ФТПРПИ №3, 2022. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 539.371
О МНОГОМАСШТАБНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ ГЕОСРЕДЫ
А. Ф. Ревуженко
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: revuzhenko@yandex.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
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.
Геомеханика, математические модели, роль внутренней структуры, поперечные волны
DOI: 10.15372/FTPRPI20220301
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Садовский М. А. О естественной кусковатости горных пород // ДАН СССР. — 1979. — Т. 247. — № 4. — С. 829 – 831.
2. Ревуженко А. Ф., Стажевский С. Б., Шемякин Е. И. О механизме деформирования сыпучего материала при больших сдвигах // ФТПРПИ. — 1974. — № 4. — С. 130 – 133.
3. Садовский М. А., Болховитинов Л. Г., Писаренко В. Ф. О свойстве дискретности горных пород // Физика Земли. — 1982. — № 12. — С. 3 – 18.
4. Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — М.: Геос, 2016. — 424 с.
5. Викулин А. В., Иванчин А. Г. О современной концепции блочно-иерархического строения геосреды и некоторых ее следствиях в области наук о Земле // ФТПРПИ. — 2013. — № 3. — С. 67 – 84.
6. Гриняев Ю. В., Лихачев В. А., Панин В. Е. Структурные уровни деформации твердых тел. — Новосибирск: Наука, 1985. — 229 с.
7. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов / под ред. В. Е. Панина. — Новосибирск: Наука, 1985. — Т. 1. — 298 с., Т. 2. — 320 с.
8. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. Гидродинамика. — М.: Наука, 1988. — 736 с.
9. Заславский Г. М., Сагдеев Р. З. Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса. — М.: Наука, Физматлит, 1988. — 368 с.
10. Немыцкий В. В., Слудская М. И., Черкасов А. Н. Курс математического анализа. Т. 1. — М.; Л.: Гос. изд-во техн.-теорет. лит., 1940. — 459 с.
11. Девис М. Прикладной нестандартный анализ. — М.: Мир, 1980. — 236 с.
12. Альбеверно С., Фенстад Й., Хуэнг-Крон Р., Линдстрем Т. Нестандартные методы в стохастическом анализе и математической физике. — М.: Мир, 1990. — 616 с.
13. Ревуженко А. Ф. Математический анализ функций неархимедовой переменной. Специализированный математический аппарат для описания структурных уровней геосреды. — Новосибирск: Наука, 2012. — 327 с.
14. Лавриков С. В. О расчете напряженно-деформированного состояния разупрочняющегося блочного массива вблизи выработки // Физ. мезомеханика. — 2010. — Т. 13. — № 4. — С. 53 – 63.
15. Павлов И. С. Упругие волны в двумерной зернистой среде // Проблемы прочности и пластичности. — 2005. — Вып. 67. — С. 119 – 131.
16. Павлов И. С., Потапов А. И. Двумерная модель зернистой среды // Изв. РАН. МТТ. — 2007. — № 2. — С. 110 – 121.
17. Povstenko Y. Fractional nonlocal elasticity and solutions for straight screw and edge dislocations, Phys. Mesomech., 2020, Vol. 23, No. 6. — P. 547 – 555.
18. Makarov P. V., Bakeev R. A., and Smolin I. Yu. Modeling of localized inelastic deformation at the mesoscale with account for the local lattice curvature in the framework of the asymmetric Cosserat theory, Phys. Mesomech., 2019, Vol. 22, No. 5. — P. 392 – 401.
19. Rys M. and Petryk H. Gradient crystal plasticity models with a natural length scale in the hardening law, Int. J. Plasticity, 2018, Vol. 111. — P. 168 – 187.
20. Pouriayevali H. and Xu B.-X. Decomposition of dislocation densities at grain boundary in a finite deformation gradient crystal-plasticity framework, Int. J. Plasticity, 2017, Vol. 96. — P. 36 – 55.
