Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2018 номер 4

Разработана система многоуровневого комплексного геомониторинга горнотехнических и нефтегазовых объектов западной части Российского сектора Арктики, в основу которой положен принцип синхронизации междисциплинарных исследований, включающих в себя наземные и GPS геодезические, геомеханические, геофизические и геотехнические измерения, а также подповерхностные, наземные, воздушные и спутниковые георадарные съемки. Система базируется на информационных технологиях “BIG DATA” и “CLOUD SERVICE” с элементами интеллектуальности и подразумевает проведение режимных измерений на различных уровнях: дистанционном, воздушном, наземном, подповерхностном и компьютерном. Натурные междисциплинарные многоуровневые исследования составляют основу геомониторинга, в результате которого полученные данные постоянно дополняют и обновляют базы данных. Многоуровневый подход использован и в компьютерном моделировании: созданы геодинамические модели горнотехнического объекта, Кольского полуострова, Балтийского щита и Евразийской плиты как иерархически вложенных структур. Модели исследованы при различных вариантах граничных условий, что позволило решить обратную задачу оценки напряженно-деформированного состояния приповерхностной части горных пород дифференцированно по масштабам исследования. Система многоуровневого геомониторинга реализована применительно к природно-техническим объектам основных добывающих предприятий Кольского полуострова: АО “Ковдорский ГОК”, АО “Кольская ГМК”, АО “Апатит”, ГОК “Олений ручей”, ГОК “ОЛКОН”.

Разработана нелинейная модель, описывающая геомеханические и гидродинамические поля в окрестности вертикальной скважины во флюидонасыщенном пласте в случае зависимости проницаемости k от эффективного напряжения s_f по экспоненциальному закону. Получены аналитические решения для пороупругого и пороупругопластического режимов деформирования околоскважинного пространства, на основе которых проанализировано изменение давления и дебита при вариации параметров, характеризующих зависимость k(s_f). Установлено, что дебит экспоненциально уменьшается при возрастании горизонтальной составляющей внешнего поля напряжений; проницаемость в зоне необратимых деформаций, окружающей скважину, убывает с удалением от контура. Предложена схема фильтрационных испытаний нагруженных по боковой поверхности образцов с центральным отверстием, а также процедура интерпретации экспериментальных данных, позволяющая установить эмпирическую зависимость k(s_f).

25 января 2018 г. в пределах городского округа “Воркута” региональными сейсмическими станциями зарегистрировано событие, которое классифицируется как горный удар. Обобщены и проанализированы записи 16 станций с эпицентральными расстояниями 260 - 1645 км. Эпицентр локализован в поле шахты “Комсомольская” Воркутского угольного месторождения. Выполнен расчет параметров гипоцентра данного события по записям комплекса шахтной сети сейсмического мониторинга GITS АО “Воркутауголь”, что позволило значительно увеличить достоверность определения гипоцентра по сравнению с обработкой региональных станций и получить референсную оценку локации. Горный удар 25 января еще раз подтвердил, что для контроля геодинамической обстановки и повышения безопасности отработки важного горнопромышленного региона Республики Коми необходима установка сейсмостанций вблизи шахтных полей Воркуты.

Для определения сдвижения земной поверхности при разработке Соколовско-Сарбайского железорудного месторождения использованы данные радарных съемок 2006 - 2016 гг. Цель исследования - измерение вертикальных сдвижений земной поверхности одного из участков Соколовско-Сарбайского месторождения и установление особенностей ее оседания в мульде сдвижения шахты “Соколовская” в условиях обводненной рыхлой толщи. На основе серии архивных радарных снимков с космических аппаратов Alos Palsar и Alos 2 получены вертикальные сдвижения по исследуемой территории месторождения. Определена динамика перемещения в разные годы, границы вертикальных оседаний в зоне мульды сдвижения, в бортах карьеров и отвалов.

Рассмотрено влияние горных выработок, расположенных вблизи разломов, на возможность возникновения крупных сейсмических событий. Численным моделированием подтверждено, что объем подземных выработок при шахтных работах оказывает влияние на эффективную жесткость массива и на возможность инициирования динамических подвижек, сопровождаемых интенсивным сейсмическим излучением. При возрастании степени нарушенности массива величина эффективного модуля сдвига падает. Расчеты для камер, расположенных только в одном горизонте, показывают снижение эффективного модуля сдвига на 20 %, для камер на двух горизонтах он снижается примерно в 1.5 раза, а для трех горизонтов падает практически вдвое. Показано, что такое снижение эффективной сдвиговой жесткости массива может оказаться критическим с точки зрения возникновения динамической подвижки по разлому.

