Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2022 номер 1

Описана трехмерная регулярная упаковка частиц с координационным числом, равным восьми, которая эффективным образом заменяет реальную случайную упаковку частиц. Введены понятия векторов главных напряжений и скоростей пластических деформаций. Построены трехмерные уравнения пластического деформирования, удовлетворяющие необходимому условию адекватности модели - отсутствию диссипации энергии в среде с идеально гладкими частицами. При наличии внутреннего трения уравнения приводят к неассоциированному закону течения.

Для условий отработки месторождений Горной Шории, относящихся к категории удароопасных, выявлены особенности формирования напряженно-деформированного состояния рудопородного массива. Изложены результаты исследований по разработке критериев удароопасности горных пород микросейсмическим методом. Выполнен прогноз возникновения геодинамических явлений при массовых взрывах в эксплуатационных блоках с установлением местоположения возможных нарушений пород в горных выработках на основе полученных закономерностей распределения толчков различного энергетического класса.

На основе математического моделирования геомеханического состояния очистного забоя показано развитие разрушения призабойной части пласта в форме отжима и растрескивания в течение рабочего цикла. Проведен анализ акустического шума лавы и определена частота его спектрального максимума, отражающая размер площади разрушения массива в окрестности забоя лавы.

Представлены результаты интерпретации материалов высокоточной гравиметрической съемки, проведенной на одном из участков Верхнекамского месторождения калийных солей. Исследования направлены на выявление разуплотненных участков техногенного генезиса в подработанном массиве. Установлено, что на трансформантах гравитационного поля техногенные разуплотнения обнаруживаются в виде плоских наклонных отрицательных аномалий, пересекающих подработанную толщу сверху вниз. Определено пространственное положение техногенных разуплотнений в горном массиве.

Исследовано влияние технологий подземной добычи на устойчивость массива в условиях рудника Зуунцагаан (Монголия). Рассмотрены два варианта технологии отработки: развитие горных работ “снизу вверх” и “сверху вниз”. Для каждого варианта выполнена оценка устойчивости выработок в шахте и бортов карьера. Показано, что при добыче “сверху вниз” наблюдается меньшее смещение массива на участке подземных работ. На участке открытых работ влияние обеих технологий относительно одинаково.

Предложен алгоритм установления предельной границы карьера на основе оптимизационного метода Лерча - Гроссмана. В нем за счет последовательных приближений каждая вершина сети случайным образом перемещается в пределах заданной области. При этом исключается образование сегментов сложной неправильной формы. В соответствии с геомеханическим обеспечением безопасности и экономической эффективности горных работ, принятыми за основу в проектировании, в алгоритме не допускаются перемещения, приводящие к сегментам круче допустимого угла наклона борта карьера. В результате для каждого перемещения вершины сети определяется рентабельность формируемого карьера. Новое положение вершины сети принимается из условия недопущения попадания целевой функции оптимизации в локальный максимум. Одним из основных преимуществ предлагаемого алгоритма является независимость угла наклона борта карьера от размера блока. Алгоритм более точно определяет контуры рудной залежи и карьера, обеспечивая эффективность открытых горных работ.

Представлен анализ разработанных и опробованных в последнее время новых схем управления рабочими циклами гидроударных машин, позволяющих раздельно регулировать их характеристики: с помощью только обратных связей между давлением в гидросистеме и распределителем, микропроцессорный способ и комбинированные с включением дополнительного управления по давлению. Приводятся примеры адаптивных ударных машин, схемы управления которыми позволяют изменять энергию и частоту ударов в зависимости от свойств разрушаемой среды. Указывается, что для расширения области применения гидроударной техники существует потребность в разработке высокочастотных ударных устройств с высокой ударной мощностью, что возможно достигнуть за счет совершенствования распределителей и перехода на повышенное давление рабочей жидкости.

На основе рядов Фурье выполнен анализ спектрального состава сигналов импульсного скважинного виброисточника с двумя силовыми элементами и электромагнитным молотом. Проведено сравнение амплитудно-частотных характеристик импульсного и дебалансного виброисточников адекватного размера. Показано, что по амплитудам выходного сигнала импульсного виброисточника и составляющих его спектра он существенно превосходит амплитуды соответствующих сигналов дебалансного виброисточника.

