Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2021 номер 3

Предложена специальная передвижная шагающая крепь для проведения подземных выработок угольных шахт. Методом конечных элементов исследован процесс совместного деформирования элементов крепи и пород кровли выработки. Установлены форма и размеры зон предразрушения, влияние крепи на состояние угольного пласта и вмещающих его пород. Обоснована область применения шагающей крепи для проведения подготовительных выработок, а также необходимость разработки метода текущего прогноза динамических явлений в процессе ведения горных работ. Доказана возможность повышения темпов проведения подготовительных выработок за счет сокращения длительности проходческого цикла.

Рассмотрен процесс нагружения образцов кубической формы одноосным сжатием и измерено смещение в среднем поперечном сечении на различном удалении от боковых граней. Математическое описание процесса деформирования соляных образцов основано на упругопластической модели среды с линейным изотропным упрочнением при ассоциированном законе пластического течения. В качестве условия пластичности использован объемный критерий прочности горных пород, отражающий разрушение за счет сдвига и отрыва. Трехмерная численная реализация математического моделирования выполнена методом конечных элементов в перемещениях с дискретизацией области на 8-узловые изопараметрические элементы гексаэдрической формы. По результатам расчетов откалибрована математическая модель процесса деформирования и разрушения образцов соляных пород. Показано, что упругопластическая модель с линейным изотропным упрочнением обеспечивает приемлемое соответствие экспериментальных и теоретических результатов и может использоваться для анализа устойчивости междукамерных целиков, оценки критической скорости их поперечного деформирования и остаточного срока службы.

Обсуждается изменение исходного поля напряжений в массиве горных пород с глубиной. Породы предполагаются упругими. Увеличение уровня напряжений приводит к росту главных касательных напряжений, который, однако, не вызывает разрушение пород. Утверждается, что это возможно только при увеличении значений коэффициентов боковых распоров. Данный процесс приводит к гидростатическому распределению напряжений на большой глубине. Показано, что для изотропного массива коэффициент Пуассона стремится к 1/2.

Представлена методика исследования устойчивости уступов и бортов, основанная на детальном изучении физико-механических свойств горных пород и структурно-тектонических особенностей прибортовых массивов с учетом их трещиноватости. Данная методика применена на меднорудном карьере “Коктасжал” (Казахстан). Выполнены расчеты коэффициентов структурного ослабления и приведены показатели качества массива для каждого горизонта.

Исследованы свойства набухающего грунта из округа Наньнин (Китай). С использованием известных уравнений получены основные гидрофизические характеристики грунта в условиях нескольких циклов высыхания и намокания. Предложена новая модель прогнозирования, учитывающая два фактора, в основе которой лежит модель Ван Генухтена. В ней рассматривается не только капиллярно-сорбционное (матричное[DK1] ) давление, но и учитывается количество циклов высыхания и намокания. Данная модель позволяет установить общее уравнение аппроксимации кривой основной гидрофизической характеристики с такими же параметрами, как в предыдущей модели, что может значительно снизить трудоемкость измерений. [DK2] Применимость модели расширена за счет сравнения результатов испытаний набухающего грунта и вулканического туфа.

Выполнена оценка механических свойств каменной соли, таких как прочность, модуль деформации, коэффициент Пуассона при одноосном сжатии. Определены значения сцепления, угла внутреннего трения, скорости распространения упругих продольных волн. Исследования выполнены на призматических образцах, полученных из соляного купола месторождения Несрабад (Иран). Сравнение деформационно-прочностных характеристик каменной соли с другими породами показало ее высокую степень деформируемости. Результаты испытаний продемонстрировали влияние формы образцов на их механические свойства. Отношение средних значений пределов прочности цилиндрических образцов к призматическим при одноосном сжатии составляет 0.83.

Рассмотрены принципы классификации обводненных месторождений твердых полезных ископаемых. Установлено, что подавляющая часть классификаций разработана на основе учета сложности гидрогеологических условий месторождений, притоков воды в горные выработки и степени водообильности массивов горных пород. Показано, что группировка месторождений осуществляется, как правило, без технологической составляющей их освоения, что не позволяет провести комплексную оценку потенциальных возможностей и привлекательности минеральных ресурсов. Предложен подход и дана классификация обводненных месторождений твердых полезных ископаемых, предусматривающая их группировку по способу нейтрализации вредного влияния притоков воды в карьер и технологиям отработки залежи.

