Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2014 номер 6

Разработан подход к оценке особенностей деформирования горных пород вокруг выработки (зональная дезинтеграция) в условиях большой глубины ее заложения. Предложен алгоритм расчета геомеханического состояния массива и определены пределы изменения напряжений и деформаций в зоне влияния выработки. Показано, что увеличение модуля Юнга породы в окрестности выработки по сравнению с его значением в глубине массива приводит к уменьшению смещений на ее контуре.

Предложен метод оценки возможной потери устойчивости естественных и искусственных склонов, основанный на обобщенном критерии разрушения Кулона–Мора с учетом напряженно-деформированного состояния массива горных пород. Поиск наиболее вероятной поверхности сдвижения осуществляется пошаговой итерационной процедурой по схеме метода локальных вариаций. Показана необходимость оценки состояния и поведения оползневого тела в процессе динамического сдвижения с целью определения его конечного положения. Приведены примеры такой оценки.

Представлены результаты моделирования эффективных реологических свойств смеси проппант–жидкость, используемой при гидроразрыве пласта. Результаты, полученные при моделировании течений типа Пуазейля и Куэтта, совпадают в пределах стандартного отклонения. Определены границы применимости модели ньютоновской жидкости при моделировании смеси проппант–жидкость, а также условия возникновения пробок при высокой концентрации проппанта.

Приведены результаты численных исследований ближней зоны излучения скважинного дебалансного источника. Установлена пространственная изменчивость интенсивности вибрационного воздействия и ее зависимость от частоты генерируемых колебаний. Определены требования к режиму работы источника, обеспечивающие максимальную интенсивность воздействия на углепородный массив в окрестности дегазационных скважин при ограниченной мощности привода источника.

На примере модельных и натурных данных, полученных при наблюдении гидроразрыва нефтегазового пласта формации Баккен (США), рассмотрена возможность одновременного определения местоположения гипоцентров микросейсмических событий и параметров анизотропии скоростей сейсмических волн в массиве горных пород. Показано, что учет анизотропии повышает точность определения пространственного распределения гипоцентров событий и достоверность оценки направления развития трещины.

Описаны особые случаи деформирования зданий, когда при низких значениях деформаций, полученных по результатам инструментального контроля, происходили сильные визуальные повреждения конструкции. Проведен эксперимент по определению деформаций таких объектов методом лазерного сканирования, в результате которого установлено, что здания в горизонтальной плоскости испытывают сложные деформации. Для установления причин нелинейных деформаций зданий и предотвращения аварий предложена комплексная технология мониторинга территорий и объектов, базирующаяся на учете напряженно-деформированного состояния и блочного строения подстилающего горного массива.

Исследовано влияние внешнего импульсного низкоэнергетического воздействия (удары) в процессе нагружения до разрушения образцов горных пород различных типов на структуру записей сигналов электромагнитного излучения.

Приведены результаты численного моделирования процесса развития пяти последовательно создаваемых трещин гидроразрыва, перпендикулярных скважине, в плоской и осесимметричной постановке задач теории упругости в предположении идеальности закачиваемой жидкости. Определена зона влияния уже созданных трещин на вновь образующиеся, оценено давление, необходимое для роста новой трещины. Изучены параметры, от которых зависит искривление трещин. Проведен сравнительный анализ полученных расчетов для плоской и осесимметричной постановки.

Впервые сделана попытка теоретического рассмотрения действия взрыва при крупномасштабном взрывании в сложных горно-геологических условиях, включая селективную отбойку. Рассмотрена идея использования направленного действия энергии взрыва за счет применения зарядов различной формы, которая на практике реализуется путем замены единичного заряда большого диаметра на пучок эквивалентных по общей энергии зарядов меньших размеров. Обсуждаются новые возможности по управлению процессами передачи и распределения в разрушаемом массиве энергии взрыва.

Проблема тестирования горных пород на абразивность состоит в несопоставимости соответствующих результатов, получаемых разными экспериментальными способами. Для ее решения предложен количественный метод оценки потенциальной абразивности по физико-механическим свойствам горных пород в канонической шкале структурно-иерархических представлений.

Экспериментально подтверждена возможность реализации при натяжении нити, взаимодействующей с грунтовой опорой, эффекта, который для случая той же растягиваемой нити, но огибающей жесткую опору, описывается формулой Эйлера. Опытами на моделях и полевыми экспериментами продемонстрирован существенный рост за счет развития данного эффекта несущей способности грунтовых анкеров с гибкой тягой — Э–анкеров. Разработано и испытано технологическое оборудование для их монтажа. С привлечением метода дискретных элементов в двумерной постановке решена задача об эффективности работы новых анкеров в зависимости от направления приложения к их тяговому элементу усилия выдергивания. Показана перспективность использования Э–анкеров при строительстве и эксплуатации инженерных объектов.

