Записки горного института, 2022, № 1

Научный журнал «Записки Горного института» с 1907 года 

издается Санкт-Петербургским горным университетом – первым 

высшим техническим учебным заведением России, основанным 

в 1773 году Указом Екатерины II как воплощение идей Петра I  

и М.В.Ломоносова о подготовке инженеров для развития горно-

заводского дела.  

На базе Санкт-Петербургского горного университета работает 

Международный центр компетенций в горнотехническом образо-

вании под эгидой ЮНЕСКО, способствующий активному взаимо-

действию журнала с международным научным сообществом.

Цель журнала – создание информационного пространства, 

в котором отечественные и зарубежные ученые представят 

результаты теоретических и эмпирических исследований, посвя-

щенных проблемам минерально-сырьевого комплекса. Журнал 

привлекает ведущих специалистов к публикации научных статей 

и содействует их продвижению в международное научное 

пространство. 

Публикуемые статьи освещают вопросы геологии, горного и 

нефтегазового дела, обогащения, энергетики, геоэкологии 

и безопасности жизнедеятельности, геоэкономики.

Журнал входит в Перечень рецензируемых научных изданий 

ВАК, индексируется Scopus (Q1), Web of Science Core Collection 

(ESCI), DOAJ, GeoRef, Google Scholar, РИНЦ.

Журнал выходит 6 раз в год. Средний срок до первого решения –  

1 месяц.

Статьи публикуются на русском и английском языках на безвоз-

мездной основе.

На обложке экспонат Горного музея – андалузит – радиально-шестоватые агрегаты 

коричнево-красного цвета (Саксония, Германия). Поступил в Горный музей в 1843 г. от 

банкира Томнау. Название обусловлено местонахождением в испанской Андалузии. 

Андалузиту свойственен эффект плеохроизма, т.е. он может менять окрас при разных 

углах освещения. За это его окрестили «александритом для бедных». Помимо ювелирного 

дела андалузит используют для производства огнеупорных материалов и изготовления 

керамических деталей машин.

Горный музей – третья в мире по величине естественно-научная экспозиция, имеет более 

230 тысяч экспонатов, среди которых драгоценные металлы и камни, уникальные коллекции 

минералов, руд, горных пород, палеонтологических остатков, метеоритов, собрание моделей 

и макетов горной и горнозаводской техники, изделия камнерезного и ювелирного искусства.

  

Санкт-Петербургский

университетет

Международный 

центр компетенций

в горнотехническом 

образовании

под эгидой ЮНЕСКО
Записки Горного института

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
В.С.Литвиненко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, ректор 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

ЗАМЕСТИТЕЛЬ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
С.Г.Скублов, д-р геол.-минерал. наук, доцент, член Российского минералогического общества, эксперт Российского научного фонда и РАН (Санкт-Петербургский 
горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 

ОТВЕТСТВЕННЫЙ СЕКРЕТАРЬ
С.В.Купавых, канд.техн.наук, директор издательского дома «Записки Горного института» (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

О.Е.Аксютин, д-р техн. наук, чл.-кор. РАН, член правления, начальник департамента (ПАО «Газпром», Москва, Россия)
А.А.Барях, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, директор (Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, Пермь, Россия)
В.Н.Бричкин, д-р техн. наук, зав. кафедрой металлургии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
С.Г.Гендлер, д-р техн. наук, профессор, академик РАЕН (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
О.М.Ермилов, д-р техн. наук, профессор, академик РАН, РАГН, зам. главного инженера по науке (ООО «Газпром добыча Надым» ПАО «Газпром», Надым, Россия)
В.П.Зубов, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
Г.Б.Клейнер, д-р экон. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заместитель директора (Центральный экономико-математический институт РАН, Москва, Россия)
А.В.Козлов, д-р геол.-минерал. наук, член Российского минералогического общества, зав. кафедрой геологии и разведки месторождений полезных ископаемых 
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
Ю.Б.Марин, д-р геол.-минерал. наук, профессор, чл.-кор. РАН, президент (ООО «Российское минералогическое общество», Санкт-Петербург, Россия)
С.С.Набойченко, д-р техн. наук, профессор, чл.-кор. РАН, заслуженный деятель науки и техники РФ, зав. кафедрой металлургии цветных металлов 
(Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия)
М.А.Пашкевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой геоэкологии (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
Т.В.Пономаренко, д-р экон. наук, профессор, доцент (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
О.М.Прищепа, д-р геол.-минерал. наук, академик РАЕН, зав. кафедрой геологии нефти и газа (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
А.Г.Протосеня, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой строительства горных предприятий и подземных сооружений (Санкт-Петербургский горный университет, 
Санкт-Петербург, Россия)
В.Е.Сомов, д-р экон. наук, канд. техн. наук, академик РАЕН, директор (ООО «Кинеф», Кириши, Россия)
А.А.Тронин, д-р геол.-минерал. наук, директор (Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Санкт-Петербург, Россия)
В.Л.Трушко, д-р техн. наук, профессор, академик Международной академии наук высшей школы, РАЕН, РАГН, МАНЭБ, зав. кафедрой механики
(Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия) 
П.С. Цветков, канд. экон. наук, начальник управления по публикационой деятельности (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
А.Е.Череповицын, д-р экон. наук, профессор, зав. кафедрой организации и управления (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
Я.Э.Шклярский, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой общей электротехники (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
В.А.Шпенст, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой электроэнергетики и электромеханики (Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия)
Олег Анцуткин, профессор (Технологический университет, Лулео, Швеция)
Хал Гургенчи, профессор (Школа горного машиностроения Квинслендского университета, Брисбен, Австралия)
Анджей Краславски, профессор (Лаппеенрантский технологический университет, Лаппеенранта, Финляндия)
Эдвин Кроке, д-р наук, профессор (Институт неорганической химии Фрайбергской горной академии, Фрайберг, Германия)
Павел Власак, профессор, зав. кафедрой механики жидкостей и дисперсных сред (Институт гидродинамики Чешской академии наук, Прага, Чехия)
Габриэль Вейсс, д-р наук, профессор, проректор по научной и исследовательской деятельности (Технический университет, Кошице, Словакия)
Чжоу Фубао, д-р наук, профессор, вице-президент (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай)
Чжао Юэмин, д-р наук, профессор, директор научного комитета (Китайский горно-технологический университет, Пекин, Китай)

