Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2022 номер 5

Предложен новый подход к обработке многоканальных данных поверхностных волн, повышающий помехоустойчивость определения дисперсионных кривых фазовых скоростей волн Рэлея за счет анализа траектории движения частиц в частотно-временной области на основе применения преобразования Стоквелла к двукомпонентным сейсмическим записям. Работоспособность подхода продемонстрирована на примерах обработки синтетических и полевых данных малоглубинной сейсморазведки.

С применением экспериментальных данных для горных пород установлены собственные тензорные базисы, где деформации вдоль собственных ортов определяются только значениями напряжений вдоль них. Полученные паспортные зависимости вдоль ортов - одна пропорциональная, другая - нелинейная, не связанные с историей и характером нагружения пород, применяются для решения задач геомеханики. Показано, что в случае плоской деформации эти соотношения при запредельном деформировании приводят к гиперболической системе дифференциальных уравнений с четырьмя вещественными характеристиками и четырьмя соотношениями на них для отыскания четырех неизвестных функций: среднее напряжение, максимальное касательное напряжение, угол поворота, угол, задающий направления главных осей тензора напряжений. Чтобы найти их граничные значения на одной и той же границе задаются одновременно вектор напряжений Коши и вектор перемещений. Предложен алгоритм нахождения этих четырех функций внутри области запредельного деформирования.

На примере железо-цинкового рудника "Chagan Aobao" исследованы и рекомендованы углы обрушения налегающих пород при ведении подземных горных работ. Результаты работы могут использоваться при разработке практического руководства по предотвращению чрезвычайных происшествий и контролю обрушения пород.

Разработана регрессионная модель определения адгезионной прочности примерзания угля к типовым поверхностям транспортировочного оборудования из стали и резины. В основе модели лежит методология отклика поверхности и испытание адгезионной прочности примерзания угля. Исследовано влияние на адгезионную прочность внешних условий, характеристик угля и поверхности.

Приведены результаты численных исследований трещин, образующихся при выполнении гидроразрыва в скважинах с ответвлениями (пересекающихся скважинах). Задача решалась в статическом приближении с определением направления распространения трещин по критерию максимальных тангенциальных напряжений и в квазистатической трехмерной постановке с анализом разрыва упругой однородной среды на основе когезионной модели разрушения и расширенного метода конечных элементов. Установлено влияние отдельных геометрических параметров инициатора разрыва и неоднородности напряженного состояния среды на направление развития и форму образующихся трещин. Показано преимущество X -образного инициатора, моделирующего ответвления и пересечение скважин, перед дисковой щелью при локальном управлении ориентацией гидроразрыва в неоднородно сжатом породном массиве.

Исследуются особенности распределения напряжений в продуктивных пластах и окружающих горных породах при разработке месторождений нефти и газа при наличии разрывных нарушений в породе со смещением (дизъюнктивные нарушения). Методами математического моделирования установлено, что при снижении пластового давления при условии упругого деформирования горных пород на поверхности разрыва со смещением формируются области концентрации напряжений сдвига, воздействие которых на изначально непроницаемый разрыв может сделать его флюидопроводящим. Показано, что процессы ползучести породы приводят к увеличению ширины разрыва в породе, что также способствует установлению гидродинамической связи продуктивного пласта с выше- и нижерасположенными проницаемыми пластами. Описанный процесс формирования проницаемых каналов в горной породе может объяснить механизм подпитки разрабатываемых месторождений нефти и газа потоками углеводородных флюидов из нижерасположенных флюидонасыщенных пластов.

Теория фазовых переходов применена для описания механизмов формирования техногенного закладочного массива из замороженных брикетов за счет использования потенциала криогеоресурса криолитозоны. Использована сезонная динамика изменения температуры региона для организации замкнутого цикла обращения твердого вещества как основного элемента горной технологии. Адаптирована задача Стефана применительно к тепловым процессам формирования искусственного мерзлого массива в криолитозоне путем размещения в выработанном пространстве замороженных на поверхности брикетов с последующей кольматацией пустот пульпой обогатительного производства, имеющей положительную температуру. Разработана программа численной реализации решения поставленной задачи в трехмерной постановке. Получены зависимости времени промерзания техногенного массива, сформированного из брикетов, от их размеров, температуры криолитозоны и пульпы. Формирование искусственного мерзлого массива в отработанных подземных пространствах играет положительную роль при решении экологических проблем в районах освоения недр криолитозоны.

