актуальность. Поскольку массив имеет иерархически блочную структуру и постоянную подвижность, вызванную суммарным воздействием естественных и техногенных факторов, выборопорных пунктов, свободных от влияния деформационных процессов, является актуальной проблемой.
Идея работы. Для фактической оценки пространственно-временной стабильности опорных пунктов предлагается выполнять их геодезическую привязку к глобальным сетям IGS мониторинга с последующим анализом скоростей и направлений их собственных сдвижений относительно соседних пунктов.
Методология. На основании полученных данных выявляются наиболее стабильные опорные пункты, их скорости и направления пространственных сдвижений сопоставляются с модельными в системе ITRF2014, при этом устраняется фоновая составляющая.
Результаты. Определены фактические векторы сдвижений ряда пунктов геодезической сети IGS и ФАГС и базового пункта административно-бытового комплекса. По результатам серии землетрясений в районе города Катав-Ивановск выполнены исследования НДС массива.
Выводы. Показано использование предложенного способа оценки пространственно-временной стабильности опорных геодезических пунктов как основы для геодинамического мониторинга.

Ключевые слова: геодинамический мониторинг; опорные пункты; вектор сдвижения; иерархически блочная структура; деформации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Панжин А. А. Решение проблемы выбора опорных реперов при исследовании процесса сдвижения на объектах недропользования // Маркшейдерия и недропользование. 2012. № 2 (58). С. 51–54.
2. Кузьмин Ю. О. Современная геодинамика опасных разломов // Физика Земли. 2016. № 5. С. 87–101.
3. Sainoki A., Mitri H. S. Dynamic behavior of mining-induced fault slip // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2014. Vol. 66. P. 19–29.
4. Панжин А. А. Исследование сдвижений земной поверхности при разработке месторождений с применением площадных инструментальных методов // Известия вузов. Горный журнал. 2009. № 2. С. 69–74.
5. Yan Bao, Wen Guo, Guoquan Wang et al. Millimeter-accuracy structural deformation monitoring using stand-alone GPS // Journal of Surveying Engineering. 2017. Vol. 144. Р. 242–251.
6. Yigit C. O., Coskun M. Z., Yavasoglu H. et al. The potential of GPS precise point positioning method for point displacement monitoring: A case study // Measurement. 2016. Vol. 91. P. 398–404.
7. Кузьмин Ю. О. Современная аномальная геодинамика асейсмичных разломных зон // Вестник отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук Российской академии наук. 2002. № 1. С. 1–27.
8. Уткин В. И., Белоусова А. А., Тягунов Д. С., Баландин Д. В. Исследование геодинамики северного и среднего Урала по данным GPS // Доклады Академии наук. 2010. Т. 431. № 2. С. 246–251.
9. Панжин А. А. Исследование геодинамических движений CORS для обоснования методики контроля процесса сдвижения на месторождениях Уральского региона // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2015. № 1 (49). С. 22–26.
10. Кузьмин Ю. О. Геодинамический мониторинг объектов недропользования // Гео-Сибирь.  2006. Т. 3. № 1. С. 33–42.
11. Вдовин В. С., Дворкин В. В., Карпик А. П. Проблемы и перспективы развития активных спутниковых геодезических сетей в России и их интеграции в ITRF // Вестник СГУГиТ. 2018. Т. 23. № 1. С. 6–27.
12. Kodama J., Miyamoto T., Kawasaki S. et al. Estimation of regional stress state and Young’s modulus by back analysis of mining-induced deformation // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013. Vol. 63. P. 1–11.