Разделы

•Геология  •Геотехника и инженерная геология
•Экономика сырьевых отраслей    •Энергетика

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ • 2022

У ч р е д и т е л ь  С а н к т - П е т е р б у р г с к и й  г о р н ы й  у н и в е р с и т е т

Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-70453 от 20.07.2017
Лицензия ИД № 06517 от 09.01.02

Редакция: начальник РИЦ В.Л.Лебедев, редакторы Е.С.Дрибинская, В.Е.Филиппова, М.Г.Хачирова

Компьютерная верстка О.В.Иванова, В.И.Каширина, Н.Н.Седых

Издается с 1907 года

ISSN 2411-3336

е-ISSN 2541-9404

Адрес учредителя и редакции: 21-я линия, 2, Санкт-Петербург, Россия, 199106
Тел. +7 (812) 328-8416;        факс +7 (812) 327-7359; 
Е-mail: pmi@spmi.ru
Сайт журнала: pmi.spmi.ru

 Санкт-Петербургский горный университет, 2022
Подписано к печати 29.04.2022. Формат 60  84/8. Уч.-изд.л. 30.
Тираж 300 экз. Заказ 243. Отпечатано в РИЦ СПГУ.
Цена свободная.

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253
Содержание

2

СОДЕРЖАНИЕ 

 
 

Геотехника и инженерная геология 

 

Гендлер С.Г., Копачев В.Ф., Ковшов С.В. Мониторинг потерь сжатого воздуха в разветвлен-

ных воздухопроводных сетях горных предприятий ...............................................................................       3 

Двойников М.В., Будовская М.Е. Разработка углеводородной системы заканчивания сква-

жин с низкими забойными температурами для условий нефтегазовых месторождений Восточной  
Сибири ......................................................................................................................................................      12 

Захаров Л. А., Мартюшев Д.А., Пономарева И.Н. Прогнозирование динамического пласто-

вого давления методами искусственного интеллекта ............................................................................      23 

Иванов В.В., Дзюрич Д.О. Обоснование параметров технологической схемы разработки  

обводненных месторождений строительного песка ...............................................................................      33 

Казанин О.А., Ильинец А.А. Обеспечение устойчивости выемочных выработок при подго-

товке выемочных участков пологих угольных пластов тремя выработками ........................................      41 

Пашкевич М.А., Быкова М.В. Методология термодесорбционной очистки локальных загряз-

нений почв от нефтепродуктов на объектах минерально-сырьевого комплекса ..................................      49 

Рыбак Я., Хайрутдинов М.М., Кузиев Д.А., Конгар-Сюрюн Ч.Б., Бабырь Н.В. Прогнозиро-

вание геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой ....      61 

Смирняков В.В., Родионов В.А., Смирнякова В.В., Орлов Ф.А. Влияние формы и размеров 

пылевых фракций на их распределение и накопление в горных выработках при изменении структуры 
воздушного потока  .............................................................................................................................      71 

Судариков С. М., Юнгмейстер Д.А., Королев Р.И., Петров В.А. О возможности уменьше-

ния техногенной нагрузки на придонные биоценозы при добыче твердых полезных ископаемых  
с использованием технических средств различной модификации ........................................................      82 

Чукаева М.А., Матвеева В.А., Сверчков И.П. Комплексная переработка высокоуглероди-

стых золошлаковых отходов ....................................................................................................................      97 

Якимов А.С., Пряжников А.И., Пряжников М.И., Минаков А.В. Изготовление микрофлю-

идных чипов из полидиметилсилоксана с фрезерованной канализированной поверхностью для 
моделирования нефтеотдачи при заводнении пористой породы ...........................................................    105 
 
 

Энергетика 

 

Шклярский Я.Э., Батуева Д.Е. Разработка алгоритма выбора режимов работы комплекса 

электроснабжения с ветродизельной электростанцией..........................................................................     115 

 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11

© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

3

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

 
 
 
 
 
 

Научная статья 
УДК 621.644 

 

Мониторинг потерь сжатого воздуха в разветвленных воздухопроводных 

сетях горных предприятий 

 

С.Г.ГЕНДЛЕР1 , В.Ф.КОПАЧЕВ2, С.В.КОВШОВ1 

1 Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия  
2 Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия  
 

Как цитировать эту статью: Гендлер С.Г., Копачев В.Ф., Ковшов С.В. Мониторинг потерь сжатого воздуха 
в разветвленных воздухопроводных сетях горных предприятий // Записки Горного института. 2022. Т. 253.  
С. 3-11. DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

