Дисертації з теми "Rocks destruction"

Дисертаційна робота присвячена розробці нового енергоефективного вибухо-механічного способу руйнування гірських порід з використанням кумулятивного вибухового ядра. Розроблено математичну модель енергоємності руйнування гірських порід, що враховує параметри вибухо-механічного навантаження вибою і сукупність дії природної та внесеної технологічної тріщинуватостей. Створено повнорозмірний експериментальний пристрій для реалізації комбінованого вибухо-механічного руйнування гірських порід. Пристрій дозволив експериментально встановити зниження питомої енергоємності вибухо-механічного руйнування гірських порід від частоти навантажень кумулятивним вибуховим ядром (на 9…16 %) та температури вибуху (на 4…7 %). При цьому забезпечено зростання коефіцієнта корисної дії з 77 % до 80 % та продуктивності руйнування гірських порід на 9…14 %. Результати досліджень апробовано в технологічному процесі ПП «Давидівський гранкар’єр». Досягнуто зниження питомої енергоємності руйнування граніту з 201 до 188 кВт·год/м³ вибухо-механічним способом за рахунок доповнення природних тріщин внесеними технологічними кумулятивним вибуховим ядром.

Thesis (PhD) -- Stellenbosch University, 2005.
ENGLISH ABSTRACT: The effective use of borehole radar in geophysical exploration requires accurate knowledge of the dielectric properties of the geological system in which it is employed. The attenuation and propagation velocity of pulses through rock must be known in order to plan and interpret experimental data. Conventional destructive methods for the measurement of hard rock cores require the careful preparation of samples. This firstly necessitates the selection of sampling position and the resulting estimation of rock properties based on sparse measurements, and secondly results in the loss of material and thus data. The ready availability of cylindrical borehole core samples invites the use of a nondestructive means of measuring their properties. A novel design for a flexible guarded capacitor which conforms to a core's cylindrical surface is presented here. T he proposed device has numerous advantages over previous methods. No material is lost to sample preparation and a detailed characterisation of the entire core, including inclusions and transitions between rock types, may be performed. A detailed methodology for the rapid construction of a robust capacitor is given. Guidelines for its operation to achieve repeatable and accurate measurements of the complex dielectric constant of samples of varying homogeneity in the 1- 25 MHz frequency range are presented. The increased amount of data collected from complete core samples is analysed statistically, and amongst other things allows the estimation of the rock's homogeneity. Comparisons of the dielectric properties measured in the laboratory to propagation velocity estimates obtained from crosshole borehole shoots show that a more homogeneous sample is a better predictor of bulk propagating conditions. Detailed studies of the dielectric properties of economically important diamondiferous and platiniferous geological systems show that borehole radar is a feasible tool for the high resolution delineation of ore bodies and other geological targets.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die effektiewe gebruik van boorgatradar in geofisiese eksplorasie benodig akkurate kennis van die dielektriese eienskappe van die geologiese sisteme waarin dit gebruik word. Kennis van die verswakking en voortplantingsnelheid van pulse deur die rots word benodig om eksperimente te beplan en gemete data te interpret eer. Vir konvensionele destruktiewe meetmetodes van harde rotskerne is noukeurige voorbereiding van monsters noodsaaklik. Hierdie proses vereis eerstens 'n keuse van meetposisies en die afskatting van rotseienskappe gebaseer op verspreide metings, en lei tweedens tot die verlies van materiaal en dus data. Die beskikbaarheid van silindriese bom·gat kernmonsters maak dit moontlik om die kerneienskappe op n nie-destruktiewe manier te meet. Die ontwerp van 'n nuwe buigbare afgeskermde kapasitor wat op 'n silindriese kernoppervlak pas, word hier voorgestel. Die toestel het verskeie voordele bo huidige metodes. Geen materiaal word gedurende monstervoorbereiding verloor nie, en 'n volledige beskywing van die eienskappe van die hele kern , met insluitings en oorgange tussen rotstipes, kan verkry word. 'n Gedetaileerde prosedure vir die vinnige konstruksie van 'n robuuste kapasitor word gegee. Die gebruik van die toestel vir herhaalbare en akkurate metings van die komplekse dielektriese konstante van verskillend homogene monsters in die 1- 25 MHz frekwensie bereik word beskryf. Die groter hoeveelheid data wat deur middel van hierdie metode van hele kernmonsters verkry kan word , word statisties geanaliseer, en laat onder andere 'n skatting van die rots se homogeniteit toe. Vergelykings van laboratoriumgemete rotseienskappe met veldskattings van voortplant ingsnelhede wys dat 'n meer homogene monster tot 'n beter afskatting van werklike voortplantingstoestande lei. Studies van die dielektriese eienskappe van ekonomies belangrike diamanthoudende en platinumryk geologiese sisteme wys dat boorgatradar geskik is vir hoe resolusie uitkenning van ertsligame en ander geologiese teikens.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за cпеціальністю 05.15.02 – підземна розробка родовищ корисних копалин, Державний ВНЗ «Національний гірничий університет» МОНмолодьспорт України, Дніпропетровськ, 2012.
Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.15.02 – подземная разработка месторождений полезных ископаемых. Государственный ВУЗ «Национальный горный университет» МОН молодежи и спорта Украины, Днепропетровск, 2012.
Doctor of technical sciences thesis on specialization 05.15.02 – Underground mining of mineral deposits. – State higher education instituton “National Mining University”, Dniproperovsk, 2012.
Дисертація присвячена питанням надійної й економічної підтримки підготовчих виробок на основі методів і способів керування напруженим станом металорамних кріплень і масиву, що вміщує виробку. Основна ідея роботи полягає у використанні явища утворення рухомих порушених зон навколо відслоненої поверхні (очисного вибою лави), що рухається для наукового обґрунтування й розробки високоресурсних металорамних кріплень, що забезпечують безпеку й ефективність підтримання підготовчих виробок у складних гірничо-геологічних умовах. У роботі обґрунтовано новий підхід і вимоги до деформаційно-силових параметрів кріплень; надано нове уявлення закономірностей протікання деформаційних процесів у підроблюваному масиві; установлені характер і механізм взаємодії кріплення виробки й підроблюваного масиву; обґрунтований новий підхід керування надійністю виробок за рахунок попереднього резервування й оптимізації запасу міцності кріплення при очікуваному впливі напружено-деформованих зон, що переміщаються. Це дозволило обґрунтувати й розробити нові конструкції металорамних кріплень, замкових з'єднань і шахтного спецпрофілю, які забезпечують суттєве підвищення стійкості підготовчих виробок і зниження витрат на їх підтримання.
