Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2025 номер ...

Выполнена постановка краевой задачи для моделирования напряженно-деформированного состояния геомассива с учетом нелинейного характера деформирования пород в зонах влияния подземных горных выработок. Рассмотрены различные варианты расположения скважин для направленного гидроразрыва пород труднообрушаемой кровли, позволяющие снизить риск опасных геодинамических явлений при отработке пологого угольного пласта длинными очистными забоями. Результаты численного моделирования показали, что наиболее эффективным вариантом является расположение инициирующей щели в кровле пласта параллельно природному напластованию горных пород в углепородном массиве. Установлено, что существенное влияние инициирующие щели оказывают на уменьшение смещений пород кровли над забоем вследствие разгрузки массива горных пород между искусственной трещиной и отрабатываемым угольным пластом. Этот эффект усиливается при увеличении длины инициирующей щели до 10 - 20 м.

Представлены численные исследования о возможности использования давления распространения гидроразрыва массива горных пород вблизи горной выработки для оценки напряженного состояния среды. Разработка и тестирование предлагаемого подхода выполнено на основе результатов численных экспериментов трехмерного моделирования гидроразрыва вблизи цилиндрической полости. Для решения основных уравнений модели использовался расширенный метод конечных элементов. Установлены закономерности изменения давления распространения трещин гидроразрыва вблизи цилиндрической полости. Приведены соотношения для определения напряжений в случае однородного сжатия среды и в неоднородном поле, когда минимальное напряжение действует перпендикулярно оси полости. Исследовано, как изменяется ошибка при использовании предлагаемого метода в зависимости от соотношений между параметрами модели. Показано, что в некоторых случаях по траектории трещины гидроразрыва, ее выходу на поверхность полости и давлению распространения можно оценивать направление действия минимального напряжения.

С использованием метода дискретных элементов проведен численный анализ скалярных и векторных свойств сыпучей среды при нагружении по двухзвенным ломаным траекториям. Выполнены расчеты по нагружению образцов сыпучей среды при циклическом знакопеременном сдвиге и сдвиге с изломом траектории деформирования. Исследован вопрос о величине следа запаздывания по Ильюшину. На основе анализа дилатансии даны оценки следа запаздывания скалярных свойств среды. Запаздывание векторных свойств оценено путем сравнения компонент тензоров напряжений и деформаций в процессе нагружения. Даны количественные оценки. Установлено, что след запаздывания скалярных и векторных свойств для сыпучих сред на один-два порядка выше, чем для металлов.

Дана оценка удароопасности массива горных пород при отработке подкарьерных запасов месторождения Саяк-1. Месторождение отрабатывается камерно-столбовой системой до глубин 295 м от дна карьера. В настоящее время под дном карьера Центральный Саякского месторождения сосредоточены запасы, большая часть которых представлена рудными целиками. При отработке месторождения отмечены единичные случаи проявления горного давления в динамической форме. В лабораторных условиях определены деформационно-прочностные свойства горных пород. Выявлена склонность образцов керна к удароопасности. Параметры природного поля напряжений на месторождении замерены методом гидроразрыва скважин. Определен показатель интенсивности трещиноватости массива горных пород RQD. Установлено, что массив месторождения относится к крепким и среднетрещиноватым. Среднее значение предела прочности пород на одноосное сжатие составляет 95.85 МПа. По критерию Кайзера потенциал удароопасности у пород месторождения отсутствует, вследствие чего возможность динамических разрушений маловероятна. Показано, что для всех типов пород месторождения, склонных к горным ударам, на глубине до 295 м значения коэффициента K , характеризующего удароопасность массива, меньше критического. Уровень максимальных напряжений, действующих вблизи горных выработок месторождения и обусловленных отработкой запасов руд, не достаточен для провоцирования динамических проявлений горного давления.

Представлены результаты исследований устойчивости бортов карьеров и разрезов на месторождениях Забайкальского края, выполненные на стадиях детальной разведки месторождений, проектирования и реконструкции карьеров. Отличительные особенности рассмотренных карьеров - тектоническая нарушенность пород массивов, включая зоны разломов, дробления и смятия. Ранее такие оценки проводились в рамках традиционных подходов, а выводы делались без оценки вероятности обрушения бортов и их участков. Современные правила обеспечения устойчивости бортов и уступов карьеров рекомендуют выполнять количественную оценку вероятности обрушения, основанную на вероятностном расчете, с помощью методов статистических испытаний, например метода Монте-Карло. Благодаря использованию метода статистических испытаний и полученным с его помощью результатам, можно не только количественно оценить возможные риски обрушения бортов карьеров, но и более четко сформулировать требования к точности исходных данных.