Рассмотрена проблема повышения прочности и износостойкости тангенциальных поворотных резцов, способных с минимальными энергозатратами и высокой производительностью разрушать углепородный массив. Предложено использовать в качестве армирующей твердосплавной вставки резца индентор-эллипсоид, не имеющий концентраторов напряжений и производящий разрушение массива крупным сколом. Испытания опытных образцов тангенциального режущего инструмента на шахтах Кузбасса подтвердили результаты исследований по конструктивному оформлению армирующей вставки.

Приведены методические основы для расчета допускаемой длины и производительности комплексно-механизированного очистного забоя по газовому фактору с учетом неравномерности воздушного потока по контуру и длине лавы. Установлены нелинейные зависимости концентрации метана в лаве, вызванные утечками воздушного потока в выработанное пространство. Предложено определять производительность очистного забоя в зависимости от допускаемой по газовому фактору длины лавы и схемы выемки угля очистным комбайном. Выявлено, что увеличение газоносности угольного пласта и утечек воздуха в выработанное пространство снижает допускаемую по газовому фактору длину лавы и производительность очистного забоя.

Интенсивный площадной выпуск большого объема отбитой руды, приходящегося на одно выпускное отверстие, при системе разработки этажного принудительного обрушения предопределяет необходимость изыскания устойчивой конструкции днищ блоков. Применение самоходных погрузочно–доставочных машин (ПДМ) обусловливает увеличение расстояния между “точками” выпуска, что отрицательно сказывается на показателях извлечения руды при выпуске под обрушенными породами. Разработаны рациональные варианты конструкции траншейных днищ блоков для ПДМ. Определены зависимости предельного расстояния между точками выпуска по длине траншеи от высоты выпускаемого слоя, определяющие взаимовлияние выпускных отверстий друг на друга.

Для эффективного использования в оптимальных условиях реагентов класса дитиазинов МТХ и ЭТХ при извлечении золота из труднообогатимого сырья флотационным испытаниям на рудах предшествовала стадия изучения условий комплексообразования в водной среде и на поверхности пирита с искусственно нанесенным золотом (FeS₂Au). Микроскопическими и спектральными методами на поверхности FeS₂Au после контакта с МТХ и ЭТХ обнаружены органические S– и N–содержащие реагенты. Установлено, что эффект селективного выделения золота из золотосодержащих продуктов при флотации с использованием МТХ и ЭТХ обусловлен рядом факторов, ускоряющих образование труднорастворимых соединений на поверхности частиц золота. Изучено влияние длительности контакта минерала с реагентом, оптимальной щелочности среды, образования окисленного слоя на поверхности частицы Au⁰, введения регуляторов комплексообразования, играющих роль дополнительных лигандов, а также механохимического ускорения комплексообразования. Механохимическое воздействие при введении малорастворимого реагента ЭТХ в мельницу перед флотацией медно-сульфидной золотосодержащей руды позволило увеличить извлечение Au в концентраты основной и промпродуктовой флотации на 15.9 и 4 % соответственно. При этом содержание Au в хвостах снижалось на 0.15 г/т по сравнению с опытами, в которых применяли БКК или его сочетание с ЭТХ.

В связи с дефицитом литиевого сырья обоснована целесообразность изучения обогатимости и получения сподуменовых концентратов из техногенных руд, в частности хвостов обогащения Забайкальского горно-обогатительного комбината (ЗабГОК). Изучены минеральный, химический и гранулометрический составы сырья, а также разделимость и извлекаемость сподумена, что является основой разработки технологии и схемы обогащения изучаемого вида техногенного месторождения.

Методом бесконтактного измерения заряда кристаллов и с применением оригинального оборудования изучен эффект влияния модельных водных систем с различными физико-химичес-кими свойствами на величину и знак заряда кристаллов алмаза и циркона. Экспериментально обоснована возможность использования продуктов электролиза воды для направленного изменения заряда алмаза и минералов с близкими физическими свойствами в процессах их разделения методами электрической сепарации за счет повышения контрастности электрических свойств сепарируемых минералов.