Диссертация посвящена вопросам надёжного и экономичного поддержания подготовительных выработок на основе методов и способов управления напряжённым состоянием металлорамных крепей и вмещающего массива. Основная идея работы заключается в использовании явления образования перемещающихся нарушенных зон в окрестности движущейся обнажённой поверхности (очистного забоя лавы) для научного обоснования и разработки высокоресурсных металлорамных крепей, обеспечивающих безопасность и эффективность поддержания подготовительных выработок в сложных горно-геологических условиях. Обоснованы требования к силовым и кинематическим параметрам крепей. Установлено, что для обеспечения эксплуатационной устойчивости выработок наиболее эффективный интервал сопротивления крепи 150 – 250 кН/м2 и может увеличиваться (при глубине разработки более 1000 м) до 350 – 450 кН/м2, а более 400 кН/м2 – является нецелесообразным. Впервые дано представление закономерностей протекания деформационных процессов в подрабатываемом массиве, заключающиеся в том, что впереди движущегося очистного забоя вслед за нарастающим волнообразным изменением напряжённого состояния пород в упругом режиме деформаций происходит (на удалении порядка 1/2 длины лавы) разрушение пород, обусловленное изменением соотношения компонента напряжений, с образованием перемещающихся нарушенных зон «сжатия – разуплотнения» с периодическим расщеплением породной толщи на структурные блочно-слоистые элементы, с приближением к очистному забою протяжённость этих зон снижается, а степень разрушения – увеличивается. Установлено, что при взаимодействии зон – стационарной вокруг проведённой подготовительной выработки и движущейся впереди очистного фронта - наблюдается последовательное (по мере приближения забоя лавы) изменение внешнего граничного условия, проходящего ступенчато с нарастанием, в силу чего предельное равновесие нарушается и размеры зоны увеличиваются, а обеспечение устойчивости выработки достигается соответствующим увеличением внутреннего граничного условия, т.е. усилением крепи, которое должно упреждающе соответствовать приросту внешнего граничного условия, определяемому скоростью подвигания лавы и прочностными свойствами массива пород. Обоснован научный подход к эффективному управлению надёжностью крепи, заключающийся в резервировании и оптимизации запаса прочности конструкции, что достигается формоизменением элементов крепи, их разнорадиусным исполнением и сопряжённостью в узлах податливости, обеспечивающих сглаживание реакции крепи на воздействие перемещающихся напряжённо-деформированных зон пород. Установлено, что повышение предельной несущей способности крепи достигается дифференцированным изменением кривизны критического элемента, с увеличением которой по гиперболическому закону возрастает несущая способность (в 2 и более раз). Определены необходимые значения силовых и кинематических параметров металлорамных крепей: предельная несущая способность комплекта не менее 700 – 850 кН/раму; рабочее сопротивление не менее 450 кН/раму; конструктивная податливость для трехзвенных конструкций до 700 мм и для многозвенных конструкций до 1000 мм. Это обеспечивается формоизменением сечения к эллипсной конфигурации и дифференцированным усилением образующих элементов, совершенствованием конструкции и расположения соединительных элементов крепи (узлов податливости), применением более совершенных способов гибки образующих сегментов крепи. Разработаны конструкции крепей нового технического уровня (КШПУ-М, КЦЛ, КПП, КМП-А3(А4)Р2, КМП-А3(А5)Р2, КЦЛО). Типоразмерный ряд крепей охватывает максимальный диапазон сечений: от 9,5 до 25,5 м2. Всего создано 65 типоразмерных моделей. В новых конструкциях по сравнению с типовыми крепями достигнуто увеличение силовых характеристик в 1,5 – 2,0 и более раз. Разработан новый профиль горячекатаный для крепей горных выработок – спецпрофиль СПА, в конструкции которого поперечное сечение днища выполнено переменной толщины, которое увеличивается от плоскости симметрии к участкам сопряжения с наклонными боковыми стенками, а нижние грани фланцев сопряжены с криволинейными опорными поверхностями фланцев и расположены под острым углом к горизонтальной плоскости. Принципиальным отличием и преимуществом профиля СПА является возможность использования принципа трения в желобе, реализация которого в узлах податливости крепи позволяет повысить уровень рабочего сопротивления на 30 – 50% и стабилизировать его значение. Высокоресурсные крепи нового технического уровня внедрены в практику крепления подготовительных выработок на шахтах со сложными горно-геологическими условиями (ОАО «Павлоградуголь», ПАО «Ш/у «Покровское», ГП «Красноармейскуголь», ДУЭК, «Дзержинскуголь», Свердловантрацит», «Краснодонуголь» и др.), а также за рубежом (Болгария, Иран, Эстония). Подтверждённый экономический эффект – 93,7 млн грн.
The thesis is dedicated to safe and economic maintenance of development workings based on methods of stress state management of metal-frame supports and host massif. Basic idea of the work is usage of detected phenomena of dislocating fractured zones formation close to the moving exposed surface (longwall stope) for scientific substantiation and development of new constructions of metal-frame supports providing safety and effectiveness of development workings support in complex mining-geological conditions. New approach and requirements for strain-force parameters of supports is substantiated; new representation of laws of strain processes flow within developed massif is given; character and interaction mechanism of support and developed massif is established; new approach of workings reliability management is substantiated by way of preliminary reserving and optimization of support durability reserve with expected influence of moving stress-strain zones. It would allow to substantiate and develop new constructions of metal-frame, lock connections and mine special profile that provide significant increase of development workings stability and decrease of costs for their maintenance.

