Заведующий лабораторией
Сергей Сергеевич Кубрин
Профессор, доктор технических наук
.
.
.
.
Область научной деятельности
Областью научной деятельности лаборатории являются горные науки группы «Горная информатика» и «Геотехнология» в части выявления и оценки геологических, техногенных, технологических рисков природного и техногенного происхождения, а также человеческого фактора, возникающих при извлечении полезных ископаемых из недр и обеспечения безопасности горного производства. По направлению «Горное недропользование» решаются научные проблемы «Рудничной аэрогазопылединамики» и «Горной теплофизики» в части снижения пылегазовой опасности, контроля, прогноза и управления технологическими и вспомогательными процессами при извлечении полезных ископаемых.
Основные научные направления лаборатории
Развитие фундаментальных основ построения, разработки, внедрения и эксплуатации интеллектуальных систем управления технологическими процессами горного производства и создания безлюдных геотехнологий при разработке месторождений полезных ископаемых с дистанционным автоматизированным управлением горным оборудованием и роботизированными технологическими комплексами и их взаимодействие между собой.
Выявление и исследование фундаментальных закономерностей, определяющих параметры технологических процессов при освоении месторождений твердых полезных ископаемых. Проводятся исследования процессов, протекающих в горном массиве и рудничной атмосфере в результате техногенного воздействия на горные породы и применяемых геотехнологий и горнодобывающих комплексов.
Разработка научного направления, основной целью которого является создание принципиально новых автоматизированных и роботизированных геотехнологий добычи твердых полезных ископаемых, позволяющих повысить безопасность горных работ, снизить риски аварийных инцидентов и развития аварий на горном производстве. Создание новых автоматизированных технологических процессов и модернизация существующих на основе современных информационных технологий создаст возможность управлять техногенными рисками при освоении месторождений полезных ископаемых.
Развитие научных основ обеспечения аэрогазопылединамической безопасности комплексного освоения месторождений твердых полезных ископаемых.
Развитие теории образования скоплений газов и пыли и их динамики с учетом агрегатных состояний в сложных условиях разработки твердых полезных ископаемых (геокриологических, литологических, тектонических и техногенных).
Развитие теоретических основ электровзрывобезопасности горного производства.
Основные научные результаты
Выявлены и исследованы основные фундаментальные закономерности, связанные с геотехнологическими процессами при освоении месторождений твердых полезных ископаемых. Определены и исследованы основные зависимости физических параметров, характеризующих состояние горного массива и рудничной атмосферы от характеристик геотехнологических процессов при освоении месторождений твердых полезных ископаемых.
Созданы новые, развиты и усовершенствованы существующие геотехнологии, обеспечивающие повышение полноты использования георесурсов. Выполнен цикл работ по решению проблем газопылевзрывобезопасности в условиях выделения много-компонентных природных и техногенных газов и аэрозолей и образования ими взрывоопасных смесей.
Разработаны фундаментальные основы для создания перспективных направлений конструирования, развития и изготовления средств инструментального контроля и выявления потенциально опасных и взрывоопасных концентраций газов и аэрозолей в рудничной атмосфере, а также контроля пылеотложений в горных выработках :
Получено выражение для расчета энергии излучения, поступающей от источника на объект. Позволяющее рассчитать радиометрические узлов радиационных пылемеров и датчиков непрерывного пылеотложения:
Разработаны конструкционные схемы устройств измерения отложения пыли в горных выработках основанные на радиоизотопном принципе действия:
Разработан Портативный аспиратор-пылеотборник ПП-2Ум обеспечивает отбор проб пыли на фильтр с индикацией массы протянутого воздуха, массы пылевого осадка и концентрации пыли. Не требует приведения к стандартным условиям по ГОСТ Р 55175-2012 :
Разработан Радиоизотопный прибор контроля отложений пыли :
Конструкция прибора содержит корпус (1), защищающий прибор от внешних воздействий, источник ионизирующих излучений (2), выдвижной язычок с фильтр-подложкой (3) и печатную плату (4) с закреплённым на ней детектором ионизирующих излучений (5).
Разработаны высокоэффективные средства и способы нейтрализации вредного воздействия рудничной пыли, опасных газов и аэрозолей в рудничной атмосфере на основе использования физических, физико-химических явлений и природных свойств горных пород:
-
- Установлена многофункциональная зависимость образования пыли при механическом разрушении угля от технологических, природных факторов и от нагрузки на забой. Описаны закономерности переноса частиц в рудничных турбулентных вентиляционных потоках. Получена формула для определения пылеотложения в выработках.
- Составлено и решено уравнение обеспыливающей пропитки горной массы, позволяющее определить рациональные удельные расходы жидкости при гидрообеспыливании.
