Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2015 номер 5

Приведено обоснование решений по переходу к производству вскрышных работ высокими уступами на разрезах Кузбасса, что позволит увеличить объем отрабатываемых запасов угля и улучшить технико-экономические показатели. Установлена зависимость между периодом перехода к производству вскрышных работ высокими уступами и приращением конечной глубины горных работ. Обоснован выбор высоты вскрышного уступа на основе зависимости изменения эксплуатационных затрат от высоты разрабатываемого слоя. Практическая значимость исследований заключается в разработке нового подхода к обоснованию целесообразности применения высоких уступов при транспортной системе разработки месторождений и создания методики определения приращения конечных границ разреза при переходе к производству вскрышных работ высокими уступами.

Необходимость разработки и внедрения новых технологий, а также применения современного высокопроизводительного оборудования для подземной разработки мощных пологих пластов угля требует строгого соблюдения технологической дисциплины, снижения уровня эксплуатационных потерь и выбора оптимального режима проветривания. Выполнен анализ схем проветривания выемочных полей на мощных пологих пластах с целью установления влияния схем, способов и параметров проветривания выемочных полей на распределение утечек воздуха в выработанном пространстве.

Представлены результаты исследований по разработке угольных месторождений открытым способом, обоснованы варианты технологий, базирующиеся на новых технологических и организационных принципах развития горных работ на карьерах. На основе метода горно-геометрического анализа карьерного поля и технологического конструирования систем разработки созданы технологии отработки месторождений очередями при изменении направления подвигания фронта горных работ. Они обеспечивают повышение широкого комплекса технико-экономических и экологических показателей при ведении горных работ на карьерах. При этом основные схемы очередности находятся во взаимосвязи с природно-технологичес-кими группами месторождений, которые влияют на форму и параметры карьерного поля (конечных контуров) в поперечном сечении и на структурные особенности (параметры) рабочих зон, образуя геометрический тип карьерного поля.

Рассмотрено применение технологического оборудования для открытой разработки угольных месторождений с ограниченными запасами. Систематизированы способы размещения вскрышных пород в отвалах. Предложен новый способ отвалообразования вскрышных пород, снижающий изъятие земельных ресурсов за счет использования карьерной выемки смежного участка. Представлены зависимости площади внешнего отвала с учетом коэффициента, учитывающего размещение вскрышных пород и объема карьерной выемки смежного участка. Выполнен анализ факторов, позволяющий размещать вскрышные породы в карьерных выемках.

Рассмотрены аспекты брикетирования топлива из отходов угледобычи и углепереработки. Представлена комплексная технология переработки угольной и коксовой пыли, включающая обогащение исходных компонентов методом масляной агломерации, получение топливных брикетов со связующим. Проведен выбор оптимального связующего, в качестве которого использованы фусы коксования. Исследовано влияние вида прессования и содержания разных типов связующих на прочностные характеристики топливных брикетов. Приведены качественные характеристики концентрата из обогащенной угольной и коксовой пыли и изготовленных на его основе топливных брикетов.

Описаны методы оценки надежности прогнозирования пиковой скорости колебаний при промышленных массовых взрывах с применением статистического анализа остатков регрессии. Приведен пример регрессионного анализа экспериментальных данных с последующим статистическим анализом остатков регрессии.

Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований на опытном полигоне закономерностей изменения физических свойств грунтового массива при электрохимическом закреплении. Применяемые методы мониторинга: инженерно-геологические изыскания с лабораторными испытаниями проб грунтов, статическое геомеханическое, сейсмическое, электрическое и георадиолокационное зондирование. Экспериментально подтверждено формирование в межэлектродном пространстве трех основных зон (упрочнения, осушения, промежуточной), установлены диапазоны пространственно-временных изменений влажности, модуля деформации, сцепления, угла внутреннего трения, скоростей упругих волн, удельного электросопротивления, интегральных параметров георадарограмм. Обоснованы пути повышения эффективности двух- и однорастворной схем электрохимического закрепления, областей применения геофизических методов мониторинга.

Построен трехмерный вероятностный клеточный автомат для моделирования накопления элементарных повреждений и эволюции их кластерной структуры. Исследованы кинетические зависимости числа кластеров и эволюция временных корреляционных функций для числа кластеров и числа элементарных повреждений. Подтверждено, что переход временной автокорреляционной функции случайного процесса “число импульсов эмиссии” через локальный минимум в области отрицательных корреляций можно интерпретировать как предвестник перехода нагруженного материала на стадию, непосредственно предшествующую необратимому разрушению.

Представленный материал является частью исследований авторов в области влияния инновационного развития угольного бизнеса на конкурентоспособность региона. Описывается концептуальная модель инновационной трансформации угольной отрасли Кузбасса, основанная на использовании принципов согласования интересов бизнеса и власти с целью повышения конкурентоспособности региона. На ее базе предлагается разработать “дорожную карту” модернизации территориального угольного комплекса, что должно создать условия для перехода угольной отрасли от нынешнего положения донора к роли драйвера развития экономики Кемеровской области. Одновременно это позволит оценить масштабы федеральных и региональных ресурсов, которые целесообразно задействовать для практической реализации этого амбициозного, сложного и дорогостоящего “проекта”.

