Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА
им. Н.А. Чинакала
Сибирского отделения Российской академии наук
(ИГД СО РАН)
УТВЕРЖДАЮ
Врио директора ИГД СО РАН
академик РАН
_________ М.В. Курленя
«___» ___________ 2015 г.
ПРОГРАММА
вступительного испытания по специальной дисциплине
Геомеханика, разрушение горных пород,
рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
направление подготовки – 21.06.01 Геология, разведка и
разработка полезных ископаемых
направленность (профиль) - Геомеханика, разрушение горных пород,
рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
(шифр научной специальности 25.00.20)
Составитель
Чанышев А.И., д-р физ.-мат. наук, проф.
Новосибирск 2015
Программа вступительного испытания разработана на основании
федеральных образовательных стандартов высшего образования и
ориентирована на уровень знаний выпускника образовательного учреждения
высшего профессионального образования – специалиста или магистра. Основная
цель вступительного испытания по специальной дисциплине - установить
уровень знаний поступающего в аспирантуру в рамках выбранного им
направления подготовки в соответствии с направленностью (профилем)
программы подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре, а также
оценить его подготовленность к успешному освоению этой программы.
В программе приведен примерный список литературы, который может
быть расширен и дополнен с учетом глубины изучения вопросов и
происходящих изменений в науке и обществе.
Структура вступительного испытания
Устный ответ на два вопроса из предлагаемого списка вопросов для
вступительного испытания.
Беседа с членами экзаменационной комиссии по вопросам, связанным с
предполагаемой областью научного исследования поступающего в аспирантуру.
Вопросы вступительного испытания
Раздел 1. Геомеханика
1. Взаимодействие крепи с массивом пород. Расчетные схемы крепи.
2. Монолитная бетонная и железобетонная крепь (обделка).
3. Сборная бетонная и железобетонная крепь.
4. Требования к методам определения механических свойств горных пород и состояний массива.
5. Методы определения деформационных и механических характеристик
горных пород.
6. Методы и средства лабораторных испытаний пород.
7. Методы натурных исследований проявлений горного давления.
8. Механические свойства массивов горных пород при наличии структурномеханических ослаблений.
9. Напряженное состояние массива горных пород до и после начала горных
работ.
10. Упругие модели массива.
11. Напряжения и деформации в массиве вокруг незакрепленных выработок
в упругом массиве.
12. Жесткопластические модели массива.
13. Упругопластические модели массива.
14. Реологические модели массива.
15. Устойчивость обнажений пород в горных выработках.
2
16. Прочность и разрушение горных пород в условиях объемного сжатия.
17. Опорное давление. Механизм формирования, параметры, динамика.
18. НДС массива вокруг очистных выработок на угольных шахтах.
19. Зоны повышенного горного давления и разгрузки при отработке свит
пластов. Механизм формирования, параметры.
20. Анкерная крепь выработок. Механизм воздействия на массив. Типы
анкеров.
Раздел 2. Разрушение горных пород
1. Требования к буровзрывным работам.
2. Основы проектирования взрыва скважинных зарядов при разработке
месторождений открытым способом.
3. Основы проектирования взрыва скважинных зарядов при разработке
месторождений подземным способом.
4. Основные требования, предъявляемые к промышленным ВВ.
5. Кислородный баланс и реакции взрывчатого превращения.
6. Физическая сущность детонации промышленных ВВ.
7. Параметры (характеристики) ВВ и методы их оценки.
8. Средства и способы взрывания зарядов ВВ.
9. Коэффициент полезного действия взрыва. Общие принципы расчета
10. Методы ведения взрывных работ.
11. Специальные методы ведения взрывных работ.
12. Технология контурного взрывания.
13. Формирование зон дробления, трещинообразования и откола на волновой
стадии действия взрыва.
14. Методы расчета зон разрушения.
15. Общие принципы расчета удельного расхода ВВ.
16. Заряды рыхления, выброса и камуфлета.
17. Гранулометрический состав разрушенной горной массы.