Обосновываются методы определения напряженного состояния массива горных пород с использованием энергии взрыва. Проведены промышленные экспериментальные исследования по определению размеров зон раздавливания и радиального трещинообразования на рудниках ПАО “Приаргунское производственное горно-химическое объединение”. Установлено, что с глубиной разработки радиус зоны трещинообразования снижается, диаметр зоны раздавливания увеличивается. Получены теоретические формулы расчета напряжений в горном массиве в зависимости от размеров зон раздавливания и радиального трещинообразования, физико-технических свойств горных массивов и детонационных характеристик ВВ. Их достоверность доказана сравнением с данными метода параллельных скважин, полученными на месторождении “Антей” ПАО “ППГХО”. Взрывные методы определения напряжений в массиве можно оперативно применять в процессе проходки горных выработок.

При сейсмическом методе невзрывной технологии разведки нефтяных и газовых месторождений применяются импульсные электромагнитные источники сейсмических сигналов. Для повышения эффективности технологии предлагается обновление системы контроля сейсмоисточников, чтобы получать данные для коррекции режима его работы. В качестве контролируемого параметра выбрано абсолютное перемещение излучателя сейсмоисточника. Его определение построено на основе установления перемещения якоря относительно индуктора электромагнитного двигателя. В импульсном сейсмоисточнике для определения перемещения элементов электромагнитного двигателя применение датчиков перемещения с механическим приводом, а также датчиков дистанционных типов затруднено. Анализ электромеханического энергопреобразования в электромагнитном двигателе сейсмоисточника показал возможность косвенного определения необходимого параметра с использованием измерения электрических величин в системе питания: тока в обмотке и магнитного потока через рабочий зазор.

Карьерные комбайны используются на карьерных разработках благодаря их способности выборочно выполнять выемку грунта тонкими слоями. Даже незначительные изменения в неповрежденном породном массиве могут негативно сказаться на работе карьерного комбайна с точки зрения объемов добычи и расхода зубков врубовой машины. Чтобы добиться подходящей скорости зарубки и глубины вруба, учтено энергетическое потребление как при вращательном движении фрезерного барабана, так и при прямолинейном движении карьерного комбайна. Скорость карьерного комбайна, сила резания, достигаемые каждым отдельным зубком, и количество активных зубков, находящихся в контакте с горной породой на определенной глубине вруба при различных значениях предела прочности на растяжение, могут быть определены посредством этих исследований. Важно оптимизировать эксплуатационные параметры машины (скорость резания и глубину врубки) для конкретных условий горного массива при возможной мощности машины. Исследование проводилось на карьерных комбайнах с фрезерным барабаном шириной 2.2 м. Заданная мощность на узлы машины распределялась в соответствии с техническими особенностями каждого узла, учитывая потерю мощности при нарушении работы приводного ремня.

Представлен методический подход к выбору и обоснованию параметров межплощадочных транспортных систем при освоении труднодоступных арктических месторождений, базирующийся на комплексировании методов компьютерного моделирования и технико-экономической оценки. Показаны особенности проектирования транспортных систем в условиях гористой и гористо-равнинной местности. Получены зависимости затрат на транспортирование руды от объема грузопотока, позволяющие обосновать выбор транспорта. На примере месторождения Партомчорр показано, что в условиях гористо-равнинного рельефа и незначительных перепадов высот для малых значений грузопотока (до 2.4 млн т/год) наиболее эффективно применение автотранспорта, для большого грузопотока - канатно-ленточного конвейера. В условиях месторождения Чинглусуай, расположенного в гористой местности со значительным перепадом высот, обоснована эффективность использования грузовой канатно-подвесной дороги, позволяющей рекуперировать электроэнергию.

