Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2018 номер 5

Физические процессы, возникающие в массиве пород под воздействием длительных техногенных вибронагрузок, приводят к возникновению триггерных эффектов, неучет которых может привести к потере устойчивости подземных сооружений. Описаны методические особенности мониторинга этих процессов в конкретных условиях работы подземного машинного зала ГЭС на территории Кольского полуострова РФ.

Рассматривается процесс сдвига жесткой шероховатой пластины в сыпучей среде. Анализируется влияние трех факторов: степени жесткости нагружения, слабых ударных воздействий и фильтрационного потока воздуха через сыпучую среду. Показано, что слабые ударные воздействия и фильтрационный поток могут по отдельности и вместе играть роль триггера для неконтролируемого динамического высвобождения упругой энергии массива.

Определены физико-механические свойства туфов, используемых в качестве строительного камня. Исследована взаимосвязь между механическими свойствами (прочность на сжатие, прочность на изгиб, абразивный износ и ударная вязкость) и физическими свойства (открытая пористость, плотность сухого грунта, водопоглощение, скорость распространения продольных волн, твердость по Бринеллю и индекс прочности при приложении точечной нагрузки) туфов. Проведен статистический анализ для корреляции различных параметров.

Представлены результаты исследований по решению актуальной задачи управления геодинамическими рисками при разработке Хибинских удароопасных месторождений на Кольском полуострове. Разработанные методики и подходы способствуют минимизации геодинамических рисков при ведении крупномасштабных горных работ на сближенных месторождениях апатит-нефелиновых руд. Создана геомеханическая модель, позволяющая рассматривать последовательную отработку комплекса сближенных месторождений Хибинского массива. По прогнозным данным моделирования напряженно-деформированного состояния определяется оптимальный порядок и направление развития горных работ в удароопасных условиях. При этом учитывается вложенная кольцевая структура массива, направление тектонического сжатия, основные радиальные разломы, рельеф дневной поверхности, параметры рудных тел. Проводится комплексирование прогнозных полей напряжений с данными сейсмического прогноза, что повышает надежность выявления зон повышенной удароопасности. Рассмотрены примеры обоснования порядка ведения очистных работ с использованием комплекса натурных и численных методов. Показаны основные направления развития геомеханического сопровождения работ, варианты технологических решений, приводящие к региональной и локальной разгрузке массива горных пород.

Рассмотрено влияние открытых горных работ на возможность возникновения крупных сейсмических событий. Описаны условия инициирования динамических событий сдвигового типа. На примере выработки c параметрами близкими к размерам Бачатского карьера в Кузбассе, проведена количественная оценка изменения в результате выемки породы напряженного состояния на плоскости будущего разрыва техногенно-тектонического землетрясения, приуроченного к плоскости разлома. Расчеты проведены для разных геометрических параметров разломной зоны: более заметные изменения наблюдаются на пологопадающих надвигах, менее заметные - на крутопадающих сбросах и сдвигах. Для крупных карьеров зона, в которой положительные изменения кулоновских напряжений на плоскости разлома превышают несколько десятых мегапаскалей, имеет значительный размер и ее площадь заметно больше площади зоны нуклеации землетрясений с магнитудой . В таком случае даже небольшой вариации, составляющей единицы процентов от уровня естественных напряжений, может оказаться достаточно для инициирования сейсмогенерирующих подвижек по напряженным разломам. Установлено, что в отличие от случая подземной отработки месторождений открытые горные работы не влияют на локализацию очагов крупных землетрясений, но способны приблизить момент события.

Изучены закономерности разупрочнения и разрушения гранита под воздействием ультразвуко-вой вибрации относительно времени с помощью теоретического анализа, конечно-элементного моделирования и экспериментальных исследований. Актуальность данной работы диктуется необходимостью усовершенствования эффекта дробления горной породы и обеспечения теоретического сопровождения применения ультразвуковых вибраторов при бурении твердых пород и разработке методов ультразвукового вибрационного бурения. Метод конечных элементов использован в качестве теоретического сопровождения экспериментальной части исследований для создания практической модели неоднородной горной породы, анализа эволюции трещин в различные временные периоды и определения порога продолжительности ультразвуковой вибрации. Пористость и прочность образцов горной породы оценивались с привлечением метода ядерного магнитного резонанса и измерения поствибрационной прочности при одноосном сжатии. Выполнен анализ влияния продолжительности вибрационного воздействия на разрушение горной породы.

Для практического применения трехшарошечных долот, интенсивно используемых во всем мире при бурении горных пород в процессе отработки полезных ископаемых открытым способом, необходимо разработать корректные режимы описательной статистики для прогноза частоты отказов конструктивных элементов. Исследуются статистические модели бурения с помощью трехшарошечных долот и проводится расчет вероятности их безотказной работы. Взаимозависимость различных компонентов отказов изучается с помощью объемных графиков изолиний. Показано, что частота отказов структурных компонентов долот практически одинакова для 95 % изолиний. Достоверность моделирования отказов наиболее эффективно достигается с помощью комбинированного метода Вейбулла.

