Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2017 номер 6

Рассмотрены проблемы, препятствующие применению шахтного гидроразрыва для интенсификации предварительной дегазации угольных пластов. Представлены решения по герметизации интервала пластовой скважины твердеющим составом с инициатором поперечного разрыва горных пород. Разработаны оригинальная система доставки оборудования транспортером в скважинах и роботизированное устройство гидроразрыва устойчивых пород кровли и подошвы угольного пласта. Предложена рабочая жидкость гидроразрыва с проппантом низкой плотности, обеспечивающая создание трещин с высокой степенью миграции метана.

Представлена система контроля безопасной разработки месторождений водорастворимых руд в сложных горно-геологических условиях. Система основана на геомеханической интерпретации поверхностных и шахтных сейсморазведочных исследований, реализуемых в мониторинговом режиме. Математическое моделирование состояния водозащитной толщи выполняется с учетом всего комплекса горнотехнических и горно-геологических факторов, установленных по результатам сейсморазведочных работ. Показано, что система сейсмо-геомеханического мониторинга позволяет контролировать эволюцию напряженно-деформированного состояния водозащитной толщи, что обеспечивает возможность своевременного принятия дополнительных мер охраны и минимизирует риски возникновения аварийных ситуаций.

Разработана и численно реализована объемная геомеханическая модель шахты “Воркутинская” (Печорский угольный бассейн). С использованием данных о динамических событиях, зарегистрированных стационарными сейсмостанциями, выполнена томография объекта и восстановлено поле скоростей упругих волн в освещенной части исследуемой области. Сформулирована и решена граничная обратная задача определения горизонтальных компонент внешнего поля напряжений по найденному распределению с привлечением эмпирических зависимостей скоростей упругих волн от напряжений, устанавливаемых по результатам лабораторных экспериментов.

Проведен анализ напряженно-деформированного состояния массива горных пород при ведении очистных работ механизированным комплексом в зоне геологического нарушения. Рассмотрен вариант перехода нарушения с перемонтажом комплекса в новую монтажную камеру. Установлен характер перераспределения полей напряжений во вмещающих породах и в угольном пласте при подходе очистных работ к нарушению и при ведении очистных работ от нарушения из новой монтажной камеры.

Представлены методика и результаты многолетнего геодинамического мониторинга процесса сдвижения земной поверхности при отработке Узельгинского и Талганского месторождений. Несмотря на схожесть горно-геологических условий, различие в типах охраняемых объектов, расположенных на земной поверхности, обусловило использование разных модификаций методики для каждого месторождения. Выполнены переопределения координат ряда пунктов опорной маркшейдерско-геодезической сети и реперов наблюдательной станции с использованием комплекса спутниковой геодезии, цифрового нивелира и электронного тахеометра, найдены параметры трендовых современных геодинамических движений, вызванных формированием мульды сдвижения. В результате проведенной оценки геодинамической активности территории определены векторы полных пространственных сдвижений реперов наблюдательной станции, построены графики деформаций растяжения - сжатия и сдвиговых деформаций, установлен дискретно-мозаичный характер деформирования массива. Приведены обобщающие выводы и выдвинуты предположения о дальнейшем характере деформирования земной поверхности на исследуемых участках.

На месторождениях полезных ископаемых и во внутриконтинентальных областях Земли регистрируются аномально высокие субгоризонтальные тектонические напряжения сжатия. Многие месторождения расположены в пределах покрывающих поверхность планеты кольцевых морфообразований. Решается задача о напряженно-деформированном состоянии массива горных пород в границах эволюционирующего кольцевого образования на одной из характерных стадий его развития. Показано, что сублатеральное сжатие в области кольцевой структуры, в частности на глубинах, доступных для освоения, является существенно неоднородным, непостоянным и может значительно превышать обусловленное весом горных пород. Результаты расчетов сравниваются с лабораторными и натурными данными.

На основе теории непрерывного фазового перехода изучены деформационные волны в породном массиве вокруг выработок глубокого залегания. В качестве регулирующего параметра взята относительная деформация сдвига. Выражение для потенциальной энергии совпадает по виду с расширением свободной энергии Гинзбурга - Ландау. Для получения уравнения движения, приемлемого для моделирования деформационной волны, использован вариационный принцип Гамильтона. Результаты вычислений разных типов волн подтверждают эффективность предложенной имитационной модели.