Решена задача обоснования технической возможности и экономической целесообразности увеличения длины лавы 5003 шахты им. В. Д. Ялевского до 400 м и производительности до 70 тыс. т/сут при отработке мощного угольного пласта. Установлено, что по условию максимума годовой прибыли шахты оптимальное значение длины лавы составляет 450 м, при этом равноценными вариантами являются длины лавы от 400 до 512 м. Проведенные расчеты по метановыделению показывают, что при данной длине и производительности очистного забоя прогнозируется на исходящей струе концентрация метана 0.53 % и отсутствие ограничения по газовому фактору.

В цементной индустрии, помимо увеличения производственной мощности, важное значение имеет улучшение качества продукции. Процесс производства цемента требует знания химических свойств оксидных смесей для получения характеристик клинкера. Коэффициент насыщения, определяющий отношение алита к белиту в клинкере, также часто используется для оценки качества цемента. Исследование посвящено оценке распределения коэффициента насыщения в натурных условиях. Для этой цели применялись вероятностный (геостатистический) и невероятностный (нейронно-сетевой) алгоритмы. Достоверность исследования, выраженная показателями эффективности, основывается на преимуществе использования невероятностных методов в статистическом прогнозе продуктивности. Показано, что адаптивные нейронные алгоритмы могут обеспечить получение данных о качестве при определенных геологических параметрах.

Представлен прогноз возможной деформации набухающей породы при подземной разработке. Обсуждаются и приводятся результаты применения химического закрепления грунта при помощи силиката мочевины с целью снижения деформации в U -образной штольне при разработке набухающего породного массива в подземных шахтах Эйнез, Сома (Турция). Исследован процесс деформаций пород перед вводом химических реагентов, подтверждено применение цифровой модели и сопоставлены условия проведения химического закрепления грунта с результатами полевых исследований. Доказана возможность предотвращения деформации на основе цифровой модели. Проведено экспериментальное исследование по измерению давления в шпуре горной породы для определения модуля деформации до и после введения химического состава. Выполнен анализ цифровой модели на основе результатов натурных исследований и дана ее оценка.

Рассмотрены возможные области применения экскаваторов-драглайнов при разработке крутопадающих алмазорудных месторождений Якутии. Обоснована бестранспортная технология отработки верхних горизонтов месторождений, сложенных перекрывающими породами, с перевалкой вскрыши драглайнами. Приведен вариант повышения высоты вскрышных уступов на транспортных горизонтах с помощью драглайнов и кранлайнов. Предложена ресурсосберегающая система разработки округлых и протяженных месторождений с разнонаправленным подвиганием фронта горных работ и внутренним отвалообразованием. Разработан метод определения рациональной мощности бестранспортной вскрыши с использованием в качестве критерия слоевого коэффициента переэкскавации вскрышных пород. Отмечена целесообразность взрывного перемещения вскрышных пород во внутренний отвал.

Приведены результаты натурного эксперимента по регулированию частоты вращения ротора модернизированного вентилятора ВОМД-24 при влиянии поршневого действия поездов на его производительность. Дана оценка степени уменьшения фактического расхода воздуха на пассажирской платформе станции метрополитена вследствие снижения производительности вентилятора при разной интенсивности движения поездов на линии. Предложены алгоритм регулирования частоты вращения ротора тоннельного вентилятора метрополитена в течение суток в соответствии с интенсивностью движения поездов и структурная схема автоматического управления производительностью тоннельного вентилятора от преобразователя частоты.

Изучен механизм разупрочнения и направленного изменения структурно-химических свойств эвдиалита в результате нетеплового воздействия высоковольтных наносекундных электромагнитных импульсов и азотнокислого выщелачивания. Использованы методы РФЭС, ИКФС, РЭМ и микротвердометрии. Установлен рациональный режим импульсных энергетических воздействий, при котором в процессе кислотного выщелачивания эвдиалитового концентрата достигнуто повышение извлечения циркония в 1.7 и суммы редкоземельных элементов - в 1.4 раза по сравнению с базовыми показателями.

Исследован минеральный состав, измененность структуры и флотационная способность основных минералов техногенного сырья Новосибирского оловокомбината. Показано, что касситерит в результате длительного нахождения в хвостохранилище полностью потерял флотационную способность, в то время как сульфиды железа, несмотря на частичный переход их структуры в рентгеноаморфное состояние, сохранили это разделительное свойство. Комбинирование основных обогатительных методов позволяет выделять концентраты с содержанием олова 10 % и выше, но извлечение металла при этом не превышает 17.2 %, что исключает возможность рекомендовать комбинированное обогащение к использованию. Обоснована и предложена флотационная схема обогащения сырья с получением 5 % оловосодержащего концентрата при извлечении металла порядка 80 %, что соответствует требованиям фьюминг-процесса и электроплавки.