21. Ерофеев В. И., Павлов И. С. Параметрическая идентификация кристаллов, имеющих кубическую решетку, с отрицательным коэффициентом Пуассона // ПМТФ. — 2015. — Т. 56. — № 6. — С. 94 – 101.
22. Zenkour A. M. and Radwan A. F. A nonlocal strain gradient theory for porous functionally graded curved nanobeams under different boundary conditions, Phys. Mesomech., 2020, Vol. 23, No. 6. — P. 601 – 615.
23. Chih-Ping Wu and Jung-Jen Yu. A review of mechanical analyses of rectangular nanobeans and single-, double-, and multi-walled carbon nanotubes using Eringen’s nonlocal elasticity theory, J. Arch. Appl. Mech., 2019, Vol. 89. — P. 1761 – 1792.
24. Седечи М., Ягутян А. Исследование на основе уравнений теории упругости динамической неустойчивости колебаний углеродных нанотрубок, расположенных вблизи графитовых листов // ПМТФ. — 2016. — Т. 57. — № 1.
25. Павлов И. С., Лазарев В. А. Нелинейные упругие волны в двумерной нанокристаллической среде // Вестн. науч.-технол. развития. Национальная технологическая группа. — 2008. — № 4 (8). — С. 45 – 53.
26. Лобода О. С., Кравцов А. М. Влияние масштабного фактора на модель упругости трехмерного нанокристалла // Изв. РАН МТТ. — 2005. — № 4. — С. 27 – 41.
27. Ревуженко А. Ф. Трехмерная модель линейно упругого тела со структурой // Физ. мезомеханика. — 2021. — № 3. — С. 26 – 35.
28. Lavrikov S. V. and Revuzhenko A. F. Model of linear elasticity theory with a structural parameter and stress concentration analysis in solids under deformation, AIP Conf. Proc., 2018, 2051 (1), 020167. DOI: 10.1063/1.5083410.
29. Lewandowski M. J. and Stupkiewicz S. Size effects in wedge indentation predicted by a gradient-enhanced crystal-plasticity model, Int. J. Plasticity, 2017, Vol. 98. — P. 54 – 78.
30. Liu D. and Dunstan D. J. Material length scale of strain gradient plasticity: A physical interpretation, Int. J. Plasticity, 2017, Vol. 98. — P. 156 – 174.
31. Habib Pouriayevali and Bai-Xiang Xu. A study of gradient strengthening based on a finite-deformation gradient crystal-plasticity model, Continuum Mech. Thermodyn., 2017, Vol. 29. — P. 1389 – 1412.
32. Dabiao Liu and Dunstan D. J. Material length scale of strain gradient plasticity: A physical interpretation, Int. J. Plasticity, 2017, Vol. 98. — P. 156 – 174.
33. Aifantis E. C. Internal length gradient (ILG) material mechanics scales and disciplines, J. Adv. Appl. Mech., 2016, Vol. 49. — P. 1 – 110.
УДК 539.3 + 551.24
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛИЗАЦИИ СДВИГОВ И ПЕРЕХОДА ГЕОСРЕДЫ К НЕУСТОЙЧИВЫМ РЕЖИМАМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Д. С. Журкина, С. В. Клишин, С. В. Лавриков, М. Г. Леонов
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: daria.zhurk@gmail.com, sv.klishin@gmail.com, lvk64@mail.ru,
Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Геологический институт РАН,
E-mail: mgleonov@yandex.ru, Пыжевский пер., 7, 119017, г. Москва, Россия
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.
Метод дискретных элементов, упаковка, сдвиг, численное моделирование, предел упругости, прочность, неустойчивость, локализация деформаций
DOI: 10.15372/FTPRPI20220302
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Садовский М. А., Кочарян Г. Г., Родионов В. В. О механике блочного горного массива // ДАН СССР. — 1988. — Т. 302. — № 2. — С. 306 – 307.
2. Кочарян Г. Г. Геомеханика разломов. — М.: Геос, 2016. — 424 с.