Межотраслевые модели представляют собой эффективные инструменты математической модели, широко используемые в экономике. Противоречиво то, что межотраслевой анализ пренебрегается в горнодобывающей промышленности, тогда как ни одна область промышленности не принимала так быстро и не реализовывала методы оперативных исследований, как горнодобывающая. Нет удовлетворительного объяснения, почему это так. В целях разъяснения этой дилеммы в данной работе основное внимание уделяется характеристикам и свойствам межотраслевого анализа, пониманию его применимости в горнодобывающей промышленности, а на примере межотраслевой модели горнодобывающего бассейна “Колубара”, который работает в системе электроэнергетической промышленности Сербии, продемонстрирована реализация и выполнена валидация наблюдений и выводов.

На основе дифференциации зольности угля на составные части разработана методика оценки его общего (технологического и природного) разубоживания. Описана сформированная база данных неоднородного по качеству и строению Эльгинского угольного месторождения (Южная Якутия), использованная для построения моделей пластов, изучения изменчивости их параметров и свойств ископаемого в запасах. Приведены результаты оценки зольности, связанной с ведением горных работ и с выделенными природными группами минеральных примесей. Показана высокая изменчивость общей зольности угля и ее составляющих по площади пластов и в разрезе. Доля внутрипластовых прослоев разной мощности в структуре зольности в среднем может составлять 14 - 27 % и более. Угольные предприятия учитывают данный факт в недостаточной степени, что ведет к неполному использованию геологического потенциала сложнопостроенных месторождений. Отмечено, что ресурсосберегающее управление зольностью угля может осуществляться не только с акцентом на обогащение. На основе дополнительного изучения запасов возможно формирование новых резервов управления на стадиях планирования и ведения добычных работ, предварительной углеподготовки.

Отработка угольного пласта длинными забоями с обрушением верхних пачек, характеризующаяся высокой продуктивностью, обусловлена наличием мощных угольных пластов. Исследование направлено на прогнозирование особенностей обрушаемости верхней части глубоко залегающего мощного угольного пласта лигнитового бассейна в Соме, расположенного в Восточной Турции. Для сравнительных целей используются данные, полученные для активных шахт по добыче угля длинными забоями с обрушением верхних слоев, находящиеся на глубине 100 - 400 м. В будущем предполагается добыча угля в секторах глубокого залегания. Предстоящие работы по добыче угля длинными забоями можно отнести к уникальным, так как добыча будет происходить на глубине 700 - 1200 м в пластах разной мощности. В данном исследовании использованы эмпирические и численные методы. Численное моделирование обеспечивает практическую основу для построения кривых реакции грунта, с применением которых могут быть оценены и сопоставлены результаты исследований на действующих и проектируемых шахтах с последующим заключением об особенностях обрушаемости верхней части угольного пласта.

Рассмотрены проблемы добычи полезных ископаемых на карьерах Британской Колумбии (Канада) на протяжении трех десятилетий в различных географических условиях. Исследованы примеры нестабильного состояния откосов бортов карьеров с анализом их особенностей. Приведены рекомендации по предотвращению случаев обрушения бортов.

Самопроизвольное опрокидывание вентиляционной струи - серьезная проблема для подземной системы вентиляции. На устойчивость воздушного потока и безопасность производства влияет также превышение скорости воздуха в выработках. Изучены причины, вызывающие проблемы, связанные с вентиляцией в угольной шахте, и предложено их решение посредством аналитической методологии. Измерения показали высокое значение аэродинамического сопротивления воздуха в стволе шахты и низкое значение сопротивления в месте поддержания выработки, что приводит к изменению направления воздушного потока. Представлены решения задач, позволяющие создать оптимальные условия для работы системы вентиляции в подземных выработках.

Исследовано влияние особенностей структурных характеристик и параметров взаимосвязи минералов на выбор способов разделения свинецсодержащих полиметаллических руд месторождений РФ. На основе изучения глубокого раскрытия минеральных ассоциаций при их разрушении в процессах дезинтеграции с использованием системы минералогического анализа МLA установлено количественное распределение минеральных комплексов по классам крупности. По полученным данным раскрытия минералов определены ряды минеральных ассоциаций измельченных проб рудного материала, характерных для полиметаллических руд ряда месторождений. Показано, что галенит в ассоциации с халькопиритом, блеклыми рудами, вторичными сульфидами меди, сфалеритом, пиритом, пустой породой находится в основном в тонкодисперсных сростках с блеклой рудой и в меньшей степени с другими сульфидами. Полученные ряды ассоциаций минералов позволяют определить порядок раскрытия сростков и выделение готовых по крупности минералов в межцикловых операциях флотации в начале рудного цикла. В концентрат первичной рудной флотации выделяют: блеклые руды, вторичные сульфиды меди, ассоциации золота, галенит, корродированный пирит.