Приведены результаты исследования теоретико-прикладных аспектов процесса управления экологическими рисками применительно к угледобывающим и углеперерабатывающим предприятиям, выделены и решены задачи, предусматривающие идентификацию экологических рисков, оценку вероятности наступления неблагоприятных событий, определение структуры возможного ущерба, собственно оценку риска, а также оценку эффективности технологических и организационных методов и мер воздействия на экологический риск, направленных на его снижение или ликвидацию, принятие решения о внедрении в практику управления риском конкретных мер с последующим контролем данного процесса. Рассмотрены группы технологических и организационных мероприятий, направленных на минимизацию или нейтрализацию рисков. Основной результат исследования - формирование комплекса мер по снижению экологических рисков, в частности технологий сверхглубокой очистки диэлектрических жидкостей; внедрение оборудования по переработке отработанных шин большегрузного карьерного транспорта; формирование и последующая актуализация системы менеджмента качества; повышение эффективности рекультивации нарушенных земель, а также переработка отходов гидродобычи и углепереработки.

Добыча полезных ископаемых на больших глубинах требует дополнительной информации о физике поведения горных пород с глубиной (в условиях значительных напряжений). Без этого все расчеты технологий для больших глубин, использующие аналогию с малыми глубинами, не информативны. Модули упругости пород могут зависеть от накопленной пластической деформации, и в известных экспериментах на металлах их уменьшение значительное. Представляет интерес изучение влияния этого свойства пород на распределение остаточных напряжений и смещений. Упругое изменение формы после проведения выработки (снятия нагрузки) оказывает существенное влияние на состояние пород, приводит к появлению переходного слоя, окружающего ее. Происходит локальный сброс энергии деформации в окрестности выработки, что обеспечивает уменьшение концентрации напряжений. Проблема исследуется на основе аналитического решения для заглубленной круговой выработки под действием сжимающих постоянных усилий на бесконечности и решения, учитывающего изменение модуля Юнга. Предложен алгоритм расчета геомеханического состояния массива и определены пределы изменения напряжений и смещений в зоне влияния выработки. Приведены примеры расчета и обсуждены результаты.

Рассмотрена задача оптимизации системы наблюдений микросейсмического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых. Разработана методика оценки точности результатов локации гипоцентров отдельных событий. Показано преимущество комбинированной системы наблюдения с распределенными подземными приемными антеннами и дополнительными датчиками, удаленными от плоскости продуктивного пласта. Полученные результаты важны для оптимизации систем наблюдения, повышения эффективности микросейсмического мониторинга при добыче твердых полезных ископаемых.

На основе метода дискретных элементов рассмотрена задача об однородном сдвиге образца сыпучего материала. Выбиралась сферическая форма частиц с заданным распределением по радиусам. На контактах между дискретными элементами учитывались сухое трение и вязкость. Нагружение осуществлялось простым сдвигом и с изломами траектории. Излом траектории выполнялся путем скачкообразного изменения направления сдвига. Установлено, что при этом скачком изменяется скорость дилатансии, а также угол разосности тензоров напряжений и скоростей деформаций. Дискретная среда проявляет свойства континуальной модели сыпучего материала с внутренним трением и дилатансией. Рассмотрен вопрос о критерии существования континуальной модели, эквивалентной исходной дискретной модели. Показана возможность использования результатов численных экспериментов для построения континуальных моделей деформирования.

Представлены результаты измерений сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ) горных пород с помощью разработанных совместно в ИГД СО РАН и НГТУ приборов типа РЭМИ-2 и регистрационно-диагностического комплекса РДК РЭМИ-3. Прибором РЭМИ-2 измеряется мощность регистрируемых сигналов ЭМИ, а результаты измерений отображаются в цифровом виде. Прибор РДК РЭМИ-3 имеет существенные преимущества перед более ранними разработками, позволяя вести запись измерений на встроенную плату памяти. Результаты регистрации электромагнитных импульсов представляются на экране монитора в виде осциллограмм, позволяя на основе анализа изменений структуры, параметров и спектрально-временных характеристик сигналов ЭМИ диагностировать начальную стадию разрушения горных пород.

Анализируется возможность стабилизации напряжения синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов в автономных системах электроснабжения с переменной частотой генерируемого напряжения. Способ стабилизации базируется на изменении частоты вращения вала генератора. Получены аналитические выражения для регулировочных характеристик, определены необходимые диапазоны изменения частоты вращения при заданных параметрах генератора и нагрузки. Выявлены условия симметрии регулировочной характеристики относительно изменения частоты вращения.