 

Аннотация. Сжатый воздух широко используется во многих отраслях промышленности как один из видов 
безопасного технологичного энергоносителя. Затраты энергии на производство и распределение сжатого воздуха 
достигают 10 % от общих энергозатрат в экономически развитых странах. Анализ систем производства и 
распределения сжатого воздуха на предприятиях промышленного сектора показывает, что эффективность 
систем находится на сравнительно низком уровне. Это обусловлено тем, что данным системам уделяется 
недостаточно внимания ввиду того, что энергетический мониторинг систем сжатого воздуха имеет определенные 
трудности – наличие сложных и разветвленных воздухопроводных сетей, обладающих уникальными 
характеристиками; низкой чувствительностью оборудования, потребляющего сжатый воздух; сложностью 
проведения аудита пневматического оборудования, которое находится в постоянной работе. В статье проведен 
анализ вариантов снижения затрат на производство и распределение сжатого воздуха. Одним из перспективных 
направлений снижения затрат на распределение сжатого воздуха является своевременное обнаружение и ликвидация 
утечек, возникающих во внешней воздухопроводной сети предприятия. Поставленная задача решается аппаратно-
программным мониторингом давления сжатого воздуха в ключевых точках сети. Предлагаемая методика 
позволяет в режиме реального времени обнаруживать возникающие утечки воздуха в воздухопроводной сети 
и подавать команды обслуживающему персоналу на их своевременную локализацию. Данная методика была 
апробирована в промышленных условиях предприятий компании «АЛРОСА» на воздухопроводной сети рудника 
«Мир» Мирнинского горно-обогатительного комбината и показала удовлетворительную сходимость расчетных 
значений утечек с фактическими. Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанный 
метод мониторинга утечек воздуха в воздухопроводной сети отличается простотой, несложной программной 
реализацией и позволяет своевременно локализовать утечки, сокращая тем самым непроизводительные 
расходы энергоносителя на предприятиях. 
 
Ключевые слова: сжатый воздух; компрессор; менеджмент энергопотребления; энергетическая эффективность; 
распределительные воздухопроводы; утечки воздуха; мониторинг 
 

Принята: 24.01.2022                                        Онлайн: 22.03.2022                                 Опубликована: 29.04.2022 

 
 
 
Введение. Благодаря своим универсальным свойствам сжатый воздух является одним из 

основных энергоносителей, используемых во многих процессах разных отраслей промышленности [
1, 2]. В промышленном секторе системы производства и распределения сжатого воздуха 
являются одними из основных потребителей энергии, на которую приходится в среднем 10 % общих 
затрат энергии, потребляемой в Европейском Союзе и Китае [3]. Однако, несмотря на повсеместное 
распространение, эффективность использования сжатого воздуха составляет около 19 %, а  
примерно 75 % составляют затраты на электроэнергию привода компрессорных установок [4]. 
Таким образом, только 10-30 % электроэнергии, потребляемой компрессорными установками, 
используется конечным потребителем. Эффективность использования энергии при производстве 
и распределении сжатого воздуха для горной промышленности России представлена на диаграмме 
(рис.1). В целом доля затраченной энергии, потребленной компрессорной станцией, которая 
преобразуется в полезную работу, составляет около 3 %. Это обусловлено тем, что горнорудные 

ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА 

Journal of Mining Institute  

 

Сайт журнала: pmi.spmi.ru

ISSN 2411-3336; е-ISSN 2541-9404 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11
© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

4

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

предприятия имеют систему 
разветвленных горных выработок 
и, соответственно, обладают 
разветвленными воздухопроводными 
сетями, в которых 
сосредоточено порядка 37 % 
потерь энергии сжатого воздуха [
5, 6]. 

Такой уровень потерь 

энергии в системах сжатого 
воздуха в настоящее время 
следует считать недопустимым 
вследствие 
значительного 

влияния на производство конкурентноспособного 
продукта. 
Повышение показателей энергетической 
эффективности тех-

нологического процесса производства и распределения сжатого воздуха основано на модернизации, 
технологическом развитии и переходе к рациональному использованию энергетических ресурсов [
7-10].  

Возможности снижения затрат энергии на производство сжатого воздуха связаны со сниже-

нием энергозатрат на привод компрессоров, на транспортировку воздуха по трубопроводным 
системам, на управление пневматическими системами [11]. В исследованиях [12, 13] отмечено, 
что внедрение необходимых мероприятий по энергосбережению в системах производства и транспортирования 
сжатого воздуха имеет потенциал снижения энергопотребления от 56 до 66 %.  

Решение поставленной задачи осуществляется комплексными методами. Основные направ-

ления повышения эффективности систем сжатого воздуха направлены на использование электропривода 
с высоким КПД [14], внедрение частотно-регулируемых приводов [15, 16], модернизацию 
систем автоматического управления [17, 18], использование современных конструкций осушителей 
и воздушных фильтров [3, 19]. Следует учитывать внешнюю часть систем сжатого воздуха, к 
которой относятся распределительная воздухопроводная сеть с запорной и контрольной аппаратурой, 
и само используемое технологическое оборудование, оказывающие значительное влияние на эффективность 
использования энергии. Следует отметить, что некоторые методы повышения эффективности 
компрессорных станций могут приводить к ухудшению других технических показателей 
предприятия, например, внедрение частотно-регулируемого привода негативно влияет на уровень 
качества электроэнергии в части несиносуидальности напряжения и тока [20].  