18. Негативные факторы воздействия взрыва на окружающую среду.
19. Мероприятия, направленные на снижение негативного воздействия
взрыва на окружающую среду.
20. Основные требования к хранению и транспортированию ВМ.
Раздел 3. Рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
1. Атмосферный воздух. Изменение состава атмосферного воздуха при его
движении по горным выработкам.
2. Нормативные документы, регламентирующие состав воздуха горных
предприятий.
3. Горючие и взрывчатые свойства. Факторы, влияющие на взрывчатость
угольной пыли.
4. Особенности взрывов угольной пыли в шахтах. Меры борьбы со взрывами
угольной пыли.
5. Способы измерений запыленности воздуха.
3
6. Внутренние и внешние источники выделения пыли и вредных газов в
атмосферу карьера при различных процессах.
7. Микроклимат шахт. Термовлажностные параметры шахтного воздуха.
8. Источники тепла в шахтах и рудниках. Тепловые режимы.
9. Основной закон теплопроводности, дифференциальное уравнение
теплопроводности, условия однозначности.
10. Критерии подобия в термодинамике, физический смысл и пределы
изменений.
11. Виды теплоносителей и теплообмена.
12. Температурный режим горного массива.
13. Тепловой режим горных выработок.
14. Тепловой баланс шахт. Кондиционирование шахтного воздуха.
15. Микроклимат карьеров. Факторы, определяющие температурновлажностный режим карьера.
16. Меры по обеспечению нормативных параметров микроклимата на
рабочих местах.
17. Основы расчета установок кондиционирования воздуха. Кондиционеры,
применяемые для горнотранспортного оборудования.
18. Основное уравнение аэростатики. Барометрические формулы.
19. Типы воздушных потоков в горных выработках и их основные
характеристики.
20. Свободные и полуограниченные струи. Ограниченные воздушные потоки.
21. Режимы движения воздуха в шахтах.
22. Виды давления в движущемся воздухе. Депрессия. Законы сохранения.
23. Уравнение Бернулли, его следствия. Закон сопротивления.
24. Природа и виды аэродинамического сопротивления. Сопротивление
трения. Местное сопротивление. Лобовое сопротивление.
25. Общие закономерности проявления аэродинамического сопротивления.
Единицы измерения.
26. Способы снижения аэродинамического сопротивления.
27. Определение фильтрационного течения. Его основные характеристики.
28. Законы фильтрационного течения. Двучленный закон сопротивления.
29. Основные законы движения воздуха в шахтных вентиляционных сетях.
30. Методы расчета естественного воздухораспределения и регулирования в
шахтных вентиляционных сетях.
31. Шахтные вентиляторы. Типы и характеристики вентиляторов.
32. Естественная тяга воздуха в шахтах. Факторы, определяющие величину
естественной тяги.
33. Второстепенные источники движения воздуха (эжекторы, капеж,
гидромониторные струи и гидротранспорт).
34. Работа вентиляторов на шахтную вентиляционную сеть.
35. Положительное и отрицательное регулирование распределения воздуха в
шахтной вентиляционной сети.
36. Увеличение и уменьшение аэродинамического сопротивления выработок.
37. Виды переноса вредностей.
4
38. Условия, определяющие перенос вредностей: условия поступления
вредностей в поток, свойства переносимых субстанций, влияние режима
движения
воздуха. 39. Уравнения конвективной диффузии. Коэффициент диффузии.
40. Стационарные и нестационарные газодинамические процессы.
41. Диффузия активных газов. Слоевые скопления газов.
42. Источники газовыделения. Газовыделение с обнаженной поверхности
горного массива. Газовыделение из отбитой горной массы.
43. Газовыделение при взрывных работах.
44. Газовыделение из выработанного пространства.
45. Газоперенос при периодическом и при постоянном газовыделении.
46. Управление метановыделением в горные выработки.
47. Турбулентная диффузия пыли.
48. Влияние скорости воздушного потока на содержание пыли в воздухе.