Рассмотрена целесообразность использования природного холода и особенностей криолитозоны центральных и арктических районов Якутии для хранения угля в замороженном состоянии в заглубленных складах. Выполнено моделирование теплообменных процессов с учетом климатических факторов, параметров склада, наличия теплоизоляции. Показано, что протаивание угля из-за его низкой теплопроводности происходит в меньшей степени, чем окружающих пород. При заложении склада зимой основной объем топлива будет оставаться в мерзлом состоянии в течение нескольких лет, а применение теплоизоляции значительно снизит интенсивность оттаивания поверхностного слоя. Отмечено, что по сравнению с шириной и углом наклона борта склада глубина его заложения является основным фактором, определяющим формирование размеров талой зоны к концу теплого периода хранения. Использование естественного холода в заглубленных складах снижает интенсивность окисления угля, способствует сохранению его качества, повышает энергетическую безопасность труднодоступных районов.

В процессе разработки Мутновского геотермального месторождения, являющегося ключевым объектом отечественной геотермальной энергетики, обнаружились проблемы, связанные со снижением давления в резервуаре, питающем добычные скважины, которые приводят к выводу скважин из эксплуатации. Выполнен прогноз производительности планируемых к бурению скважин глубиной 3 и 4 км для освоения более глубоких горизонтов Мутновского месторождения. Проведено сравнение результатов с данными по типовой добычной скважине глубиной 2 км, что показало перспективность освоения более глубоких горизонтов данного месторождения. В частности, ожидается существенное увеличение расхода пара, добываемого одиночной скважиной, по сравнению с типовой. Также ожидается рост объемов добычи геотермальной энергии за счет увеличения допустимого снижения давления в резервуаре и привлечения к тепловому питанию дополнительного объема массива пород, вмещающих добываемый флюид.

На базе математической модели гидровихревой ортокинетической инерционной гетерокоагуляции выбраны параметры гидровихревой форсунки устройства пылеподавления для предотвращения взрывов и техногенных аварий на горных предприятиях. С использованием теории подобия и анализа размерностей получены критерии подобия процесса диспергирования в условиях вращательного движения капель жидкости. Показано, что основными критериями эффективности дробления капель жидкости гидровихревой форсунки являются критерий Вебера, критерий Лапласа и три индикатора, характеризующие инерционность, вязкость жидкости и кинематическое подобие. Проведенные расчеты и экспериментальные исследования выявили возможность повышения на 15 % эффективности диспергирования, уменьшения в 2.5 раза осредненного диаметра капель жидкости, снижения на 10_{% ее расхода.}

Проведен обзор экспериментальных данных по определению дальнобойности стесненных вентиляционных струй, направленных в тупик. Показано, что результаты исследований в этой области сильно различаются и не позволяют осуществлять однозначный прогноз допустимого отставания воздухопровода от груди забоя с приемлемой для практических целей точностью. Сделано предположение, что причиной расхождений экспериментальных данных является эмпирическая концепция независимости дальнобойности стесненной тупиковой струи от ее начальной скорости, строгие доказательства которой отсутствуют. Гипотеза подтверждена результатами численного моделирования процесса проветривания тупиковой выработки струей воздуха с визуализацией замыкания потока при скоростях движения воздуха не менее 0.25 м/с. С ростом дебета вентилятора расстояние замыкания возрастает и изменение начальной скорости струи с 5 до 80 м/с увеличивает ее дальнобойность до 56 м. По результатам проведенных исследований сделан вывод, что к эффективным ресурсосберегающим решениям при проветривании тупиковых выработок следует отнести увеличение подачи воздуха в воздухопровод, позволяющее увеличить расстояние от груди забоя на безопасное для проведения буровзрывных работ расстояние.

Изучен вопрос флотации пирита в зависимости от рН пульпы и концентрации ионов железа. Для объяснения причины депрессии флотации пирита в нейтральной области рН и высокой концентрации ионов железа использован механизм работы физически сорбируемого собирателя. Экспериментально установлено, что продукты взаимодействия ксантогената с ионами железа в зависимости от соотношения их концентраций и рН раствора обладают различной скоростью растекания по границе раздела “газ - вода”. Так же различно их влияние на скорость удаления жидкости из прослойки, разделяющей минеральную частицу и пузырек газа. Показано, что механизм работы физически сорбируемого собирателя позволил раскрыть причины подавления флотации пирита в нейтральной области рН и повышение его флотируемости в щелочной среде.

