Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2023 номер 2

Исследованы особенности формирования зон концентрации напряжений в призабойных зонах скважин при эксплуатации подземных хранилищ газа. Численным моделированием установлено, что на начальной стадии процесса закачки газа под высоким давлением в подземных хранилищах газа вблизи кровли продуктивного пласта в породе и цементной оболочке скважины развиваются разрушающие напряжения сдвига, сопоставимые с давлением закачки, что может приводить к потере герметичности затрубного пространства скважин. Для предотвращения потерь газа предложено проводить расширение ствола скважины в кровле продуктивного пласта и устанавливать в соответствующем месте колонны обсадных труб пружинный центратор с номинальным диаметром, превышающим диаметр ствола, что остановит распространение зоны разрушения цементного камня. Для снижения интенсивности разрушающих напряжений в породе угловые зоны при расширении ствола скважины в интервале продуктивного пласта целесообразно делать закругленными.

Приведены результаты физического моделирования гидравлического разрыва, выполненного в кубических блоках с длиной ребра 200 мм, изготовленных из пескобетона и его смеси с угольной фракцией, в неоднородном поле напряжений. Трещина создавалась в вертикальной скважине с боковым стволом. Методом компьютерной томографии исследовались сохранность концентратора напряжений, который образуется в месте соединения скважины и бокового ствола, фактический диаметр скважины, наличие техногенной трещиноватости от бурения, размеры пор, образовавшихся при застывании искусственных блоков, а также траектории полученных разрывов. Установлено влияние геометрических параметров задачи и сжимающего поля напряжений на направление распространения трещин.

Проведены испытания на вытягивание нескольких видов зацементированных в полимере арматурных анкеров с целью исследования влияния геометрии их профиля на механизм передачи нагрузки. Рассмотрено 12 наборов образцов трех типов болтов с различными профилями. Исследовано влияние длины анкеровки 75 и 150 мм на примере арматурных анкеров. Показано, что способность анкера передавать нагрузки и смещение при пиковой нагрузке соотносится с конфигурацией профиля и кольцевой толщиной цементирующего полимера. Анкеры с шагом ребер 12.5; 16; 25 и 8 мм продемонстрировали высокую пиковую прочность на сдвиг. При уменьшении шага ребер и длины анкеровки наблюдалось увеличение системной жесткости. При увеличении длины анкеровки c 75 до 150 мм напряжение сдвига и их жесткость уменьшились. При увеличении кольцевой толщины цементирующего полимера пиковая нагрузка снизилась.

На основе искусственной нейронной сети разработана математическая модель прогнозирования интенсивности колебаний пород в сейсмических волнах на открытом медном руднике “Велики Кривель”. При разработке модели использована классическая формула определения пиковой скорости пород, программное обеспечение Peltarion Synapse и массив входных /выходных данных взрывных работ на руднике, содержащий значения параметров взорванных блоков пород и измеренные при подрыве блоков пиковые скорости. С помощью комбинированного метода применения искусственной нейронной сети и регрессионного анализа получена формула для определения пиковой скорости пород для условий рудника “Велики Кривель”. Подтверждено преимущество предлагаемого метода по сравнению с результатами прогнозирования скорости сейсмических колебаний пород, полученных другими методами.

Рассмотрено состояние породного целика при отработке слепого рудного тела участка Юго-Восточный Таштагольского месторождения. Проведен анализ геомеханической и геодинамической обстановки при отработке рудных участков данного месторождения. Представлены результаты расчетов напряжений и неупругих деформаций, зоны возможных разрушений в окрестности выработанного пространства при отработке блоков на участке Юго-Восточный до и в период образования провала на земной поверхности. Приведены данные по определению толщины породного целика между сводом выработанного пространства и земной поверхностью геофизическими методами. С помощью гравиметрических измерений и аэрофотосъемки определены площади и периметры провала в ходе ведения очистных работ.

