Том 335, № 1 (2024)

Актуальность работы связана с необходимостью проведения природозащитных мероприятий на территории калийных горнодобывающих предприятий, испытывающих экологические последствия влияния многотоннажных солеотходов.

Цель исследования заключается в обобщении и анализе географии распространения калийных горнодобывающих предприятий, воздействия этих предприятий на окружающую среду и методов управления отходами калийных производств.

Объекты: отходы калийных горнодобывающих предприятий.

Методы: теоретический и логический анализ данных.

Результаты. Рассмотрена география распространения калийных месторождений и представлена характеристика отходов калийных горнодобывающих предприятий на примере Верхнекамского месторождения солей. Приведен отечественный и зарубежный анализ экологических последствий в результате хранения отходов на дневной поверхности. Проанализировано несколько вариантов обращения с отходами калийных предприятий. При управлении глинисто-солевыми шламами наиболее эффективна закачка в подземные горизонты, в том числе использование насыщенных растворов в качестве удобряющего компонента, составляющей части продукта в строительном направлении и применение в нефтедобывающей отрасли. При управлении галитовыми отходами нужен более комплексный подход. Закладка в отработанное пространство является актуальным подходом в связи с тем, что на территории долго действующих предприятий имеются уже отработанные целики. Рекультивация солеотвала позволит изолировать тело отвала от поступления атмосферных осадков, что приведет к сокращению поступления насыщенных вод в окружающую среду. Использование отходов для производства стройматериалов является наиболее предпочтительным как с экономической, так и с экологической позиции. Извлечение ценных компонентов, производство удобрений, концентрата и др. из отходов является наименее актуальным направлением, это связано как с эколого-экономическими затратами на приобретение оборудования по извлечению, так и с повторным образованием отхода. Наиболее сложным направлением для снижения образования отходов в технологическом аспекте является совершенствование ведения горных работ и селективной добычи.

Актуальность. Статистические исследования расхода воды в речных системах, проведенные различными авторами, показали, что формы распределения плотности вероятности речных стоков полимодальные. Существуют различные гипотезы возникновения данного полимодального распределения, например, в динамических системах возможно формирование аттракторов, либо в условиях возмущения исходных данных сингулярные числа могут трансформироваться в полимодальную структуру. Однако предлагаемые гипотезы формирования полимодального распределения интенсивности преобразования элементов открытой системы далеко не всегда применимы к конкретным объектам и ограничены определенными условиями. Поэтому предлагается применить универсальную теорию образования полимодального распределения интенсивности преобразования открытых систем для изучения распределения расхода воды в речных системах.

Целью настоящей работы является подтверждение соответствия мод стока рек универсальным принципам преобразования при унификации полимодального статистического распределения вероятности расхода воды в речных системах.

Объектом исследования являются выборки интенсивности расхода воды гидрографических открытых систем реки Оки и реки Великая в различный сезонный период.

Метод исследования был определен на основании выведенного универсального уравнения мод унифицированных полимодальных распределений плотности вероятностей для процессов преобразования любых открытых систем. Каждая мода в унифицированном полимодальном распределении стока рек соответствует определенному универсальному принципу преобразования открытой системы под внешним воздействием. Его универсальность основана на константах соотношения временных параметров (внутреннего времени преобразования элементов системы и внешнего времени воздействия на систему), связанных с «золотой» пропорцией. Испарение и увлажнение почв уменьшают расход и являются внутренним преобразующим процессом в зависимости от атмосферной температуры, а атмосферные осадки являются внешним фактором, увеличивающим сток рек.

Результаты проведенных исследований показали, что определенные моды полимодального распределения расхода воды полностью соответствуют универсальным состояниям процессов преобразования открытых систем под внешним воздействием. Для каждого сезонного периода моды соответствуют различным, ранее установленным принципам преобразования систем.

Выводы. На основании выборки расхода воды в речных системах, используя уравнение унификации полимодального распределения, можно определить состояние процесса преобразования речной системы в настоящем времени и, зная параметры внешнего воздействия, предсказать её будущее развитие.

