Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2021 номер 1

Исследованы образцы каменного угля и антрацита, подвергнутые циклическому замораживанию-оттаиванию при разных уровнях водонасыщенности. В процессе криотермического воздействия образцы подвергались непрерывному ультразвуковому прозвучиванию. Установлено, что различное содержание влаги существенно влияет на спектральный состав регистрируемых сигналов. Показано, что в контрольных образцах, ненасыщенных влагой, изменение спектрального состава носит обратимый характер, а подобное криотермическое воздействие не приводит к разрушению образцов. Увеличение степени водонасыщенности образцов способствует необратимым изменениям в спектрах сигналов на фоне образования значительных макротрещин вдоль плоскостей напластования. При этом антрациты демонстрируют более высокую стойкость к криодезинтеграции, чем каменные угли.

Построено точное решение задачи об определении напряженно-деформированного состояния границ выработок произвольной геометрии, если на границе заданы одновременно вектор напряжений Коши и вектор смещений. Определены в явном виде все компоненты тензоров напряжений и деформаций, компоненты вектора поворота в зависимости от упругих характеристик среды, от значений заданных функций и от дифференциальных свойств границы.

Представлены результаты математического моделирования особенностей формирования зон концентрации разрушающих напряжений в затрубном пространстве скважины при проведении гидроразрыва продуктивных пластов в вертикальных или близких к вертикальным скважинах. Установлено, что разрушение жесткой связи между цементной оболочкой и породой происходит из-за наличия между ними тонкой глинистой прослойки, что приводит к потере герметизации затрубного пространства скважины с осложнениями, в том числе и экологического характера. Для предотвращения потери герметичности затрубного пространства скважины при проведении гидроразрыва предложен способ, реализуемый в процессе бурения и заключающийся в расширении ствола скважины в области контакта продуктивного пласта и кровли с последующей установкой пружинного центратора на этом уровне.

Приведены экспериментальные данные сейсмоакустического мониторинга состояния массива в окрестности автоматизированного очистного забоя. В качестве прогностических параметров состояния массива приняты активность акустической эмиссии и повышение частоты следования импульсов одновременно в соседних секциях крепи. Рассчитано трещинообразование в призабойной части лавы.

Исследовано влияние геометрических параметров футеровки мельницы полусамоизмельчения на ее полезную мощность, долю полезного энергопотребления и кумулятивную энергию касательного контакта. Предложен метод оптимизации футеровки на основе модели крикинга в сочетании с методом конечных элементов и генетическим алгоритмом. Определены оптимальные параметры конструкции футеровки.

Исследовано влияние давления газовой среды на механические свойства взрывоопасного угля, морфологию его трещин и энергетические характеристики процесса деформирования во время сжатия. Установлено, что при давлении 0.03 - 1.0 МПа предел прочности угля на одноосное сжатие и модуль упругости уменьшаются с увеличением давления по экспоненциальному закону. С ростом давления постепенно увеличивается угол между поверхностью разрушения и горизонтальной плоскостью угольного образца, морфология трещин угля усложняется. В условиях низкого давления газовой среды уголь может запасать большое количество упругой энергии и его способность противостоять разрушению улучшается.

Установлено, что при отработке предохранительного целика в условиях Таштагольского месторождения с понижением очистных работ напряжения и зоны неупругих деформаций увеличиваются в 2 - 4 раза. В предохранительном целике Шерегешевского месторождения области растягивающих напряжений, где формируются разрушения подработанных горных пород, по мере роста размеров выработанного пространства увеличиваются. Выемка рудных запасов на участках Восточный и Северо-Западный Таштагольского месторождения показала, что при скорости отработки блоков 2.0- 2.5 м/сут и более регистрируются толчки с энергетическим классом 5 - 6. При отработке участков Подрусловый и Новый Шерегеш снижение энергетического класса толчков достигается при скорости отработки рудных тел 0.4 - 0.6 м/сут. Обоснована возможность и определен порядок безопасной отработки рудных запасов, находящихся в предохранительных целиках под реками Кондома и Большая речка. Рассмотрены варианты формирования закладочного массива при отработке предохранительных целиков Таштагольского и Шерегешевского месторождений.

