Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2016 номер 5

Рассматривается проблема сейсмического мониторинга процессов оползнеобразования. Подобные исследования особенно актуальны при разработке месторождения твердых полезных ископаемых открытым способом в районах с вечной мерзлотой. Интенсивное антропогенное воздействие на фоне естественных процессов оттаивания вечной мерзлоты в результате потепления климата может приводить к катастрофическим последствиям. Предлагается методика построения скоростных разрезов сейсмических волн вдоль склонов при наличии резко-контрастных неоднородностей, обусловленных наличием мерзлых пород. С помощью данного подхода возможно исследовать поверхности скольжения оползней, выявлять зоны возможного обрушения с пониженной скоростью волн, обусловленной повышенной трещиноватостью. Приведены результаты обработки полевых данных, полученных вблизи пос. Чаган-Узун Кош-Агачского района Республики Алтай.

Рассмотрена возможность использования неархимедова анализа для построения моделей многомасштабной геосреды на основе понятия диссипативной функции. В качестве координат введены неархимедовые прямые, обладающие неограниченной иерархией. Дано обобщение на двумерный случай основных понятий одномерного математического анализа.

Предложен и апробирован метод расчета напряженно-деформированного состояния элементов крепи выработки и окружающих горных пород, учитывающий свободное смещение контура выработки до его контакта с крепью. В основе метода лежит использование матрицы жесткости расчетной системы, сформированной для породного массива в исходном состоянии до ведения в нем горных работ. Моделирование процесса образования выработки с помощью метода начальных напряжений позволило разделить рассматриваемую задачу на две. В первой определяется механическое состояние массива при свободном деформировании пород в выработку; во второй - описывается процесс совместного деформирования приконтурных пород и крепи. Приведены примеры расчетов напряженно-деформированного состояния крепи и окружающих пород с учетом условий возведения крепи. Установлен характер изменения напряжений в зависимости от значения свободного смещения контура выработки до его контакта с крепью. Рассмотрены особенности применения метода при значительных различиях механических характеристик крепи и горных пород.

На физических моделях и численно методом дискретных элементов исследовано напряженно-деформированное состояние фрагментированных пород в момент начала их выпуска с помощью пластинчатого питателя из секции напольного склада. Показано, что традиционные для узла разгрузки складов конструктивные решения не в состоянии нейтрализовать дилатирование геоматериала, являющееся основным фактором, определяющим реализацию пика нагрузки на питатель в момент его включения в работу. На основе результатов исследований предложены технологический прием заполнения раздробленными породами напольных складов, а для узла разгрузки их секций - конструктивная схема. Использование этих технических решений способно блокировать влияние дилатансии на напряженное состояние перерабатываемого сыпучего материала и, как результат, снять актуальную для питателей проблему пиковой нагрузки.

Приведены экспериментальные результаты, полученные на упаковках калиброванных стеклянных шариков диаметром 1 мм. Показано, что в результате многократных точечных ударов волноводные свойства среды улучшаются - в материале формируются проводящие каналы, состоящие из силовых “цепочек”. Последующие квазистатические знакопеременные сдвиги меняют упаковку частиц, разрушают “цепочки” и уменьшают проводимость каналов. Дальнейшие многократные импульсные нагрузки приводят к восстановлению “цепочек” и улучшению проводимости каналов.

Экспериментально установлены закономерности распространения продольных упругих волн ультразвукового диапазона частот в образцах каменного угля при одноосном и всестороннем (по схеме Кармана) сжатии. Показано, что при одноосном сжатии наибольшей информативностью обладает прозвучивание в направлении перпендикулярном слоистости и оси нагружения. При таком прозвучивании оказывается возможным выделение четырех стадий деформирования образца. При трехосном нагружении информативность прозвучивания падает с увеличением бокового давления, которое препятствует дезинтеграции угля. Наиболее четко четыре стадии деформирования выделяются при боковом давлении 2.5 МПа, а при давлениях 10 МПа удается выделить лишь стадии консолидации и разрушения образца.