Энергоаудит предприятий позволяет выявить технические проблемы систем сжатого воздуха 

и его распределения [21-23]. В исследованиях отмечается, что несмотря на дороговизну данного 
энергоносителя, на предприятиях не учитывается эффективность системы до того момента, когда 
потери давления в системе достигнут критического уровня и начнут влиять на нормальное течение 
технологического процесса и нормальную работу оборудования [14]. Указанная особенность систем 
приводит ко временной задержке осуществления необходимых управляющих воздействий, 
направленных на повышение энергоэффективности производства [24]. 

В последнее время продвигаемая концепция развития систем мониторинга и управления ин-

теллектуальных технических комплексов [7, 25] требует разработки автоматизированных систем 
на предприятиях горнодобывающей промышленности, которые бы учитывали необходимые факторы 
жизненного цикла рассматриваемых технологических схем. 

Методология. Перспективное направление повышения энергоэффективности на промыш-

ленных предприятиях – внедрение качественного энергетического менеджмента, который будет 
играть значительную роль для поддержания на необходимом уровне минимальных затрат электроэнергии. 
Это достигается в процессе энергоаудита и позволяет сохранять сниженное энергопотребление 
в производстве с экономией до 20 % [26]. Несмотря на высокую эффективность, 

Рис.1. Энергетическая диаграмма производства, распределения и потребления 

сжатого воздуха на горных предприятиях России 

1 – потери энергии на компрессорной станции; 2 – потери энергии в воздухопроводной 

сети; 3 – потери энергии в пневмопотребителях; 4 – полезная работа 

100 % 

Энергия, потребленная компрессорной станцией 

50 % 

13 % 

3 %

Энергия потока воздуха, 

поступающего в сеть 

Энергия 
потока у 

потребителя

1 

2 

3 

4 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11

© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

5

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

реализация энергоменеджмента сдерживается поддержкой предприятиями других приоритетных 
направлений: повышения технических навыков управляющего персонала и низкой мотивации сотрудников, 
принимающих необходимые решения [27, 28].  

Существующие технологии позволяют осуществлять мониторинг параметров различных си-

стем промышленных объектов и визуализировать их на мнемонической схеме, отображаемой на 
экране оператора. Все больше предприятий добывающей промышленности начинают внедрять современные 
телекоммуникационные решения и технологии, что позволяет в значительной степени 
снизить вероятность производственных ошибок и оптимизировать течение производственных процессов. 
Вместе с тем, не существует доступных подходов для мониторинга в реальном времени энергетических 
характеристик систем производства и распределения сжатого воздуха. Во многих случаях 
единственным индикатором технических или эксплуатационных проблем, характеризующих системы 
сжатого воздуха, является повышенное потребление электроэнергии компрессорной станцией. На 
увеличение энергопотребления влияют не только повышение производительности компрессорных 
установок и технические проблемы, но и неконтролируемые утечки воздуха [2, 29]. Таким образом, 
необходимо использование системы, включающей в себя мониторинг основных технических параметров 
в реальном времени, процедуры выявления непроизводительных потерь сжатого воздуха 
и системы быстрого оповещения для управления устранением причины непроизводительного расхода 
воздуха.  

Рассмотрим техническую сторону повышения энергоэффективности систем производства и 

распределения сжатого воздуха. Принято разделять системы сжатого воздуха на две части: производство 
и распределение сжатого воздуха. В первую часть входят сами компрессорные агрегаты, 
воздушные фильтры, воздухосборники, влагоотделители и т.п. Во вторую часть входят регулирующие 
клапаны, распределительные воздухопроводы с фасонными частями и технологическое 
оборудование, работающее на сжатом воздухе. Вторая часть в целом представляет собой внешнюю 
сеть компрессорной установки. 

Энергетические потери во внешней сети происходят, в основном, из-за утечек воздуха, на кото-

рые приходится до 20-50 % потерь [3, 11]. Эти потери обусловлены негерметичностью разъемных  
соединений, неисправностью муфт, фитингов, разрушением воздухопроводов, разрывом шлангов 
и т.п. [11].  

Проведенный обзор опыта эксплуатации систем сжатого воздуха и доступных возможностей 

снижения затрат энергии в данных системах позволяет сделать вывод, что большинство технологических 
процессов имеют возможность для значительного снижения эксплуатационных расходов 
за счет снижения объемных утечек воздуха во внешних воздухопроводных сетях. Ремонт данных 
систем требует минимальных капиталовложений и позволяет быстро окупить затраты. 

Основным показателем при оценке потенциальной экономии энергии и затрат является коли-

чественная оценка расхода воздуха, происходящего из-за утечек. Существующие методы количественной 
оценки объема утечек оценивают либо общий расход системы, либо расход воздуха от 
отдельных утечек [30]. Для оценки общих потерь в системе снабжения сжатым воздухом используются 
четыре основных метода, которые включают испытание на снижение давления, измерение 
мощности компрессора, использование портативного ультразвукового расходомера и установку 
встроенного расходомера. Все эти методы требуют прерывания производственных процессов, так 
как технология определения утечек предполагает измерение количеств воздуха, обусловленных 
только утечками в системе. Измерение отдельных утечек может быть выполнено во время производства. 
Каждый из перечисленных методов имеет недостатки, которые создают значительную 
погрешность при измерении расхода воздуха [31]. 