3. Гольдин С. В. Дилатансия, переупаковка и землетрясения // Физика Земли. — 2004. — № 10. — С. 37 – 54.
4. Лавриков С. В., Ревуженко А. Ф. Математическое моделирование неустойчивого режима деформирования породного массива с учетом внутренних самоуравновешенных напряжений // ФТПРПИ. — 2020. — № 6. — С. 12 – 29.
5. Leonov M. G., Kocharyan G. G., Revuzhenko A. F., and Lavrikov S. V. Tectonics of rock loosening: geological data and physics of the process, Geodynamics and Tectonophysics, 2020, Vol. 11, Issue. 3. — P. 491 – 521.
6. Стефанов Ю. П. Локализация деформаций и разрушение в геоматериалах. Численное моделирование // Физ. мезомеханика. — 2002. — Т. 5. — № 5. — C. 107 – 118.
7. Кукуджанов В. Н., Левитин А. Л. Реологическая неустойчивость и локализация деформаций в плоских упругопластических образцах при растяжении // Механика твердого тела. — 2005. — № 6. — C. 97 – 110.
8. Соковиков М. А., Чудинов В. В., Уваров С. В., Плехов О. А., Ляпунова Е. А., Петрова А. Н., Баяндин Ю. В., Наймарк О. Б., Бродова И. Г. Неустойчивость пластического сдвига и локализация пластической деформации при динамическом нагружении как результат структурно-кинетических переходов в системе мезодефектов // Вестн. ПНИПУ. Механика. — 2013. — № 2. — С. 154 – 175.
9. Райс Дж. Р. Локализация пластической деформации // Теорет. и прикл. механика. — М.: Мир, 1979. — C. 439 – 471.
10. Rudnicki J. W. and Rice J. R. Condition for localization of plastic deformation in pressure sensitive dilatant materials, J. Mech. and Phys. Solids, 1975, Vol. 23, No. 6. — P. 371 – 390.
11. Лавриков С. В., Ревуженко А. Ф. О деформировании блочной среды вокруг выработки // ФТПРПИ. — 1990. — № 6. — C. 7 – 15.
12. Клишин С. В. Дискретно-элементное моделирование локализации деформаций в сыпучей среде при пассивном давлении на подпорную стенку // ФТПРПИ. — 2021. — № 5. — С. 35 – 45.
13. Бушманова О. П., Бушманов С. Б. Численное моделирование процесса деформирования материала в сходящемся канале в условиях возникновения линий локализации // ФТПРПИ. — 2009. — № 4. — С. 33 – 38.
14. Николис Г., Пригожин И. Р. Самоорганизация в неравновесных системах. — М.: Мир, 1979. — 512 с.
15. Ревуженко А. Ф. Механика сыпучей среды. — Новосибирск: Офсет, 2003. — 373 с.
16. Cundall P. A. and Strack O. D. L. A discrete numerical model for granular assemblies, Geotechnique, 1979, Vol. 29, No. 6. — P. 47 – 65.
17. Psakhie S. G., Shilko E. V., Grigoriev A. S., Astafurov S. V., Dimaki A. V., and Smolin A. Yu. A mathematical model of particle-particle interaction for discrete element based modeling of deformation and fracture of heterogeneous elastic-plastic materials, Eng. Fracture Mech., 2014, Vol. 130. — P. 96 – 115.
17. Klishin S. V., Lavrikov S. V., Mikenina O. A., and Revuzhenko A. F. Discrete element method modification for the transition to a linearly elastic body model, IOP Conf. Series, J. Phys., 2018, Vol. 973, 12008.
19. Langroudi M. K., Turek S., Ouazzi A., and Tardos G. I. Cohesive powder flow: Trends and challenges in characterization and analysis, Powder Technol., 2010, Vol. 197. — P. 91 – 101.
20. Andrade J. E., Avila C.F., Hall S. A., Lenoir N., and Viggiani G. Advances in multiscale modeling and characterization of granular matter, J. Mech. Phys. Solids, 2011, Vol. 59. — P. 237 – 250.