Представлены результаты исследований поверхностных соединений галенита, халькопирита, сфалерита. Методами РФЭС и ИКС установлен ряд окисляемости PbS ≈ ZnS < CuFeS₂. Сфалерит имеет наибольшее количество свободной воды в поверхностном слое. Методами пенной и беспенной флотации показано, что флотируемость мономинеральных фракций галенита выше в нейтральной среде при концентрации сульфгидрильных собирателей менее 10^–4 моль/л. В щелочной среде флотируемость галенита повышается с увеличением концентрации сульфгидрильных собирателей, что снижает селективность флотации. Наибольшее извлечение галенита достигается при использовании бутилового ксантогената и диизобутилового дитиофосфината. Адсорбционные исследования методом изомолярной серии выполнены в условиях беспенной флотации. Рассчитаны константы скорости адсорбции при разных соотношениях сильного (бутиловый ксантогенат) и слабого (тионокарбамат) сульфгидрильных собирателей для галенита, халькопирита, сфалерита. Преобладание в смеси тионокарбамата селективно увеличивает константу скорости адсорбции компонентов и извлечение халькопирита по сравнению с галенитом и сфалеритом. Результаты экспериментальных исследований согласуются с результатами технологических исследований на пробах полиметаллической руды Степного и Рубцовского месторождений.

Представлены результаты исследования адсорбции реагентов, полученных из растительного сырья, на поверхности золотосодержащих пирита и арсенопирита с применением методов УФ–спектро–скопии, аналитической сканирующей электронной, лазерной и атомно-силовой микроскопии. Установлено, что компоненты экстрактов коры дуба и листьев зонтичных растений избирательно адсорбируются на поверхности сульфидных минералов, обеспечивая селективность флотации пирита и арсенопирита при обогащении золотосодержащих сульфидных руд.

Исследована в лабораторных условиях роль процессов механического выноса и истинной флотации в общем флотационном извлечении. Тесты проводились на природной полиметаллической сульфидной руде горного предприятиям Гемасса (Марокко). Также оценивалось воздействие на соотношение механического выноса и истинной флотации двух различных коллекторов — амилового ксантогената калия (АКК) и натриевого диизобутилового дитиофосфината (Аэрофин 3418А). Данные общего и истинного извлечения использованы при построении кинетической модели и подсчете модифицированных флотационных параметров для оценки флотационной селективности разделения халькопирита, галенита, сфалерита, пустой породы и пирротина. Метод Росса оказался наиболее приемлемым для оценки механического выноса комплексной сульфидной руды с высоким содержанием пирротина, тогда как метод Траара завышает роль механического выноса.

Обоснован и данными многолетнего мониторинга на различных объектах подтвержден методологический подход к решению проблемы восстановления нарушенных земель горнопромышленного комплекса в соответствии с эволюционно сложившейся программой образования почв на минеральных субстратах формированием биологически активной среды.

Отражены опыт комплексной оценки состояния окружающей среды в районах с высокой техногенной нагрузкой на основе данных дистанционного зондирования Земли, а также основные подходы к обработке космоснимков и последовательность анализа природных компонентов. В качестве примера дана оценка состояния одного из угледобывающих районов Кузбасса.

Изложены результаты исследования современного состояния лесных массивов на территориях, прилегающих к предприятиям Старооскольско–Губкинского железорудного комплекса. Исследованы масштабы изменений в площади и состоянии сосновых лесов с 1986 по 2012 г. Выявлены типы и ареалы изменений в лесах. На основе спутниковых снимков и полевых данных изучена интенсивность самозарастания карьерно–отвальных комплексов за период с 1988 по 2012 г.

Экспериментально исследовано влияние направления естественной анизотропии в ряде композиционных материалов на акустико–эмиссионную тензочувствительность, а также установлены закономерности акустической эмиссии в зависимости от угла между приложением нагрузки и направлением слоистости в композите. По результатам циклических испытаний показано, что указанный угол оказывает существенное влияние на проявление акустико–эмиссионного эффекта памяти вплоть до его полного исчезновения. Предложен метод контроля напряженно–деформированного состояния конструктивных элементов систем разработки на основе выявленных закономерностей.

Многоканальная измерительная система “Карьер” оснащена беспроводными датчиками смещения, работающими по радиоканалу и имеющими автономное питание, что существенно повысило мобильность и эксплуатационные характеристики. Канал передачи данных от оператора Центра сбора информации в маркшейдерскую службу позволил обеспечить более оперативный анализ информации и принятие соответствующих решений по обеспечению безопасности ведения горных работ.