Актуальность. Переработка фосфатного сырья на Гомельском химическом заводе за более чем 50‑летний период времени привела к накоплению миллионов тонн отходов фосфогипса. Они являются источником загрязнения подземных вод сульфатами, фосфатами и другими химическими соединениями. Поэтому существует необходимость современной оценки масштаба и степени загрязнения водоносных горизонтов с учетом геолого-гидрогеологических условий, влияющих на миграцию загрязняющих веществ.

Цель: оценка гидрогеологических параметров, влияющих на распространение загрязняющих веществ в подземных водах, и степени загрязнения водоносных горизонтов.

Объекты: водоносные и водоупорные горизонты.

Методы: методы оценки гидрогеологических параметров и методы определения химического состава подземных вод.

Результаты. Представлена оценка техногенного влияния отходов производства Гомельского химического завода. На основании данных сети мониторинга подземных вод в зоне влияния Гомельского химического завода количественно определены гидрогеологические параметры водоносных горизонтов верхней гидродинамической зоны, которая наиболее подвержена антропогенному воздействию. В исследованных водоносных горизонтах выделено три уровня степени загрязнения: высокий, средний и низкий. Основными загрязнителями являются сульфаты, азот аммонийный и фосфаты. Установлена вертикальная и горизонтальная дифференциация загрязнения. Выполнено картографирование территории по площадному развитию загрязнения. Проведенное исследование показывает необходимость дальнейшего осуществления мониторинга для контроля распространения загрязнения в водоносных горизонтах.

Актуальность исследования обусловлена тем, что в условиях сложной структурно-тектонической обстановки, недостаточности и неравномерности геолого-гидрогеологической изученности месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири наиболее остро стоит вопрос оптимизации гидрогеологических работ и снижения финансовых затрат на их проведение.

Цель: выделение ряда легко определяемых, косвенных показателей, предопределяющих выбор перспективных для бурения гидрогеологических скважин участков.

Методы. Для повышения эффективности проектируемых работ использовался системно-модельный анализ, состоящий из двух этапов. Первый этап – обучение – базируется на использовании метода главных компонент и завершается составлением классификационной таблицы объектов-эталонов (хорошо изученных в геолого-гидрогеологическом отношении) в соответствии с выделенными наиболее значимыми, но легко доступными косвенными показателями. Второй этап – распознавание, или прогноз, – заключается в выявлении принадлежности объектов-аналогов (со слабо или совсем не изученными геолого-гидрогеологическими условиями) к тому или иному классу, определенному на первом этапе. При решении данной задачи используются программы, реализующие кластерный и множественный регрессионный анализы. В результате в соответствии с поставленной задачей классифицируются объекты-аналоги.

Результаты. Разработанная методика получила разноцелевое применение, в том числе при структурно-гидрогеологическом районировании Илимо-Ленского плато, к которому приурочены основные железорудные месторождения Восточной Сибири, типизации россыпных месторождений Ленского золоторудного района по степени сложности инженерно-гидрогеологических условий, а также выделении участков повышенной водообильности на месторождениях нефтегазового комплекса Восточной Сибири. Полученные результаты позволяют рекомендовать метод для широкого внедрения в практику гидрогеологических исследований с целью оптимизации видов и объемов специальных работ на месторождениях полезных ископаемых для выявления наиболее водообильных зон при разработке систем водопонижения и водоснабжения, при разномасштабном структурно-гидрогеологическом районировании. Кроме того, метод системно-модельного анализа с учетом введения дополнительных способов обработки может найти и уже находит широкое применение при работе с базами данных и типизации объектов по эколого-гидрогеологическим показателям.

