Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2023 номер 6

Для обоснования условий обеспечения устойчивости уступов и участков бортов карьеров приведены этапы развития соответствующей нормативной базы. Рассмотрены дополнительные факторы, влияющие на устойчивость уступов и участков бортов карьеров в гравитационно-тектоническом поле напряжений. Представлены основные направления изучения прибортовых массивов на действующих карьерах и показана необходимость определения тектонических напряжений в прибортовых массивах скальных горных пород и учета их воздействия на устойчивость карьерных откосов. Разработан алгоритм обоснования параметров уступов и участков бортов карьеров в тектонически напряженных массивах горных пород, сформулированы принципы ведения буровзрывных работ в приконтурных зонах и способы уменьшения воздействия взрывных работ на законтурный массив.

Методом георадиолокации исследована трехслойная модель контакта “бетонная крепь - полость - породный массив” с учетом вариации толщины полости и электромагнитных свойств материалов, ее заполняющих. Численное моделирование основано на использовании метода конечных разностей во временной области. Результаты численного моделирования сопоставлены с результатами физического моделирования, реализованного с помощью георадара SIR-3000 и антенного блока Model52600 с рабочей частотой 2.6 ГГц (S-диапазона). Установлено влияние размеров полости в бетонной обделке и электромагнитных свойств заполняющего материала на точность измерения дальности до нижней границы полости, а также до неоднородности в виде металлической арматуры, расположенной непосредственно за полостью в породном массиве, и толщины самой полости.

Рассмотрена постановка задачи об определении теплового и напряженно-деформированного состояния породного массива при ведении горных работ на больших глубинах. Предложен подход к определению стационарного поля температур, возникающих в районе отработки запасов полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, с однократным формированием матрицы жесткости расчетной системы. Установлено, что учет изменения температуры в массиве с глубиной приводит к увеличению исходных горизонтальных напряжений, а исходные вертикальные напряжения не изменяются. Метод расчета перераспределения напряженного состояния массива горных пород в ходе ведения очистных и закладочных работ, в котором на всех этапах расчета используется одна и та же матрица жесткости, модернизирован для случая учета температурных напряжений. Проведены расчеты теплового и напряженного состояний породного и закладочного массивов для одного из вариантов отработки пологопадающего рудного тела с закладкой выработанного пространства.

Математическое моделирование процесса ползучести и длительной прочности горных пород осуществляется на основе неассоциированного с поверхностью нагружения Кулона - Мора закона течения. Предлагается единый подход к описанию процессов пластичности и ползучести. Приводится сравнительный анализ теоретических расчетов с данными опытов на различных материалах. При деформировании горных пород в условиях ползучести рассматриваются прикладные задачи о предельном состоянии горного массива при плоской деформации: давление твердого штампа с плоским основанием на породный массив, ограниченный горизонтальной плоскостью и занимающий нижнюю часть полупространства, потеря устойчивости борта карьера или природного склона при действии различных нагрузок. В этих задачах определяются напряжения в зонах предельного состояния и времена разрушения породного массива с учетом внутреннего трения горных пород.

Рассматриваются тектонические напряжения Западно-Сахалинского террейна, полученные с использованием различных тектонофизических методов. Представлена реконструкция поля напряжений угольных месторождений Сахалина, проведенная с помощью графического метода определения ориентировки осей напряжений по трещинам и разрывным нарушениям (для 16 точек наблюдения). Дополнительные полевые тектонофизические исследования позволили оценить преимущественную ориентацию основных систем зеркал скольжения разной кинематики и на их основе реконструировать параметры локальных стресс-тензоров в 53 точках наблюдения. По типу напряженного состояния для Западно-Сахалинского террейна наиболее характерным является горизонтальное растяжение.

Описаны особенности отработки свиты угольных пластов. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния массива горных пород при отработке нижних пластов свиты с учетом влияния угольных целиков и выработок на верхних пластах. Рассмотрены различные варианты расположения подготовительной выработки на нижнем пласте свиты, охраняемой целиком. Выполнен прогноз напряженно-деформированного состояния массива горных пород, адаптированный к условиям шахт юга Кузбасса, на основе которого осуществляется выбор наиболее безопасного с геомеханической точки зрения варианта расположения подготовительной выработки.