- Разработаны научные основы и технология гидрообеспыливания горнодобывающих предприятий, работающих в условиях отрицательных температур (в зоне «вечной» мерзлоты). Гидрообеспыливание внедрено на всех предприятиях горнодобывающей промышленности и при разведке полезных ископаемых.
- Установлен диффузионный механизм формирования адсорбционного слоя молекул поверхностно активными веществами на границе раздела раствора с воздухом.
- Впервые создана инновационная технология прогноза, оценки риска опасных природных и техногенных явлений при подземной разработке твердых полезных ископаемых и выработки технологических решений по их предотвращению.
- Обоснованы рациональные способы и схемы вскрытия, подготовки и разработки газоносных и склонных к самовозгоранию рудных месторождений, и проветривания рудников, выемочных участков и забоев.
- Установлена взаимосвязь параметров взрывоопасности горючих смесей рудничной атмосферы. Разработана классификация горючих смесей природного и техногенного происхождения по категориям взрывоопасности. Установлены зависимости взрывоопасности горючих смесей от температуры и компонентного состава. Определены зависимости воспламеняющих параметров водородокислородной смеси от её состава.
- Установлен закон распределения по крупности продуктов разрушения горной породы в области микро и наноразмерных частиц, связывающий реальную прочность породы с теоретической. Полученное выражение позволяет решать задачи, в которых присутствует удельная поверхность частиц разрушенного материала: энергия образования того или иного класса крупности частиц, расчет пылеобразования, расхода реагентов при увеличении массива и флотации и др.
Суммарный выход W частиц угля размером менее d при разрушении
- Установлена ранее неизвестная зависимость сорбции смачивателей углем от концентрации раствора при различных давлениях и температуре, связанная со структурой раствора. Позволяет разработать рациональную технологию увлажнения угольного массива растворами поверхностно активных веществ, обеспечивающую двух-трехкратное уменьшение крепости угля и многократное снижение концентрации пыли при выемке угля.
Зависимость сорбции смачивателя ДБ углем от концентрации раствора при температуре 20 С:
1 –давление 0,1 МПа 2 –давление 3,0 МПа.Инновационная деятельность
Разработка рекомендаций по организации схем проветривания шахт ОАО «СУЭК Кузбасс» для оценки возможности перевода их на всасывающий или комбинированный способ вентиляции.
Разработка принципов построения, конструкций, методов и способов применения аппаратно-программного комплекса нового поколения – Автоматизированной системы поддержки принятия технологических решений и комплексного синтезирующего мониторинга – АС ППТР КСМ. В системе АС ППТР КСМ реализованы новаторские принципы объединения в едином программно — аппаратном комплексе информационных потоков от систем контроля свойств и состояния массива горных пород, рудничной атмосферы и систем сбора и обработки данных о параметрах работы технологического оборудования, включая добычные комплексы и вентиляционное оборудование.
Сформирована единая информационная среда, объединяющая традиционно автономные системы, что позволяет разрабатывать новые классы алгоритмов управления производственными процессами.
Разработаны технические средства нового поколения регистраторы и датчики-зонды сейсмической, сейсмоакустической, терморадиационной эмиссии, тензометрические датчики деформации, аппаратные средства накопления и передачи данных.
Основные технические средства АС ППТР и КСМ
1 — датчик-зонд измерения сейсмической эмиссии горного массива
2 — датчик-зонд измерения сейсмоакустической эмиссии горного массива
3 — датчик-зонд измерения тензометрической деформации горного массива
4 — регистратор-контроллер информации о горном массиве
5 — автоматизированное рабочее место оператора.
.
.
.
.Предложены новые алгоритмы, разработаны и апробированы на горных предприятиях программные продукты, реализующие эти алгоритмы в области обработки сигналов, точного определения пространственного положения источников эмиссии, определения вероятности возникновения опасных природных и природно-антропогеннных явлений.
Пример реализации системы комплексного синтезирующего мониторинга АС ППТР КСМ
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.Разработка и испытание Аспиратора-пылепробоотборника ПП-2Ум, позволяющего получать необходимые данные для решения проблем газопыле- и взрывобезопасности в условиях выделения многокомпонентных природных и техногенных газов и аэрозолей и образования ими взрывоопасных концентраций.
Аспиратор-пылепробоотборник ПП-2Ум
.
.
.
.Создание установки для изучения дисперсного состава пыли — аналитического прибора для выполнения исследований в области фундаментальных основ для создания перспективных направлений проектирования, конструирования, развития и производства средств инструментального контроля и выявления потенциальных опасных и взрывоопасных концентраций газов и аэрозолей в рудничной атмосфере.