Прочностной анализ каркасно-стержневых фильтров с водоприемной поверхностью в виде проволочной намотки
И.Е. Звонарев1, Д.И. Шишлянников2, В.К. Картавцев2, А.А. Рыбин2, С.Н. Пещеренко2
1 Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация
Горная Промышленность №4S/ 2026 стр. 187-193
Резюме: В статье приводятся сведения по водоотведению на месторождениях, разрабатываемых открытым способом. Указывается, что для отечественных месторождений эксплуатация систем водопонижающих скважин считается одним из наиболее рациональных методов осушения бортов карьеров и разрезов. Отмечено, что вынос песка в водопонижающие скважины обусловливает необходимость применения скважинных фильтров, работающих в условиях эрозионного и коррозионного изнашивания. Актуальной задачей является обеспечение надежного функционирования фильтров водопонижающих скважин. Предложена методика прочностного анализа фильтроэлементов каркасно-стержневых фильтров в виде спиральной проволочной намотки, обоснована модель нагружения проволочных фильтроэлементов и получены формулы для их прочностного анализа. В рамках исследования по предложенной методике выполнен прочностной анализ фильтроэлементов в виде проволочной намотки из поволок треугольного и трапецеидального сечений. Установлено, что фильтроэлементы из проволоки трапецеидального сечения обладают большей прочностью, по сравнению с фильтроэлементами из проволоки треугольного сечения, а также что для фильтроэлементов большего диаметра требуется большее число стержней в каркасе для обеспечения заданной прочности. На основании оценки скважности рассмотренных фильтроэлементов сделаны выводы о том, что рациональным является обеспечение прочности фильтроэлементов за счет увеличения числа стержней в каркасе фильтра. Доказано, что для изготовления рассмотренных фильтроэлементов рационально использование проволоки с шириной сечения не более 5 мм. Предложенная методика прочностного анализа и выводы при внедрении в практику изготовления и эксплуатации скважинных фильтров позволяют обеспечить высокую надежность их функционирования.
Ключевые слова: водоприток, водопонижающая скважина, пескопроявление, скважинный фильтр, каркасно-стержневой фильтр, проволочная спиральная намотка, прочностной анализ
Благодарности: Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2024-0005).
Для цитирования: Звонарев И.Е., Шишлянников Д.И., Картавцев В.К., Рыбин А.А., Пещеренко С.Н. Прочностной анализ каркасно-стержневых фильтров с водоприемной поверхностью в виде проволочной намотки. Горная промышленность. 2026;(4S):187–193. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2026-4S-187-193
Информация о статье
Поступила в редакцию: 03.06.2026
Поступила после рецензирования: 29.07.2026
Принята к публикации: 05.08.2026
Информация об авторах
Звонарев Иван Евгеньевич – кандидат технических наук, доцент, кафедра машиностроения, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-9672-6505; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Шишлянников Дмитрий Игоревич – доктор технических наук, профессор, кафедра горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-7395-6869
Картавцев Вадим Кириллович – аспирант, кафедра горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0008-5379-7726
Рыбин Александр Аркадьевич – доктор технических наук, профессор, кафедра горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация; https://orcid.org/0009-0007-8315-218X
Пещеренко Сергей Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор, кафедра горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация; https://orcid.org/0000-0002-1925-978X
Список литературы
1. Gloukhov D.V., Zvonareva A.G., Stolbovskaya N.V., Suchkov D.V., Turovskaya L.G., Lomakin A.V., Smirnova D.O. Investigation of interdependencies in an environmentally sustainable energy generation system utilizing coalbed methane: A statistical analysis approach. International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2027;40(2):441–453. https://doi.org/10.5829/ije.2027.40.02b.09
2. Аннаев К., Мырадова Д., Аннабердиев А., Караева А. Наилучшая практика и новые технологии в геотехнике открытых горных работ. Символ науки. 2024;(9-2):25–27.
3. Будилова В.В., Павлович А.А., Иконников Д.А. Анализ распространения деформаций по земной поверхности при разработке месторождения открытым способом. Записки Горного института. 2013;204:117–121. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/5562 (дата обращения: 15.04.2026).