Представлены результаты исследований проницаемости угольных кернов со сквозной дренажной трещиной, расклиненной монослоем проппанта и без него. Описана методика экспериментов. Приведены параметры трещиновато-блочной структуры тестируемого длиннопламенного угля. Показана перспективность расклинивания дренажных трещин разреженным монослоем проппантов для увеличения проницаемости глубокозалегающих угольных пластов.

Предложена методика определения степени окисляемости и самовозгорания руд и горных пород в условиях Октябрьского месторождения. Определена скорость окисления сульфидной руды, которая увеличивается после увлажнения. Приведены результаты исследований склонности к самовозгоранию руды и вмещающих пород, выделения газов в изотермических условиях и при нагревании. Установлена склонность сульфидной руды, роговиков и габбро-долеритов к самовозгоранию.

Теоретически и экспериментально обоснованы перспективные методы модификации сапонита - пилларинг и термическая обработка, обеспечивающие получение сорбентов с высокой емкостью катионного обмена по отношению к катионам тяжелых металлов. Механизм пилларинга и термической модификации при температуре 625 °С сапонитсодержащего продукта заключается в расширении слоев минерала, образовании дополнительных кислотных или окислительно-восстановительных центров (пилларинг), в изменении структуры с образованием метастабильных фаз (термическая обработка). Модификация сапонита обеспечивает повышение статической обменной емкости по отношению к катионам меди при пилларинге - в 2 раза, при термической модификации - в 2.6 раза.

Рассмотрены основные механизмы активации флотации ионами металлов, дан их критический анализ. Показано, что ионы металлов могут быть активаторами или депрессорами флотационного процесса. На основе механизма работы физически сорбируемых собирателей раскрывается, в каких случаях металлы являются активаторами, а в каких - депрессорами. Предложен один из методов повышения селективности выделения целевого минерала при нежелательной активации флотации сопутствующих компонентов. Результаты работы могут быть полезны при выборе металла активатора, соотношения концентраций активатора и собирателя, рН флотационной системы.

Представлены результаты оценки обогатимости железных руд Яковлевского месторождения Курской магнитной аномалии с применением различных методов крупнокускового обогащения: магнитного, гравитационного, рентгенорадиометрического. Детальное изучение проводилось на материале класса крупности - 100 + 25 мм, содержащем 25 - 45 % Fe_общ, 3 - 35 % Fe_магн и требующем обогащения. Установлено, что эффективное разделение исходной рудной массы на рудный и породный продукты обеспечивается посредством рентгенорадиометрического метода кускового предварительного обогащения на классе крупности - 50 + 25 мм. При значении аналитического параметра, равного 2, обеспечивается повышение содержания Fe_общ в рудном продукте в 1.18 раза при его потерях 5.52 %.

Исследовано влияние режимов термической и радиационно-термической обработки ожелезненных бокситов Вежаю-Ворыквинского месторождения и установлены различные механизмы минеральных превращений. Если при термической обработке оксогидроксиды переходят в безводные оксиды алюминия и железа, то за счет радиационно-термической модификации из рассеянных микроэлементов образуются металлические сплавы и новые минералы в виде крупных индивидов. Железистые бокситы рекомендуется перерабатывать на основе достижений фундаментальных наук, в первую очередь наноминералогии, и выявленного эффекта фазовой гетерогенизации. Это позволит повысить извлечение из некондиционных бокситов и красных шламов тонких частиц не только алюминия, но и других ценных компонентов экологически безопасными способами.

Выполнены экспериментальные исследования обогащения хромитовой руды из месторождения Ашкале-Коп (пров. Эрзурум, Турция) с помощью концентратора Кнельсона KC-MD3 лабораторного типа. В качестве переменных величин рассмотрены следующие параметры: интенсивность подачи пульпы, расход промывной воды, доля твердого вещества в пульпе, скорость вращения чаши и размер (фракция) частиц. В результате экспериментальных исследований получен хромитовый концентрат с максиальным содержанием Cr₂O₃ 54.68 % при скорости потока промывной воды 12 л/мин, скорости подачи пульпы 1.5 л/мин, доли твердого вещества 20 % и скорости вращения чаши 800 об./мин. Наибольшая доля извлечния (76.85 %) получена при расходе промывной воды 6 л/мин, интенсивности подачи пульпы 1.5 л/мин, доли твердого вещества 20 % и скорости вращения чаши 1080 об./мин.