Представлены результаты исследований и испытаний по получению бериллиевых концентратов высшего и технического сортов и товарного флюоритового концентрата из руды и техногенного сырья Ермаковского месторождения, содержащих трудноразделяемый жирнокислотной флотацией минеральный комплекс и отличающихся повышенным содержанием флюорита. Получение товарных флотационных концентратов основано на связывании кальция во флотационной пульпе с использованием соды, едкого натрия и триполифосфата натрия. Разработана автоклавно-мембранная технология получения из бериллиевых концентратов товарного гидроксида бериллия. Технология включает ряд последовательных операций: автоклавное вскрытие, разделение технологической суспензии после автоклавного вскрытия, очистку растворов от примесей, мембранный электродиализ щелочных растворов, гидролиз бериллата натрия с выделением гидроксида бериллия. Приведены результаты переработки полученных опытных партий бериллиевых концентратов по автоклавно-мембранной технологии.

Изучено влияние скорости и времени перемешивания суспензии пирита на кинетику минерализации пузырька воздуха. В качестве объекта исследования использовали пирит крупностью -0.074 + 0 мм, а в качестве собирателя - этиловый ксантогенат натрия. Установлено влияние скорости и времени перемешивания суспензии шламистого пирита на нагруженность (минерализацию) пузырька воздуха. Выявлены условия, гидродинамические режимы и время перемешивания суспензии пирита, обеспечивающие минимальную и максимальную площадь минерализации пузырька воздуха при постоянной концентрации этилового ксантогената натрия.

Актуальность исследования золошлаковых отходов, образуемых при сжигании углей топливно-энергетического комплекса Восточного Забайкалья, обусловлена необходимостью разработки высокоэффективных и экологически чистых технологий переработки с целью комплексного использования сырья. Приведены данные компонентного состава геосистемы “уголь - зола уноса - шлак - золошлак”. Выполнены специальные исследования на обогатимость золошлаковых отходов сжигания харанорских, татауровских, уртуйских углей и обоснованы основные направления их рационального использования в народном хозяйстве региона. Разработана технологическая схема комплексной переработки золошлаковых отходов тепловых электростанций для получения товарной продукции в виде ксеносфер, магнитных фракций, концентратов редких и редкоземельных элементов; попутных золошлакопродуктов, применяемых в строительной, дорожной промышленности и других сферах деятельности. Предложена поточная линия, в которой объединены принципы флотационного обогащения, магнитной и электростатической сепарации и выщелачивания, позволяющая значительно снизить негативное влияние на окружающую среду, улучшить экономические показатели предприятия, увеличить инвестиционную привлекательность тепловых электростанций.

Целенаправленное формирование техногенных месторождений связано с созданием условий, при которых в ходе хранения техногенного сырья оно будет приобретать заданные технологические свойства. Это обеспечит возможность экологически безопасной разработки объектов отходов добычи и переработки сырья в будущем. Для выявления наиболее общих закономерностей формирования технологических свойств отходов обогащения медноколчеданных руд выполнены комплексные исследования минералогического состава хвостов трех обогатительных фабрик Южного Урала, перерабатывающих руды шести крупных медноколчеданных месторождений. Изучены и систематизированы кристаллохимические формулы основных рудных минералов. Определены морфологические разновидности рудных минералов. Установлено, что даже на генетически однотипных месторождениях режимы и параметры технологических процессов эксплуатации текущих хвостов обогащения зависят от исходных минералогических особенностей отходов, на базе которых осуществляется формирование техногенных месторождений. Эти особенности влияют на механизмы и этапы вторичного минералообразования в массивах формируемых техногенных месторождений.

Предложена лабораторная установка и методика для исследования интенсификации выделения метана из угольных образцов при воздействии волновыми полями, что способствует увеличению скорости дегазации. Создано вспомогательное оборудование, позволяющее доставлять керны угля из шахт и учитывать объем свободно выделившегося из них метана.

Методика маркшейдерской съемки деформаций земной поверхности шахтного поля Рассмотрены варианты применения дистанционных технологий измерений, таких как лазерное сканирование и аэрофотосъемка. На основе мирового опыта в области фотограмметрии предложена методика съемки с использованием фотокамеры, квадрокоптера, электронного тахеометра и соответствующего программного обеспечения. Установлены причины возникновения погрешностей и требования к точности выполнения съемных работ при определении положений точек в плане и по высоте. Проведена экспериментальная апробация предложенной методики с оценкой точности полученных данных в условиях шахты “Соколовская” АО “Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного производственного объединения”.