Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2023 номер 4

Аппарат теории нестационарной термоупругости применен для оценки раздельного и совместного действия сорбционного давления газа и гравитации на процесс дегазации и формирование напряженного состояния в окрестности горных выработок. Показано, что фильтрация газа изменяет напряженное состояние угольного массива, а сорбционное давление оказывает существенное противодействие гравитационному, пренебрежение которым может привести к недостаточно обоснованному выбору технологий дегазации пласта угля, а также к ошибкам прогноза прочности и устойчивости горных пород.

Разработан и в лабораторных условиях на слоистых образцах из искусственного геоматериала апробирован экспериментальный метод, позволяющий в рамках модели среды с двойной проницаемостью определить параметры, контролирующие процессы миграции флюидов и пороупругое деформирование трещиновато-пористых породных массивов - трещинную проницаемость k₁ и коэффициент массообмена β, а также их зависимость от напряжений σ. Предложена и реализована процедура испытаний: при ступенчато возрастающем нормальном напряжении σ измеряются стационарные расходы Q₁(σ) и Q₂(σ) в трещиновато-пористом образце квазирегулярной структуры при заданном перепаде давления: по стандартной схеме (Q₁) и закрытых трещинах на торце (Q₂). Создана математическая модель эксперимента, получено аналитическое решение задачи о стационарной фильтрации: распределение давления в трещинах и матрице, зависимость расходов от σ. Представлен алгоритм для интерпретации данных эксперимента - расчета k₁ и β по зарегистрированным расходам Q₁ и Q₂. Показано, что проницаемость k₁ пропорциональна σ ^-2, а β практически не меняется.

Представлен анализ результатов сейсмической и гидрогеологической регистрации массового взрыва, проведенного 22.09.2021 г. в Лебединском карьере Курской магнитной аномалии. При взрыве четырех групп блоков определены значения максимальной скорости смещения грунта в пяти пунктах наблюдений, расположенных на эпицентральных расстояниях 1.7 - 4.9 км, и амплитуды гидрогеологических откликов обводненной надрудной толщи в двух наблюдательных скважинах. Основные параметры взрывов, оказавшие наибольшее сейсмическое воздействие на массив, использованы для расчета максимальной скорости колебаний в волне по установленной ранее зависимости. Расхождения между зарегистрированными и расчетными параметрами отмечены в ближней зоне взрыва первой группы блоков, разрабатываемых в рудно-кристаллическом массиве на приведенных расстояниях 106- 198 м/кг^1/3. При осуществлении взрывов в осадочных отложениях на приведенных расстояниях 405 - 512 м/кг^1/3 прослежено отличие в формировании волнового поля. Полученные данные могут быть привлечены для контроля технологии буровзрывных работ.

Представлены результаты дробления углей на лабораторной шнеко-зубчатой дробилке. Образцами служили товарные пробы углей разных месторождений России, Казахстана и Кыргызстана. На основе анализа изменения количественных выходов гранулометрических составов установлено, что независимо от местонахождения месторождений углей и их марочной принадлежности использование дробилки шнеко-зубчатого типа при подготовке сырья к обогащению не приводит к существенному переизмельчению угля.

Рассмотрена новая конструкция механизированной крепи для разработки мощных угольных пластов с выпуском подкровельной толщи угля, предусматривающая его контролируемый выпуск с помощью специального выпускного окна и питателя, совершающего возвратно-поступательное движение. Внедрение подобной технологии нуждается в предварительном тестировании, изучении режимных параметров выпуска секций, при которых обеспечивается максимально допустимое заполнение лавного конвейера без перегрузки и динамических явлений. Для изучения технологии создана имитационная модель в среде Rocky DEM, учитывающая физический эффект разрушения горного массива на основе метода дискретных элементов и позволяющая изменять конструктивные и режимные параметры работы крепей. Проведенные эксперименты позволяют оценить взаимную зависимость средней скорости выпуска угля на конвейер от угла наклона заслона и от частоты колебаний питателя.