Представлены результаты комплексных аналитических исследований и геотехнологического тестирования проб взорванной руды одного из золоторудных месторождений с разделением их по классам крупности. Определены параметры объединенных фракций для переработки по различным технологиям. Разработана схема добычи и переработки руд сложноструктурного выемочного блока. Предложена усовершенствованная технология освоения сложноструктурных месторождений. После селективной выемки руд проводится грохочение с разделением на фракции, обогащенные и обедненные полезным компонентом. Полученные фракции рудной массы шихтуются, при этом шихта с рядовым содержанием полезного компонента перерабатывается с применением флотации, а бедная рудная масса направляется на кучное выщелачивание. Выделенная из богатых руд фракция с повышенным содержанием полезного компонента перерабатывается с применением двухстадийного сорбционного выщелачивания с предокислением, обеспечивающим высокое извлечение металла.

Приведено детальное описание и стабилизация концентрированной суспензии железной руды (размер частиц ≤ 75 мкм) с помощью различных лабораторных испытаний. Рассмотрены реологические характеристики железной руды в диапазоне весовой концентрации 60 - 80 % при наличии и отсутствии экстракта Sapindus mukorossi (мыльного дерева) в качестве диспергатора. Устойчивость суспензии железной руды при наличии сапонина определяется реологическими свойствами, концентрацией диспергатора и механизмом стабилизации. Выполнен регрессионный анализ экспериментальных реологических данных при различной скорости сдвига; полученные результаты хорошо согласуются с моделью Гершеля - Балкли. Критическая мицеллярная концентрация водного экстракта диспергатора составила 0.018 г/см³. Наличие сапонина значительно улучшило смешиваемость и устойчивость суспензии железной руды. Анализ напорных потерь и удельного энергопотребления доказывает экономическую целесообразность использования поверхностно-активных веществ для транспортировки рудной пульпы по трубопроводам.

Для расчета устойчивости ограждающей дамбы хвостохранилища проведены экспериментальные исследования раздробленных скальных пород на крупногабаритном стенде методом среза целиков. Определены их прочностные свойства при различных значениях гранулометрического состава и плотности, а также диаметра срезных колец и нормального давления. Установлено, что угол внутреннего трения раздробленных скальных пород в уплотненном состоянии изменяется в диапазоне 35 -40°, сцепление от 0.0256 до 0.0293 МПа, в неуплотненном состоянии в диапазоне 25 - 30° и от 0.0163 до 0.0184 МПа соответственно.

Изложена постановка и приведено решение задачи по обоснованию рациональных технических параметров многоприводных высокопроизводительных ленточных конвейеров для транспортирования насыпной угольной массы. Рассмотрены теоретические основы тягового расчета ленточных конвейеров, включающие в себя основное уравнение динамики работы ленточных конвейеров, особенности расчета при стационарном и пусковом режимах работы с учетом кривизны трассы в плане и по профилю. Дано обоснование рациональной ширины ленты и производительности ленточного конвейера. Рассчитаны силы тяги и мощности электродвигателей многоприводного ленточного конвейера. Осуществлена проверка выбранной конвейерной ленты по условиям прочности. Приведен пример расчета с помощью разработанной программы “ЛЕНТА 1.0” многоприводного ленточного конвейера шахты “Инаглинская” Южно-Якутского угольного бассейна.

Проведен анализ конструктивных схем пневматических ударных машин и обосновано применение пневмоударной машины, созданной на основе комбинированного воздухораспределения с использованием упругого клапана, для реализации адаптивных технологических процессов. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики рабочего цикла пневмоударного устройства с возможностью регулировки его энергетических параметров в процессе работы.

Представлен краткий обзор публикаций по флотации кальцийсодержащих минералов. Установлена связь флотационной активности собирателя с работой, выполняемой физически сорбируемым собирателем при закреплении минеральной частицы на пузырьке газа. Экспериментально показано, что снижение работы физической формы сорбции приводит к уменьшению извлечения и увеличению отношения содержания полезного компонента в концентрате к его извлечению. Установленная зависимость - основа для разработки новых методов повышения качества флотационных концентратов. Предложен метод выбора композиции собирателей, позволяющий повысить селективность извлечения полезных минералов