Стабильная и экологически безопасная добыча железной руды, основного сырья для сталелитейной промышленности, имеет большое значение для горнодобывающей отрасли Индии. Наиболее распространенным методом разработки массива горных пород, применяемого на карьерах в штате Гоа, является комплекс “ бульдозер-рыхлитель”, обеспечивающий высокую производительность, безопасность и вариативность при селективной добыче. Недостаточно обоснованный выбор комплекса и схем его эксплуатации может привести к снижению эффективности карьера и росту затрат, что предопределяет актуальность вопросов прогнозирования производительности рыхлителя с учетом свойств горных пород и параметров машины. С использованием методов множественной линейной регрессии и искусственной нейронной сети выполнено моделирование производительности рыхлителя при выемке латеритовой породы с использованием данных, полученных в ходе полевых испытаний на шести различных железорудных карьерах.

Технологии крупномасштабной добычи занимают лидирующую роль при разработке глубоких небогатых месторождений полезных ископаемых, поскольку обеспечивают высокую производительность и низкую себестоимость добычи, а также приемлемую долю чистой руды и долю разубоживания руды. Для изучения параметров существующих технологий принудительного обрушения блоков и подэтажей построена лабораторная модель. Получены оптимальные параметры и показатели нового варианта технологии с принудительным обрушением. Основной целью экспериментов являлось изучение выпуска руды из двух и трех камер боковой загрузки, расположенных с одной стороны. Определено наиболее эффективное сочетание ширины блока и интервала между камерами загрузки, обеспечивающее наилучшие значения доли чистой руды и доли разубоживания руды.

Рассмотрен опыт создания высокочастотного пневмомолота, работающего на повышенном давлении сжатого воздуха. Описано устройство комбинированного генератора ударных импульсов, состоящего из двух пневмомолотов, и определены условия его стабильной работы. Для обеспечения синхронной работы пневмомолотов в составе комбинированного генератора реализовано техническое решение плавного регулирования частоты ударов для одного из пневмомолотов. В результате проведенных исследований взаимодействия с грунтом нескольких опытных образцов с двумя ударными массами получено устройство, полностью синхронизированное по фазовому сдвигу и частоте ударов.

Изучен механизм изменения морфологии поверхности, физико-химических и сорбционных свойств эвдиалита, а также флотационной активности эвдиалитового концентрата в результате воздействия мощных наносекундных импульсов и диэлектрического барьерного разряда в воздухе при атмосферном давлении. Использованы методы инфракрасной фурье-спектроскопии, аналитической электронной, атомно-силовой, конфокальной лазерной сканирующей микроскопии, микротвердометрии, определения потенциала течения и другие методы. Установлены рациональные параметры энергетических воздействий и реагентные режимы для повышения эффективности флотационного обогащения комплексных эвдиалитовых руд.

Изучено соответствие механизма работы физически закрепившихся на минерале производных форм собирателя экспериментальным фактам, накопленным в теории элементарного акта флотации. Рассмотрены вопросы отсутствия корреляции между гидрофобностью, характеризуемой краевым углом, и флотируемостью минерала, а также наличия корреляции между временем индукции и извлечением полезного компонента. Раскрываются причины несовпадения последовательности собирательной активности ксантогенатов, дитиофосфатов и дитиокарбаматов с последовательностью увеличения энергии химической связи этих реагентов с катионом кристаллической решетки минерала. Дано объяснение собирательным свойствам пенообразователей и осадков собирателей. Показаны пути повышения показателей флотации: извлечения полезного компонента и качества концентрата изменением соотношения расходов хемосорбируемого и физически сорбируемого собирателей.

Экспериментально обоснована способность новых селективных собирателей класса дитиокарбаматов - морфолиндитиокарбамата (МДТК) и S-цианэтил N, N-диэтилдитиокарбамата (ЦЭДЭТК) к образованию комплексных соединений с золотом на поверхности сульфидных минералов с низкоразмерным золотом в условиях флотации. Адсорбция МДТК на халькопирите без золота происходит за счет образования морфолиндитиокарбамата меди. На халькопирите и арсенопирите с низкоразмерным золотом формируются комплексы МДТК-Au и ЦЭДЭТК-Au. МДТК и ЦЭДЭТК повышают флотируемость золотоносных сульфидов относительно не содержащих золота минералов, что оказывает положительный эффект при флотационном получении Au - Cu концентратов с пониженным содержанием As и Fe.