Приведены результаты численного моделирования процесса торцевого выпуска руды, полученные методом дискретных элементов. Работа включала в себя стадии разработки методики моделирования, создание и калибровку численных моделей, анализ результатов. Установлены оптимальные параметры конструктивных элементов системы разработки, способствующие снижению потерь при выпуске в условиях отработки хибинских апатит-нефелиновых месторождений. Получены некоторые закономерности поведения горной массы при ее выпуске. Представлен механизм образования потерь.

Установлены параметры сжимаемости скальных пород нарушенного сложения для прогноза осадки горнотранспортного оборудования и устойчивости дамбы. Экспериментальные исследования проведены на крупногабаритном стенде штамповым методом при различных значениях плотности скальной вскрышной породы и нормального давления. Представлен способ оценки деформируемости скальных вскрышных пород с помощью пластины и геодезической рейки. Полученные результаты использовались для оценки возможности прохождения горнотранспортного оборудования при возведении дамбы и расчета ее устойчивости.

Разработан экспериментальный проект оценки различных технологий подготовки цементной закладочной смеси, проверки ее требуемой прочности и параметров замешивания. Рассмотрены метод определения применимости предлагаемой технологии, сопротивляемость закладки на сжатие, а также результаты оценки стоимости, уровня повышения производительности рудника и безопасности горнодобывающих работ. Установлена пиковая сопротивляемость закладки на сжатие, достигнуто снижение разубоживания руды и повышение устойчивости целиков.

Исследована схема управления характеристиками рабочего цикла гидроударного устройства, основанная на задержке движения бойка перед фазой обратного хода. Задержка осуществляется за счет дроссельного регулирования давления в гидравлической камере золотникового распределителя. Проведены испытания физической модели гидроударного устройства с указанной схемой распределения, определены основные энергетические характеристики. В опытах изменялись настройки дросселей и пружины, производящей возврат золотника распределителя в исходное состояние, подаваемый к устройству расход жидкости. Приведены осциллограммы динамических характеристик гидроударного устройства, зависимости регулировочной характеристики распределителя от параметров дросселей, подаваемого к устройству расхода и предварительного натяга пружины. Построены зависимости энергетических характеристик гидроударного устройства от давления задержки и расхода, отражающие возможности их регулирования по предлагаемой схеме управления рабочим циклом. Проанализированы осциллограммы движения золотника в течение рабочего цикла, определены его особенности и недостатки. Предложена конструкция дроссельного регулятора, позволяющая получить режимы работы гидроударного устройства с фиксированными характеристиками.

Рассмотрен вопрос создания специального устройства, позволяющего обеспечивать трансформацию давления рабочей жидкости, нагнетаемой в гидравлическую систему, для осуществления гидроразрывов в прочных горных породах. Показаны особенности работы устройства, установленные в ходе проведения лабораторных исследований, предложены пути устранения недостатков. Определены размеры и форма дроссельных канавок, обеспечивающих четкое переключение золотника управления в зависимости от параметров движения рабочей жидкости. Разработана гидравлическая схема распределителя золотникового типа со струйным управлением, что позволило увеличить точность и четкость переключения золотника.

Изучено влияние фазовых переходов во влажных грунтах, содержащих растворенную поваренную соль, на процесс их искусственного замораживания. Рассмотрены эффекты, связанные с теплотой кристаллизации поровой воды при отрицательных температурах, а также с теплотой кристаллизации соли при достижении точки эвтектики. Сделаны выводы о возможности достижения точки эвтектики в искусственно замораживаемых грунтах надсолевых толщ соляных месторождений. С помощью математической модели тепловых процессов в искусственно замораживаемой глине, содержащей раствор поваренной соли, проанализировано влияние смещения точки эвтектики на поле температур замораживаемого грунта.