49. Уравнение энергии воздушного потока. Теплообмен между
вентиляционным потоком и горным массивом.
50. Прогнозирование температуры шахтного воздуха.
51. Вентиляционные сооружения на шахтах.
52. Утечки воздуха в шахтах.
53. Требования к схемам вентиляции участков.
54. Схемы вентиляции выемочных участков угольных шахт.
55. Схемы вентиляции очистных блоков рудных шахт.
56. Особенности вентиляции тупиковых выработок. Способы вентиляции.
57. Вентиляция с помощью вентиляторов местного проветривания.
Вентиляция выработок большой длины.
58. Проектирование вентиляции тупиковых выработок.
59. Нагнетательный, всасывающий и комбинированный способ вентиляции,
области применения.
60. Схемы вентиляции шахт. Центральная схема вентиляции. Фланговая
схема вентиляции. Секционная схема вентиляции. Области применения.
61. Задачи и значение управления вентиляцией шахты. Способы и средства
управления.
62. Управление вентиляцией при нормальной работе шахты и в аварийных
ситуациях.
63. Автоматизация управления вентиляцией: информационное обеспечение,
алгоритмы, техническое обеспечение системы автоматического управления
вентиляцией.
64. Контроль вентиляции шахт и карьеров. Требования к контролю
параметров атмосферы.
65. Методы и технические средства контроля параметров атмосферы горных
предприятий.
66. Вентиляция при сооружении горных выработок большой протяженности.
Выбор схемы вентиляции. Условия исключения рециркуляции воздуха.
67. Выбор и обоснование мест установки вентиляторов при
рассредоточенной схеме их расположения.
5
68. Особенности вентиляции при сооружении стволов и башенных кранов.
69. Особенности вентиляции при сооружении комплекса горных выработок
околоствольного двора.
70. Вентиляция тоннелей большой протяженности и большого поперечного
сечения. Особенности динамики газов ВВ и двигателей внутреннего сгорания в
тоннелях.
71. Схемы вентиляции при сооружении тоннелей большой протяженности и
большого поперечного сечения.
72. Способы и схемы вентиляции при сооружении тоннелей метрополитенов.
Расчет параметров вентиляции.
73. Вентиляционные сооружения при строительстве тоннелей различного
назначения.
74. Вопросы вентиляции при эксплуатации тоннелей метрополитенов,
автодорожных и железнодорожных тоннелей, обоснование способов
вентиляции (искусственной, естественной).
75. Особенности вентиляции при строительстве камер больших объемов.
Схемы вентиляции. Расчет параметров вентиляции.
76. Термодинамика атмосферы карьеров. Источники тепла. Термические
силы. Температурная стратификация атмосферы карьера. Туманообразование.
77. Динамика распространения вредностей в карьерах. Типы источников газа
и пыли. Газовая динамика в карьере.
78. Методы и средства нормализации состава атмосферы карьера.
79. Комбинированные схемы естественной вентиляции карьеров.
Интенсификация естественного воздухообмена на карьерах. Технологические
решения, интенсифицирующие воздухообмен.
80. Средства и способы искусственной вентиляции. Изотермические и
неизотермические струи.
81. Средства и способы искусственной вентиляции карьеров.
Изотермические и неизотермические струи.
82. Расчет параметров свободных струй. Схемы вентиляции карьеров
свободными струями.
83. Общие требования к проектированию шахтных вентиляционных систем.
Этапы проектирования.
84. Прогноз газообильности шахты.
85. Определение расхода воздуха для вентиляции выемочного участка и
шахты в целом.
86. Распределение воздуха по выработкам и проверка поперечных сечений
выработок по допустимым скоростям движения воздуха.
87. Проверка устойчивости движения воздуха в выработках.
88. Особенности вентиляционных систем рудных шахт. Методы расчета
расхода воздуха для рудника.
89. Расчет количества воздуха при использовании дизельного оборудования.
90. Расчет расхода воздуха при массовых взрывах в рудниках.
