Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2017 номер 5

Приведены результаты физического моделирования геомеханических процессов, протекающих в краевых зонах угольных пластов, основная кровля которых представлена труднообрушаемыми породами. Исследовано влияние изменения температуры и давления газа при его ступенчатом выпуске из автоклава на процессы газовыделения, что соответствует периодическому механическому воздействию на угольный пласт в зонах “газового мешка”. Установлено, что возникающие низкочастотные (2.0 - 4.5 Гц) затухающие колебания пород основной кровли при вторичных осадках могут приводить не только к вторичной дезинтеграции массива, но и к процессам десорбции метана и разложению газовых гидратов (при их наличии), сопровождающихся повышением давления газа с реализацией газодинамических явлений в краевой зоне угольного пласта.

Предложен новый метод аналитического описания статической, кинематической и динамической составляющих процесса взаимодействия вмещающих пород и крепи при ведении очистных работ. Рассмотрение статической составляющей предполагает известный классический подход к построению возможной линии разрушения. Кинематический аспект проблемы предполагает учитывать влияние собственного веса пород на процесс разрушения. Динамика процесса подготовки разрушения при увеличении выработанного пространства показана на примере анализа влияния единичного подвигания забоя. Эти составляющие процесса накопления повреждений в массиве позволяют более точно контролировать деструктивные проявления горного давления.

Экспериментально установлены закономерности изменения спектров акустической эмиссии, возникающей в образцах каменного угля Кузнецкого и Печерского угольных бассейнов при одноосном и всестороннем (по схеме Кармана) сжатии. Показано, что при одноосном нагружении при приближении к стадии разрушения образца значительно изменяется спектральный состав акустической эмиссии, увеличиваются амплитуды низкочастотных составляющих и снижаются амплитуды высокочастотных. При нагружении образцов по схеме Кармана также происходит увеличение амплитуд сигналов на низких частотах, однако снижения высокочастотной составляющей не отмечено, что связано с влиянием бокового гидростатического давления, препятствующего раскрытию трещин.

Численно исследуется распространение маятниковых волн в блочной среде при нестационарном воздействии на поверхность взрывной полости заглубленного шнурового заряда. Среда моделируется двумерной решеткой масс, соединенных упругими пружинами в осевых и диагональных направлениях. Конечно-разностным методом рассчитаны перемещения масс и их скорости в различных точках полупространства.

Представлены теоретические и экспериментальные исследования основных прочностных характеристик цилиндрических образцов из слоистых и анизотропных геоматериалов при их осевом сжатии и боковом давлении. Испытания образцов проводились на сервогидравлическом прессе INSTRON 8802. Получены зависимости изменения предела прочности искусственного материала, метаалевролита и сланца от угла напластования. Результаты теоретических расчетов удовлетворительно согласуются с данными опытов.

Эффективность реализации преимуществ флюидоразрыва при решении конкретных задач горного производства существенно зависит от достоверности оценки структуры и состояния породного массива, определения места начала разрыва, выбора флюида, режима его нагнетания, применяемых технических решений. Флюидоразрывы проявляются как процессы, изменяющие свойства, структуру, состав и состояние породных массивов. Их изучение углубляет познание естественных многофазных сред (земной коры) и способствует развитию нетрадиционных технологий добычи полезных ископаемых.

Рассмотрено влияние радиального смещения ударника в корпусе на систему воздухораспределения пневмомолота с кольцевым упругим клапаном. Рассчитан минимально допустимый объем камеры обратного хода при контакте ударника с наковальней в крайнем переднем его положении с учетом ограничения максимального давления в передней камере в момент удара. В качестве критерия работоспособности пневмомолота предложена длина механического замыкания упругого клапана, компенсирующая поворот ударника в корпусе вследствие увеличенного радиального зазора между этими деталями. Проведена оценка параметров системы воздухораспределения всего типоразмерного ряда пневмомолотов с механическим замыканием кольцевого упругого клапана.

Приведены методика и алгоритм выбора основных параметров гидроударной системы объемного типа. Методика основана на результатах размерного анализа уравнений системы, выбора критериев подобия и расчетов в их пространстве безразмерных выходных характеристик. В программе пользователю предоставляется возможность задать набор стартовых параметров и характеристик гидроударной системы в виде их значений и возможных ограничений, а также выбрать табличные значения для безразмерных характеристик, по которым в дальнейшем, используя формулы критериев подобия, будет осуществляться подбор ее вариантов. Для выбранной гидроударной системы проводится расчет геометрических параметров бойка. Программа разработана на языке Java, имеет графический многооконный интерфейс и включает меню, панель инструментов, окна задания параметров и ограничений, ввода входных данных, результатов вычислений, расчета размеров бойка и вывода графиков динамических характеристик предельных циклов системы.