21. Zhao J. D. and Guo N. Bridging the micro and macro for granular media: А computational multi-scale paradigm, Geomechanics from Micro to Macro, 2015, London: Taylor & Francis Group. — P. 747 – 752.
22. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. — М.: Мир, 1989. — 509 с.
23. Mindlin R. D. and Deresiewicz H. Elastic spheres in contact under varying oblique forces, J. Appl. Mech., Trans. ASME, 1953, Vol. 20. — P. 327 – 344.
24. Klishin S. V. and Mikenina O. A. DEM generation of particle packs in the Aristotelian mechanics, AIP Conf. Proc., 2021, Vol. 2448. — P. 020011.
УДК 550.34; 519.688; 504.5.06
ДИСТАНЦИОННАЯ ОЦЕНКА ПРОДУКТИВНОСТИ УГЛЕВОДОРОДНОГО КОЛЛЕКТОРА В УСЛОВИЯХ СИЛЬНОЙ ЗАШУМЛЕННОСТИ
И. Я. Чеботарева
Институт проблем нефти и газа РАН,
Е-mail: irinache@inbox.ru, ул. Губкина, 3, 119333, г. Москва, Россия
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.
Сейсмический фон, горные породы, нефть, газ, сейсмическая эмиссия, энтропия Климонтовича, термодинамический индикатор
DOI: 10.15372/FTPRPI20220303
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адушкин В. В., Зецер Ю. И. Перераспределение энергии во внутренних и внешних геосферах при высокоэнергетических воздействиях // Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений. — М.: ИДГ РАН, 1994. — С. 10 – 18.
2. Хаин В. Е., Халилов Э. Н. Цикличность геодинамических процессов: ее возможная природа. — М.: Науч. мир, 2009. — 520 с.
3. Хаврошкин О. Б. Некоторые проблемы нелинейной сейсмологии. — М.: ОИФЗ РАН, 1999. — 285 с.
4. Дьяконов Б. П., Троянов А. К., Кусонский О. А., Назаров А. Н., Фадеев В. А. Геологическая информативность скважных исследований высокочастотных сейсмоакустических шумов // Вулканология и сейсмология. — 1991. — № 1. — С. 112 – 116.
5. Каррыев Б. С., Курбанов М. К., Николаев А. В., Хаврошкин О. Б., Цыплаков В. В. Динамический режим сейсмической эмиссии: хаос и самоорганизация // ДАН СССР. — 1986. — Т. 290. — № 1. — С. 67 – 71.
6. А. с. SU 1000962 A1. Способ сейсмической разведки / А. В. Николаев, П. А. Троицкий, И. Я. Чеботарева. Заявка № 3213796 от 08.12.1980 г. // Опубл. в БИ. — 1983. — № 8.
7. Чеботарева И. Я. Эмиссионная сейсмическая томография — инструмент для изучения трещиноватости и флюидодинамики земной коры // Георесурсы. — 2018. — Т. 20. — № 3. — Ч. 2. — С. 238 – 245.
8. Чеботарева И. Я., Дмитриевский А. Н. Диссипативная сейсмика // Физ. мезомеханика. — 2020. — Т. 23. — № 1. — С. 14 – 32.
9. Садовский М. А., Болховитинов Л. Г., Писаренко В. Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. — М.: Наука, 1987. — 100 с.
10. Мухамедиев Ш. А. О дискретном строении геосреды и континуальном подходе к моделированию ее движения // Геодинамика и тектонофизика. — 2016. — Т. 7. — № 3. — С. 347 – 381.
11. Проблемы нелинейной сейсмики / отв. ред. А. В. Николаев. — М.: Наука, 1987. — 287 с.
12. Зайцев В. Ю. О “неклассических” проявлениях микроструктурно обусловленной акустической нелинейности на примере контактосодержащих сред // Нелинейные волны. — Н. Новгород: ИПФ РАН, 2007. — С. 170 – 190.