Рассмотрены параметры добычи каменного угля в шахте “Мысловице-Весола”, расположенной в Верхнесилезском каменноугольном бассейне Польши, в котором концентрация метана увеличивается с глубиной. В период наблюдений объем выделяемого метана вырос в 5 раз, что связано со многими факторами, включающими сложную тектоническую структуру района, проницаемую природу сброса Ксиаз, меняющуюся геологическую структуру, повышенную скорость добычи угля. Характер изменения объема добычи угля в период с 1994 по 2018 г. аналогичен общей тенденции добычи угля в Польше - медленное, равномерное снижение. Объем добычи угля в шахте “Мысловице-Весола” снизился в 2 раза с одновременным увеличением уровня выделения метана.

Дана оценка влияния тектонических структур на распределение метаноносности угольного пласта на участке QD угольного бассейна Циньшуй. Определены зависимости дебитов газа от расстояния забоя скважины до сброса, а также минимальные расстояния от забоев скважин до сброса для рентабельной добычи метана угольных пластов. Полученные результаты могут использоваться при размещении скважин для добычи метана на данном участке.

Рассмотрена проблема определения рациональных режимов ударно-вращательного бурения скважин погружным пневмоударником и приведены критерии оценки их диапазона, обеспечивающие проходку скважины с минимальной энергоемкостью и износом инденторов. Представлены расчетные формулы режимов бурения и доказано, что целесообразно использовать максимальный объем разрушенной породы при минимальном количестве ударных воздействий на забой скважины за один полный оборот долота. Установлен верхний предел угла поворота долота пневмоударника между ударными нагрузками, обеспечивающий максимальную производительность бурения с минимальной энергоемкостью разрушения и износом твердосплавных инденторов. Оптимальный режим ударно-вращательного бурения для различных моделей пневмоударников следует определять по энергетическому критерию объемного разрушения горных пород, а также энергоемкости их разрушения.

Представлен обзор технических средств, в том числе вибрационных, предназначенных для высушивания сыпучих полезных ископаемых после проведения их обогащения методом мокрой сепарации. Описаны особенности конструктивной схемы оборудования, разработанного в ИГД СО РАН с целью выполнения данной операции. Особое внимание уделено достоинствам вибрационного транспортирующего устройства с упругим рабочим органом, входящим в его комплект. С помощью численной и физической моделей данного устройства исследована динамика двухприводного упругого рабочего органа и приведены результаты моделирования. Обоснована работа вибрационного устройства в режиме биений, обеспечивающем наилучшие условия перемещения сыпучей массы в процессе высушивания.

Приведены особенности адсорбции бутилового ксантогената калия на галените и халькопирите методами атомно-силовой микроскопии и атомно-силовой спектроскопии. Установлены принципиальные различия в морфологии слоев, формирующихся на поверхности халькопирита и галенита в результате агитации в H₂O_дист и взаимодействия с раствором бутилового ксантогената калия. Наблюдения за адсорбцией реагента в водной фазе свидетельствуют о разных механизмах формирования реагентного покрытия на этих минералах.

Показано, что гидрофобность, генерируемая хемосорбируемым реагентом, влияет на селективность флотации, но не всегда определяет извлечение полезного компонента. Работу, выполняемую хемосорбируемым собирателем, предложено оценивать двумя слагаемыми. Во-первых, сокращением свободной поверхностной энергии системы в момент локального прорыва прослойки жидкости, заключенной между минеральной частицей и пузырьком газа. Во-вторых, работой по перемещению периметра контакта трех агрегатных состояний на поверхности минеральных частиц, которая выполняется поверхностными силами, действующими на границе раздела контактирующих сред. Показано, что физическая форма сорбции определяет собирательные свойства флотационного реагента и извлечение целевого компонента в концентрат. Сила физически сорбируемого собирателя совершает работу по удалению жидкости из объема между минеральной частицей и пузырьком газа. Дается определение силы физически сорбированного собирателя и доказательство ее необходимости. Она действует на границе раздела “газ - жидкость”, а не “минерал - жидкость” и не является селективно работающей. Установлено, что избирательность работы флотационного реагента зависит от соотношения активности химической и физической форм сорбции.