Plasma oxidation, an alternative to combustion, is shown to be a non-destructive method for obtaining radiocarbon dates on perishable organic artifacts. Electrically excited oxygen gently converts organic carbon to carbon dioxide. Radiocarbon measurements are then performed using accelerator mass spectrometry. Because only sub-milligram amounts of material are removed from an artifact over its exposed surface, no visible change in fragile materials has been observed, even under magnification. Materials in this study include: Third International Radiocarbon Intercomparison (TIRI) sample B (Belfast pine); Fourth International Radiocarbon Intercomparison (FIRI) optional samples; six different materials from a naturally mummified baby bundle from southwest Texas; and peyote from Shumla Caves, Texas, and Cuatro Ci??negas, Mexico. Continuing previous research in the Rowe laboratory, a primary application of plasma oxidation has been its use to date rock art at archaeological sites around the world. This dissertation includes dates for: Toca do Serrote da Bastiana, Brazil; Ignatievskaya Cave, Russia; partially buried megalithic monuments, Spain; Arnold/Tainter Cave, Wisconsin; and Little Lost River Cave No. 1, Idaho.

Дисертація присвячена питанням підвищення роботоздатності алмазних бурових коронок з комбінованою матрицею при бурінні геологорозвідувальних свердловин у твердих породах за допомогою нового надтвердого матеріалу - гібридайт. Проведений аналіз літературних джерел показав, що найбільш ефективним інструментом для буріння твердих гірських порід на даний час є інструмент з комбінованою матрицею, оснащеною як синтетичними монокристалами алмазу так і полікристалічними матеріалами водночас. Охарактеризовано існуючі надтверді матеріали, які використовуються при оснащенні бурових коронок з комбінованою матрицею. Уперше створена математична модель процесу еволюції робочого профілю та з використанням розрахунку контактного тиску на поверхні алмазної коронки з комбінованою матрицею в процесі буріння геологорозвідувальних свердловин. Проведено в лабораторних умовах, за допомогою розроблених та удосконалених методик, порівняльні дослідження з взаємодії породоруйнівних вставок з гірською породою, та їх вплив на характер руйнування твердих гірських порід, а також досліджено вплив схеми оснащення робочого торця бурової коронки поро-доруйнівними вставками з гібридайту на роботоздатність алмазної бурової коронки з комбінованою матрицею. Вперше встановлено, що при руйнуванні твердих гірських порід вставками з гібридайту очевидний характер руйнування породи, притаманний сколюванню. Розроблені та передані до впровадження підприємству ДП «Центрукргеологія» для буріння геологорозвідувальних свердловин у твердих породах, комбіновані бурові коронки типу БТ-22, які оснащені синтетичними алмазами та породоруй-нівними вставками з гібридайту й мають високу механічну швидкість буріння і підвищену проходку в порівнянні із серійними коронками.
Диссертация посвящена вопросам повышения работоспособности алмазных буровых коронок с комбинированной матрицей при бурении геологоразведочных скважин в твердых породах с помощью нового сверхтвердого материала - гибридайт. Проведенный анализ литературных источников показал, что наиболее эффективным инструментом для бурения твердых горных пород в настоящее время является инструмент с комбинированной матрицей, оснащенной как синтетическими монокристаллами алмаза, так и поликристаллическими материалами одновременно. Обзор существующих сверхтвердых материалов, которые используются при оснащении буровых коронок с комбинированной матрицей, показал, что наиболее перспективным поликристаллическим сверхтвердым материалом является гибридайт. Разработана методика испытаний породоразрушающих вставок на износостойкость при разрушении различных горных пород, и усовершенствована методика изучения шероховатости поверхности забоя, сформированного при алмазном бурении, с помощью аналого-цифрового преобразователя и специально разработанной программы расчета параметров микропрофиля поверхности. Предложен новый подход к оценке распределения контактного давления по рабочей поверхности буровой коронки, основанный на численном анализе модельной контактной краевой задачи механики деформируемого твердого тела и учитывающий не только кинематику процесса бурения, но и специфику контактного взаимодействия инструмента с породой. С помощью численного моделирования рассчитаны значения интенсивности износа рабочей поверхности буровой коронки, достаточно близкие к наблюдаемым на практике результатам, что является убедительным аргументом в пользу адекватности предложенной математической модели и надежности представленных числовых данных. Проведена оценка износостойкости буровой коронки с армирующими породоразрушающего вставками, исследовано влияние их расположения на рабочий поверхности коронки. Получено уравнение для определения эффективного коэффициента износа рабочей поверхности коронки в зависимости от способа его армирования породоразрушающими вставками. Впервые предложена математическая модель эволюции рабочего профиля буровой коронки, которую можно использовать для оптимизации конструкции комбинированной матрицы, включая выбор профиля, оснащенность и применение породоразрушающих вставок с разной износостойкостью. Проведены в лабораторных условиях сравнительные исследования по взаимодействию породоразрушающих вставок с горными породами, и их влияние на характер разрушения твердых горных пород, а также исследовано влияние схемы оснащения рабочего торца буровой коронки породоразрушающими вставками из гибридайта на износостойкость и механическую скорость бурения. Впервые установлено, что использование породоразрушающих вставок из гибридайта в комбинированной матрице буровой коронки приводит к повышению износостойкости инструмента и увеличению механической скорости в процессе бурения твердых горных пород. Также было установлено, что в процессе работы вставок из гибридайта наблюдается эффект «самозатачивания», вследствие чего при бурении геологоразведочных скважин такой вставкой очевиден характер разрушения породы, присущий скалыванию, а именно с отделением от массива более крупных частиц шлама. Приведены результаты исследования влияния схемы оснащения рабочего торца вставками гибридайта на эффективность бурения твердых горных пород импрегни-рованными коронками. Установлено, что оснащение калибрующей части импрегни-рованной коронки вставками гибридайта способствует устранению ее аномального износа, а также приводит к повышению эффективности и механической скорости бурения крепких горных пород. Разработаны и переданы к внедрению на предприятии ГП «Центрукргеология» для бурения геологоразведочных скважин в твердых породах комбинированные буровые коронки типа БТ-22, которые оснащены синтетическими алмазами и породоразрушающими вставками из гибридайта и имеют повышенную работоспособность в сравнении с серийными коронками типа БС-06.