Исследовано влияние эксплуатационных параметров - напряженности магнитного поля и скорости вращения магнитного валка с целью получения высококачественного концентрата, удовлетворяющего требованиям для промышленного использования. Применялся высокоинтенсивный магнитный сепаратор с индукционным валком MIH(13)111-5. Наилучшие результаты выявлены при напряженности магнитного поля 1.66 Тл и скорости вращения валка 24 об./мин. В ходе испытаний получен концентрат полевого шпата, содержащий 0.16 % Fe₂O₃, 0.01 % TiO₂ и 10.31 % щелочных минералов K₂O + Na₂O с массовой долей извлечения ~ 69.24 %, отвечающий требованиям производства белой глазури и керамики.

Исследовано комбинированное взрывное и реагентное воздействие на сцементированную минеральную массу, моделирующую рудный массив, осуществляемое путем размещения зарядов взрывчатого вещества внутри растворов реагентов. Предварительная взрывоинъекционная обработка модельного материала различными активными реагентными комплексами приводит к предокислению содержащейся в нем меди, что повышает эффективность процессов ее последующего выщелачивания. Максимально достигнутый прирост выхода меди в продуктивный раствор относительно контрольного значения составил 83 %. Для предокисления меди, входящей в состав модельного материала, в процессах комбинированного взрывного и реагентного воздействия применялись: электроактивированный раствор гидрокарбоната натрия и перекиси водорода, смесь гидроксида натрия и перекиси водорода, гипохлорит натрия, а также дистиллированная вода. В качестве комплексообразователя для выщелачивания меди использовался реагент “Золотая цикада” (Jin Chan) - стандартный и активированный. Установлено, что активация раствора бикарбоната натрия с применением его электрохимической обработки, перед вводом в него комплексообразователя, позволяет более эффективно извлекать медь из подготовленного взрывоинъекционной обработкой модельного материала.

Развит поляризационно-оптический метод измерения напряжений на основе кольцевых фотоупругих датчиков со съемом картин изохром-изолиний цифровой камерой и их распознаванием с помощью нейронных сетей. Сделан обзор современного применения метода фотоупугости для различных задач теории прочности и анализа горного давления. В результате лабораторного эксперимента собран датасет из 15 000 изохроматических изображений. В качестве машинного алгоритма обучения использован подвид нейросети - сверточная нейронная сеть, модель Inception. Рекомендовано применение в горных выработках скважинных датчиков для непрерывного мониторинга изменения напряженного состояния массива пород и интеграция данных в цифровую модель месторождения на основе технологий IoT.

Предложен порядок получения и интерпретации различными средствами и методами геопространственных данных при ведении горных работ, повышающих точность оценки техногенно нарушенных земель. Разработанный подход базируется на принципе поэтапного перехода от территорий технологических объектов к их отдельным участкам. Показаны примеры интеграции данных спутниковой съемки местности, наземного лазерного сканирования и съемки с беспилотных авиационных систем в цифровые модели местности. Отмечено, что рациональное сочетание различных методов получения и интерпретации геопространственных данных позволяет формировать высокоточную геоинформационную основу цифровых двойников различных объектов, связанных с недропользованием.

Изучаются тенденции и особенности освоения месторождений угля в восточных регионах России. Анализируются используемые и планируемые к применению решения компаний по добыче и поставкам на конкурентные рынки угольной продукции: рядовое топливо, концентрат, промпродукт. Рассматриваются подходы к рациональному управлению горно-обогатительными комплексами при работе в составе цепочек поставок и обеспечению требуемого уровня качества добываемого и поставляемого потребителям твердого топлива.

Выполнен статистический анализ несчастных случаев, произошедших за 1951 - 2020 гг. на угольных шахтах Индии. Использовались модель ARIMA, метод двойного экспоненциального сглаживания по Брауну и Хольту, а также прогнозирование с помощью искусственной нейронной сети (ИНС-модель). Установлено, что ИНС-модель наиболее эффективна для обработки собранных данных и прогнозирования несчастных случаев на угольных шахтах Индии, обеспечивая наименьшие значения среднеквадратической и средней абсолютной ошибок.