С помощью методов численного и физического моделирования изучено влияние ширины зоны нарушения сплошности массива и диаметра фракции раздробленной горной породы на параметры георадиолокационных сигналов. Зона нарушения сплошности рассматривалась как слой с шероховатыми границами. Выявлены зависимости между погрешностью измерения ширины такого слоя и размером фракции раздробленной породы.

На основе полевых исследований выявлено наличие структурных плоскостей в породном массиве и определены гидрологические условия налегающих пород над выработанным пространством. Изучен механизм возникновения оползневых явлений в условиях холодного климата и большой высоты склона, возникающих из-за сложной системы выработок. С учетом полученных результатов дан анализ механизма возникновения оползня. Анализ устойчивости горного склона, поверхность скольжения и призма сползания выполнен с помощью метода конечных элементов в двумерной постановке. Основными причинами обрушения горного склона являются: крутизна структурной плоскости в породном массиве, эрозия почвы из-за атмосферных осадков, цикл “замерзание - оттаивание”; подземная отработка рудного тела. Геологические условия определены как внутренняя причина, а подземная добыча - как внешняя. Совместное воздействие внутренних и внешних причин приводит к возникновению оползневого явления.

Рассмотрена методика перехода от удельной энергоемкости бурения к оптимальным технологическим параметрам буровзрывных работ на примере медно-порфирового месторождения Коктасжал. Предлагаемая методика определения крепости пород по сравнению с проводимыми с этой целью лабораторными испытаниями обеспечивает возможность получения в режиме реального времени, без значительных затрат, превентивной информации о массиве, что может быть использовано для решения практических вопросов, в частности управления и оптимизации процесса БВР. Выполнена корректировка проекта массового взрыва блока № 18-19 на Теректинском ГОКе. Удельный расход взрывчатого вещества рассчитывался для каждой скважины по традиционной методике и по предлагаемой с учетом удельной энергоемкости бурения. Экспериментальные исследования с определением показателя энергоемкости бурения в качестве критерия оптимизации буровзрывных работ показали положительный результат и существенный экономический эффект. Экономия составила больше 10 % от общего количества взрывчатого вещества, заложенного в проект на массовый взрыв. Улучшено качество дробления породы, что положительно сказывается на работе дробильно-сортировочного комплекса.

Обоснован метод камуфлетно-скважинного взрывания с применением рассредоточенного скважинного заряда, предназначенный для рыхления многолетнемерзлых крупнооблочных вечномерзлых (гравийно-галечниковых) пород на угольных разрезах в криолитозоне Дальневосточного региона. Ключевая особенность метода - разделение скважинного заряда, при котором верхняя часть инициируется отдельно от нижней камуфлетной части с выдержкой времени не менее суток. Это позволяет создать искусственный квазипарниковый эффект за счет запирания продуктов детонации нижней части заряда. Внедрение метода на разрезе “Буреинский” Хабаровского края позволило достичь снижение удельного расхода взрывчатых веществ более чем в 1.5 раза, увеличить недобур скважины относительно проектной отметки подошвы уступа до 2 м, а также повысить уровень безопасности за счет увеличения объема массового взрыва более чем в 2 раза.

Исследован процесс образования зависаний горной массы при ее выпуске из подкровельной толщи с использованием механизированной крепи. Выявлена прямо пропорциональная зависимость между продолжительностью выпуска горной массы и вероятностью возникновения над выпускным отверстием статических сводообразований, препятствующих выпуску. Разработанный подход позволяет более точно определять зоны и условия образования зависаний в модели с одной секцией крепи. При работе нескольких секций крепи, осуществляющих одновременный выпуск угля, вероятность возникновения зависаний может значительно снизиться за счет создания общей зоны выпуска.

Рассмотрена задача численного моделирования динамики движения лифта и противовеса при эксплуатации лифтоподъемника в вентиляционном стволе с учетом поступающего в шахтный ствол потока воздуха. Разработана конечно-элементная модель исследуемой системы. При решении выполнен учет поворота и перемещения лифта и противовеса, а также упругих сил, действующих со стороны ролика. Изучены положения движении лифта и противовеса при различных жесткостях пружин, обеспечивающих непрерывный контакт ролика с направляющей. Получены распределения давлений в шахтном стволе и поле горизонтальных перемещений элементов лифтоподъемника и значения сил упругости, возникающих в пружинах роликов лифта и противовеса.