Представлены результаты комплексных исследований механизма влияния неравновесной низкотемпературной плазмы диэлектрического барьерного разряда в воздухе при нормальных условиях и давлении на кислотно-основные, сорбционные и флотационные свойства природных сульфидов железа (пирита и арсенопирита) с целью установления связи между параметрами плазмохимической обработки, физико-химическими и технологическими свойствами сульфидных минералов. Методом адсорбции кислотно-основных индикаторов Гаммета установлено, что в результате плазменной обработки происходит усиление акцепторных и снижение электронодонорных свойств поверхности пирита, а также уменьшение акцепторной способности арсенопирита. Отмечен рост сорбционной способности пирита по отношению к электронодонорному бутиловому ксантогенату и, как следствие, повышение флотационной активности минерала. В случае арсенопирита наблюдалось снижение сорбционной и флотационной активности. Показано, что предварительная обработка минеральных проб продуктами низкотемпературной плазмы вызывала снижение выхода мышьяка в пенный продукт флотации на 10 - 11 % при уменьшении содержания мышьяка в концентрате на 0.71 - 0.78 %.

Предложен механизм флотации галенита, основанный на совместной работе химически сорбированного собирателя и физически закрепившегося ксантогената свинца в молекулярной форме. Экспериментально установлено, что продукты взаимодействия ксантогената с ионами свинца обладают поверхностной активностью, зависящей от соотношения их концентраций и рН раствора. В щелочной области они растекаются по границе раздела “газ - вода” и могут удалять жидкость из прослойки, разделяющей минеральную частицу и пузырек газа. В слабокислой среде и повышенном мольном соотношении катионов свинца к анионам ксантогената скорость растекания продуктов взаимодействия снижается. Механизм работы физически сорбируемого собирателя позволил раскрыть причины высокой флотируемости галенита в щелочном диапазоне рН и снижение флотируемости в слабокислой области.

Рассмотрены причины совпадения рН раствора собирателя, при котором достигается максимальное извлечение целевого компонента, и рН этого раствора с минимальным поверхностным натяжением. На основе механизма работы физически сорбируемого собирателя раскрыта связь флотируемости с поверхностным натяжением раствора. Показано, что выделение из раствора ионно-молекулярных ассоциатов и предполагаемое повышение гидрофобности минеральной поверхности не могут объяснить рост извлечения. Повышение флотируемости достигается снятием кинетического ограничения образованию флотационного контакта поверхностно-активными формами собирателя. Повышение собирательной активности композицией собирателей объясняется синергетическим эффектом в понижении поверхностного натяжения и сокращением времени индукции. Предложен критерий, определяющий флотационную активность физически сорбируемого собирателя.

Разработано новое устройство для мокрого магнитного обогащения - магнитный гидроциклон, позволяющий выделять магнитную фракцию из быстро движущегося криволинейного потока пульпы. Преимуществами магнитного гидроциклона являются высокая удельная производительность и простота конструкции, определяющая надежность устройства. Схема расчета прогнозируемых показателей процесса магнитного гидроциклонирования представляет собой методику оценки возможности извлечения магнитных частиц в зависимости от геометрических размеров аппарата, изменения параметров магнитного поля, скорости потока и физических параметров частиц. Приведено сравнение параметров процесса и результатов обогащения, полученных путем расчета и испытаний магнитного гидроциклона. Предложенное устройство рекомендуется для применения в технологических схемах обогащения железистых кварцитов и других руд, обладающих выраженными магнитными свойствами. При использовании магнитной системы, позволяющей поднять уровень магнитной индукции до 5 -10 Тл, возможно извлечение слабомагнитных минералов.

Представлены результаты экспериментальных исследований по восходящему фильтрационному массопереносу водным раствором согласно природному механизму движения растворов к поверхности с испарением воды в атмосферу. Полезные компоненты, осаждаясь из растворов, формируют зоны концентрации на испарительном барьере. Эксперимент имитирует полный цикл процессов для материала хвостов флотационного обогащения полиметаллических руд: скважинная подача растворов с поверхности в донную часть техногенного массива; распределение растворов в массиве; капиллярный подъем на поверхность; осаждение и концентрация солей полезных компонентов на испарительном барьере. Исследования позволяют оценить технологическую применимость нового подхода и получить некоторые параметры массопереноса.