91. Расчет расхода воздуха для камерных (камерно-столбовых) систем
разработки.
6
92. Исходные данные для проектирования вентиляции карьера. Стадии и
порядок проектирования.
93. Расчет необходимого расхода воздуха для вентиляции карьера.
94. Выбор и обоснование технологических мер по интенсификации
естественного воздухообмена в карьере.
95. Определение схем, способов и режимов искусственной вентиляции
карьера.
Основная литература
1. Механика подземных сооружений. Пространственные модели и
мониторинг. Монография. / Протосеня А.Г., Огородников Ю.Н., Деменков
П.А. Карасев М.А., Лебедев М.О., Потемкин Д.А., Козин Е.Г./ СанктПетербург, СПГ-ГУ. 2011. с.355.
2. Огородников Ю.Н. Приложения теории подобия в геомеханике.
Монография. Санкт-Петербург, ГУП «Типография «Наука». 2011 с.111.
3. А.Г. Протосеня, О.В. Тимофеев. Геомеханика. 2008 г. с.117.
4. Кутузов Б.Н., Нишпал Г.А. Технология и безопасность изготовления и
применения ВВ на горных предприятиях. Учебное пособие. М.МГГУ,
2004.
5. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А. и др. Физика взрыва. М., Физмат лит,
2004.
6. Парамонов Г.П., Виноградов Ю.И., Артемов В.А., Ковалевский В.Н.
Теория детонации промышленных взрывчатых веществ. СПБ, СПГГИ,
2004.
7. Эткин Н.Б., Азаркович А.Е. Взрывные работы в энергетическом и
промышленном строительстве. М.: изд. Горная книга, 2004.
8. Парамонов Г.П., Артемов В.А., Ковалевский В.Н., Виноградов Ю.И.
Специальные взрывные технологии в геологии, горном деле и нефте и
газодобывающей отраслях. СПБ, изд.СПГГИ, 2004.
9. Ганопольский М.И., Барон В.Л., Белин В.А., Пупков В.В., Сивенков В.И.
Технология и безопасность при производстве специальных взрывных
работ. М.: Изд. МГГУ, ч.1,2. 2003.
10.Орленко Л.П. Физика взрыва и удара М., Физматлит, 2006
11.Певзнер М.Е., Иофис М.А., Попов В.Н. Геомеханика: Учебник для вузов.
– М.: Издательство Московского государственного горного университета,
2008. - 438с.: ил.
Дополнительная литература
1. Баклашов И. В. Деформирование и разрушение породных массивов. - М.:
Недра, 1992.
2. Баклашов И. В. Механика подземных сооружений и конструкции крепей.
- М.: Недра, 1992.
3. Борисов А. А. Механика горных пород и массивов. М., Недра, 1989, 360 с.
7
4. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений. Учеб. для Вузов, - 2-е
изд., М., Недра, 1994, 270 с.
5. Горные науки. Освоение и сохранение недр земли. Под ред. академика
РАН К. Н. Трубецкого. - М.: Изд-во АГН, 1997.478с.
6. Курленя М. В., Опарин В. Н. Скважинные геофизические методы
диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния
массивов горных пород. Новосибирск, Наука, 1999, 335 с.
7. Малышев Ю. Н., Трубецкой К. Н., Айруни А. Т. Фундаментально
прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. М., Издво АГН, 2000, 519 с.
8. Методы и средства контроля состояния и свойств горных пород в массиве
Проскуряков Н. М. Управление состоянием массива горных пород.
Учебник для Вузов. –М., Недра, 1991, 368с.
9. Родионов В. Н., Сизов И. А., Цветков В. М. Основы геомеханики. М.,
Недра, 1986. -302 с.
10.Ставрогин А. Н., Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения
горных пород. М., Недра, 1992.
11.Дмитриев А. П., Гончаров С. А., Германович Л. Н. Термическое
разрушение горных пород. М., Недра, 1990,- 256 с.