Thesis is devoted to improve efficiency of diamond drilling bits with a combined matrix while drilling exploration wells in hard rock with the help of the new superhard material - gibridayt. The analysis of the literature has shown that the most effective tool for drilling hard rock is now a tool with a combined matrix, equipped with both a synthetic diamond single crystal and polycrystalline materials at the same time. We characterize the existing superhard materials, which are used for equipping the drill bits with a combined matrix. For the first time a mathematical model of the process of evolution of the working surface of the combined drilling bit with using the calculation of contact pressure on the surface of the combined drilling bit has been created, which is based on the numerical analysis of the model of contact boundary value problem of solid and provides account for not only the kinematics of the drilling process, but also particularities of the contact interaction tool with rock. The comparative studies, having been conducted in lab environment, on the interaction of rock-breaking inserts with subsurface rocks, and their influence on the character of destruction of solid rocks, and also the influence of the circuit equipping the working end of the drilling bit of rock-breaking inserts gibridayt on resistance to abrasion and ROP has been explored. It has also been found out that the inserts from gibridayt an effect of «self-sharpening» is being observed during the operation, as a result of drilling exploration wells by using such insert the character of rock destruction is obvious, in particular the separation of larger solid particles of the slurry. Combined drilling bits such as BT-22 which are equipped with synthetic diamonds and rock-breaking inserts from gibridayt and have increasing efficiency comparing with serial bits has been developed and transferred for implementation at the enterprise «Centrukrgeologiya».

Abrasive waterjet (AWJ) cutting is a versatile technique which has been effectively applied to rock cutting since the late 1980s. The complexity of the interaction between the waterjet and the rocks complicates the thorough understanding of the phenomena involved in AWJ rock cutting. On one hand, rocks are complex materials which are generated through different processes in an uncontrolled environment without human interference. On the other hand, the AWJ acts with high velocity and turbulence, complicating direct observation and the perception of details. In this respect, the present research aims to contribute to the study of AWJ cutting applied to rocks, including the analysis of qualitative and quantitative information, both of great importance regarding the study of complex materials. Concerning quantitative data, special attention is given to the investigation of the cutting efficiency, which can be analyzed by observing conditions in which the higher cutting rate is associated with the minimum energy provided by the AWJ machine per removed volume of rock. Moreover, the real efficiency can be analyzed through the investigation of the conditions in which the major part of the energy provided by the AWJ machine is used effectively for rock cutting, deducting dissipation losses. The effects of varying traverse velocity and pump pressure on cutting parameters were also investigated, in addition to the influence of rock properties on the effective energy of cutting. The effective energy was calculated based both on the specific energy and specific destruction work of the materials. With respect to the qualitative investigation, petrographic and scanning electron microscopy (SEM) analyses were conducted in order to visualize and better understand the different effects of cutting on the studied rocks. Cutting tests with a traverse velocity of 200 mm/min and a pump pressure of 400 MPa presented the most efficient rock cutting regarding both methods of efficiency analysis. Dry density and tensile strength presented fair correlations with the effective cutting energy, while the modulus ratio presented the best correlations. It was observed that brittleness plays a key role in the understanding of the phenomena involved in AWJ rock cutting.
O jato d\'água abrasivo (AWJ) é uma técnica versátil que tem sido efetivamente aplicada ao corte de rochas desde o fim da década de 1980. A complexidade da interação entre o jato e as rochas dificulta a compreensão detalhada dos fenômenos envolvidos no corte de rochas com AWJ. Por um lado, rochas são materiais complexos gerados em ambientes sem interferência humana. Por outro lado, o AWJ age com alta velocidade e turbulência, dificultando a observação direta do procedimento. Assim, a presente tese de doutorado visa a contribuir com o estudo do corte de rochas com AWJ, incluindo análises de dados qualitativos e quantitativos, ambos de grande importância em estudos de materiais complexos. A análise quantitativa possui foco na investigação da eficiência de corte, a qual pode ser analisada por meio da observação das condições em que há a maior taxa de corte associada à mínima energia fornecida pelo AWJ por volume de rocha removido. Além disso, a eficiência real do corte pode ser analisada a partir da investigação das condições em que a maior parte da energia fornecida pelo AWJ é usada para efetivamente cortar a rocha, descontando perdas por dissipação. Os efeitos da variação da velocidade transversal de corte e da pressão da bomba nos parâmetros de corte também foram investigados, além da influência das propriedades das rochas na energia efetiva de corte. A energia efetiva de corte, denominada energia relativa de formação da ranhura (EKR), foi calculada com base na energia específica e no trabalho de destruição específico dos materiais. Análises de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e petrografia foram conduzidas para visualizar e compreender melhor os diferentes efeitos do corte nas rochas estudadas. Os testes de corte realizados com velocidade transversal do bocal de 200 mm/min e pressão da bomba de 400 MPa apresentaram as melhores eficiências de corte considerando-se ambos os métodos de análise de eficiência. Dentre as propriedades das rochas investigadas, a massa específica e a resistência à tração por compressão diametral apresentaram correlações razoáveis com EKR, enquanto que o modulus ratio apresentou as melhores correlações. Observou-se que a ruptibilidade possui papel fundamental na compreensão dos fenômenos envolvidos no corte de rochas com AWJ.

Die Dissertation befasst sich mit der Optimierung des Schneidprozesses bei der Gesteinsgewinnung und der Erarbeitung eines Modells zur Prognose der relevanten Arbeitsgrößen unter Berücksichtigung der Abnutzung der Schneidwerkzeuge. Die Untersuchungen wurden mit Rundschaftmeißeln unterschiedlicher Verschleißzustände durchgeführt. Gegenstand der Untersuchungen waren die von den Schneidparametern abhängigen Größen wie Schneidkräfte, spezifische Energie, Staubmengenanteil und Stückigkeit des gewonnenen Gesteins. Es wurden die Auswirkungen des Meißelverschleißes auf die optimalen Schneidparameter festgestellt, denen beim Einsatz einer Gewinnungsmaschine oder bereits in der Konstruktionsphase des Gewinnungsorgans Rechnung getragen werden sollten.

Mit dem zweidimensionalen numerischen Diskrete-Elemente-Programm UDEC wurde nach vorheriger Kalibrierung das Einstanzen einer keilförmigen Schneide in Gesteinsmaterial simuliert und mit Laborversuchen verglichen. Außerdem wurde ein Schneidprozess simuliert. Mittels einer selbst entwickelten Routine, welche die Gesteinselemente bei Überlastung zerteilt und ein ‚Re-meshing‘ erzeugt, konnten befriedigende Simulationsergebnisse erzielt werden. Mit der dreidimensionalen Simulationssoftware PFC3D auf Partikelbasis wurden Modelle mit Hilfe von Zug-, Druck-, Scher- und Stanzversuchen kalibriert und anschließend Schneid- und Bohrversuche simuliert. Die Schneidsimulationen erbrachten bezüglich der Kräfte bei verschiedenen Prozessparametern gute Übereinstimmung mit den Laborversuchen. Bei der Bohrsimulationen konnten Kräfte und Momente aus den Laborversuchen nur teilweise reproduziert werden.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 – «Геотехнічна і гірнича механіка». ДВНЗ «Національний гірничий університет», Дніпропетровськ, 2011.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.09 – «Геотехническая и горная механика». ГВУЗ «Национальный горный университет», Днепропетровск, 2011.