Другим вариантом измерения утечек является применение ультразвуковых накладных расхо-

домеров, которые используют ультразвуковые волны для оценки скорости воздуха, протекающего 
внутри трубопровода сжатого воздуха. Они непосредственно измеряют скорость в трубе и им 
необходимо известное значение давления в системе. Этот метод требует множество настроек, калибровку, 
а также определение значения некоторых трудно определимых параметров [32]. Кроме 
того, предъявляются жесткие требования к расположению расходомера и правильному его креплению 
к трубе. Таким образом, наличие большого числа настраиваемых параметров предопределяет 
значительные погрешности при измерении расхода утечек. 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11
© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

6

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

Еще один метод косвенного определения утечек основан на измерении электрических пара-

метров (величины напряжения и силы тока), подводимых к зажимам электродвигателя компрессора, 
что позволяет вычислить мощность, потребляемую для сжатия воздуха [3]. Разность показаний 
измеренной и расчетной мощности компрессора дает возможность рассчитать расход воздуха, 
обусловленный утечками в системе. Этот метод широко применяется в энергоаудите предприятий, 
но требует сертификации, калибровки электрооборудования и значительных затрат времени на 
поиск и изоляцию требуемых электрических линий. Кроме того, метод предназначен для оценки 
только общего расхода воздуха в системе и не позволяет дифференцировать потери на отдельных 
участках трубопровода. 

При выявлении отдельных утечек наиболее распространенным методом является ультразву-

ковое обнаружение утечек [33]. Данный метод позволяет определять утечки, которые происходят 
при точечной разгерметизации трубопроводов, имеет высокую погрешность и сложность определения 
суммарного расхода воздуха, обусловленного наличием множества точек. 

Одним из новых методов следует считать термодинамический с использованием нагреватель-

ных элементов и термопар [31]. Измерение утечек осуществляется при остановленном технологическом 
процессе, так что в трубопроводе сжатого воздуха только циркулирует поток, обусловленный 
утечками. Компрессор продолжает работать для поддержания давления в системе. Наружная 
часть трубы нагревается с помощью тепловых нагревателей, и результирующий температурный 
профиль измеряется с помощью термопар или других аналогичных измерителей температуры. 
При подаче тепла на трубу результирующий температурный профиль будет меняться в зависимости 
от потока воздуха в трубе. Изменение расхода воздуха приводит к изменению коэффициента 
теплоотдачи внутри трубы, что влияет на изменение температуры по отношению к 
исходному значению. Метод обладает достаточной точностью, но требует специального оборудования 
и его соответствующей калибровки. Сложность и дороговизна данного метода ограничивает 
его широкое применение. 

Обсуждение. Разветвленность воздухопроводной сети и наличие большого числа потребите-

лей сжатого воздуха требует строгого учета потерь, возникающих при транспортировке энергоносителя. 
Существующие технические средства позволяют контролировать основные параметры энергоносителя 
на всех этапах его перемещения. Однако их широкое распространение сдерживается 
дороговизной и необходимостью затрат на дополнительное техническое обслуживание. В некоторых 
случаях требуется специализированное программное обеспечение, применяемое в рамках 
необходимых функциональных задач [34, 35]. На наш взгляд, в данных условиях более целесообразными 
становятся методы, основанные на мониторинге основных параметров энергоносителя с 
дифференцированным учетом факторов, позволяющих в реальном режиме времени отслеживать 
утечки. Своевременная локализация выявленных утечек позволяет значительно сократить 
вредные потери и непроизводительные затраты в системах сжатого воздуха.  

Проектирование компрессорных станций и расчет воздухопроводных сетей для стационар-

ных проектных режимов работы потребителей сжатого воздуха не представляет больших трудностей 
и достаточно подробно описан [36, 37]. Основная задача компрессорной установки – подача 
воздуха к конечному потребителю с соответствующими технологическими параметрами, к которым 
относятся давление, расход и качество воздуха. Важными параметрами внешней сети компрессорной 
установки являются длина, диаметры трубопроводов, шероховатость, наличие местных 
сопротивлений. Соответствующий расчет и последующий выбор этих параметров позволяет 
минимизировать потери и использовать компрессорные машины с наименьшим потреблением 
энергии.  

При проектировании воздухопроводных сетей с учетом нормативных документов по отношению 

к воздухопроводам и качеству подаваемого воздуха, учет утечек принимается декларативно от 
0,3 до 0,5 м3/мин на 1 км трубопровода. Величины данных проектных утечек принимаются в 
зависимости от опыта эксплуатации компрессорных станций по предприятиям определенных 
отраслей. Такой подход обуславливает усредненный показатель утечек без учета множества 
внешних факторов, что является достаточно нецелесообразным. Некоторые факторы могут создавать 
уровень потерь от утечек до 40 % от номинального расхода потребителя [38, 39].  