Актуальность работы определена необходимостью проведения геотехнического мониторинга в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов для подземных трубопроводов. Геотехническая система «многолетнемерзлый грунт – подземный трубопровод» подвержена влиянию экзогенных геологических процессов во время эксплуатации, циклическому изменению состояния грунтов сезонного слоя оттаивания и промерзания, оттаиванию многолетнемерзлых грунтов от теплового воздействия трубопровода, изменяющего планово-высотное положение. Многообразие схем взаимодействия тела трубопровода с разновидностями литологического строения многолетнемерзлых грунтов по трассе должно детально прорабатываться на этапе проектирования и также детально оцениваться при проведении геотехнического мониторинга трубопровода. Отсутствие нормативных требований к контролируемым параметрам подземных трубопроводов приводит к применению нестандартизированных и разнообразных сетей мониторинга от проекта к проекту. Отсутствие нормативных значений предельных деформаций подземного трубопровода приводит к необходимости использования расчетных методов определения предельных деформаций основания и трубопровода. Авторами предложено дополнить комплексную методику расчетов подземных трубопроводов, разработанную ранее сотрудниками АО «ТомскНИПИнефть», определением предельных допустимых деформаций трубопровода в каждой точке трассы с наличием многолетнемерзлых грунтов на этапе проектирования и дальнейшим использованием полученных результатов в качестве контролируемого критерия при проведении геотехнического мониторинга.

Целью является определение контролируемых параметров для геотехнического мониторинга подземных трубопроводов в криолитозоне на этапе эксплуатации на основе применения комплексной методики расчета подземных трубопроводов, а также формирование требований к системе пунктов получения информации.

Методы: обзор нормативной базы по геотехническому мониторингу, анализ и оценка применяемых методов и конструкций мониторинга подземных трубопроводов, анализ комплексной методики расчетов подземных трубопроводов применительно к целям геотехнического мониторинга.

Результаты. По итогам обзора нормативно-технической документации выявлено отсутствие конкретизации методов, оборудования, объема сети геотехнического мониторинга и периодичности проведения мониторинга трубопроводов; выявлено требование по применению расчетного метода предельных деформаций и отсутствие описания возможных методов. При детальном анализе комплексной методики проведения расчетов трубопроводов, разработанной в АО «ТомскНИПИнефть», обосновано ее применение для целей геотехнического мониторинга, отмечено преимущество методики в детальности получаемых предельных значений деформации с точностью до одного метра вдоль оси трассы трубопровода. Описаны методы и конструкции, применяемые для мониторинга деформаций подземных трубопроводов, установлена совместимость применения комплексной методики при любой конструкции и способе проведения мониторинга. Предложен перечень основных контролируемых параметров и обоснование объема и параметров системы геотехнического мониторинга для подземных трубопроводов.

Требования к качеству стальной продукции диктуют необходимость увеличения доли вакуумированной стали. Помимо этого, рост себестоимости топлива, а также стремление общества и государства к декарбонизации различных отраслей промышленности, в том числе и чёрной металлургии, требует от компаний снижения топливных затрат и переход на более современные и чистые технологии. Снижение удельного потребления топлива, а соответственно, и выбросов возможно за счёт перехода на непрерывное производство с минимизацией затрат на прогрев оборудования и поддержание заданной температуры в вакууматоре в процессах технологического простоя. В статье рассматриваются вопросы дегазации стального расплава в вакууматорах непрерывного действия П‑образного типа в сталеплавильных агрегатах непрерывного действия.

Цель: рассмотреть влияние разряжения над расплавом на характерный размер пузырька газа, скорость и время его всплытия в дегазационной установке П-образного типа, на основе полученных зависимостей определить характерные размеры вакуум-камеры и энергетический эффект от перехода на непрерывный процесс вакуумирования.

Методы: аналитические методы.

Результаты. Определен характерный размер пузырька в расплаве стали под действием вакуума разной степени. Изучено влияние разрежения на скорость вакуумирования и габариты дегазационной установки. Определен энергетический эффект от перехода на непрерывное вакуумирование. Предложенная методика справедлива для жидких сред, расчёты представлены на примере расплава стали. На основе проведённых расчётов установлено влияние разряжения на процесс вакуумирования расплава стали, определены габариты вакуум-камеры, сопоставимые с представленными на рынке RH-вакууматорами при схожей производительности и качестве готовой продукции, и оценено снижение энергозатрат при дегазации стали в непрерывном вакууматоре, в сравнении с действующими циркуляционными установка.