Представлены результаты исследований на обогатимость флотационным методом лежалых золотосодержащих хвостов обогатительной фабрики. Сложный вещественный состав и технологические особенности техногенного сырья обусловлены как переработкой руд различных типов на фабрике (сульфидных, окисленных и смешанных) с соответствующими отличиями в технологиях извлечения, так и с протеканием гипергенных процессов в хвосто-хранилище. Обсуждается возможность вовлечения хвостов в переработку за счет их перефлотации. Установлено, что с применением непродолжительного механического активи-рования материала хвостов в мельнице и последующей флотации (с корректировкой реагент-ного режима относительно фабричного) возможно извлечение от 29.0 до 45.4 % золота во флотоконцентрат, при этом достигается отвальное содержание металла в хвостах на уровне 0.2 - 0.3 г/т.

На основании результатов изучения ионно-дисперсного состава сточных вод добычи и переработки ниобийсодержащих руд Ловозерского месторождения обоснована целесообразность перевода отдельных компонентов загрязнения из растворенного во взвешенное состояние. Разработан комбинированный способ очистки шахтных вод, составляющих 94 % сточных вод добычи и переработки сырья, на основе коагуляции, сорбции и флотации, реализуемых в одном комплексе. Предложена математическая модель образования агрегатов взвешенных частиц с учетом гидродинамического режима процесса коагуляции, позволяющая прогнозировать вещественный и дисперсный составы образующейся многофазной системы при различной температуре, для автоматизации технологического режима очистки сточных вод. Разработано решение по формированию поверхностных свойств активированных водных дисперсий воздуха в присутствии тонкодисперсного модифицированного сорбента с целью интенсификации процесса очистки сточных вод.

Рассмотрены процессы дезинтеграции упорных руд с учетом поверхностных свойств горных пород и минералов. Предложены методы экспериментального определения поверхностного натяжения твердых тел при оценке работы диспергирования и методика расчета толщины поверхностного слоя минералов в процессе разрушения рудного материала. Приведены расчеты температуры плавления наночастиц, полученных при использовании нетрадиционных методов дезинтеграции упорных руд. Расчеты выполнены для наночастиц с возможным содержанием большинства металлов периодической системы элементов.

Изучено воздействие горнопромышленных предприятий на природную среду по двум критериям: аэрозольному техногенному загрязнению и состоянию растительного покрова по данным многолетних спутниковых наблюдений территории. На примере предприятий Кольского горнопромышленного комплекса выполнен прогноз техногенного воздействия по перекрыванию областей аэрозольного загрязнения и уменьшения вегетационного индекса. Показано хорошее совпадение полученных прогнозных оценок границ импактных зон предприятий в случаях одного или двух источников воздействия и его отсутствие для множественных источников. Предложенный подход к интеграции данных дистанционных наблюдений позволяет дифференцировать техногенное воздействие на природную среду и естественные изменения растительного покрова.

Загрязнение воздуха частицами является большой проблемой при угледобыче. Твердые частицы наносят вред здоровью человека, животным и растительности, а также ухудшают экологию окружающей среды. Угольное месторождение в г. Талчер - одно из старейших в Индии с мощными пластами. Мониторинг вдыхаемой пыли (ТЧ₁₀ и ТЧ_2.5) проводился летом и зимой на восьми наблюдательных станциях, находящихся в окрестности высокомеханизированного карьера. Пробы отбирались согласно стандартным критериям Центрального департамента контроля загрязнений (ЦДКЗ). Выявлено, что зимой концентрация твердых частиц в воздухе выше по сравнению с летним периодом. В целом проанализированы и собраны 10 проб для определения источника появления твердых частиц и попутных тяжелых металлов в воздухе. Использовались одномерный (корреляционный) и многомерный статистический анализы, включая анализ главных компонентов. Основными причинами наличия следов металлов являлись преимущественно угледобыча и связанная с ней деятельность, а также автомобильные выхлопы.