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11

© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

7

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

Для обеспечения текущего мониторинга уровня утечек и их локализации в магистральных 

трубопроводах сжатого воздуха с целью последующего менеджмента для принятия решений по 
снижению непроизводительных расходов предлагается метод косвенного определения утечек в 
воздухопроводной сети. Данный метод заключается в том, что используются значения расхода 
воздуха потребителей, подключенных к определенным участкам в соответствии со схемой воздухопроводной 
сети. По мониторингу падения давления на этих участках определяется расход воздуха, 
обусловленный утечками. Метод применим для длинных и разветвленных сетей сжатого 
воздуха, что характерно для предприятий горной и химической отраслей. В таких системах подачи 
сжатого воздуха преобладающими являются линейные потери давления по сравнению с местными 
потерями. Таким образом, используя уравнение Дарси – Вейсбаха [37], записанное для i-го 
участка воздухопроводной сети, определяется расчетное падения давления pi на соответствующем 
участке, которое обусловлено расходом сжатого воздуха потребителями данного участка и 
утечками, 

ср
2
ср
2
5

8 i
i

i
i

i

l
p
Q

d



 



, 
(1) 

где di – диаметр трубы;  – коэффициент гидравлического трения; li – приведенная длина i-го 
участка воздухопровода; di – диаметр i-го участка воздухопровода; Qсрi – среднее значение объемного 
расхода воздуха на i-м участке; срi – среднее значение плотности транспортируемого сжатого 
воздуха.  

Объемный расход сжатого воздуха на участке воздухопровода складывается из расхода по-

требителя или последующего участка и возникающих утечек, которые обусловлены не герметичностью 
соединений и нарушением сплошности трубопровода. Среднее значение объемного расхода 
может быть определено из выражения 

ср
п
ут
0,5
i
i
i
Q
Q
Q


, 
(2) 

где Qпi – полезный объемный расход на i-м участке, обусловленный расходом конечных потребителей; 
Qутi – объемные потери сжатого воздуха на i-м участке. 

Сравнение выражений (1) и (2) позволяет получить зависимость падения давления на рассмат-

риваемом участке от возникающих объемных утечек на этом же участке: 




2
ср

п
ут
2
5

8
0,5
i
i

i
i
i

i

l
p
Q
Q

d



 




. 
(3) 

Преобразование выражения (3) позволяет вычислить объемные утечки сжатого воздуха на i-м 

участке: 

0,5

2,5

ут
п

ср

0,707
2
i

i
i
i

i
i

p
Q
d
Q
l











 



. 
(4) 

В полученное выражение (4) входит срi – среднее значение плотности транспортируемого 

сжатого воздуха. Данный параметр зависит от термодинамического состояния транспортируемой 
среды. При движении сжатого воздуха из начальной точки, в которой он имеет параметры давления 
p1, температуры T1 и плотности 1, происходит изменение его термодинамических параметров 
до значений p2, T2 и 2. Примем во внимание, что движение сжатого воздуха по стальным 
трубопроводам сопровождается как его охлаждением вследствие теплопередачи через 
стенки трубопровода, так и определенным повышением температуры из-за трения воздуха о 
стенки трубопровода, имеющим значительную шероховатость. В первом приближении примем, 
что снижение температуры воздуха на рассматриваемом участке трубопровода происходит по 
адиабатическому закону. Тогда среднее значение плотности транспортируемого сжатого воздуха 
вычисляется из выражения 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11
© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

8

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

0,71

н

ср

н
н

0,5
1
1
i
i

i

i
i

p
p

RT
p





























, 
(5) 

где pнi – абсолютное давление сжатого воздуха в начале i-го участка трубопровода; R – газовая 
постоянная воздуха; Tнi – абсолютная термодинамическая температура воздуха в начале i-го 
участка воздухопровода. 

Мониторинг параметров сжатого воздуха осуществляется в ключевых точках воздухопровод-

ной сети: на выходе компрессорной станции, в местах разветвлений воздухопроводной сети, около 
приемников сжатого воздуха. Основным преобладающим параметром сжатого воздуха для заданных 
условий является избыточное давление в точках трубопровода, которое регистрируется цифровыми 
манометрами и любое их отклонение отслеживается энергетической службой предприятия. 
В некоторых ключевых точках воздухопроводной сети дополнительно устанавливаются цифровые 
термометры, которые регистрируют температуру подаваемого сжатого воздуха. В тех точках сети, 
где отсутствуют термометры, температура вычисляется методом линейной интерполяции, из данных 
ближайших точек воздухопроводной сети. Согласно проектной схеме манометры регистрируют 
давление воздуха в начале p1 и в конце p2 участков наблюдаемого трубопровода, что позволяет 
учитывать разность их показаний, которое равно общему падению давления на данном участке 
трубопровода: 

1
2
i
p
p
p

 
. 
(6) 

Так как объемная производительность промышленных компрессоров Vк и потребителей 

сжатого воздуха Vп измеряется в [м3/мин], то перейдя от размерности [м3/с] к размерности [м3/мин] 
и принимая во внимание неучтенные в принятой модели факторы, получим окончательное выражение 
для мониторинга утечек воздуха на i-м участке трубопровода:  

0,5

2,5

ут
c
п

ср

42,4
2
i

i
i
i

i
i

p
V
k
d
V
l

















 





, 
(7) 

где Vутi – расчетный объемный расход утечек на i-м участке, м3/мин; kc – коэффициент согласования, 
учитывающий дополнительное падение давления, связанное с конфигурацией участка воздухопроводной 
сети (наличие вентилей, разветвлений, поворотов и т.п.); Vпi – расчетный объемный 
расход потребителей на i-м участке, м3/мин, определяемый по паспортным данным оборудования 
или результатам последнего аудита хозяйства сжатого воздуха предприятия. 