Dissertation for a Candidate's degree in Engineering, specialty 05.15.09 – Geotechnical and mining mechanics. State Higher Educational Establishment «National Mining University», Dnipropetrovs'k, 2011.
Дисертація присвячена підвищенню ефективності (вдосконаленню) технологічних процесів виробництва колотого каменю за рахунок інтенсифікації процесів руйнування гірських порід шляхом впровадження нового способу розколювання – спрямованим механічним впливом. В роботі запропонований і науково обґрунтований новий спосіб розколювання гірських порід – спрямованим механічним впливом, який полягає в нерівномірному розподілі зовнішнього зусилля по довжині заготовки. На відміну від традиційної схеми, коли зовнішнє навантаження рівномірно розподіляється по всій довжині заготовки, а механізм руйнування складається з утворення системи тріщин і їх злиття, при запропонованому способі початкова тріщина створюється лише одна – там, де діють граничні (максимальні) напруження. Подальший спрямований розвиток початкової тріщини призводить до руйнування гірської породи, причому на цей процес витрачається мінімум енергії.
Диссертация посвящена повышению эффективности (усовершенствованию) технологических процессов производства колотого камня за счет интенсификации процессов разрушения горных пород путем внедрения нового способа раскалывания – направленным механическим воздействием. В работе предложен и научно обоснован новый способ раскалывания горных пород – направленным механическим воздействием, который состоит в неравномерном распределении внешней нагрузки по длине заготовки. В отличие от традиционной схемы, когда внешняя нагрузка равномерно распределяется по длине раскалываемой заготовки, а механизм разрушения состоит в образовании системы трещин и их слиянии, при предложенном способе начальная трещина создается только одна – там, где действуют предельные (максимальные) напряжения. Дальнейшее направленное распространение начальной трещины приводит к разрушению горной породы, причем на этот процесс расходуется минимум энергии. Разработаны и проанализированы математические модели клиновых рабочих органов, в которых неравномерное распределение внешнего усилия по длине раскалываемой заготовки обеспечивается за счет соединения клиньев рабочего органа с нагружающей машиной при помощи упругих элементов различной жесткости. Сформулированы требования к параметрам таких рабочих органов, позволяющие получать колотые камни с минимальной энергоемкостью процесса раскалывания и заданным качеством поверхности раскола. Показано, что несмотря на введение в конструкцию дополнительного упругого элемента, надежность предлагаемых технических решений не уменьшается в сравнении с базовым вариантом за счет снижения вероятности появления в системе пиковых нагрузок. Экспериментально установлены закономерности разрушения горных пород направленным механическим воздействием, а именно влияние неравномерности внешнего усилия по длине раскалываемой заготовки на параметры технологического процесса – усилие, время, производительность и энергоемкость. На основе проведенных исследований разработаны рекомендации по внедрению нового способа разрушения горных пород в конструкциях клиновых рабочих органов камнекольных станков и подобного оборудования. Внедрение разработанных рекомендаций позволит снизить на 30...40% усилие, на 10...20% время цикла, на 5...10% вес техники и на 20...40% – энергоемкость процесса разрушения. Перечисленные разработки положены в основу эффективной энергосберегающей технологии производства колотого камня, которая обеспечивает повышение производительности труда и позволяет экономить энергоресурсы. Годовой экономический эффект от внедрения нового способа раскалывания только для одной технологической линии по производству брусчатого камня составляет 25,95 тыс. грн.
The dissertation is devoted to increase of efficiency of technological processes of manufacturing chipped stone by intensifying the processes of rock destruction with a help of a new way of splitting – a directed mechanical action. There is offered and scientifically substantiated a new way of splitting rocks, – destruction by a directed mechanical action, – which means a non-uniform distribution of external loading by a sample. Unlike the traditional scheme when external loading is uniformly distributed by the sample, and the destruction mechanism is a formation of set of cracks and their mergence, at the offered way there is created only one initial crack where a limiting pressure operates. The further directed growth of the initial crack leads to the material destruction, the minimum energy being spent for this process.

Наведено аналіз досліджень впливу гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню на стан навколишнього середовища. Визначено чинники впливу гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню на навколишнє середовище. Встановлено, що зі всього технологічного ланцюга виробництва щебеню найбільший вплив на довкілля чинять масові вибухи. Проведено вивчення екологічної обстановки навколо гірничопромислових комплексів з виробництва щебеню. Зокрема, проведено оцінку впливу підривних робіт на стан атмосферного повітря. Встановлено залежність зміни радіаційного фону від висоти уступу кар’єра. Визначено, що гамма-фон відпрацьованого кар’єрного простору збільшується з заглибленням кар’єру. Досліджено процес розсіювання пилу з відвалу кар’єра та екологічний стан ґрунтів прилеглих до гранітних відвалів територій на основі біоіндикації. Встановлено залежність кількості хромосомних патологій рослин-індикаторів від відстані до відвалу гранітного кар’єру та визначено, що головними типами аберацій, які виявлено у меристематичних клітинах корінців обраних тест-об’єктів є делеції та транслокації. Проведено математичне моделювання процесу вибухового руйнування скельних порід із використанням конструкції заряду, яка передбачає формування радіального проміжку навколо заряду та заповнення його інертною речовиною для управління пилоутворенням та якістю гірської маси, на основі адаптованої моделі Ляхова Г. М. Встановлено закономірність проходження хвиль тиску в процесі вибуху залежно від акустичної жорсткості заповнювача проміжку між зарядом та стінкою свердловини, його величини. Визначено, що зі збільшенням акустичної жорсткості заповнювача пік тиску у ближній до заряду зоні зменшується. Розроблено конструкцію забійки, яка передбачає двостадійну очистку від шкідливих газів, утворених в процесі вибухового руйнування скельних порід, і базується на хемосорбції газів негашеним вапном або відходами виробництва, які його включають, та фізико-хімічній сорбції (адсорбції) цеолітами. Отримано кількісно-якісні характеристики адсорбуючого складу в забійці свердловини залежно від типу вибухової речовини, кількості та типу шкідливих газів, утворюваних нею під час вибуху, та параметрів свердловини. Проведено дослідження впливу складу вибухових речовин на вихід шкідливих газів та ефективність вибухових робіт на кар’єрах. Встановлено закономірність зміни кількості утвореного Нітроген (II) оксиду під час вибуху від хімічного складу дизельного палива у вибуховій речовині, що дозволяє змінити величину кисневого балансу і, відповідно, кількість утворених під час вибухів газів. Запропоновано підходи щодо оцінки впливу вибухових речовин на навколишнє середовище та щодо вибору вибухових речовин для проведення вибухових робіт у кар’єрах. Розроблено алгоритм цільової оцінки блочності та тріщинуватості масиву, який, крім розмірів блоків та міри тріщинуватості масиву, враховує форму та орієнтацію блоків, а також напрямок простягання та падіння тріщин. Набув подальшого розвитку підхід щодо визначення раціональних відстаней між зарядами в ряду і між рядами, який відрізняється від відомих тим, що враховує, окрім ефективності пропрацювання уступу, конфігурацію зони дроблення, яка характерна для тріщинуватих масивів скельних порід, її розміри, для випадків прямокутної і шахової мереж розташування зарядів. Наведено результати промислових випробувань розроблених заходів.
