Главная – Журналы – Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 2022 номер 3

Рассмотрены основные особенности построения многомасштабных математических моделей геосреды на примере двухмасштабной модели. На первом масштабном уровне среда предполагается линейно упругой, на втором - учитываются пластические деформации и внутреннее трение. Показано, что в первом приближении, когда градиенты напряжений на микроуровне считаются постоянными, принятая модель переходит в упругопластическую, учитывающую локальные изгибы структурных элементов геосреды. Решение задачи о распространении плоских поперечных волн показывает, что волны обладают дисперсией и их скорость с увеличением пластических деформаций уменьшается.

На основе метода дискретных элементов разработана методика численных испытаний образцов сыпучих материалов при неравнокомпонентном сжатии по различным программам нагружения. Предложен алгоритм формирования начальных упаковок частиц. Проведена серия численных расчетов при различных способах нагружения в условиях подавления дилатансии и с учетом дилатансионного изменения объема. Получены зависимости макрохарактеристик напряженно-деформированного состояния образцов в зависимости от микросвойств дискретных частиц. Показано, что превышение критической деформации сдвига приводит к неустойчивому поведению, сопровождающемуся локализацией деформаций и появлению ниспадающей ветви на диаграмме нагружения. Указаны области возможного применения разработанного способа численного моделирования локализации сдвигов.

Предложен экологичный метод дистанционной оценки продуктивности углеводородного коллектора с использованием записей естественного сейсмического фона Земли. Количественная оценка проводится с помощью термодинамического индикатора состояния горных пород, разработанного на базе энтропии Климонтовича. Последняя является корректной мерой степени неравновесности состояния для открытых систем и может быть измерена по степени хаотичности/упорядоченности колебаний, генерируемых системой. Выявлена линейная зависимость значений термодинамического индикатора от суммарной толщины продуктивных слоев в скважинах. Сильный техногенный и естественный шум может искажать результат дистанционной оценки. Разработан новый алгоритм, устойчивый к появлению высокоамплитудной помехи. Термодинамический индикатор обеспечивает возможность построения карт продуктивности на месторождениях углеводородов и выбор наиболее перспективных точек для бурения скважин.

Работа посвящена построению математической модели упругопластического деформирования геоматериалов с учетом микроструктуры и фазовых превращений. Микроструктура определяется на основе калибровочной теории дефектов, фазовые превращения - согласно теории Гинцбурга - Ландау. В рамках расширенного представления лагранжиана с применением вариационного принципа Гамильтона получено уравнение движения геосред с эффектом диссипации энергии. Рассмотрены все возможные частные случаи изложенного подхода.

С целью изучения механизма разрушения и характеристик акустической эмиссии выполнены одноосные нагрузочные испытания угольно-породных образцов с тремя соотношениями угля к породе. Исследованы зависимости изменения напряжения во времени, а также активности акустической эмиссии и ее энергетической оценки, определены значения прочности на сжатие и модуля упругости составных образцов. Проанализированы характеристики разрушения, деформации и акустической эмиссии составного тела.

Рассмотрена проблема несоответствия темпов проходческих работ возможностям современных механизированных комплексов, обладающих высокими скоростями отработки. Технология скоростной проходки на основе роботизированного шагающего модуля обеспечивает значительное ускорение ведения горных работ и не имеет аналогов. Задача определения режимов работы модуля, их проверка и наглядное отображение решена на основе связки имитационного моделирования и результатов компьютерной анимации. С использованием специализированного программного обеспечения GPSS Studio и Proof Animation разработаны модели, позволяющие в интерактивном режиме проводить исследования взаимной работы проходческого оборудования и шагающей крепи. В экспериментах определено время проходческого цикла.

Рассмотрено влияние особенностей строения россыпных месторождений и распределения в них полезных компонентов на эффективность ресурсосберегающего извлечения запасов ценного минерального сырья. С учетом кластерной организации продуктивной толщи золотосодержащих песков ошибка геометризации для некоторых участков работ может превышать 100 %. Определены погрешности оценки запасов, показаны подходы, которые могут использоваться при управлении процессами разведки, добычи и обогащения. На примере ряда россыпных месторождений Якутии показано, что в числе основных причин возникновения ошибок при оценке запасов находятся неточность определения морфологии и структуры залежи, в первую очередь ее ширины, а также содержания золота в песках.