12.Кутузов Б. Н. Разрушение горных пород взрывом. М., Изд-во МГГУ, 1994,
446 с.
13.Мосинец В. Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных
породах. М., Недра, 1976, 272 с.
14.Позин Е. З., Меламед В. З., Тон В. В. Разрушение углей выемочными
машинами. - М.: Недра, 1984. - 283 с.
15.Протасов Ю. И. Разрушение горных пород. М. Изд-во МГГУ, 1995,453 с.
16.Шемякин Е.И. Разрушение взрывом и необратимые деформации горных
пород, ННЦГП - ИГД им. А. А. Скочинского, М., 1997, 177 с.
17.Ржевский В. В., Протасов Ю. И. Электрическое разрушение горных пород.
М., Недра, 1972, - 206 с.
18.Трубецкой К. Н., Викторов С. Д. Современные проблемы разрушения
массивов горных пород. - М.: ИПКОН РАН, 1998, 28 с.
19.Ханукаев А. Н. Физические процессы при отбивании горных пород
взрывом. М.: Недра, 1974. - 222 с.
20.Баум Ф. А., Станюкович К. П., Шехтер Б. И. Физика взрыва / М., Наука,
1975, 704 с.
21.Битколов Н. З., Медведев И. И. Аэрология карьеров. Учебник для ВУЗов.
- М.: Недра, 1992. -272 с.
22.Джигрин А. В., Кушняров П. И. Руководство по ведению взрывных работ
на угольных шахтах России. М.: ИПКОН, 1996. - 211 с.
23.Клебанов Ф. С. Воздух в шахте: Трактат о проветривании угольных шахт.
- М., 1995. -574 с.
24.Пучков Л. А. Аэродинамика подземных выработанных пространств. - М.:
Изд-во МГГУ, 1993. -267с.
8
25.Рогалев В. А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий. М.,
Недра, 1993.
26. Способы заблаговременного снижения пылеобразования угольных
пластов. / А. Е. Пережилов, Е. Я. Диколенко, В. С. Харьковский, В. А.
Диколенко - М.: Недра, 1995
27. Ушаков К. З., Бурчаков А. С., Пучков Л. А., Медведев И. И. Аэрология
горных предприятий. - М.: Недра, 1987 г.
28. Бобров А. И., Аверин Г. В. Теоретические основы переноса импульса,
тепла и примеси в горных выработках. - Макеевка-Донбасс: Изд-во
МакНИИ, -1994. -270с.
29. Дмитриев А. П., Гончаров С. А. Термодинамические процессы в горных
породах. Учебник, М., Недра,1991.
30. Дядькин Ю. Д., Гендлер С. Г., Смирнова Н. Н. Геотермальная
теплофизика. СПб., Наука. 1993.
31. Дядькин Ю. Д., Шувалов Ю. В. и др. Теплофизические аспекты освоения
ресурсов недр. Л., Недра, 1988.
32. Лыков А. В. Тепломассообмен. М.: Энергия, 1972 г.
33. Насонов И. Д., Щуплик М. Н. Закономерности формирования
ледопородных ограждений при строительстве стволов шахт способом
замораживания. М., Недра, 1976.
34. Шувалов Ю. В., Кравченко В. Н. Тепловой режим глубоких рудников. М.,
Недра, 1993.
35.Jaeger C. Rock Mechanics and Engineering. 2nd ed. — Cambridge University
Press, 2009. XII, 523 p.
36.Brady B.H.G., Brown E.T. Rock Mechanics for underground mining. 3rd
edition. — Springer Science + Business Media, Inc., 2005. XVIII, 628 p.
37.Wu W., Yu H.S. (eds.) Modern Trends in Geomechanics. – Berlin, Heidelberg:
Springer-Verlag, 2006. — 545 p. — (Springer Proceedings in Physics, Vol.
106).
38.Alonso E.E., Pinyol N.M., Puzrin A.M. Geomechanics of Failures. Advanced
Topics. – Springer Science+Business Media B.V., 2010. — 280 p.
9