Реализована новая расчетная модель для оценки температурного поля и напряжений в породном массиве на всех последовательных этапах строительства ствола в искусственном ледопородном массиве: замораживание грунта, прохождение вертикальной выработки, создание бетонной крепи и оттаивание. Модель позволяет проводить оценку динамики температур и напряжений в породном массиве, в том числе в ледопородном ограждении и в бетонной крепи на этапе замораживания и оттаивания с учетом теплофизических и механических параметров материалов. Установлено, что одинаковый режим функционирования охлаждающих колонок на всех глубинах является неоптимальным, приводящим к дополнительным затратам энергии.

Исследованы профиль горения, температура воспламенения и пиковая температура для трех образцов лигнита из разных районов провинции Конья в Турции. С помощью метода Коутса-Редферна выполнен кинетический анализ и рассчитаны энергии активации для четырех степеней реакционной способности угля. Установлено, что уголь из шахты "Бейшехир" наиболее предрасположен к горению.

Представлены результаты исследований современных схем технологии обогащения алмазосодержащего кимберлитового сырья сложного вещественного состава. Теоретически и экспериментально обоснованы методы модифицирования свойств минеральных компонентов с целью повышения селективности их разделения в процессах сепарации алмазосодержащего материала. Для слабо- и аномально люминесцирующих алмазов подтверждена эффективность использования люминофорсодержащих композиций, обеспечивающих модифицирование спектрально-кинетических характеристик алмазных кристаллов до значений, позволяющих регистрировать и извлекать их в действующих схемах ренгенолюминесцетной сенарации. Показана эффективность комбинированного использования ультразвуковых, термических и электрохимических методов очистки алмазных кристаллов от гидрофилизирующих поверхностных образований для увеличения извлечения алмазов в концентраты липкостной и пенной сепараций. Разработан способ повышения коррозионной устойчивости ферросилиция за счет создания на его поверхности методом азотирования нитридной оболочки, не взаимодействующей с коррозионно-активными элементами водной среды. Экспериментально обоснована магнитная сепарация в качестве метода повышения качества первичных концентратов тяжелосредной сепарации алмазосодержащего материала за счет удаления из него до 95.8 % магнитных минералов.

Рассмотрены параметры, характеризующие флотируемость минералов: контактный угол и время индукции. Дана оценка соответствия предсказанной ими флотируемости экспериментальным и практическим результатам. Установлено, что гидрофобность, характеризуемая контактным углом, не всегда является количественной характеристикой процесса флотации. Изменение флотируемости минералов, предсказанное на основе изменения времени индукции с применением механизма работы физически сорбированных собирателей, соответствует имеющимся экспериментальным и практическим сведениям. Последовательность изменения флотационной активности сульфгидрильных и оксигидрильных собирателей при переходе от одного типа реагента к другому не совпадает с оценкой силы собирателя, определенной по энергии связи функциональной группы собирателя с катионом минеральной поверхности. Сила, определенная как мера воздействия физически сорбированного собирателя на заключенную между пузырьком и частицей прослойку жидкости, адекватно характеризует флотируемость минералов. Установлено, что механизм работы физически сорбированного собирателя универсален по отношению к разным типам реагентов и применим к описанию взаимодействия пузырька газа и частицы независимо от ее природы, в элементарном акте флотации позволяет выбрать структуру и состав радикала эффективного собирателя.

Представлен потенциометрический подход к определению характеристического диаметра воздушных пузырьков. Рассматривается возможность определения диаметра воздушных пузырьков по Соутеру на основании значений возникающей разницы электродных потенциалов на разной глубине флотомашины с последующим определением значения удельной интенсивности аэрации. Исследования проводились для двухфазной системы при разных расходах воздуха и вспенивателя. Для установленного наибольшего значения удельной интенсивности аэрации проведены проверочные опыты для трехфазной системы. Установлено, что скорость возрастания возникающей разницы электродных потенциалов линейно коррелирует с диаметром воздушных пузырьков по Соутеру.