4. Екимова О.А., Парфенова Л.П., Бичукина И.А. Оценка притоков подземных вод в карьер при разработке медножелезо-ванадиевого месторождения на среднем Урале. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5-1):70–81. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_51_0_70
5. Гузеев А.А., Кисляков В.Е., Нафиков Р.З. Обоснование технологии экскаваторной разработки обводненных месторождений. Красноярск: СФУ; 2017. 163 с.
6. Рысин А.И., Лебедева А.М., Карасев М.А., Нуртдинов А.С. Влияние техногенных рассолов на прочностные характеристики пород продуктивной толщи Палашерского участка Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Записки Горного института. 2025;274:142–153. Режим доступа: https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/16417 (дата обращения: 15.04.2026).
7. Королев Р.И., Уразов Д.В., Юнгмейстер Д.А., Сержан С.Л., Федоров Е.В. Комплекс послойной механизированной обратной закладки выработанного пространства для утилизации отходов обогащения. Обогащение руд. 2025;(6):47–52. https://doi.org/10.17580/or.2025.06.09
8. Копосов П.В., Жуков И.А., Бойко В.С. Обзор кинематических схем дробильных машин с непрямолинейной формой щеки. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023;(11-1):102–115. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_102
9. Koposov P.V., Zhukov I.A., Boiko V.S. Justification of the practical application of jaw crushing machines with a non-linear cheek shape. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2023;(11-1):102–115. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_111_0_102
10. Михайлов А.В., Жигульская А.И., Казаков Ю.А. Рациональная технология комплексной разработки торфяных месторождений. Горная промышленность. 2024;(1):66–69. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-1-66-69
11. Мельник В.В. Научные основы создания системы осушения обводненых месторождений с учетом структурно-тектонического строения и современной геодинамической активности участка недропользования. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(5-2):111–120. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2021_52_0_111
12. Zakirova G.S., Krapivsky E.I. Thermophysical properties control during transportation of the liquefied hydrocarbon mixtures by means of REFPROP software package. Journal of Physics: Conference Series. 2021;1728: 012026. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1728/1/012026
13. Литвиненко В.С., Двойников М.В. Методика определения параметров режима бурения наклонно прямолинейных участков скважины винтовыми забойными двигателями. Записки Горного института. 2020;241:105–112. https://doi.org/10.31897/PMI.2020.1.105
14. Атрощенко Ф.Г., Шкиль И.Э. Опыт эксплуатации водопонижающих скважин при открытой разработке алмазоносных трубок месторождения им. М.В. Ломоносова. Разведка и охрана недр. 2020;(1):25–32.
15. Ивашечкин В.В., Автушко П.А. Ремонтопригодные водозаборные скважины. Минск: БНТУ; 2016. 228 с. Режим доступа: https://rep.bntu.by/handle/data/27322 (дата обращения: 15.04.2026).
16. Болобов В.И., Ле Т.Б., Чупин С.А., Плащинский В.А. Зависимость наработки пики гидромолота от износостойкости ее материала. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(5):68–79. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-5-0-68-79
17. Deng F., Deng Z., Liang H., Wang L., Hu H., Xu Y. Life prediction of slotted screen based on back-propagation neural network. Engineering Failure Analysis. 2021;119:104909. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104909
18. Shi B., Ying R., Wu L., Pan J., Zhang X., Liu K., Zhang Y. A simplified model for the prediction of the erosion of a metal screen for sand control. Fluid Dynamics & Materials Processing. 2021;17(3):667–682. https://doi.org/10.32604/fdmp.2021.012693
19. Решетняк С.Н., Решетняк М.Ю., Сапаров Р.Б., Искандяров Н.А., Кузиев Д.А. Повышение эффективности функционирования электротехнических систем угольных шахт. Уголь. 2026;(3):111–115. Режим доступа: https://ugolinfo.ru/index.php?article=202603111 (дата обращения: 27.03.2026).
20. Abduljabbar A., Amadi A., Mohyaldinn M.E., Ridha S., Younis O., Alakbari F.S. Sand screens application and performance for sand control: A review of selection criteria, screen materials, and causes of failure. Heliyon. 2024;10(10):e30731. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e30731
21. Zvonarev I.E., Ivanov S.L., Shishlyannikov D.I. Estimation of the residual operation life period of mechanical transmissions of mining machines by means of superficial metal hardness measurement in increased wear areas of their parts. Procedia Engineering. 2016;150:618–625. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.054
22. Zhou W., Wu P., Zhang L., Zhu D., Zhao X., Cai Y. Heavy metal ions and particulate pollutants can be effectively removed by a gravity-driven ceramic foam filter optimized by carbon nanotube implantation. Journal of Hazardous Materials. 2022;421:126721. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126721
23. Михайлов А.В., Репкина К.С. Гидравлическая жидкость как фактор управления техническим состоянием гидравлической системы горных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2026;(5):39–51. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2026/5/05_2026_39-51.pdf (дата обращения: 15.04.2026).