Изучено влияние сульфгидрильных фосфорсодержащих собирателей (ФСС) на флотацию медно-никелевой руды, содержащей металлы платиновой группы. Показана эффективность применения композиций ФСС и бутилового ксантогената. Определено оптимальное их соотношение. Изучено влияние исследуемых реагентов на электродный потенциал и гидрофобность поверхности пирротина, пентландита и платиновой черни. Методами УФ- и ИК-спектрофотометрии установлено образование дисульфида диизобутилдитиофосфината на поверхности пирротина.

Методом кислотно-основных индикаторов исследовано изменение функционального состава поверхности кальцита, флюорита и шеелита при воздействии наносекундных импульсов высокого напряжения. В результате импульсной обработки минеральных проб в течение t _обр ≤ 50 с на поверхности кальцита увеличивалась концентрация электронодонорных льюисовских (рКа = - 4.4) и протонодорных (рКа = 1.3, рКа = 4.1) бренстедовских центров. Показано, что основные трансформации поверхности флюорита и шеелита в процессе импульсной обработки связаны с взаимными превращениями льюисовских основных и бренстедовских кислотных центров.

Дана численная оценка соотношения активностей физической и химической форм сорбции реагента на сульфидных минералах. Сделан ряд допущений: 1) основным кинетическим ограничением образованию флотационного контакта является прослойка жидкости, разделяющая минеральную частицу и пузырек газа; 2) вклад в удаление жидкости из прослойки вносится обеими формами сорбции реагента; 3) объем жидкости, удаляемый физической формой сорбции реагента, определяется разностью объемов жидкости в прослойках, ограниченных поверхностями менисков с наступающим Θ _A и отступающим краевыми углами Θ _R, имеющими радиус шейки R. Объем жидкости, удаляемый в результате действия поверхностных сил (гидрофобных, дисперсионных), не учитывался по причине низкой плотности и мозаичности закрепления реагента. Приведены результаты экспериментальных работ по определению предельных значений наступающих и отступающих статических контактных углов на поверхности ряда сульфидов цветных металлов. Показано, что селективность флотационного разделения сульфидов зависит от соотношения объемов жидкости, удаляемых десорбируемой физической и недесорбируемой химической формами сорбции реагента. Предложенный метод оценки селективности пригоден для минералов с близкими поверхностными свойствами, когда стабилизирующее ионно-электростатическое взаимодействие минералов с пузырьками газа отсутствует или незначительно. Результаты расчета могут быть полезны для оптимизации собирательной способности физически закрепившегося малополярного или десорбируемых производных форм ионногенного реагента с целью повышения селективности разделения сульфидных минералов.

Исследована сорбция меди на марганцевой руде Порожинского месторождения. Полученные данные позволили сделать предположение о механизме кинетики: скорость процесса сорбции лимитируется как диффузионными процессами, так и стадией химического взаимодействия. Анализ изотермы сорбции и ее математическая обработка показали, что медь проявляет высокое сродство к поверхности марганцевой руды; уравнение Ленгмюра с высоким коэффициентом корреляции описывает равновесное состояние сорбции меди. Значение энергии Гиббса - отрицательное.

К настоящему времени накоплен достаточно большой экспериментальный материал по структурно-химическим изменениям минералов с различным типом химической связи при активационном измельчении. На основе выполненных исследований установлена возможность прогнозирования особенностей измельчения и специфики дефектообразования в минералах с различным видом химической связи. Показано, что вид и количество образующихся дефектов на поверхности минералов определяют такие важные для обогатительных процессов свойства, как гидратированность, растворимость, флотируемость и др.

Предложен новый подход к обработке сейсмологических бюллетеней с использованием диаграмм Вороного для определения кластеров динамических событий на территории с высокой техногенной нагрузкой, реализованный в виде облачного сервиса в рамках блока системы геомеханико-геодинамической безопасности Кузбасса. Использование данного сервиса позволяет выполнить предварительную обработку массива сейсмических событий перед расчетом траекторий миграций приведенных центров сейсмоэнерговыделения по Опарину, что существенно повышает точность расчетов. Приведены результаты оценки сейсмической обстановки по Кемеровской области с использованием цепочки сервисов “диаграмма Вороного - траектории миграции приведенных центров сейсмоэнерговыделения”.

Рассмотрены способ восстановления герметичности действующих дегазационных скважин без их остановки и схема поперечного гидроразрыва призабойного зоны с использованием механического якоря. Показано преимущество схемы с якорем по сравнению с известным способом направленного разрыва на основе щелевого инициатора. Приведены технические решения по защите зоны отбора метана от поступления воздуха из горных выработок.

Приведены результаты разработки и исследований системы транспортирования оборудования в необсаженных скважинах, пробуренных из горных выработок. В качестве движителя применено пневматическое ударное устройство. Определены оптимальные параметры работы транспортной системы в различных условиях. Используя математическое описание движения устройства транспортирования в скважине, получены зависимости скорости его движения от различных исходных данных.