Рассмотрены вопросы применения к цеолитсодержащим породам Восточного Забайкалья акустических и термических методов воздействия. Представлен химический и минеральный состав крупнейших месторождений природных цеолитов Забайкальского региона. Выявлены оказывающие влияние на качество цеолитов основные компоненты пород, к которым относятся: железосодержащие примеси, монтмориллонит, гидрослюды, кварц, кальцит, микроклин, кристобалит и пироксены. Приведены результаты экспериментальных работ по изучению эффективности обработки цеолитсодержащих пород направленными методами воздействия. Разработана технология обогащения цеолитовых пород с учетом ранее проведенных исследований по применению обработки ускоренными электронами и мощными электромагнитными импульсами. Определены параметры модификации свойств минералов, входящих в состав цеолитсодержащих пород. Установлено изменение магнитных свойств железосодержащих минералов в составе пород, положительно влияющих на эффективность извлечения вмещающих примесей. Показана эффективность применения рекомендуемых методов воздействия в технологических схемах обогащения природных цеолитов Восточного Забайкалья с целью повышения их адсорбционной способности.

Исследовано измельчение техногенных объектов до заданного гранулометрического состава на основе ступенчатого повышения разрушающих нагрузок при снижении процессов шламообразования. Определены оптимальные режимы дезинтеграторного разрушения минеральных сростков техногенного оловосодержащего сырья с целью минимизации образования микронных частиц шламов. Показана возможность улучшения качества выделяемых концентратов путем механоактивационного измельчения промежуточных продуктов стадии обжига.

Приведены результаты исследований по оптимизации технологии обогащения редкометалльных руд на основе использования минералого-технологических особенностей сырья и регулирования процессов рудоподготовки совместно с гравитационным обогащением. Проведено сравнение измельчаемости бедных лопаритовых руд и руд текущей добычи, установлены общие закономерности формирования продуктивного класса - 0.63 + 0.07 мм. Показано, что управление процессом измельчения позволяет получить при гравитационном разделении бедных лопаритовых руд показатели, сопоставимые с показателями по рядовым рудам. Для перспективной редкометалльной руды месторождения, расположенного в Восточной Сибири, исследованы и выбраны оптимальные режимы разделения гравитационными методами с использованием винтовой сепарации, концентрации на столах, центробежной концентрации и магнитными методами обогащения на основе применения высокоинтенсивной сепарации. Разработана гравитационно-магнитная технология обогащения с получением двух концентратов - колумбитового и цирконового.

Представлена часть результатов исследований флотационной концентрации мономинерала халькопирита месторождения “Рудник” в камере беспенной флотации. Выполнены семь серий опытов. В рамках первых трех серий определяли условия, при которых извлечение халькопирита из руды имеет максимальные значения. Испытания проводились с определением зависимости от расхода собирателя и водородного показателя. В четвертой и пятой сериях изучалась возможность подавления флотации халькопирита в зависимости от расхода депрессора, расхода собирателя и водородного показателя. В шестой и седьмой сериях исследовали возможности активации раньше депрессированого халькопирита в зависимости от расхода собирателя и водородного показателя.

Исследованы инженерно-геологические свойства и вещественный состав хвостов обогащения лопаритовых руд, хранящихся на двух полях - действующем и выведенном из эксплуатации свыше тридцати лет назад. Изучена неоднородность вещественного состава и содержаний ценных компонентов. Определено, что содержание легких редкоземельных элементов в тонкодисперсной фракции хвостов (- 0.071 мм) превышает аналогичные значения для средних проб в полтора - два раза. На основании расчета эффективной удельной активности природных радионуклидов ²²⁶Ra, ²³²Th и ⁴⁰K исследованные пробы относятся к первой категории отходов, в то время как тонкодисперсный материал хвостов - ко второй.