Получены зависимости спектрального распределения мощности люминесцентного излучения и спектрально-кинетические характеристики сигнала рентгенолюминесценции органических коллекторов, обосновывающие возможность их применения в составе реагентов-модификаторов. На основе комплексной оценки эффективности органических жидкостей по их адгезионной способности к алмазам и экстракционной способности к неорганическим люминофорам выбраны следующие органические коллекторы: дизельная техническая фракция, тяжелый газойль каталитического крекинга, их смеси. Установлена возможность замещения спектральных функций органических люминофоров содержащимися в органических коллекторах полиароматическими углеводородами, которые формируют интенсивный сигнал, близкий к сигналу органических люминофоров. Показана высокая эффективность реагентов-модификаторов, включающих в состав композиций органические коллекторы и гидрофобизированные люминофоры Э-515-115-Г5 и ФЛ-530-Г3. В качестве органического коллектора применялась смесь тяжелого газойля каталитического крекинга и дизельной технической фракции в соотношении 6:1 - 9:1. Извлечение слабо- и аномально люминесцирующих алмазов составило 80 -90 %, кимберлита не более 1 %. Полученные результаты позволяют рекомендовать разработанные реагенты-модификаторы для применения в промышленных схемах рентгенолюминесцентной сепарации алмазосодержащего материала.

Обоснована перспективность использования функционализированных магнитных наночастиц для извлечения металлов из технологических растворов и кондиционирования промышленных сточных вод. Приведены результаты экспериментальных исследований по извлечению меди из растворов с использованием магнитного наносорбента на основе магнетита, функционализированного тиоктовой кислотой. Определены характеристики сорбции в зависимости от исходной концентрации растворов в сравнении с нефункционализированным наноразмерным магнетитом. Описан механизм формирования медьсодержащего осадка, включающий хемосорбцию на активных центрах тиоктовой кислоты, сорбцию на чистой поверхности магнетита и дальнейшую перекристаллизацию сорбата в собственные минеральные медьсодержащие фазы. Изучен фазовый состав меди в осадке, показана возможность ее извлечения. Предложена технология кондиционирования медьсодержащих растворов. При стадиальном использовании магнитного наносорбента достигается очистка технологических растворов до норм предельно допустимых концентраций с одновременным получением концентрата для последующей гидрометаллургической переработки.

Золотосодержащие гуминовые препараты рассмотрены в качестве объекта для исследования в них форм золота. Приведены результаты экспериментов, позволяющие оценить подвижность соединений золота при осаждении гуминовых кислот. Серией опытов по переосаждению гуминовых кислот показаны близкие свойства золота, растворенного в присутствии селективного растворителя и без него. При помощи аминокислотного анализа гуминовых кислот до и после их взаимодействия с гидроксидом аммония показано увеличение содержания способных к растворению золота аминокислот. Стадийным центрифугированием золотосодержащих жидких гуминовых кислот при ускорении от 4000g до 233000g и рН 11 исключено наличие в растворе золотосодержащих наночастиц, что позволяет охарактеризовать гомогенность растворов. Показано влияние воздействия деструктивных по отношению к органическим соединениям факторов на совместное осаждение золота и гуминовых кислот.

Рассмотрен метод выщелачивания серебра. Установлена высокая доля растворения серебра 89.7% при концентрации тиосульфата аммония 30 г/л, концентрации сульфата меди 0.5 г/л, температуре выщелачивания 25 °C, продолжительности выщелачивания 4 ч. Построена модель прогнозирования условий растворения серебра на базе нечеткой логики. В качестве критериев выбраны: концентрация тиосульфата аммония, сульфата меди и продолжительность выщелачивания. Данная модель хорошо согласуется с экспериментальными данными. Полученные результаты позволяют применять моделирование на базе нечеткой логики для прогнозирования параметров выщелачивания серебра из хвостов обогащения.

Рассмотрена концентрация химических элементов в подотвальной воде в зависимости от сезона и климатических условий. Особенности состава подотвальных вод проанализированы по сравнению с химическим составом пород отвала с помощью их водной и кислотной вытяжек. Для большинства изученных элементов наблюдается хорошая корреляция между их содержанием в кислотной вытяжке и содержанием в породе отвала. При этом результаты водной вытяжки не могут использоваться в качестве надежного основания для прогноза состава подотвальных вод.

Рассмотрено влияние водопритока на работу главной водоотливной установки подземного рудника “Удачный” АК “АЛРОСА”. Установлено, что содержание твердых частиц в шахтных водах повышается при росте водопритока в рудник. Предложен способ по недопущению попадания в рудник в теплое время года дополнительного водопритока, обусловленного планируемым демонтажем одной из насосных станций из-за осыпей бортов нерабочего карьера. Рассчитан ожидаемый срок окупаемости предлагаемого технологического решения.