Приведены основные методические положения для расчета часовой и суточной производительности многочерпаковых свайных драг. Усовершенствована методика определения их производительности, предусматривающая последовательность расчетов показателей работы драги в забое с учетом их взаимосвязи с прочностными характеристиками пород и изменением свойств пород по глубине и ширине забоя. Предложено затраты времени на разработку месторождения разделить на группы, учитывающие потери рабочего времени, связанные с отработкой забоя, с ведением дражных работ в контурах россыпи и с прерыванием технологических процессов для выполнения вспомогательных работ. Для учета простоев введено понятие коэффициента отработки забоя. Установлено изменение технической производительности драги, коэффициентов отработки забоя и использования драги в течение суток от ширины забоя при различной мощности песков. Предложено эмпирическое уравнение для расчета технической производительности драги. MACROBUTTON AcceptAllChangesInDoc

Обоснован новый подход к самообрушению руды в условиях применения конвергентных горных технологий. Для решения поставленной задачи на основе определения размера предельного пролета обнажения, в том числе с использованием метода графов устойчивости Метьюза - Потвина, найдены оптимальные условия самообрушения руды в блочном массиве. Рассмотрено конструктивное решение проблемы, основанное на формировании в рабочем слое рудного массива искусственной неоднородности в виде вертикальной щели, а также на изменении углов наклона стенок оконтуривающих и разделительных искусственных массивов. Представлены результаты расчетов потенциальной энергии гравитационного поля Земли, аккумулируемой в пределах свода естественного равновесия, который формируется в массиве в процессе ведения очистных работ.

Рассмотрено применение реагентов, содержащих гетероциклы азота, кислорода и серы, в качестве собирателей и пенообразователей для флотации сульфидных минералов. Показано, что в качестве собирателей эффективны соединения, содержащие гетероатом азота и атом серы в боковой группе, способные образовывать комплексные соединения, в том числе хелатные, с медью, сурьмой и другими металлами сульфидных руд. Соединения, содержащие гетероатом серы, обладают способностью модифицирования поверхности сульфидов, что благоприятно для последующего закрепления молекул собирателей.

Разработан новый метод кислотного выщелачивания каолинового концентрата - выщелачивание в условиях ультразвуковой кавитации, используемой как катализирующий фактор. Метод позволяет перерабатывать глиноземсодержащий концентрат без затрат на нагрев пульпы и вакуумирование оборудования. В лабораторных условиях получен выход гидроксида алюминия более 90 % от теоретически возможных показателей. Создана замкнутая по всем расходным материалам принципиальная схема технологического процесса.

Проведено исследование фазовых превращений сульфидных минералов - пентландита и халькопирита в процессе обжига в смеси с сульфатом аммония. Особенности поведения смеси сульфидного сырья в процессе обжига определены с помощью синхронного термического и рентгенофазового анализов, а также методом сканирующей электронной микроскопии. В качестве основных оптимальных технологических параметров для эффективной переработки сульфидной медно-никелевой руды выбраны следующие: температура обжига 400 °С, соотношение руда : сульфат аммония в смеси 1 : 10, крупность частиц обжигаемой смеси - 40 мкм, время обжига 240 мин. Важным условием является совместное измельчение руды и сульфата аммония до указанной крупности. При данных параметрах извлечение никеля в раствор при последующем водном выщелачивании клинкера составило 94.8 %, меди - 91.5 %, кобальта - 82.3 %. Результаты исследования могут представлять значительный практический интерес вследствие достигнутого высокого извлечения целевых металлов в раствор.