Предложена упрощенная двухзональная модель описания течения флюида при установившемся режиме работы горизонтальных скважин с многоступенчатым гидроразрывом пласта и приведено аналитическое решение для расчета размеров таких трещин. Применение новой методики для определения размеров трещин с многоступенчатым гидроразрывом пласта в горизонтальной скважине рассмотрено по промысловым данным месторождения КНР. Результаты расчетов показали, что разработанная методика эффективна при выявлении установившегося режима; с ее помощью представляется возможным получить решение оптимизационной задачи проектирования гидроразрыва пласта.

Теоретически обоснована и экспериментально доказана в натурных условиях горнодобывающих предприятий России при бурении скважин ударно-вращательным способом эффективность использования энергетического критерия объемного разрушения геоматериалов для оценки применяемых технологий бурения. Осуществлена адаптация этого критерия к энергетическим характеристикам буровых установок различных типов путем введения эмпирических коэффициентов трансформации энергозатрат при рейсовом бурении скважин в соответствующие им энергетические характеристики разрушения напряженных горных пород в призабойной зоне. Приведено математическое описание критерия минимизации затрат энергии ударных импульсов на разрушение горной породы ударно-вращательным способом в зависимости от уровня их напряженности, физико-механических свойств и силовых параметров вращательно-подающего механизма. Введено новое геомеханическое понятие “фактор топологической связности горных пород”, дано его аналитическое выражение с использованием экспериментально измеренных пределов прочности горных пород на одноосное растяжение и сжатие, необходимых для проектирования новых и совершенствования существующих технологий ударно-вращательного бурения скважин в различных горно-геологических и горнотехнических условиях ведения горных работ.

Рассмотрена проблема разработки породоразрушающего инструмента (долота) для бурения скважин большого диаметра (от 500 мм и выше) вращательным способом в условиях многолетнемерзлых пород при разведке россыпных месторождений полезных ископаемых. Показано, что при контакте резцов породоразрушающего инструмента с забоем скважины происходит растепление мерзлых пород с последующим их налипанием к поверхности бурового инструмента и стенкам скважины и смерзанием, что снижает эффективность транспортирования породы и затрудняет получение достоверных проб. Установлена зависимость выделяемой теплоты на забое скважины от радиуса расположения резцов породоразрушающего инструмента. Разработана конструкция долота, обеспечивающего эффективное разрушение забоя скважины с минимизацией выделения тепла, и опытного образца бурового снаряда для вращательного бурения скважин большого диаметра. Приведены результаты натурных испытаний.

Численно и аналитически исследованы различные режимы движения забиваемой в грунт трубы с грунтовой пробкой, содержащейся в ней, при действии ударного импульса прямоугольной формы с учетом сухого трения как между трубой и пробкой, так и между трубой и внешней неподвижной средой. Проведено сравнение решений по двум моделям с учетом и без учета упругости трубы и пробки. Показано, что в случае импульса достаточно большой длительности влиянием упругости трубы и пробки можно пренебречь.

Приведены результаты лабораторных исследований проводимости трещин с проппантом из алюмосиликатных микросфер АСПМ-500 в комплексе с кислотной обработкой для условий малоглубинного гидроразрыва пласта при термошахтной добыче тяжелых нефтей. Показано, что использование алюмосиликатных микросфер для локального разрыва пород является перспективным направлением развития технологий шахтного гидроразрыва.

Установлена экономическая целесообразность применения камерной системы разработки с камерно-целиковым порядком отработки с твердеющей закладкой первичных камер и закладкой вторичных обрушенными породами в условиях западного фланга рудника “Октябрьский”. Система разработки имеет более высокие показатели весовых потерь и разубоживания в сравнении с базовой системой при сопоставимом качестве добываемой руды. Технико-экономическое сравнение двух вариантов технологических решений в полном цикле добычи, переработки руды и извлечения основного металла (никеля) и попутных металлов (меди, платины и др.) показывает, что по предложенной системе разработки можно получить более высокую удельную прибыль от добычи и переработки руды.

Рассмотрено состояние горных работ на Артемьевской шахте и дано описание применяемым и рекомендуемым видам крепления горных выработок. Для неустойчивых пород обоснована возможность замены тяжелого и трудоемкого в установке металлического рамного крепления на более дешевый и менее трудоемкий (без снижения несущей способности крепей) армированный торкрет-бетон с армокаркасами. Представлены варианты размещения завода по производству торкрет-бетона и проведены расчеты экономической эффективности предлагаемой технологии “мокрого” торкрет-бетона для условий Артемьевской шахты.