Приведен анализ исследований влияния горнопромышленных комплексов по производству щебня на состояние окружающей среды. Определены факторы влияния горнопромышленных комплексов по производству щебня на окружающую среду. Установлено, что среди всех технологических процессов производства щебня наибольшее влияние на окружающую среду оказывают массовые взрывы. Изучена экологическая обстановка вокруг горнопромышленных комплексов по производству щебня. В частности, проведена оценка воздействия взрывных работ на состояние атмосферного воздуха. Установлена зависимость изменения радиационного фона от высоты уступа карьера. Определено, что гамма-фон отработанного карьерного пространства увеличивается с углублением карьера. Исследован процесс рассеивания пыли с отвала карьера и экологическое состояние почв территорий, прилегающих к отвалам гранитных карьеров, на основе биоиндикации. Установлена зависимость количества хромосомных патологий растений-индикаторов от расстояния до отвала гранитного карьера и определено, что главными типами аберраций, которые обнаружены в меристематических клетках корешков избранных тест-объектов являются делеции и транслокации. Проведено математическое моделирование процесса взрывного разрушения скальных пород с использованием конструкции заряда, которая предусматривает формирование радиального промежутка вокруг заряда и заполнение его инертным веществом, для управления пылеобразованием и качеством горной массы на основе адаптированной модели Ляхова Г. М. Установлена закономерность прохождения волн давления при взрыве в зависимости от акустической жесткости заполнителя промежутка между зарядом и стенкой скважины и его величины. Определено, что с увеличением акустической жесткости заполнителя пик давления в ближней к заряду зоне уменьшается. Разработана конструкция забойки, которая предусматривает двухстадийную очистку от вредных газов, образованных при взрывном разрушении скальных пород, и базируется на хемосорбции газов негашеной известью или отходами производства, которые ее включают, и физико-химической сорбции (адсорбции) цеолитами. Получены количественно-качественные характеристики адсорбирующего состава в забойке скважины в зависимости от типа взрывчатого вещества, количества и типа вредных газов, образуемых им при взрыве, и параметров скважины. Исследовано влияние состава взрывчатых веществ на выход вредных газов и эффективность взрывных работ на карьерах. Установлена закономерность изменения количества образованного Нитроген (II) оксида при взрыве от химического состава дизельного топлива во взрывчатом веществе, которая позволяет изменить величину кислородного баланса и, соответственно, количество образованных при взрывах газов. Предложены подходы к оценке влияния взрывчатых веществ на окружающую среду и к выбору взрывчатых веществ для проведения взрывных работ в карьерах. Разработан алгоритм целевой оценки блочности и трещиноватости массива, который, кроме размеров блоков и меры трещиноватости массива, учитывает форму и ориентацию блоков, а также направление простирания и падения трещин. Получил дальнейшее развитие подход по определению рациональных расстояний между зарядами в ряду и между рядами, который отличается от известных тем, что учитывает, кроме эффективности проработки уступа, конфигурацию зоны дробления, которая характерна для трещиноватых массивов скальных пород, ее размеры, для случаев прямоугольной и шахматной сеток расположения зарядов. Приведены результаты промышленных испытаний разработанных мероприятий.
The analysis of researches of mining complexes influence during gravel production on the state of the environment is presented. The factors of mining complexes influence during gravel production on the environment are determined. It has been established that with the whole technological chain of gravel production, mass explosions have the greatest impact on the environment. The ecological situation around the mining complexes for the gravel production has been studied. In particular, the impact of blasting on the state of atmospheric air has been evaluated. The dependence of the radiation background on the height of the open-pit ledge has been set. It has been determined that the gamma background of the waste open-pit space increases with the deepening of the open-pit. The process of dust dispersion from the rock dump and the ecological state of the soils of the territories adjacent to the rock dumps have been studied based on bioindication. The dependence of the number of chromosomal pathologies of the indicator plants on the distance from the granite quarry dump has been set. It has been determined that the main types of aberrations in the meristematic root cells of selected test objects are deletions and translocations. Mathematical modeling of the explosive destruction of rocks using the charge design, which provides for the formation of a radial gap around the charge and filling it with an inert substance, to control dust formation and quality of rock mass has been held based on an adapted model of Lyakhov G. The pattern of pressure waves passage during blasting depending on the acoustic stiffness of the gap between the charge and the wall of the well and its magnitude has been set. It has been determined that with an increase in the acoustic stiffness of the filler the peak of pressure in the zone closest to the charge decreases. The design of the stemming, which involves a two-stage purification from harmful gases, formed during the explosive destruction of rocks, and is based on the chemisorption of gases by quicklime or production waste, which includes it, and physico-chemical sorption (adsorption) by zeolites, has been developed. The quantitative and qualitative characteristics of the adsorbent in the stemming of a well depending on the type of explosive, the amount and type of harmful gases, formed during the explosion, and the parameters of the well have been obtained. The effect of explosives composition on the amount of harmful gases and the efficiency of blasting operations in quarries has been researched. The pattern of change in the quantity of nitric oxide, formed during an explosion, depending on the chemical composition of diesel fuel in an explosive has been set. It allows changing the oxygen balance and, accordingly, the amount of gases, formed during explosions. Approaches to the assessment of the impact of explosives on the environment and the choice of explosives for blasting in quarries are proposed. The algorithm for the target evaluation of blockiness and fracturing of the rock massif, which, in addition to the blocks sizes and the measure of fracturing, takes into account shape and orientation of the blocks, the direction of the extension and fall of the cracks, has been developed. An approach to determining rational distances between charges in a row and between rows has been further developed. It differs from the well-known ones in that it takes into account, apart from the efficiency of working of the ledge, the configuration of the crushing zone, which is typical for fractured rock massifs, its size, for cases of rectangular and chess nets of charge locations. The results of industrial tests of developed ways and means are presented.