Проведены физико-химические исследования сравнительных характеристик фторидно-аммониевых процессов комплексной переработки золошлаковых отходов из золоотвала Благовещенской теплоэлектроцентрали и золы уноса экспериментального технологического комплекса “Амур”. Определены оптимальные условия для прохождения ряда реакций, среди которых фторирование исходного сырья в температурном интервале 50 - 200 °С, сублимация гексафторосиликата аммония при 350 - 550 °С, а также для получения таких продуктов, как аморфный кремнезем, мелкозернистый глинозем, красный железооксидный пигмент и фторид кальция. Установлены основные закономерности распределения редкоземельных элементов, включая Sc и Y, в процессе фторидно-аммониевого обогащения. Разработана эффективная инновационная технология комплексной переработки различных типов золошлакового сырья с извлечением рудных микрокомпонентов.

Представлен обзор существующих способов очистки сточных вод предприятий горнодобывающей промышленности от взвешенных веществ. Рассмотрены как уже применяемые, так и перспективные технологии очистки: механические и физико-химические. Показано, что необходимо применение комплекса методов, подбираемых для каждого конкретного горного предприятия.

Рассмотрен синтез оксалата никеля из экстрагирующего раствора никелевого латерита с помощью метода осаждения двух реагентов: карбоната натрия и щавелевой кислоты. Результаты испытаний позволили определить наиболее подходящие условия для синтеза оксалата никеля. Методом поверхности отклика определен количественный состав осадка. Показано, что подход на основе модели Аврами является более эффективным по сравнению с интегральной моделью первого порядка. В ходе изучения механизма протекания реакции определена энергия активации.

Предлагается новый методологический подход к созданию современных комплексных систем спутникового мониторинга изучения этапов формирования очаговых зон природных и техногенных катастрофических событий на крупномасштабных объектах недропользования Сибири, основанный на мультимодальности экспериментальных геомеханико-геодинамических данных дистанционного зондирования поверхности Земли и технологиях цифровых фабрик. Это позволяет вести их разработку с ориентацией на различные профильные прикладные горно-технологические аспекты с учетом перехода на обработку и анализ больших данных о медленных деформационно-волновых процессах с позиций нелинейной “геомеханической термодинамики”. Описан метод оценки подвижности поверхности земной коры в районе угольного Кузбасса на основе расчетов полей линеаментов с использованием профильных спутниковых радарных данных дистанционного зондирования Земли. Представлен программный комплекс для осуществления применяемой геоинформационной технологии с результатами тестирования на примере одного из катастрофических оползневых проявлений на объекте крупномасштабного недропользования с открытой разработкой угольного месторождения в привязке к термодинамическим периодам геомеханического состояния мониторингового объекта.

Предложен алгоритм обнаружения трещин на основе усовершенствованной архитектуры Mask R-CNN для предотвращения катастрофических последствий, вызванных нарушением устойчивости бортов. Архитектура направлена на преодоление ограничения традиционного алгоритма обработки изображений и классической модели глубокого обучения применительно к обнаружению трещин в бортах карьеров. Продемонстрированы возможности Mask R-CNN, направленные на их целевое обнаружение, сегментацию и позиционирование. В усовершенствованной архитектуре устранены основные недостатки, связанные с низкой четкостью изображения краев трещин и ложным обнаружением. Показано, что в ней реализован программный “каркас” для обнаружения и сегментации изображений трещин в бортах карьеров. Данный метод представляет собой расширенный вариант сверточной нейронной сети. С его помощью можно выполнять задачи по классификации, сегментации и итерационной передискретизации в ветви маски, что позволяет решить проблему низкой четкости краев трещины. Результаты испытаний показали, что по сравнению традиционным алгоритмом разделения трещин предлагаемый метод обладает более высокой точностью обнаружения и более качественной сегментацией.

Предложены активные методы очистки шахтных вод, связанные с использованием различных современных технологических установок, таких как аэраторы и радиальные отстойники, которые обеспечивают повышение рН и снижение концентраций загрязняющих веществ в 10 - 50 раз. Пассивные методы очистки шахтных вод реализуются в виде каскада небольших прудов, обеспечивающих их дополнительную очистку за счет снижения скорости течения воды и увеличения времени взаимодействия загрязняющих веществ с реагентами. Реконструкция действующей системы с использованием трех ступеней очистки будет способствовать снижению загрязнения поверхностных и подземных вод, что позволит значительно улучшить экологическую обстановку и минимизировать ущерб гидросфере.