Основное назначение пенообразователей - формирование мелких пузырьков и пенного слоя требуемого строения, влияющих на флотируемость минералов. Изучены собирательные и селективные свойства пенообразователей. На основании механизма работы физически сорбированного реагента предложена гипотеза собирательного действия пенообразователей во флотационном процессе. Поверхностно-активные вещества, сокращая время индукции, снимают кинетическое ограничение образованию флотационного комплекса “минеральная частица - пузырек газа”. Их собирательные свойства определяются поверхностной активностью по отношению к границе раздела “газ - жидкость”, плотностью сорбции на извлекаемом минерале. Показано, что пенообразователи работают на границе раздела “газ - жидкость”, а не на границе раздела “твердое - жидкость”, поэтому не являются селективными собирателями. Их высокие поверхностная и флотационная активности приводят к неселективному извлечению минералов в концентрат. Доказано, что пенообразователи с малой поверхностной активностью в меньшей мере проявляют собирательные свойства на целевых минералах и минералах вмещающих пород и поэтому являются более селективно работающими реагентами.

Рассмотрена возможность применения гравитационного предварительного обогащения свинцово-медно-цинковой руды существующего производства в тяжелых средах. Испытания проведены на трех пробах руды месторождения “Рудник” в Сербии. При использовании рассматриваемого метода реализуется ряд преимуществ на этапе измельчения руды: сокращается удельный расход на тонну перерабатываемой руды в результате экономии электроэнергии; снижается количество флотореагентов. Изучен вопрос предварительного обогащения забалансовой руды. Потенциальное применение процедуры предобогащения позволит увеличить запасы руды при сохранении флотационной мощности на достигнутом уровне. Качество получаемого предконцентрата останется на уровне исходной руды, и загрузка флотационной фабрики сохранится.

С целью компьютеризации исследований при совершенствовании технологии переработки железных руд разработан методологический подход к изучению структуры и механических свойств суспензии тонкодисперсных магнитных частиц. В его основе - имитационное моделирование движения агрегатов частиц в жидкости и калибровка параметров модели экспериментальными данными о зависимости вязкости от температуры и скорости сдвига. Исследована структура агрегата частиц магнетита и определены длина и состав цепочки частиц, образующейся вследствие магнитного диполь-дипольного взаимодействия. На примере суспензии кварца и магнетита показано, что вследствие внутреннего вращения происходит сворачивание цепочечного агрегата в клубок, увеличение вязкости суспензии в присутствии противоположно заряженных частиц примеси при консолидации и сжатии клубков на примере суспензии кварца и магнетита.

Природный перенос золота - перманентный, устойчивый процесс в зоне гипергенеза в золотоносном массиве. Диссипация и концентрация золота зависят от свойств геохимических барьерных условий массопереноса. Одним из основных агентов в процессах гипергенных вещественных преобразований являются природные гуминовые соединения, постоянные участники гипергенеза. Проведен экспериментальный подбор геологического прототипа гидрохимического процесса массопереноса и концентрирования золота для условий золотоносной коры выветривания. Представлены основные условия и возможный механизм создания гипергенных зон концентрации на основе учета свойств отдельных фракций гуминовых веществ.

Рассмотрены актуальные проблемы и особенности эксплуатации промышленных горно-гидротехнических объектов в Арктической зоне РФ. Разработан комплексный методический подход к дистанционному обследованию и мониторингу в режиме реального времени сопряженных горно-гидротехнических сооружений и особо охраняемых природных территорий на основе современных космических и цифровых технологий. Прогноз и управление техногенными рисками осуществлены путем создания цифровых двойников и информационных карт рисков с ранжированием объектов по степени опасного воздействия на основе обобщения пространственных данных, полученных при построении геофильтрационной 3D-модели массива и гидрогеомеханического моделирования формирующихся фильтрационно-деформационных процессов, а также дешифрования и анализа космоснимков районов промышленного загрязнения территориальных вод и приземного слоя атмосферы. Представлены результаты геофильтрационного 3D-моделирования гидротехнического сооружения. Показаны эффективные способы удаленной оценки и контроля за состоянием горно-гидротехнических объектов и водных акваторий с помощью методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Приведены результаты исследований в горнопромышленном регионе аэротехногенного воздействия на окружающую среду.