Приведены результаты испытаний дисковых образцов горных пород и модельных сред, имеющих центральное отверстие, нагруженных по диаметру. Для обработки результатов испытаний привлечены нелокальные критерии разрушения. Даны варианты вычисленных разрушающих усилий и их сравнение с измеренными нагрузками, при которых были разрушены образцы. Представлен алгоритм вычисления прочности на растяжение по результатам испытаний образцов с центральным отверстием.

Показано, как по измеренным смещениям на границе цилиндрической выработки (шахтного ствола) в рамках модели идеально-пластического тела определяется деформированное состояние массива пород вокруг выработки, кроме того, находятся упругопластическая граница и смещения в пластической области деформирования.

Для оценки бокового давления горных пород в условиях действия силы тяжести выполнено физическое моделирование с использованием стабилометра в виде податливого тонкостенного цилиндра. За счет сжатия рыхлых геоматериалов в цилиндре происходит изменение диаметра самого цилиндра, что позволяет определять боковой распор. На основе анализа полученных экспериментальных зависимостей для различных видов уплотненных геоматериалов приводятся их теоретические аппроксимации, где основными параметрами являются пористость, модуль деформации горных пород, коэффициент Пуассона. Данные зависимости возможно использовать и для определения напряжения бокового распора нетронутого массива в поле силы тяжести.

Разработаны методики и проведены экспериментальные исследования по изучению закономерностей образования субмикронных частиц при разрушении горных пород. В ходе экспериментов осуществлено взрывное воздействие на образцы горных пород или их деформирование в условиях одноосного сжатия с одновременным контролем размеров и количества частиц с помощью лазерной спектрометрии вплоть до разрушения. Установлено, что независимо от вида воздействия максимум в распределении субмикронных частиц приходится на частицы размером несколько микрон. Динамика образования частиц зависит от структурных свойств и величины напряжений для испытаний при сжатии. Отмечена перспективность проведенных исследований как для мониторинга экологической безопасности, так и возможного прогнозирования катастрофических явлений при ведении горных работ.

Приведены результаты непрерывного индентирования каменных углей разной стадии метаморфизма и антрацита. Измерения выполнены на специально подготовленных образцах, поверхности которых имели разную ориентацию относительно плоскости напластования. Выявлены различия в механическом поведении микрокомпонентов углей и антрацита в разных плоскостях относительно напластования, определены соответствующие значения модулей упругости и твердости. Результаты измерений позволили установить пространственную анизотропию механических свойств витринита и инертинита на микроуровне.

Приведены и обсуждаются результаты экспериментальной оценки реального диапазона изменения параметров пневмомолота с кольцевым упругим клапаном в выхлопном тракте камеры обратного хода ударника для ее механического замыкания при различных значениях хода ударника до выхлопа и с учетом особенностей выхлопа у нижней границы частотного диапазона. Установлены диапазоны изменения сечения дроссельного канала, обеспечивающие устойчивую работу пневмомолота и минимальный или близкий к нему удельный расход воздуха независимо от массы ударника, расположения пневмомолота (вертикальное или горизонтальное) и отношения длины рабочего хода ударника к диаметру камеры его рабочего хода.

Представлено описание созданных в Карагандинском государственном техническом университете и внедренных на угольном разрезе АО “Шубарколь-Комир” систем удаленного мониторинга режимов работы высоковольтных подстанций и экскаваторов. На нижнем уровне систем осуществляется измерение параметров электропотребления (высоковольтные подстанции, экскаваторы), а также контроль электропотребителей и состояния защит. Передача информации в системе мониторинга высоковольтных подстанций производится через радиомодем, а в системе удаленного Интернет-мониторинга режимов работы экскаваторов - с помощью GPRS-модемов через Интернет на центральный диспетчерский пункт. В процессе опытной эксплуатации обеспечена экономия электроэнергии за счет исключения режимов работы мощного горного оборудования на холостом ходу, а также реализован непрерывный контроль параметров электропотребления, технологических защит подстанции и электропотребления экскаваторов.