24. Klevtsov V.A., Timofeev D.Yu., Khalimonenko A.D. Improved design of manufacturing processes for mining machines: basing concepts. Russian Engineering Research. 2023;43(11):1367–1375. https://doi.org/10.3103/S1068798X23110151
25. Reshetnyak S.N., Zotov V.V., Kuziev D.A., Kozlova O.Yu. Enhancing performance efficiency of electric consumers within surface infrastructure of coal mines. Eurasian Mining. 2025;(1):100–104. https://doi.org/10.17580/em.2025.01.20
26. Симонова Е.В. Влияние основных технических параметров на эффективность работы проволочных скважинных фильтров. Наукосфера. 2022;(4-2):242–247.
27. Fattahpour V., Roostaei M., Hosseini S.A., Soroush M., Berner K., Mahmoudi M. et al. Experiments with stand-alone sandscreen specimens for thermal projects. SPE Drilling & Completion. 2021;36(1):188–207. https://doi.org/10.2118/199239-PA
28. Keksin A.I., Filipenko I.A., Sorokopud N.I., Ovsyannikov D.A. Effect of process parameters of magnetic abrasive finishing on productivity while ensuring surface quality of electrical engineering products. International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2026;39(11):2815–2823. https://doi.org/10.5829/ije.2026.39.11b.13
29. Овчинников Н.П. Снижение загрязнения шахтных вод в системе участкового водоотлива кимберлитового рудника. Горные науки и технологии. 2025;10(2):169–179. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2024-07-274
30. Переверзева В.С., Акульшин А.А. Сравнительная характеристика фильтров водозаборных скважин. В кн.: Будущее науки – 2016: сб. науч. ст. 4-й Междунар. молодежной науч. конф., г. Курск, 14–15 апреля 2016 г. Курск: Университетская книга; 2016. Т. 3. С. 204–208.
31. Zhang R., Hao S., Zhang C., Meng W., Zhang G., Liu Z. et al. Analysis and simulation of erosion of sand control screens in deep water gas well and its practical application. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2020;189:106997. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.106997
32. Ahad N.A., Jami M., Tyson S. A review of experimental studies on sand screen selection for unconsolidated sandstone reservoirs. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2020;10(4):1675–1688. https://doi.org/10.1007/s13202-019-00826-y
33. Плащинский В.А., Шешукова Е.И., Салимов А.Э., Шибанов Д.А., Иванов С.Л. Численное моделирование процесса копания ковшом экскаватора методом дискретных элементов. Горная промышленность. 2025;(4):144–150. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-4-144-150
34. Mohamed A.Y.A., Siggins A., Healy M.G., Fenton O., Ó hUallacháin D., Tuohy P. A novel hybrid coagulation-intermittent sand filter for the treatment of dairy wastewater. Journal of Cleaner Production. 2022;369:133234. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.133234
35. Tian D., Yang W., Tian H. Design and performance research of stainless steel water filter screen for groundwater circulation well remediation. Chinese Journal of Environmental Engineering. 2024;18(4):978–986. (In Chinese) https://doi.org/10.12030/j.cjee.202311039
36. Guo Y., Nouri A., Nejadi S. Effect of slot width and density on slotted liner performance in SAGD operations. Energies. 2020;13(1):268. https://doi.org/10.3390/en13010268
37. Shamyan V.L., Kalantaryan M.A. Maximum permissible technological parameters of frame-filling filters. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2023;334(12):161–170. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/12/4175
38. Abduljabbar A., Mohyaldinn M., Younis O., Alghurabi A. A numerical CFD investigation of sand screen erosion in gas wells: Effect of fine content and particle size distribution. Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021;95:104228. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2021.104228
39. Abduljabbar A., Mohyaldinn M.E., Younis O., Alghurabi A., Alakbari F.S. Erosion of sand screens by solid particles: a review of experimental investigations. Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. 2022;12(8):2329–2345. https://doi.org/10.1007/s13202-022-01467-4