Приведен анализ материалов расследований взрывов при отработке механизированными комплексами пологих и наклонных угольных пластов. Показано, что наиболее вероятной причиной их возникновения является воспламенение метановоздушной смеси и последующие за этим взрывы в выработанном пространстве, которые инициируются очагами самовозгорания угля. При этом горящий газ выносится взрывной волной в очистной забой и в прилегающие горные выработки, вызывая взрывы угольной пыли. Описан механизм самовозгорания угля в краевых частях межлавных целиков, находящихся под воздействием горного давления.

Показано, что сложные горно-геологические и геомеханические условия разработки Таштагольского, Шерегешевского и Казского месторождений при переходе горных работ на нижележащие горизонты влияют на формирование геодинамических явлений в массиве. Направление горных работ от участков с повышенной концентрацией напряжений со стороны висячего бока нарушения к участкам с пониженной концентрацией способствует снижению удароопасности. Использование на проходке комплексов самоходного оборудования приводит к увеличению удельных объемов нарезных выработок на 1000 т добываемой рудной массы в пределах 10 - 20 % по сравнению с переносным оборудованием. Установлена закономерность процесса сдвижения горных пород при ведении очистных работ на глубоких горизонтах. Большая глубина горных работ, высокая прочность вмещающих пород являются положительными факторами при расконсервации запасов в целиках. Сочетание этих факторов, а также рациональные параметры систем разработки позволили вести отработку слепых рудных тел без закладки, а также рудных запасов в целиках под реками и под объектами промплощадок.

Представлен анализ способов и средств отвалообразования вскрышных пород на угольных разрезах Кузнецкого бассейна. Отмечены особенности формирования породных отвалов, определены зависимости их устойчивости от горно-геологических условий и физико-механических свойств складируемых пород. Выделены приоритетные направления дальнейшего развития отвалообразования, ориентированные на рациональное использование выработанных карьерных пространств и площадей законсервированных гидроотвалов вскрышных пород. Рассмотрены проблемы экологической безопасности отвалообразования.

Представлены результаты исследований влияния энергетических (ультразвукового, электрохимического и теплового) воздействий на извлечение циркония и редкоземельных элементов в продуктивный раствор при кислотном выщелачивании эвдиалитового концентрата. Разработана оригинальная установка для реализации данного процесса. На основе изучения кинетики кислотного выщелачивания эвдиалитового концентрата, изменений его микроструктуры и фазового состава поверхности обоснован механизм влияния комбинированных энергетических воздействий на интенсификацию извлечения циркония и редкоземельных элементов в продуктивный раствор.

Изучены взаимодействия жирнокислотного собирателя олеата натрия и высших изоспиртов в жидкой фазе и на поверхности разделяемых минералов - шеелита и кальцита. Изложены результаты исследования монофазного кальцита и шеелита, приведены их рентгенограммы и ИК-спектры. На основании экспериментальных данных продемонстрирован вклад межмолекулярных взаимодействий в сочетаниях оксигидрильных собирателей разной степени ионогенности на повышение контрастности флотоактивности шеелита и кальцита. Данными ИК-спектроскопии установлено, что максимальная интенсивность межмолекулярных водородных связей олеат:изоспирт в области 3400 - 3200 см^-1 соответствует мольному отношению 2. Роль изоспиртов в поверхностном слое шеелита заключается в нивелировании гидрофилизирующего эффекта мицелл олеата за счет образования гетеромолекулярных ассоциатов посредством водородных связей, дополнительном разрыхлении гидратного слоя и повышении вероятности закрепления пузырька воздуха при их столкновении; адгезия капель изоспирта также способствует повышению флотоактивности шеелита; высшие изоспирты снижают флотоактивность кальцита. Максимальный эффект контрастности наблюдается для шламовых классов при концентрациях олеата в сочетании, соответствующем процессам мицеллообразования.

Приведены результаты экспериментальных исследований по интенсификации процессов обогащения медно-никелевой руды с помощью методов флотации и магнитной сепарации. Установлено, что предварительная обработка руды перед измельчением ускоренными электронами позволяет увеличить выход класса - 0.071 мм и извлечение полезных компонентов в концентрат. Применение магнитной сепарации повышает комплексность использования минерального сырья.