13. Опарин В. Н., Танайно А. С. Каноническая шкала иерархических представлений в горном породоведении. — Новосибирск: Наука, 2011. — 258 с.
14. Адушкин В. В., Опарин В. Н. От явления знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия — к волнам маятникового типа в напряженных геосредах. Ч. I // ФТПРПИ. — 2012. — № 2. — С. 3 – 27.
15. Адушкин В. В., Опарин В. Н. От явления знакопеременной реакции горных пород на динамические воздействия — к волнам маятникового типа в напряженных геосредах. Ч. III // ФТПРПИ. —2014. — № 4. — С. 10 – 38.
16. Авсюк Ю. Н. Приливные силы и природные процессы. — М.: ОИФЗ РАН, 1996. — 188 с.
17. Летников Ф. А. Синергетика геологических систем. — Новосибирск: Наука, 1992. — 230 с.
18. Chebotareva I. Ya. and Volodin I. A. Criterion of the order degree for self-oscillating regimes in the analysis of geophysical medium dynamics, Doklady Earth Sciences, 2010, Vol. 432, No. 1. — P. 618 – 621.
19. Chebotareva I. Ya. and Volodin I. A. A method for localizing seismic sources whose signals are separated by an order of difference from the background noise, Doklady Earth Sciences, 2011, Vol. 437, No. 1. — P. 428 – 431.
20. Соболев Г. А. Модель лавинно-неустойчивого трещинообразования — ЛНТ // Физика Земли. — 2019. — № 1. — С. 166 – 179.
21. Павлинова Н. В., Шахова А. Ю. Роль грязевого вулканизма при формировании нефтегазовых залежей Южно-Пильтунского участка Пильтун-Астохского месторождения на шельфе острова Сахалин // Вестн. РУДН. Сер. Инж. исследования. — 2016. — № 2. — С. 74 – 81.
22. Гулиев И. С., Юсубов Н. П., Гусейнова Ш. М. О механизме образования грязевых вулканов в южно-каспийской впадине по данным 2D- и 3D-сейсморазведки // Физика Земли. — 2020. — № 5. — С. 131 – 138.
23. Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Т. 1. — М.: Янус, 1995. — 624 с.
24. Chebotareva I. Y., Rode E. D., and Dmitrievskiy A. N. A thermodynamic indicator for remote assessment of the productivity of a hydrocarbon reservoir, Doklady Earth Sciences, 2021, Vol. 500, No. 2. — P. 857 – 860.
25. Marple S. Digital spectral analysis with applications, Englewood Cliffs N. J., Prentice-Hall, 1987. — 492 p.
26. Aki K. and Richards P. G. Quantitative seismology, Sausalito, California, University Science Books, 2002. — 700 p.
УДК 550.8.013
ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГЕОСРЕДЫ С УЧЕТОМ МИКРОСТРУКТУРЫ И ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Ци Чэнчжи, Янь Фаюань, А. И. Чанышев, Чэнь Хаосян, Цюй Сяолэй
Пекинский университет гражданского строительства и архитектуры,
Е-mail: qichengzhi65@163.com, qichengzhi@bucea.edu.cn, 100040, г. Пекин, Китай
Китайский горно-технологический университет,
100083, г. Пекин, Китай
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: a.i.chanyshev@gmail.com, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
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.
Геоматериалы, калибровочная теория, непрерывный фазовый переход, вариационный принцип Гамильтона, волна деформации
DOI: 10.15372/FTPRPI20220304
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Mindlin R. D. Micro-structure in linear elasticity, Arch. Rational Mech. Anal., 1964, Vol. 16, No. 1. — P. 51 – 78.
2. Mindlin R. D. Second gradient of strain and surface tension in linear elasticity, Int. J. Solids Struct., 1965, Vol. 28. — P. 845 – 857.
3 Eringen A. C. and Suhubi E. S. Nonlinear theory of simple micro-elastic solids-I, Int. J. Eng. Sci., 1964, Vol. 2. — P. 189 – 220.