Изучено извлечение редкоземельных элементов Y, La, Nd и Ce из концентрата апатита методом кислотного и гидролизного выщелачивания. Максимальная доля извлечения лантана при кислотном выщелачивании серной кислотой составила 62 % (концентрация кислоты 12 М, время выщелачивания 4 ч, температура 25 °С, соотношение жидкость : твердое вещество (ж:т) 1 : 5). При оптимальных условиях (температура 220 °С, временя выщелачивания 3 ч и соотношение жидкость/твердое вещество 1 : 2) с помощью гидролизного выщелачивания с добавлением серной кислоты получены следующие доли извлечения La, Ce, Nd и Y: 93.92, 92.22, 92.04 и 91 %. При водном выщелачивании и оптимальных условиях (80 °С, 5 ч, соотношение ж:т = 1 :_{10) получены следующие доли извлечения La, Ce, Nd и Y: 89.50, 88.45, 92.20 и 94 %.}

Сравнивается действие ионов меди и наночастиц сульфида меди на флотацию сфалерита Горевского месторождения с н-бутилксантогенатом калия и в безреагентном режиме. Коллоидные частицы ковеллиноподобной фазы размером 4 - 8 нм, полученные при взаимодействии меди (II) и сульфид-ионов в водных растворах, охарактеризованы методами динамического рассеяния света, электронной микроскопии и дифракции, поверхность сфалерита после реакций с ионами меди и золями CuS - методами измерения дзета-потенциала и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Установлено, что извлечение сфалерита флотацией после активации наночастицами несколько ниже, чем при действии растворов ионов меди одинаковой концентрации, и становится выше при увеличении продолжительности активации и флотации, что указывает на более медленную флотацию. Механизм действия наночастиц CuS можно объяснить тем, что они создают не только активные центры для закрепления собирателя, увеличивающие гидрофобность и адсорбцию собирателя, но и способствуют формированию особого микрорельефа на поверхности раздела фаз “твердое - жидкость”, обеспечивающего прорыв пленки жидкости и закрепление частиц сфалерита на пузырьке воздуха при их столкновении.

Определена протяженность зоны переохлаждения обделки в протяженном железнодорожном горном тоннеле, подверженном значительному влиянию поршневого действия поездов. Выявлено распределение температуры воздуха в зоне контакта “наружный воздух - тоннельная обделка” в зависимости от скорости железнодорожного состава и наружной температуры в холодный период года. Выполнен анализ способов борьбы с обледенением внутренней поверхности обделки тоннеля: устройством обогрева при помощи греющего саморегулируемого кабеля; устройством неотапливаемой входной галереи и тепловой изоляцией. Исследовано распределение среднечасовой температуры воздуха протяженного железнодорожного тоннеля в зависимости от мест расположения тоннельных тепловентиляционных установок. Проведен анализ эффективности схем распределения тепловой мощности в тоннеле по критерию обеспечения требуемого температурного режима. Показано, что наиболее рациональным способом размещения тепловентиляционных установок для поддержания требуемой температуры тоннельного воздуха является их равномерное распределение по длине тоннеля, совмещенное с установкой припортальных воздушно-тепловых завес. Предложен критерий энергетического совершенства системы тепловентиляции.

Разработан и изготовлен экспериментальный вариант комплекса для двухкоординатных деформационных измерений, позволяющий регистрировать смещение геоблоков в нормальном по отношению к трещине направлении, а также их сдвиговое движение относительно друг друга. В 2020 г. на карьере алмазоносной трубки “Зарница” комплекс развернут и включен в режим долговременного мониторинга геодинамического состояния массивов горных пород в приразломной зоне тектонического разлома, рассекающего карьер. Установлено, что смещения геоблоков в нормальном направлении по отношению к трещине носят колебательный характер с максимальным размахом 3.5 мм, сдвиговое движение происходит с изменением направления (максимальное смещение 1 мм).