Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2022 номер 2

Приведены результаты лабораторных экспериментов по исследованию процесса развития динамической неустойчивости блока, расположенного на шероховатой поверхности склона, под действием вибрационного воздействия малой амплитуды. Показано, что макроскопически процесс эволюции скольжения хорошо описывается уравнениями ползучести при соответствующем подборе констант. Судя по результатам проведенных лабораторных экспериментов, необходимыми условиями возникновения динамического обрушения является достижение критического значения перемещения относительно склона и определенной средней скорости крипа. Критическое смещение оказывается существенно больше, чем характерный размер, при котором происходит переход поверхности скольжения к остаточному сопротивлению сдвигу. Выявлено, что развитие неустойчивости тела оползня на заключительной стадии связано с эффектом снижения трения при росте скорости скольжения.

Для сыпучих и других подобных материалов без сцепления основные экспериментальные исследования проводятся на приборах, реализующих тот или иной тип сдвиговой деформации. Описан прибор, реализующий сложное нагружение с непрерывным поворотом осей тензора деформаций. Нагружение представляет собой суперпозицию плоскопараллельных течений Куэтта (простых сдвигов) между параллельными пластинами, вращающимися с постоянной угловой скоростью. Приведены экспериментальные данные по исследованию дилатансии и напряжений при деформировании в созданном приборе кварцевого песка. Установлено, что при циклическом деформировании величины дилатансии и напряжений стремятся к стационарным значениям. С увеличением сдвиговой деформации стационарные значения дилатансии увеличиваются. Напряжения в стационарной стадии деформирования периодически изменяются. Их средние значения слабо зависят от величины деформации в цикле, а амплитуда их колебаний возрастает.

Рассмотрен двойной тоннель, расположенный на автомагистрали “Восток - Запад” (Алжир), с целью изучения влияния порового давления воды на характер взаимодействия “грунт - сооружение” путем численного анализа в программном комплексе PLAXIS 3D. Сравнивались результаты, полученные с помощью модели деформирования грунта Кулона - Мора и модели упрочняющегося грунта для дренированного и недренированного состояний тоннелей. Показано, что при водонасыщении грунта вокруг тоннелей в них при сейсмическом воздействии возникают значительные изменения осевых внутренних сил и изгибающих моментов.

Приведены результаты численного моделирования распространения начальной трещины, созданной между двумя параллельными скважинами в изотропной среде в неоднородном поле напряжений. Исследованы траектории разрыва при различных отклонениях начальной трещины от направления осей скважин, расстояния между ними и поля сжимающих напряжений. Выполнено физическое моделирование гидроразрыва в крупноразмерных образцах.

Проведены лабораторные испытания дискового резца на образцах из аргиллита с целью исследования влияния термомеханического воздействия на фрагментацию породы. Установлено, что во время процесса резания в области разрушения породы из-за теплоты трения образуется большое количество микротрещин и пор. Выполнен анализ соотношений между удельной энергией и состоянием поверхности образцов из аргиллита на мезоскопическом уровне. Выявлено, что термомеханическое воздействие значительно повышает эффективность разрушения породы. Полученные результаты могут использоваться для увеличения ресурса резцов, сокращения проектных затрат и рисков, возникающих при прокладке тоннеля с помощью тоннелепроходческого комплекса.

Выполнен анализ области применения внутреннего отвалообразования вскрышных пород при открытой добыче минерального сырья. Выделены особенности формирования внутренних породных отвалов на пологопадающих и крутопадающих месторождениях. Приведена классификация внутренних отвалов вскрышных пород. Отмечены возможные пути и способы увеличения объемов складирования вскрышных пород во внутренних отвалах на основе рационального использования техногенного ресурса выработанных карьерных пространств. Рассматриваются проблемы экологической безопасности процессов отвалообразования.

Рассматриваются возможности снижения деформаций породного массива в окрестности подземных сооружений за счет внедрения опережающего крепления забоя тоннелей, сложенных аргиллитоподобными глинистыми породами. Для оценки эффективности упрочнения пород выполнен ряд расчетов в пространственной постановке. Обсуждается влияние следующих параметров на развитие деформаций породного массива впереди забоя: длина анкеров, жесткость системы анкерного крепления, схема расположения анкеров. В качестве дополнительного фактора отмечено воздействие механических характеристик аргиллитоподобных глинистых пород. По результатам исследований установлено, что наибольшее влияние на развитие деформаций породного массива оказывают схема крепления анкеров и общая жесткость системы. Определены эффективные параметры опережающего анкерного крепления.

Выполнен анализ литературы по расчету переноса вредных примесей газа или пыли в системах горных выработок. Показано, что наряду с конвективным переносом примесей при расчете важно учитывать продольную дисперсию, а молекулярной и турбулентной диффузией примесей можно пренебречь при рассмотрении прямых участков горных выработок. Однако при вихревом перемешивании воздуха в застойных зонах около сопряжений горных выработок турбулентная диффузия может оказаться сопоставима с продольной дисперсией. Предложена формула для расчета эффективного коэффициента продольной дисперсии с учетом влияния скоростей воздушного потока в соседних горных выработках. Разработан численный алгоритм расчета нестационарного распределения примесей в сети горных выработок, основанный на методе расщепления по физическим процессам.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований композиций люминофоров для модифицирования спектральных характеристик и извлечения аномально люминесцирующих алмазов. Показано, что закрепление люминофорсодержащей композиции на поверхности кристалла алмаза происходит за счет формирования устойчивых агрегатов алмаза, органической жидкости и неорганического люминофора, протекающей по механизму гидрофобного взаимодействия в полярной среде. Устойчивость таких агрегатов обеспечивается интенсивным адгезионным взаимодействием компонентов, обладающих близкой поверхностной энергией. Для алмаза и сульфида цинка выявлен экстремальный характер зависимости краевого угла смачивания каплями органической жидкости в водной среде от поверхностного натяжения органической фазы. По координате максимума зависимости краевого угла смачивания от поверхностной энергии органической жидкости определена поверхностная энергия алмаза и сульфида цинка. Установлено, что используемые в качестве органического коллектора органические жидкости и нефтепродукты с энергиями поверхности, близкими к поверхностной энергии люминофора, обеспечивают максимальное увеличение силы гидрофобных взаимодействий и устойчивость комплекса “алмаз - органическая жидкость - неорганический люминофор”.