Представлены принципиальная схема компрессионно-вакуумной ударной машины (КВУМ) нового поколения и система управления ее работой с использованием регулируемого магнитного фиксатора, которая позволяет варьировать энергетические показатели машины и обеспечивает расширение ее возможностей в горном деле, строительстве и в сейсморазведке. Приведены результаты экспериментального исследования рабочего цикла КВУМ. Установлены технические параметры машины и принципы взаимодействия магнитного фиксатора, ударника, ресивера и источника рабочей среды. Проведена оценка энергии единичного удара КВУМ при ее различных пространственных положениях. Выполнены натурные испытания, позволившие определить направление дальнейшего развития машин данного класса.

Разработан вариант комбинированной геотехнологии выемки с твердеющей закладкой и обрушением для отработки мощной пологопадающей рудной залежи полиметаллического месторождения. На основании численных оценок установлено, что вариант, предусматривающий принудительное обрушение налегающей толщи пород над участками, заполненными твердеющей закладкой, обеспечивает более безопасные условия разработки.

Обоснованы технология и оборудование, позволяющие отказаться от буровзрывных работ при добыче полезных ископаемых открытым способом. Рассмотрена возможность использования бункерных перегрузочных пунктов с вибрационным выпуском при комбинированном автомобильном транспорте, а также вибрационной техники на автомобильных породных отвалах.

Представлена методическая база для расчета двухуровневой анкерной крепи подземной горной выработки, проводимой в многолетнемерзлых породах. Проведен анализ результатов применения анкерной крепи в сочетании с теплоизоляцией контура выработки на экспериментальном участке в условиях шахты “Джебарики-Хая”.

Обсужден вопрос взаимодействия минеральной частицы с пузырьком газа применительно к условиям пенной флотации. Рассмотрено истечение жидкости из прослойки, разделяющей объекты взаимодействия, обусловленное преимущественно гидрофобной составляющей расклинивающего давления. Предположено, что для извлекаемого минерала электростатическое взаимодействие оказывает значительно меньшее влияние на сближение объектов и утончение жидкой прослойки. В этой связи основное внимание уделено влиянию степени гидрофобности минеральной поверхности на скорость удаления жидкости из прослойки. Установлено, что расход жидкости за счет гидрофобной составляющей расклинивающего давления меньше расхода жидкости, вызванного действием физической формы сорбции реагента. Высказано предположение, что гидрофобизация минерала имеет своим назначением создание участков поверхности, на которых активные по отношению к границе раздела “газ - жидкость” формы реагента закрепляются по правилу уравнивания полярностей. Физически закрепившиеся формы реагента удаляют жидкость из прослойки после ее прорыва и тем самым снимают кинетическое ограничение образованию флотационного контакта.

Техногенные образования россыпных месторождений могут рассматриваться как важный резерв пополнения минерально-сырьевой базы золотодобычи Дальнего Востока России. Экспериментальные исследования выполнены с использованием технологической пробы, отобранной из гале-эфельных отвалов отработанной золотосодержащей россыпи. Приведена минералого-петрографическая характеристика продуктов обогащения. В составе золота выявлены примеси платины, серебра, титана, железа. Представлены результаты обогащения по гравитационной схеме с предварительной магнитной сепарацией. Выход магнитной фракции составил 39.77 %, в магнетите установлено присутствие титана. Извлечение золота в гравитационный концентрат составило 91.6 %, наряду с золотом в концентрате содержится 0.06 г/т платины и 57.7 г/т серебра.