В рудничных водах ряда месторождений Забайкалья определены содержания ценных металлов, извлечение которых из растворов с использованием цеолитовых пород может иметь экономическую выгоду. Проведены эксперименты по насыщению натриевых и аммонийных форм шивыртуйских клиноптилолитовых пород в металлоносных растворах Шерловогорского и Бом-Горхонского рудных районов. В лабораторных условиях реализована технологическая схема выделения сорбированных цеолитовыми породами металлов посредством вытеснения их концентрированными солями аммония с последующим прокаливанием фильтратов до 500 °С. Получены пеки, содержание металлов в которых определяется зависимостью от их концентраций в растворах, методов насыщения и использованных элюентов. Фильтрационные условия насыщения аммонийных форм цеолитов растворами с карьерного оз. Шерловая Гора и последующее выделение поглощенных металлов ацетатом аммония показали долю извлечения лантаноидов, равную 73 %. Полученные результаты с учетом многократной регенерации сорбента могут быть реализованы при разработке рентабельной технологии извлечения редкоземельных элементов из рудничных растворов.

Изложены основные особенности рудной базы и пути развития процессов переработки железорудного сырья на Михайловском ГОКе. Обоснованы новые подходы к процессу дезинтеграции руды и возможности совершенствования процесса сухой магнитной сепарации неокисленных железистых кварцитов. Рассмотрены направления флотационной доводки магнетитового концентрата, полученного из неокисленных железистых кварцитов мокрой магнитной сепарацией, по схеме с замкнутым и открытым циклом процесса, а также обратная катионная флотация гематитового концентрата из хвостов мокрой магнитной сепарации. Представлены технические решения, обеспечивающие создание энергосберегающей конвейерной обжиговой машины МОК-1-592 и технологии получения железорудных окатышей различного назначения.

Проведен анализ задачи Стефана для случая замораживания породного массива при проходке стволов. Показано, что скорость протекания тепловой диффузии в породном массиве сопоставима со скоростью перемещения границы фазового перехода. Получено решение задачи Стефана для одиночной скважины с использованием метода конечных разностей. Усовершенствована методика обобщения результатов расчета толщины ледопородного ограждения одиночной скважины на случай множества скважин. Проведен расчет толщины ледопородного ограждения, образующегося вокруг контура замораживающих колонок, для условий шахтного ствола № 1 рудника Петриковского горно-обогатительного комбината ОАО “Беларуськалий”.

Предложен комплексный метод оценки загрязнений атмосферы горнопромышленного региона с использованием методов инструментального, расчетного и дистанционного мониторинга. Обоснованы алгоритмы обработки экспериментальных данных для расчетного и дистанционного методов оценки загрязнений снежного покрова как универсального индикатора распространения поллютантов в атмосфере. Приводятся результаты мониторинга техногенной нагрузки на атмосферу крупного горнопромышленного кластера Кузбасса с применением комплексного метода.

Представлена установка, предназначенная для определения газопроницаемости горных пород в испытательной камере с регулируемыми осевым и боковым сжатием цилиндрических образцов. В состав установки входит измерительная система, обеспечивающая автоматическое проведение долговременных исследований проницаемости горных пород по заданной программе. Предусмотрена возможность исследования образцов, содержащих трещину, заполненную проппантом. Приведены результаты исследования проницаемости пористого кварцсодержащего материала и угля, демонстрирующие возможности установки и методические особенности проведения испытаний.

Проведен анализ существующих методов прогнозирования катастрофических явлений, основанный на мониторинге напряженно-деформированного состояния массива горных пород, сейсмических и электромагнитных эффектов, на горных предприятиях, ведущих добычу минерального сырья подземным способом в России и за рубежом. Установлено явление эмиссии субмикронных частиц в горных породах и разработана ее физическая модель при одноосном сжатии образцов горных пород. Сделаны выводы о создании принципиально нового метода и аппаратно-технической базы для прогнозирования катастрофических явлений при ведении подземных горных работ.

Представлено описание метода эмпирической модовой декомпозиции и результаты его применения к анализу данных, полученных с помощью лазерного деформографа. Рассмотрены вопросы адаптации метода к реальным данным. Применение указанного метода позволяет добиться выделения монотонного тренда и медленной составляющей деформационного процесса значительно эффективней по сравнению с традиционными методами. Также метод хорошо зарекомендовал себя с точки зрения очистки обрабатываемых сигналов от шумов и высокочастотных компонент.