Представлены результаты исследований по определению объемного веса титаномагнетитовой руды Северной залежи Гусевогорского месторождения. Установлена взаимосвязь между объемным весом руды и содержанием в ней железа. На основе блочного моделирования массива сделан прогноз для глубоких горизонтов Северного карьера ОАО “ЕВРАЗ КГОК” об изменении объемного веса руды и содержания в ней железа общего, что позволит специалистам предприятия использовать на практике полученные данные при геологических и технологических расчетах.

Методами сканирующей лазерной микроскопии получены новые экспериментальные данные о влиянии растительного модификатора таннина на адсорбцию комбинированного сульфгид-рильного собирателя - модифицированного диэтилдитиокарбамата натрия на арсенопирите и стибните, позволяющие обосновать метод селективного получения сурьмяного концентрата из золото-мышьяковистых комплексных руд с применением новых реагентов и обеспечить выбор оптимальных реагентных режимов.

Рассмотрена собирательная способность десорбируемых форм (ДС-формы) карбоновых кислот. Выполнено сопоставление скоростей растекания и поверхностного давления ряда жирных кислот с их собирательной активностью. Установлено, что увеличение длины углеводородного фрагмента карбоновых кислот до определенного предела приводит к повышению собирательной способности, что коррелирует с высокой скоростью растекания их производных форм по поверхности воды. Найдена причина уменьшения собирательной активности короткоцепочечных собирателей. Показано, что критерием, адекватно характеризующим собирательную активность жирных кислот, может служить мощность поверхностного потока пленки ДС-форм реагента. Определены показатели флотации при наличии смешанного покрытия, представленного химической и физической формами сорбции, и покрытия, содержащего только химическую форму сорбции. Выявлены причины снижения извлечения ценного компонента и повышения качества концентрата в отсутствии физической формы сорбции реагента на минеральной поверхности.

Представлены результаты исследований золотосодержащей руды коры выветривания методами последовательного выщелачивания. Определен характер взаимосвязи редкоземельных элементов с минеральной матрицей. Оценена подвижность редкоземельных элементов (РЗЭ) в исходной руде и их миграционная способность в процессе гипергенеза. Обнаружены две формы проявления РЗЭ: тонкие церий-неодимовые корочки монацитового состава в железосодержащих минералах и монацитовые компактные включения в титансодержащих минералах. Пятиступенчатая методика последовательного вскрытия позволяет подробно рассмотреть распределение элементов преимущественно в упорной матрице, тогда как трехступенчатая методика концентрируется на мобильных формах.

По схеме обогащения Абагурской фабрики прослежено изменение показателей лабораторной сепарации и основных магнитных характеристик продуктов разделения с целью выяснения предельного содержания магнетитового железа в рудных сростках, засоряющих концентрат. Мокрый магнитный анализ выполнен в магнитном поле Н = 175 кА/м, магнитные характеристики измерены методом вибрационного магнитометра в полях до 800 кА/м. Засоренность концентрата определяется относительным количеством в нем породных и рудных сростков, которые могут быть удалены обогащением при данном уровне технологии.

Недооценка резерва сырьевой базы россыпной золотодобычи - техногенных отвальных комплексов - создает негативные социально-экономические последствия для регионов традиционной россыпной золотодобычи. Однако эффективное их освоение возможно только при условии применения новых и рациональных технологий подготовки и глубокой переработки горной массы для последующего извлечения комплекса ценных минералов. Для создания такой технологии проведены широкомасштабные теоретические и экспериментальные исследования по изучению характера и степени влияния факторов, составляющих основу технологии, на процессы миграции и концентрацию частиц золота в техногенном массиве горных пород.

Разработан стенд для испытаний образцов геоматериалов при нагружении кручением и продольным сжатием с одновременным воздействием многократными слабыми ударами. Скомплектована измерительная система и подобраны датчики для статических и динамических измерений деформаций. Проведены тестовые эксперименты на циклическое кручение образца из смеси гипса и кварцевого песка. Измерены статические и динамические деформации, определена скорость прохождения упругой волны в оргстекле.

Приведено описание измерительной системы для синхронной регистрации сигналов электромагнитного излучения (ЭМИ) и механических параметров деформирования образцов горных пород в лабораторных экспериментах. По данным проведенных испытаний определены изменения структуры и спектральных характеристик сигналов электромагнитного излучения на стадии, предшествующей нарушению сплошности образцов горных пород, и предложены прогнозные критерии разрушения.