С помощью лабораторной модели вертикального центробежного аппарата установлена зависимость эффективности измельчения рудных материалов с разной твердостью по шкале Мооса. Определены рациональные конструктивные и режимные параметры аппарата для данных руд, которые заложены в основу разработки и проектирования полного пакета рабочей документации на изготовление опытно-промышленного варианта вертикального центробежного измельчителя ВЦИ-12.

Методами оптической, сканирующей электронной и лазерной микроскопии получены новые экспериментальные данные о характере формирования адсорбционного слоя хелатообразующего реагента МДТК и экстракта борщевика на поверхности сульфидных минералов, входящих в состав поликомпонентных руд. Установлено избирательное закрепление МДТК на халькопирите с образованием устойчивого нерастворимого в воде комплексного соединения с медью, равномерно покрывающего всю поверхность минерала. На поверхности пирита впервые определено интенсивное образование темно-коричневых кристаллов продукта окисления МДТК - диморфолинтиурамдисульфида, химически адсорбированного на минерале и устойчивого к многократной отмывке водой. Морфолиндитиокарбамат не взаимодействует с поверхностью арсенопирита и шеелита и не образует устойчивых фаз реагента с компонентами в составе этих минералов. Экстракт борщевика не десорбирует МДТК и фиксируется на предварительно адсорбированном собирателе в виде тонкой голубоватой пленки, исчезающей при отмывке водой. На арсенопирите и шеелите обнаруживается незначительное количество отдельных мелких “вкраплений” борщевика.

Рассмотрено практическое применение катионных и смешанных анионных собирателей для обогащения кварцевого песка методом флотации. Результаты показали, что комбинированное использование додециламина (DDA), олеата натрия (NaOL) и додецилсульфата натрия (SDS) более эффективно по сравнению с применением данных реагентов по отдельности. При использовании смешанного собирателя DDA/NaOL/SDS доля удаления Al₂O₃ увеличилась на 11.1% относительно собирателя DDA/NaOL и достигла 75.1 %. По сравнению с собирателем DDA/SDS смешанный собиратель значительно повышает долю извлечения кварца и долю удаления примесей. Полученный концентрат обладает достаточным содержанием кварца для практического применения при удовлетворительном извлечении.

Приведена краткая характеристика сырьевой базы угля в Забайкальском крае. Рассмотрены вопросы термической и гидрохимической модификации углей Апсатского месторождения. Установлена возможность использования карбонизации, парогазовой активации и щелочной обработки ископаемых углей марки СС для повышения их адсорбционной способности. Предложена технология рудоподготовки и переработки углей Апсатского месторождения, включающая дробление, грохочение, карбонизацию и паровую активацию. Приведены характеристики исходных и подвергшихся переработке углей. Установлены основные физико-химические свойства полученных углеродных адсорбентов. Определены параметры модификации ископаемых углей. Представлены результаты компьютерного моделирования активных углеродных сорбентов, основанного на квантово-химическом взаимодействии частиц. Определены направления использования высококачественной сорбционной продукции в технологиях обращения горнопромышленными отходами.

Рассмотрена проблема определения параметров оседания дневной поверхности при отработке угольного пласта методами традиционных вероятностных интегральных решений и усовершенствованного динамического прогнозирования. На основе генетического алгоритма разработана параметрическая модель деформации поверхности, включающая коэффициент оседания и мульду сдвижения. Установлена функция динамического прогнозирования, позволяющая получить полный профиль оседания поверхности и тренд динамического изменения области ведения горных работ. Результаты исследований показали, что динамическое прогнозирование совместно с генетическим алгоритмом обеспечивают достаточно высокую эффективность и точность установления параметров оседания поверхности при отработке угольного пласта. Исследование проводилось на примере горнодобывающего района в провинции Шаньси.