Для успешной реализации данной методики необходимо установить значение коэффициента 

согласования kc. Так как на его величину влияют достаточно много случайных факторов, то 

установление зависимости значения коэффициента 
согласования от конфигурации и параметров 
трубопровода может быть построено на базе эксперимента 
с помощью эмпирических формул. 
Экспериментальные исследования были проведены 
на воздухопроводной сети рудника «Мир» 
Мирнинского горно-обогатительного комбината 
компании «АЛРОСА». Существующая система 
диспетчеризации рудника позволяет в режиме реального 
времени следить за показаниями давления 
в контрольных точках трубопровода сжатого 
воздуха и режимом работы пневмоустановок. 
Оператор диспетчерского пульта видит на контрольном 
мониторе план горных работ с расположением 
оборудования и показаниями приборов в контрольных 
точках. Функциональная схема мониторинга воздухопроводной 
сети рудника показана на рис.2. 

Рис.2. Примерная схема мониторинга воздухопроводной 

сети подземного рудника «Мир» Мирнинского  

горно-обогатительного комбината 

КС – компрессорная станция; П1 – П5 – пневмоприемники; 

p – датчики давления; T – датчики температуры;  

ДП – диспетчерский пульт 

КС 

ДП 

П3 

p
T

T
p
p
p T
p

p

p

p

p
p

П4 

П5 

П2 
П1 

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11

© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

9

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0

Датчики давления располагаются в узловых 
точках, связывающих отдельные 
участки воздухопроводной сети, или в 
местах расположения пневмоприемников.  

Потребность подземных и наземных 

комплексов рудника «Мир» в сжатом 
воздухе обеспечивается от поверхностной 
компрессорной станции. Компрессорная 
станция оборудована четырьмя 
компрессорами ZR-750/7.5-50 (подача 
124,4 м3/мин, давление (75 Па) 7,5 кг/см2, 
мощность электродвигателя 750 кВт). 
Суммарная проектная производительность 
рабочих агрегатов составляет 
373,5 м3/мин. Работа компрессорной 
станции предусмотрена в автоматическом режиме, с выводом необходимых параметров диспетчеру 
рудника. 

От компрессорной станции до клетевого ствола сжатый воздух подается по трубопроводу с 

номинальными диаметрами DN400 и DN350, далее по клетевому стволу по трубопроводу DN300, 
по квершлагам рабочих горизонтов по трубопроводам DN200, по остальным выработкам по 
трубопроводам с диаметрами DN150. Трубопроводы оборудованы влагоотделителями и коммутационной 
арматурой. 

Большинство пневмопотребителей не имеют постоянного местоположения в руднике. 

Согласно плану горных работ и производственной необходимости пневмопотребители подключаются 
к трубопроводу сжатого воздуха в ответвлениях, предусмотренных проектом. 

Для вычисления потерь сжатого воздуха и коэффициента согласования kc экспериментальные 

участки были разделены по номинальным диаметрам и расположению в воздухопроводной сети 
предприятия. Результаты измерений значения давления на исследуемых участках воздухопровода 
поступали на пульт оператора. Измерения проводились при разном числе подключенных потребителей 
сжатого воздуха, следовательно, изменялись расход и величины падения давлений 
воздуха в точках измерения. Расчет условных утечек производился согласно формуле (4), при этом 
значение коэффициента согласования kc принималось равным 1. Результаты измерений утечек 
экспериментальными методами на тех же участках обозначены на графике (рис.3) пунктирными 
линиями.  

В результате проведенных экспериментов было установлено, что значение коэффициента 

согласования находится в диапазоне от 0,93 до 0,97 (см. таблицу). При малых расходах воздуха 
погрешность определения утечек данным методом снижается, что связано с определенной чувствительностью 
датчиков-преобразователей давления и их погрешностью, которая составляет 
1-2 %. При расходах, соответствующих основным рабочим режимам на предприятии, данная 
методика дает удовлетворительный результат с погрешностью измерений 6-7 %. 

 

Значение коэффициента kc 

 

Участок 
Номинальный диаметр, 

мм 

Среднее значение 

kc 

Погрешность расчетных 

данных, % 

Ствол 
350 
0,93 
5,3 

Квершлаг 
200 
0,97 
2,5 

Производственные участки, штреки 
150 
0,95 
5,8 

 
Основное назначение данной методики заключается не в точном определении утечек, а в 

своевременном их обнаружении и немедленной локализации. Схема работы заключается в следующем. 
Показания приборов посредством линий связи передаются на пульт диспетчера, где 
происходит их визуализация. Программное обеспечение автоматизированной системы контроля 
воздухопроводной сети, построенное с учетом предлагаемой методики, позволяет выдавать сигналы 

Рис.3. Результаты экспериментальных исследований определения 
утечек на участках воздухопровода в квершлаге (1), в стволе (2), 

в штреке (3) 

Vутi, 

м3/мин

6,0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0 

5
10
100
Vпi, м3/мин

1

2

3

 

 

Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 3-11
© С.Г.Гендлер, В.Ф.Копачев, С.В.Ковшов, 2022 

DOI: 10.31897/PMI.2022.8 

10

Статья опубликована в открытом доступе по лицензии CC BY 4.0  

при отклонениях режима работы системы от расчетных параметров. Менеджмент предприятия 
оценивает эти отклонения и принимает меры для локализации утечек и, в конечном итоге, к снижению 
энергопотребления компрессорной станцией предприятия. Данная система повышает энергетическую 
безопасность транспорта сжатого воздуха, исключает влияние человеческого фактора 
и является одним из шагов развития высокоэффективного цифрового предприятия [36, 40]. 