The design of cultural centre is situated in part Kozia Hôrka( well-known city swimming pool), in its advantage takes natural scenery and calm atmosphere of place. Into action of performance brings a message in form of body of reservoir, function of centre is divided into small parts placed in area Kozia Hôrka. Orientation of objects comes mainly from local natural ispirations. Complex is multifunctional in concept, counts with several sorts of culture - sports events. Whereby the main function of swimming pool is preserved and added for higher comfort of inhabitants. Architecture of objects comes from idea of floating leaf on water level and body of reservoir. Objects stylizely illustrate this idea. The design takes the game of solids of organic and strictly ortogonal shapes. Two mutual opposites, in interaction. Objects smoothy and with respect encroach the environment, which is enough marked by human. Simplicity in used materials ( glass, steel, wood ) give transparency and purity to whole solution.

碩士
國立臺灣大學
生物環境系統工程學研究所
94
Comparing with traditional concrete structures, rockery structures can make it ecological condition, so they are applied into most engineering of revetments and retaining walls. Although application of rockery structures has been applied for years, it’s still lacked of the theory about stability analysis. Reliable rules of rockery structures design. It causes the stability analysis of the rock breast wall is usually analyzed only as the gravity retaining wall. The properties of rockery structures be considered to discover the stability of rockery structures between different influences of external forces. This study analyzes the reliability of rock breast wall subject in 2-D hypothesis. And it constructs the control formula by simulating the sliding, overturning and settlement behaviors of entire or partial rock breast wall applying rock structure in practice. Therefore, engineering design is able to determine whether the structure is stable under different destructive dynamics by fitting related parameters into this control formula.

M.Ing.(Electrical and Electronic Engineering)
The study investigated whether non-destructive impact testing, aided by supervised machine learning methods, could be used to identify improper roof bolt installations, related to insufficient grout coverage. The testing method involved the installation of four roof bolts, with varying installation properties, into a 1511 × 940 × 1350mm rock test block. Three fully grouted bolts served as examples of proper installations, with the fourth bolt grouted only up to half the length of the borehole serving as an improper roof bolt installation. The testing procedure involved placing sensors directly onto the bolts and mechanically impacting a chosen bolt while measuring the response on all the bolts. The focus was on gaining understanding of the working principle of the testing technique and how the measured response was influenced by the presence of signal-modifying factors of the physical test block geometry, such as changes in material properties, boundary changes, cracks or empty boreholes. It was shown that the roof bolt integrity testing method aided by supervised machine learning methods could identify and classify both properly and improperly grouted roof bolts on the small sample of test bolts, in a series of tests conducted at the CSIR Centre for Mining Innovation premises. The method was also shown to be robust enough to do so even in the presence of the signal-modifying factors of the physical test block geometry.

The resin anchored rock bolt is used extensively in the mining industry to stabilize the roof and prevent it from collapsing. However, there are different defects associated with a resin anchored rock bolt. Examples are partially encapsulated bolts, over-spinned bolts and corroded bolts. These defects reduce the integrity of the roof, and thereby have an effect on the safety and productivity of the mines. The integrity of the rock bolts is a critical issue for the mining industry because of its influence on the safety of mining operations. Different research groups around the world have addressed the problem of determining rock bolt integrity. The most promising technique found in the literature study was based on guided ultrasonic waves (Beard and Lowe, 2003). This study extended the previous work by Beard and Lowe (2003) using guided ultrasonic waves, to investigate damage in more realistic embedded bolts which deviate from pure cylinders. The fundamental L(0,1) mode in its lower frequency range, as suggested by Beard and Lowe was utilized. This was done through the use of finite element model simulations of various defect scenarios, which were compared to experimental measurements on bolts. Defects like loss of resin encapsulation, voids and local corrosion cracks were addressed. The time traces of the different finite element defect scenarios could be directly compared to experimental time traces which distinguish this study from the analytical approach. Some finite element modelling issues were investigated and it was found that the time step is critical if an implicit solver is used, whereas for an explicit solver the element size is critical if accurate answers are needed. Furthermore it was also apparent that the boundary of the mortar has an influence on the results. The method used in the study was to move the boundaries far enough to prevent interference. This however increases the model size and thereby the computer resources required. Axisymmetric defects were modelled using axisymmetric finite elements to reduce the problem size. These models gave results comparable to the measured bolts. Three-dimensional finite element models seemed to be promising for simulating non-axisymmetric defects. It was found that it is not possible to solve large three-dimensional models without energy absorbing boundaries. Axisymmetrical and three dimensional finite element models of a partially encapsulated bolt and a bolt with a local corrosion crack were built. It was possible to detect simulated local corrosion cracks with the finite element models. Clear reflections for the crack in the bolt could be seen. If the bolt, resin and rock are cracked, different reflections will be detected. These different reflections complicated the interpretation of the results. Once the integrity of models such as these has been established, the models could in principle be used to train neural networks for use in commercial equipment. The present study was limited to lower frequencies because of computer resource limitations. Basic principles and modelling issues could however be addressed and it may be expected that these principles could soon be extended to higher frequencies with a new generation of computers.
Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2009.