Актуальность исследования связана с необходимостью увеличения комплексного использования фосфоритов при их электротермической переработке, а также с необходимостью уменьшения шлаковых отходов фосфорного производства, загрязняющих окружающую среду.

Цель: проведение компьютерного термодинамического моделирования влияния температуры и количества железа на технологические показатели взаимодействия смеси фосфоритов бассейна Каратау и Актобе с углеродом и железом с получением фосфора, карбида кальция и ферросилиций.

Объекты: фосфориты Каратауского и Актобинского фосфоритоносных бассейнов.

Методы: термодинамическое компьютерное моделирование посредством использования программы HSC Chemistry 6.0; рототабельный метод планирования эксперимента второго порядка; геометрическая оптимизация технологических параметров.

Результаты. Установлено, что в зависимости от температуры в смеси фосфоритов Каратау и Актобе с углеродом и железом во взаимодействии принимают участие: CaSiO₃, SiO₂, Si, SiC, SiO_(g), MgSiO₃, Al₂SiO₅, Na₂SiO₃, Ca_(g), CaO, CaC₂, CaF₂, CaS, Fe, FeSi, FeSiO₃, FeP, Fe₂P, Fe₃P, FeP₂, FeO, Fe₃Si; Ca₃(PO₄)₂, P_2(g), P_4(g). Увеличение количества железа приводит к повышению степени извлечения кремния в сплав, а при температуре 2000 °С понижает извлечение кальция в СаС₂ и концентрацию кремния в сплаве. Марочный карбид кальция литражом более 230 дм³/кг и ферросилиций марки FeSi25 образуются из смеси фосфоритов, углерода и железа при 2077...2088 °С в присутствии 20...21,4 % железа и 43 % углерода (при этом фосфор полностью отгоняется в газовую фазу). Предложенным нами методом электроплавки фосфоритов с отгонкой фосфора и попутным получением ферросплава, в сравнении с традиционным методом, показатель комплексного использования сырья увеличивается с 43,9 до 62,7...73,6 %, то есть в 1,43...1,67 раз. Предлагаемая технология переработки способствует увеличению активных запасов фосфоритов и вовлечению в сферу производства низкосортных фосфоритов Актюбинского бассейна.

Трещиноватость грунтового массива оказывает существенное влияние на изменение инженерно-геологических условий и, как следствие, на устойчивость сооружений. Развитие тектонической трещиноватости локальных структур, учитывая историю процесса, его механизм, возникшие при этом напряжения в массиве и последующие деформации пород, привело к изменению состава и прочностных характеристик, активизации процессов гипергенеза и экзогенных процессов. Перечисленные обстоятельства требуют внимательного отношения к выявлению зон повышенной трещиноватости как наиболее опасных с точки зрения рисков при строительстве инженерных сооружений. Полевые методы оценки трещиноватости массивов пород трудоемкие, и не всегда существует возможность для проведения инструментальной съемки, позволяющей решать конечную задачу – установление закономерностей и размеров поврежденных площадей в пределах локальных структур. Существующие математические модели оценки трещиноватости, как правило, применяются для решения локальных задач: оценка устойчивости разрабатываемых карьеров, оценка водообильности массивов пород, степень раздробленности отдельных блоков и т. д. Этой информации недостаточно при оценке площадного распространения ослабленных зон и уточнения их границ, поскольку она не содержит данных по истории развития структуры, ее параметры (размеры, амплитуда поднятия блока фундамента, деформационные свойства пород).

Целью исследования является разработка математической модели формирования зон тектонической трещиноватости красноцветной толщи на основе деформационного критерия разрушения и механизма развития локальных структур.

Результаты. Разработана новая математическая модель прогноза поврежденности (трещиноватости) терригенных пород красноцветной толщи, слагающих локальные структуры, основанная на учете механизма формирования локальных тектонических структур 3-го порядка и деформационном критерии разрушения. Представлены математические зависимости, позволяющие прогнозировать размеры (площади) таксонов по данным амплитуды поднятия локальных структур. Результаты исследований могут применяться при оценке трещиноватости массивов, сложенных терригенными породами, и позволяют судить о закономерностях распределения ослабленных зон в пределах всего оцениваемого массива.

Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения производства легких олефинов. Применение систем усовершенствованного управления технологическим процессом и оптимизации в реальном времени позволяет повысить эффективность пиролизных производств, но требует быстродействующей математической модели процесса.

Цель: выбор метода численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, обеспечивающего набольшее быстродействие при расчете реакционного змеевика печи пиролиза. Сокращение времени, затрачиваемого на расчет каждого сценария, позволит использовать предлагаемую модель для задач оптимизации технологического процесса в реальном времени.

Объект: математическая модель пиролиза этана, методы численного решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

Методы: системный анализ, математическое моделирование. Для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений применялись различные численные методы в явном виде, отличающиеся способом выбора шага интегрирования.

Результаты. Разработана и опробована стационарная модель пиролиза этановой фракции. На разработанной модели выполнено сравнение скорости расчета при использовании численных методов решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений с фиксированным и с адаптивным шагом и показано, что использование адаптивного шага при интегрировании позволяет сократить время расчета более чем в 20 раз (с более чем 11 ч до 34 мин) при сохранении точности расчетов. Такие результаты связаны с различными скоростями реакций по профилю реакционного змеевика – в зонах высоких температур и высоких концентраций исходных веществ требуется сокращение шага интегрирования для получения требуемой точности, в то время как на участках, характеризующихся низкими скоростями реакций, допустимо увеличение шага и сокращение общего количества расчетных итераций.

Актуальность. Водные и земельные ресурсы Азербайджана находятся в ограниченном состоянии и из года в год все больше подвергаются техногенному воздействию, а использование воды и потребность в ней в республике растет большими темпами. С другой стороны, глобальное изменение климата оказывает серьёзное влияние на формирование гидрогеологических процессов. В таких ситуациях изучение формирования гидрогеологических условий под влиянием природных и антропогенных факторов, рациональное и экономное использование существующих водных ресурсов и принятие опережающих мер против негативных процессов имеют исключительно важное значение.

Цель: изучение закономерности формирования гидрогеологических условий Ширванской степи Кура–Араксинской низменности Азербайджанской Республики в многолетнем разрезе под влиянием природных и техногенных процессов.

Объекты: подземные воды Ширванской степи Кура–Араксинской низменности Азербайджанской Республики.

Методы. На основании результатов исследований, проведённых с 1977 по 2020 гг., по изменению среднемноголетнего уровня и минерализации грунтовых вод, темпов засоления почвогрунтов и по режиму грунтовых вод, а также по данным, собранным в этом направлении, изучена динамика изменения гидрогеологических условий Ширванской степи, выделены типы режима грунтовых вод и по методу наименьших квадратов найдены коррелятивные зависимости между типом режима и режимообразующими факторами – атмосферные осадки, речные артерии, водоподача на орошение, ирригационные каналы, дренаж и др. По синхронности изменения режимообразующих факторов и уровня грунтовых вод выделились генетические типы режима.

Результаты. Под влиянием природных и антропогенных факторов изменился уровень, минерализация, химический состав грунтовых вод, засолённость и химический состав почвогрунтов. В период с 1958 по 2020 гг. уровень грунтовых вод территории в связи с проведением оросительной мелиорации поднялся более чем на 4,1 м, а их минерализация за счёт инфильтрации поверхностных и отвода минерализованных вод посредством дренажа уменьшилась на 16,2 г/л. Выделялись генетические типы режима – климатический, гидрологический, ирригационный, ирригационно-поливной-дренажный, ирригационно-поливной, и определялись площади их преимущественного развития. К климатическому типу отнесены режимы с высокой корреляционной связью колебания уровня грунтовых вод, от сезонной и многолетней периодичности атмосферных осадков; для гидрологического типа характерна аналогичная зависимость – от поверхностного стока; для ирригационно-поливной-дренажного типа – от водоподачи и водосбора.