4. Aifantis E. C. On the microstructural origin of certain inelastic models, J. Eng. Mat. Tech., 1984, Vol. 106. — P. 326 – 330.
5. Aifantis E. C. The physics of plastic deformation, Int. J. Plasticity, 1987, Vol. 3. — P. 211 – 247.
6. Aifantis E. C. On the role of gradients in the localization of deformation and fracture, Int. J. Eng. Sci., 1992, Vol. 30. — P. 1279 – 1299.
7. Fleck N. A. and Hutchinson J. W. A phenomenological theory for strain gradient effects in plasticity, J. Mech. Phys Solids, 1993, Vol. 41, No. 12. — P. 1825 – 1857.
8. Fleck N. A. and Hutchinson J. W. Strain gradient plasticity, Adv. Appl. Mech., Acad. Press, New York, 1997, Vol. 33. — P. 295 – 361.
9. Fleck N. A. and Hutchinson J. W. A reformulation of strain gradient plasticity, J. Mech. Phys. Solids, 2001, Vol. 49. — P. 2245 – 2271.
10. Kondo K. On the geometrical and physical foundations of the theory of yielding, Proc. 2nd Japan Nat. Congr. Appl. Mech., Tokyo, 1953. — P. 41 – 47.
11. Bilby B. A., Bullough R., and Smith E. Continuous distribution of dislocations: a new application of the methods of non-Riemannian geometry, Proc. Roy. Soc. A, 1955, Vol. 231. — P. 263 – 273.
12. Guzev M. A. Non-Euclidean models of elasto-plastic materials with structure defects, Lambert Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbruchen, Germany, 2010. — 128 p.
13. Lurie S. A., Belov P. A., and Volkov-Bogorodsky D. Multi-scale modeling of materials; cohesion, interfacial interaction, inclusions and defects, Analysis and Simulation of Multifield Problems, Springer, Berlin, 2003. — P. 101 – 110.
14. Lurie S. A. and Kalamkarov A. L. General theory of continuous media with conserved dislocations, Int. J. Solids Struct., 2007, Vol. 44. — P. 7468 – 7485.
15. Edelen D. G. B. On the closure of the governing equation of defect mechanics and the resulting theory of the plastic state, Int. J. Eng. Sci., 1979, Vol. 17, No. 4. — P. 441 – 464.
16. Kadic A. and Edelen D. G. B. A gauge theory of dislocations and disclinations, Lecture Notes in Physics, Springer Verlag, Berlin, 1983, Vol. 174. — P. 168 – 286.
17. Duan Y. S. and Duan Z. P. Gauge field theory of a continuum with dislocations and disclinations, Int. J. Eng. Sci., 1986, Vol. 24, No. 4. — P. 513 – 527.
18. Popov V. L. and Kroner E. Theory of elatoplastic media with mesostructured, Theo. Appl. Fract. Mech., 2001, Vol. 37, No. 1 – 3. — P. 299 – 310.
19. Popov V. L. and Slyadnikov E. E. Dynamic gauge theory in elastoplastic media, Physical Mecsomechanics of Heterogeneous Media and Computer-Aided Design of Materials, edited by Panin V. E., Cambridge Int. Sci. Publishing, 1998. — P. 97 – 117.
20. Kiselev S. P. Model of elastoplastic deformation of materials, based on the gauge theory of defects with allowance for energy dissipation, J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2004, Vol. 45, No. 2. — P. 293 – 300.
21. Grinyaev Yu. V. and Chertova N. V. Field theory of defects, Part I. Phys. Mesomech., 2000, Vol. 5, No. 3. — P. 19 – 32.
22. Grinyaev Yu. V. and Chertova N. V. Field theory of defects, Part II. Phys. Mesomech., 2000, Vol. 8, No. 6. — P. 33 – 38.