Дан критический анализ существующих механизмов активации флотации цинка: ионообменного и электрохимического. Предложен новый механизм активации флотации сфалерита ионами тяжелых металлов. Показано, что активация флотации может осуществляться на основе работы физически сорбированных форм собирателя в элементарном акте флотации. Раскрыты причины флотируемости активированного ионами свинца сфалерита в щелочной области рН. Выявлены особенности цинка как металла-активатора, заключающиеся в высокой растворимости соединений цинка с ксантогенатом. Установлены условия повышения флотируемости сфалерита при активации его ионами цинка.

Представлены результаты исследования процесса азотнокислотного выщелачивания редкоземельных элементов (РЗЭ) из золошлаковых отходов. Методами РЭМ и РФА изучены морфология и текстурно-структурные свойства поверхности микросфер золошлаковых отходов. Экспериментально установлены рациональные параметры азотнокислотного выщелачивания РЗЭ, обеспечивающие максимальное извлечение РЗЭ на уровне 50.4 %: температура 130 °С, концентрация кислоты 7.2 М, продолжительность 180 мин, частота перемешивания минеральной суспензии 500 мин^-1. Кинетика выщелачивания РЗЭ соответствует внутридиффузионной модели усадки ядра. Установлена возможность интенсификации процесса выщелачивания РЗЭ за счет предварительной обработки золошлаковых отходов мощными электромагнитными импульсами и ультразвуком, обеспечивающих интенсивное разрушение алюмосиликатных микросфер и, как следствие, повышение извлечения РЗЭ на 3.8 - 18.2 % при последующем выщелачивании.

Рассмотрены изменения свойств сульфидных минералов при окислении, а также проведены экспериментальные исследования аэрогазового состава и термодинамических параметров рудничного воздуха, отвечающие тупиковым горным выработкам сульфидных месторождений на глубине 300 - 1500 м. Определены микроклиматические условия, при которых отмечалось окисление сульфидных руд. Данные условия использованы при разработке двух лабораторных стендов, где окисление осуществлялось в барботажной камере. Выявлено, что окисление сульфидов происходит интенсивнее в воздухе, насыщенном паром, чем в воде, насыщенной кислородом. Окисление минерала проводилось по двум сценариям: сорбцией кислорода в поверхностном слое или окислением серы с выщелачиванием металла. На поверхности образцов сульфидных руд обнаружены гетеротрофные и хемолитотрофные бактерии, способные поглощать кислород из рудничной атмосферы. Наибольшее количество бактерий наблюдается на поверхности богатых руд.

Выполнены исследования на примере флюоритовой руды, добытой на шахте “Камарпошт” (Иран). Определены оптимальные расходы реагентов при флотационных испытаниях. Рекомендованы технологические режимы, позволяющие получить флотационный концентрат с содержанием флюорита 61.4 % при его извлечении 85.88 %.

На основе GIS-интегрированной технологии картирования уязвимостей разработана методика определения высокопродуктивных подземных водоносных районов и дана оценка возможности их защиты от антропогенных источников загрязнения. Методика реализована на примере водоносного потенциала бассейна р. Малый Мендерес (Турция), в котором наряду с сельскохозяйственными угодьями расположены крупные промышленные предприятия и гражданские объекты. Показано, что восточная часть бассейна, обладающая низким водоносным потенциалом, используется для сельскохозяйственных целей. Западная часть обладает высоким водоносным потенциалом, который используется преимущественно для нужд населенных пунктов и промышленных предприятий. Это означает, что региональные водные ресурсы подвергаются повышенному риску загрязнения при расширении городов и развитии промышленности. Решена задача по определению нуждающихся в защите районов в основной водоносной системе, что способствует оптимальному планированию землепользования в пределах рассмотренного бассейна.

С помощью технологий сочетания глубокого обучения и интернета вещей разработана система отслеживания горнорабочих с целью выявления их местоположения во время возможной внештатной ситуации. Для анализа ее эффективности проведены испытания и выполнена оценка результативности. Выявлено, что наибольшая точность составила 97 %.

Приведены результаты исследований по разработке нового метода и оригинальных технических решений для контроля геотехнического состояния горных выработок. Представлен подробный анализ литературы и современных разработок по рассматриваемой тематике. Предложена конструкция волоконно-оптического датчика смещения, входящего в систему мониторинга, отличающаяся простотой исполнения. Принципиальным отличием от применяемых на угольных предприятиях реперных станций является использование одномодового волокна в качестве чувствительного элемента. Разработанный аппаратно-программный комплекс позволяет повысить эффективность контроля и обеспечения безопасности ведения горных работ. Предложенный способ идентификации геотехнического состояния горных выработок реализуется путем сравнения апертур световых пятен.