Заключение. Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы. 
Одним из методов технической реализации эффективного менеджмента сетей сжатого воз-

духа является программно-техническая реализация мониторинга утечек на участках воздухопроводной 
сети, осуществляемая в режиме реального времени. 

Математическая модель, учитывающая особенности воздухопроводных сетей и наличие 

показателей значения давления в контрольных точках сети, позволяет расчетным методом определять 
утечки в сети. Результаты экспериментальных исследований на воздухопроводной сети 
рудника «Мир» Мирнинского горно-обогатительного комбината показали отклонение расчетных 
парметров не более 7 % от фактических значений утечек. Внедрение указанной системы с четким 
менеджментом энергослужбы уменьшает расход электрической энергии приводов компрессорных 
агрегатов рудника «Мир» на 4720 кВтч в год. 

Программная реализация указанного метода позволяет в режиме реального времени осу-

ществлять мониторинг состояния воздухопроводной сети и определять участки, имеющие повышенные 
потери энергоносителя. Метод определения утечек в сетях сжатого воздуха отличается 
простотой, несложной программной интеграцией в существующую систему диспетчеризации, и 
может найти применение для мониторинга состояния внешних сетей компрессорных установок на 
промышленных предприятиях с разветвленными воздухопроводными сетями. 

 
 

ЛИТЕРАТУРА 

 
1. Cabello Eras J.J., Sagastume Gutiérrez A., Sousa Santos V., Cabello Ulloa M.J. Energy management of compressed air systems. 

Assessing the production and use of compressed air in industry // Energy. 2020. Vol. 213. № 118662. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118662 

2. Nehler T. Linking energy efficiency measures in industrial compressed air systems with non-energy benefits – a review // 

Renew and Sustain Energy Review. 2018. Vol. 89. P. 72-87. DOI: 10.1016/j.rser.2018.02.018 

3. Saidur R., Rahim N.A., Hasanuzzaman M. A review on compressed-air energy use and energy savings // Renew Sustain Energy 

Review. 2010. Vol. 14. Iss. 4. P. 1135-1153. DOI: 10.1016/j.rser.2009.11.013 

4. Mousavi S., Kara S., Kornfeld B. Energy efficiency of compressed air systems // Procedia CIRP. 2014. Vol. 15. P. 313-318. 

DOI: 10.1016/j.procir.2014.06.026 

5. Миняев Ю.Н., Угольников А.В., Молодцов В.В. Исследование объемных потерь в пневматических сетях рудничных 

компрессорных установок // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 2. С. 254-257. 

6. Миняев Ю.Н. Энергетические потери в пневмосистемах рудничных компрессорных установок // Известия Уральского 

государственного горного университета. 2003. Вып. 16. С. 44-46. 

7. Жуковский Ю.Л., Лаврик А.Ю., Семенюк А.В., Васильков О.С. Потенциал управления электропотреблением в усло-

виях изолированной энергосистемы удаленного населенного пункта // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. Т. 12. 
№ 4 (46). С. 583-591. DOI: 10.21177/1998-4502-2020-12-4-583-591 

8. Goldberg A., Reinaud J., Taylor R.P. Promotion systems and incentives for adoption of energy management systems in  

industry // Some international lessons learned relevant for China. 2011. 36 p.  

9. Harris J., Anderson J., Shafron W. Investment in energy efficiency: a survey of Australian firms // Energy Policy. 2000. 

Vol. 28. Iss. 12. P. 897-876. DOI: 10.1016/S0301-4215(00)00075-6 

10. La T. Don't Let Compressed Air Blow Away Your Profits // Energy Engineering. 2013. Vol. 111. Iss. 1. P. 7-15. 

DOI: 10.1080/01998595.2013.10769725 

11. Abdelaziz E.A., Saidur R., Mekhilef S. A review on energy saving strategies in industrial sector // Renew Sustain Energy 

Reviews. 2011. Vol. 15. Iss.1. P. 150-168. DOI: 10.1016/j.rser.2010.09.003 

12. Marshall R.C. Optimization of single-unit compressed air systems // Energy Engineering. 2012. Vol. 109. Iss. 1. P. 10-35. 

DOI: 10.1080/01998595.2012.1043657 

13. McKane A., Hasanbeigi A. Motor systems energy efficiency supply curves: A methodology for assessing the energy efficiency 

potential of industrial motor systems // Energy Policy. 2011. Vol. 39. Iss. 10. P. 6595-6607. DOI: 10.1016/j.enpol.2011.08.004 

14. Kaya D., Phelan P., Chau D., Sarac H.I. Energy conservation in compressed-air systems // International journal of Energy 

Research. 2002. Vol. 26. Iss. 9. P. 837-849. DOI: 10.1002/er.823 

15. Шклярский Я.Э., Брагин А.А. Снижение потерь энергии в электрических сетях предприятий // Известия высших 

учебных заведений. Горный журнал. 2013. № 1. С. 99-103. 

16. Abd Elsadek E.M., Ashour H., Refaat R.A., Mostafa M. Efficiency Improvement and Saving Energy within Electro-Pneumatic 

System Using VFD: (case study: Production line) // Proceedings of 2019 International Conference on Innovative Trends in Computer 
Engineering (ITCE 2019), 2-4 February 2019, Aswan, Egypt. IEEE, 2019. P. 248-253. DOI: 10.1109/ITCE.2019.8646536