Mechanical and Aeronautical Engineering
unrestricted

Die Dissertation befasst sich mit der Optimierung des Schneidprozesses bei der Gesteinsgewinnung und der Erarbeitung eines Modells zur Prognose der relevanten Arbeitsgrößen unter Berücksichtigung der Abnutzung der Schneidwerkzeuge. Die Untersuchungen wurden mit Rundschaftmeißeln unterschiedlicher Verschleißzustände durchgeführt. Gegenstand der Untersuchungen waren die von den Schneidparametern abhängigen Größen wie Schneidkräfte, spezifische Energie, Staubmengenanteil und Stückigkeit des gewonnenen Gesteins. Es wurden die Auswirkungen des Meißelverschleißes auf die optimalen Schneidparameter festgestellt, denen beim Einsatz einer Gewinnungsmaschine oder bereits in der Konstruktionsphase des Gewinnungsorgans Rechnung getragen werden sollten.

Mit dem zweidimensionalen numerischen Diskrete-Elemente-Programm UDEC wurde nach vorheriger Kalibrierung das Einstanzen einer keilförmigen Schneide in Gesteinsmaterial simuliert und mit Laborversuchen verglichen. Außerdem wurde ein Schneidprozess simuliert. Mittels einer selbst entwickelten Routine, welche die Gesteinselemente bei Überlastung zerteilt und ein ‚Re-meshing‘ erzeugt, konnten befriedigende Simulationsergebnisse erzielt werden. Mit der dreidimensionalen Simulationssoftware PFC3D auf Partikelbasis wurden Modelle mit Hilfe von Zug-, Druck-, Scher- und Stanzversuchen kalibriert und anschließend Schneid- und Bohrversuche simuliert. Die Schneidsimulationen erbrachten bezüglich der Kräfte bei verschiedenen Prozessparametern gute Übereinstimmung mit den Laborversuchen. Bei der Bohrsimulationen konnten Kräfte und Momente aus den Laborversuchen nur teilweise reproduziert werden.:1 Einleitung.................................................................................................... 1 2 Grundlagen der Gesteinszerstörung .......................................................... 3 2.1 Die mechanische Gesteinszerstörung beeinflussende Faktoren................ 3 2.2 Bohrwerkzeuge .......................................................................................... 8 2.2.1 Anforderungen an Bohrwerkzeuge ...................................................... 8 2.2.2 Rollenbohrwerkzeuge .......................................................................... 9 2.2.3 Diamantbohrwerkzeuge....................................................................... 9 2.2.4 Hartmetallwerkzeuge ......................................................................... 11 2.2.5 Auswahl und Einsatz des Bohrmeißels.............................................. 12 2.3 Gestaltung des Bohrprozesses ................................................................ 13 2.4 Vergleich zwischen schneidender, drückender und schlagender Gesteinszerstörung .................................................................................. 14 2.5 Schneidende Gesteinszerstörung ............................................................ 15 2.5.1 Zerspankraft und deren Komponenten: ............................................. 15 2.5.2 Steinbearbeitung mit geometrisch unbestimmter Schneide............... 17 2.5.3 Steinbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide................... 18 2.6 Drückende Gesteinszerstörung ................................................................ 27 2.7 Verschleiß ................................................................................................ 28 3 Stand der Technik .................................................................................... 31 3.1 Rollenmeißel ............................................................................................ 31 3.1.1 Experimentelle Untersuchungen........................................................ 31 3.1.2 Simulation der Rollenmeißel.............................................................. 34 3.2 Simulation von mechanischen Zerkleinerungsprozessen......................... 40 4 Zweidimensionale Simulation der Gesteinszerstörung mit UDEC ............ 71 4.1 Vorstellung UDEC .................................................................................... 71 4.2 Simulation eines Stanzversuchs mit Diskenmeißeln ................................ 73 4.2.1 Modellaufbau, Methodik..................................................................... 73 4.2.2 Kalibrierung des Gesteinsmodells ..................................................... 73 4.2.3 Simulation der Stanzversuche ........................................................... 74 4.3 Simulation von Schneidversuchen ........................................................... 83 4.3.1 Kalibrierung des Gesteinsmodells ..................................................... 83 4.3.2 Simulation der Schneidversuche ....................................................... 85 5 Dreidimensionale Simulation der Gesteinszerstörung mit PFC3D ............. 97 5.1 Vorstellung PFC3D .................................................................................... 97 5.2 Methodik der Parameterkalibrierung......................................................... 98 5.3 Kalibrierung an Postaer Sandstein ......................................................... 100 5.3.1 Verwendete Rechenmodelle............................................................ 100 5.3.2 Kalibrierung an einaxialen Duck- und Zugversuchen....................... 102 5.3.3 Kalibrierung an Scherversuchen...................................................... 113 5.3.4 Kalibrierung an Stanzversuchen...................................................... 120 5.3.5 Schlussfolgerungen aus der Kalibrierung ........................................ 124 5.4 Simulation von Schneidversuchen ......................................................... 124 5.4.1 Laborversuche................................................................................. 124 5.4.2 Simulationen mit fünffachem Partikeldurchmesser.......................... 128 5.4.3 Simulation mit der Originalkorngröße .............................................. 133 5.4.4 Zusammenfassung .......................................................................... 149 5.5 Simulation der Bohrversuche ................................................................. 149 5.5.1 Versuchsstand................................................................................. 149 5.5.2 Berechnung von Kräften und Momenten ......................................... 151 II 5.5.3 Vergleich verschiedener Rechenmodelle ........................................ 152 5.5.4 Vergleich der Simulation des Bohrversuches mit dem Schneidversuch.............................................................................. 163 5.5.5 Betrachtungen zu den einzelnen Schneidplatten............................. 165 5.5.6 Zusammenfassung .......................................................................... 168 6 Zusammenfassung..................................................................................169 6.1 Hauptbeiträge......................................................................................... 171 7 Extended Summary.................................................................................173 7.1 Two-dimensional simulation of the rock destruction with UDEC............. 173 7.1.1 Introduction...................................................................................... 173 7.1.2 Simulation of a stamping experiment with disc cutters .................... 173 7.1.3 Simulation of rock cutting experiments ............................................ 174 7.2 Three dimensional simulation of the rock destruction with PFC3D .......... 177 7.2.1 Introduction...................................................................................... 177 7.2.2 Calibration ....................................................................................... 177 7.2.3 Simulation of cutting experiments.................................................... 178 7.2.4 Simulation of drilling experiments .................................................... 182 8 Literatur ...................................................................................................187