Представлен алгоритм, обеспечивающий выбор технологии формирования регламентируемого качества питания процессов обогащения, основанный на оценке распределения полезного компонента в исследуемом объеме и количества слагающих его пустых пород. Заданное содержание полезного компонента реализуется сочетанием усреднительного и сепарационного принципов на дробленой руде крупностью менее 100 мм. Показано, что такой подход к формированию качества руды позволяет обеспечить регламентируемое содержание Р₂О₅ в питании процессов обогащения на уровне 12.1 - 12.3 % и удалить в отвалы не менее 29 % пустых пород класса крупности -_{100 + 20 мм с содержанием Р2О5 менее 1.9 %. Установлено положительное влияние применения представленной технологии управления качеством бедных апатитсодержащих руд на экологическую обстановку в районе горно-перерабатывающих предприятий.}

Представлены результаты изучения мономинеральных фракций теннантита, халькопирита и пирита методами беспенной флотации, измерения электрокинетического потенциала фаз, контроля концентрации собирателей в растворах при использовании бутилового ксантогената, сульфгидрильного собирателя М-ТФ, пероксида водорода. Выполнены измерения электрокинетического потенциала и интенсивности характеристических полос в УФ-диапазоне, которые выявили влияние концентрации Н₂О₂ на ионно-молекулярное состояние растворов сульфгидрильных собирателей. Определено, что бутиловый ксантогенат в присутствии пероксида водорода не обеспечивает селективность в извлечении теннантита, халькопирита от пирита. Установлено, что М-ТФ обеспечивает контрастность флотоактивности между сульфидами меди и пирита при более мягких условиях обработки Н₂О₂. Пероксид водорода рекомендуется применять в перечистных операциях медного концентрата. Отмечена более низкая эффективность использования Н₂О₂ в цикле доводки медного концентрата в промышленном масштабе, что связано с изменчивостью минерального состава в питании флотации.

Приведены результаты экспериментальных исследований по магнитно-коллоидной модификации магнитных свойств золотосодержащей сульфидной руды. Установлено, что в магнитном продукте высокоградиентного сепаратора повышается содержание золота на 2.52%, извлечение на 1.67 %.

Изучено извлечение металлического никеля путем адсорбции на активированном угле, полученном из природных отходов (скорлупы абрикосовой косточки), где адсорбция контролируется химическим процессом, обусловленным рядом факторов. Эффективность адсорбции оценивалась после карбонизации сырья и последующей активации. Характеристика материала после физико-химической обработки показала возможность его улучшения. Методом ИК-спектроскопии установлено, что полученный продукт богат углеродом и кислородом и является достаточно функционализированным. Активированный уголь способен эффективно адсорбировать никель, тогда обратимая реакция обеспечивает эффективное извлечение полезного компонента. Кинетическая адсорбция зависит от активированного угля, в то время как при химическом равновесии играют роль производственные условия. Кинетическое исследование оптимальной адсорбции металлического никеля с помощью моделей Ленгмюра и Фрейндлиха выявило зависимость между адсорбируемым металлическим никелем и используемым адсорбентом (активированным углем), которая позволяет получить наиболее высокую адсорбцию.

Рекультивация территорий карьеров должна планироваться на самых ранних этапах ведения горных работ. Согласно плану восстановления земель на медном руднике Сунгун в Иране, наиболее подходящий для этого вариант - посадка деревьев. При выборе их вида должны учитываться все параметры и критерии. Выбор вида растения относится к многокритериальной задаче принятия решений (MCDM), поэтому для анализа и достоверности результатов использовались методы PROMETHEE и ELECTRE. Опросом экспертов сформирована матрица решений, а затем с помощью указанных методов выполнено их ранжирование. Выявлено, что наиболее подходящим растением с наибольшими баллами по методам ELECTRE и PROMETHEE является клен трехлопастный.

Рассмотрено распределение содержания железа в одном из рудных тел Центрального Ирана с применением следующих методов: обычный кригинг, последовательное гауссово моделирование и искусственная нейронная сеть. Сравнение результатов исследований выполнено с целью выявления метода, дающего наиболее точные результаты оценки запасов полезного ископаемого.