Рассмотрены вопросы гидрохимической модификации свойств цеолитсодержащих пород Восточного Забайкалья. Установлена возможность использования кислотной модификации природных цеолитов для повышения их адсорбционной способности. Разработана технология обогащения и химической модификации цеолитовых пород с учетом проведенных исследований по применению обработки ультразвуком, ускоренными электронами и мощными электромагнитными импульсами. Установлена зависимость степени деалюминирования и кремниевого модуля природных цеолитов Восточного Забайкалья от концентрации серной кислоты. Представлены результаты компьютерного моделирования цеолитовых минералов, основанного на квантово-химическом взаимодействии частиц. Определены параметры использования высококачественной цеолитовой продукции в технологиях управления горнопромышленными отходами.

Рассмотрено извлечение фосфата методом водного выщелачивания из термически обработанных цирконийсодержащих хвостов обогащения в присутствии карбоната натрия. Для оценки эффективности метода термического разложения и извлечения фосфата из цирконийсодержащих хвостов, в состав которых входят монацит, ксенотим, циркон, анатаз, рутил и церианит, изучена технология обогащения, позволяющая облегчить получение редкоземельных элементов. Подобраны оптимальные условия, при которых максимальный выход фосфата составил 93.27 %. В продукте, полученном после обжига в присутствии карбоната натрия, обнаружены циркон и ксенотим.

На основе данных спутниковых наблюдений разработан методический подход к оценке динамики восстановления природных экосистем, нарушенных при освоении георесурсов. Учитывались два фактора: вегетационный индекс формирующегося фитоценоза и температура подстилающей поверхности. На примере складированных отходов переработки апатитсодержащих руд выявлен временной ряд вегетационного индекса и температуры поверхности формирующегося фитоценоза в сравнении с фитоценозом окружающего природного ландшафта. Установлено, что восстановление природных экосистем путем создания биологически активной среды обеспечивает более быстрый выход исследуемых параметров на показатели фитоценоза окружающего природного ландшафта. Обоснована возможность использования ретроспективных данных дистанционного наблюдения земной поверхности для объективной оценки динамики восстановления природных экосистем, нарушенных при освоении георесурсов в арктических условиях без проведения наземных исследований.

Рассмотрены выбросы пыли при подготовительных горных работах, проводимых в рамках открытия шахты "Cukaru Peki" (Сербия). Изучена интенсивность совокупного осаждения пыли, подтверждающая практическую применимость предлагаемой методологии. Анализ полученных данных позволил спрогнозировать уровень осаждения мелкодисперсных веществ из атмосферы. Выполнена оценка применимости гауссовой модели прогнозирования пылевого воздействия при подготовительных горных работах.

Предложен и исследован способ закрепления рыхлых пород двухкомонентной органоминеральной смолой с продувкой реагентов вглубь массива сжатым газом. Приведены схема лабораторной установки, рецепт полимерного состава, свойства композиций и отвержденной смолы, методика воздействия. Дано описание экспериментов, рассмотрены результаты фильтрационных тестов, прочностных испытаний и анализа структуры пустотного пространства образцов песка, стабилизированных предлагаемым и стандартным однорастворным способами инъекции смолы. Показано преимущество последовательной закачки композиций по охвату среды химическим воздействием, удельному расходу реагентов, увеличению прочности.

Рассмотрены известные методы мониторинга бетонной крепи шахтных стволов и предложен способ проведения оперативных замеров перемещений внутренней поверхности бетонной крепи ствола, основанный на лазерном сканировании. Представлены результаты предварительной фильтрации и последующей обработки конкретных мониторинговых измерений двух стволов ПАО "Уралкалий" в виде оценки изменения диаметра ствола, окружной деформации, показателя эллипсности. Данные мониторинга могут эффективно использоваться для верификации математических моделей при численных расчетах деформаций и оценки прочности бетонной крепи ствола, в том числе в области сопряжений с горизонтальными выработками.