Методами лазерного дифракционного анализа и динамического рассеяния света проведено сравнительное изучение высокодисперсных частиц, образующихся при измельчении свинцово-цинковой руды Горевского месторождения, медно-никелевых руд Норильского (богатой сульфидной и вкрапленной) и Кингашского месторождений, а также свинцового Горевского концентрата и медного и молибденового концентратов, выделенных из руды Сорского месторождения. Измерены дзета-потенциалы частиц в осветленном (коллоидном) растворе над осадком; методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии проанализирован состав поверхности руд и их тонких фракций. Наибольший выход частиц меньше 5 мкм (до 3 % об.) наблюдался для Кингашской руды, причем в отличие от других руд дзета-потенциал частиц был положительным при pH 9.5, а составы поверхности осадка и коллоидных частиц практически не различались. Сравнительно высокое содержание ультрадисперсных фракций установлено также для Горевской руды и Pb концентрата. Осветленные растворы содержат преимущественно агрегаты наночастиц, прежде всего минералов Si и Mg, с гидродинамическим диаметром 500 - 1200 нм, который мало изменяется во времени. Сульфидная компонента гидрозолей обогащена наночастицами минералов, более устойчивых к окислению (сфалерит, молибденит, пентландит, халькопирит), которые могут, в частности, переносить металлы в окружающей среде.

Показана возможность прогнозирования изменения энергосодержания и реакционной способности шеелитового концентрата после механоактивации по данным рентгеноструктурного анализа при последующем низкотемпературном (менее 100°С) содовом выщелачивании. Установлен сложный характер изменения энергосодержания и реакционной способности шеелита после механоактивации от энергий структурных нарушений в минерале. Подтверждено влияние количества запасенной при механоактивации энергии в виде поверхностной энергии и микродеформаций на показатели последующего выщелачивания. Методика и критерии оценки эффективности предварительной механоактивации шеелита создают технологические предпосылки для реализации энергосберегающей переработки шеелитовых концентратов непосредственно на горно-обогатительных комбинатах.

Комплексное освоение Волковского медно-железо-ванадиевого месторождения невозможно без использования способа кучного выщелачивания меди из отвала лежалой окисленной и смешанной руды. Существование отвала в его современном виде создает угрозу загрязнения поверхностных вод р. Лаи и подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта. Естественная защищенность подземных вод участка отвала лежалой окисленной и смешанной руды высокая. Фильтрационные свойства покровных отложений на участке отвала, определенные по стандартной методике в соответствии с требованиями строительных норм и правил, классифицируются неоднозначно. Для принятия проектного решения в ходе инженерно-геологических изысканий выполнен комплекс научно-исследовательских работ по изучению фильтрационных свойств покровных отложений с применением растворов серной кислоты разной концентрации, имитирующей условия работы участка кучного выщелачивания меди.

Методом энтропийного анализа изучены по ингредиентному составу сточные воды промышленных объектов Кемеровской области. Выделено несколько кластеров поллютантов из органических и металлосодержащих водных растворов (анилин, жиры, масла, нефтепродукты, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества, кремний, фтор, хром, цианиды, алюминий, ванадий, железо, магний, медь, никель, свинец, цинк, нитраты, нитриты, азот аммонийный). Показана эволюция совокупности загрязняющих примесей поверхностных вод промышленными стоками за период 2008 - 2013 гг. Установлено, что качество большинства водных объектов горно-промышленной области не отвечает нормативным требованиям.

Рассмотрены основные понятия составной части геоэкологии - экологической минералогии. Показаны основные направления экологической минералогии, задачи, объекты исследования. Отмечено отсутствие документов, регламентирующих проведение минералогических анализов при экологической оценке объектов.

Разработан скважинный вибрационный источник дебалансного типа с пневматическим приводом для воздействия на призабойную зону породного массива в сейсмическом диапазоне частот. Источник модульного типа состоит из генератора колебаний с механизмом автоматического ступенчатого регулирования статического момента, прижимного узла и встроенного пневмоударного устройства для перемещения оборудования в необсаженных скважинах. Приведены результаты испытаний экспериментального образца источника, амплитудно-частотная характеристика и спектральный состав излучаемого им сигнала.