23. Chertova N. V. and Grinyaev Yu. V. Specisl features of propagation of plane defect waves in viscoplastic medium, Pisma Zh. Tekh. Fiz., 1999, Vol. 25, No. 18. — P. 91 – 94.
24. Chertova N. V. and Grinyaev Yu. V. Derivation of traveling wave solutions in the field theory of defects, Phys. Mesomech., 2007, Vol. 10, No. 5. — P. 107 – 112.
25. Kroner E. Dislocation theory as a physical field theory, Meccanica, 1996, Vol. 31, No. 5. — P. 577 – 587.
26. Kroner E. On the physical reality of torque stresses in continuum mechanics, Int. J. Eng. Sci., 1963, Vol. 1, No. 4. — P. 261 – 278.
27. Carter N. L., Horseman S. T., Russell J. E., and Hardin J. W. Rheology of rocksalt, J. Struct. Geol., 1993, Vol. 15. — P. 1257 – 1271.
28. Senseny P. E., Hansen F. D., Russell J. E., Carter N. L., and Hardin J. W. Mechanical behavior of rocksalt: Phenomenology and micro-mechanism, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., Geomech. Abstr., 1992, Vol. 29, No. 4. — P. 363 – 378.
29. Wawersik W. R. and Zeuch D. H. Modeling and mechanistic interpretation of creep of rocksalt below 200 °C, Tectonophysics, 1986, Vol. 121, No. 2 – 4. — P. 125 – 152.
30. Lindholm U. S., Yeakley L. M., and Nagy A. The dynamic strength and fracture properties of Dresser basalt, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., Geomech. Abstr., 1974, Vol. 11, No. 5. — P. 181 – 191.
31. Adigamov N. S. and Rudaev Ya. I. Equation of state with the consideration of softening of material, J. Min. Sci., 1999, Vol. 35, No. 4. — P. 24 – 32.
32. Guzev M. A. and Makarov V. V. Deformation and failure of the highly stressed rocks around openings, Vladivostok, Dalnauka, 2007. — 232 p.
33. Fang Zulie. The maintenance of soft rock tunnels and their control measurements, The supporting theory and practice for soft rock tunnels in coal mines in China, edited by Manchao He, China University of Mining and Technology, Xuzhou, China, 1996. — P. 64 – 69.
34. Khachai O. A., Khachai O. Yu., Klimko V. K. et al. Kinematic and dynamic characteristics of slow deformation wave in rock massif as a response to blast action, Geodynamics and the state of stresses of the Earth interior, Proc 20th All-Russian Sci Conf., Mining Institute, SB RAS, Novosibirsk, 2013. — P. 38 – 42.
35. Landau L. D. and Lifshitz E. M. Theory of elasticity, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1986.
36. Maugin G. A. Material inhomogeneities in elasticity, Chapman & Hall, London, 1993.
37. Landau L. D. and Lifshitz E. M. Statistical physics, Part I. Butterworth-Heinemann, Oxford, 1997.
38. Landau L. D. and Lifshitz E. M. Mechanics, Butterworth-Heinemann, Oxford, 1998.
39. Rice J. Continuum mechanics and thermodynamics of plasticity in relation to microscale deformation mechanisms, Constitutive equations in plasticity, MIT Press, Cambridge, 1975. — P. 23 – 75.
40. Zuev L. B., Barannikova S. A., Zhigalkin V. M., and Nadezhkin M. V. Laboratory observation of slow movements in rocks, J. Appl. Mech. Tech. Phys., 2012, Vol. 53, No. 3. — P. 467 – 470.
41. Gershenzon N. I., Bykov V. G., and Bambakidis G. Strain waves, earthquakes, slow earthquakes, and afterslip in the framework of Frenkel – Kontorova model, Phys. Rev., 2009, Vol. 79, 056601.
42. Chengzhi Qi, Haoxiang Chen, Anvar Chanyshev, Jilin Qi, and Wei Wu. Modeling deformation wave in rock near deep level tunnel, J. Min. Sci., 2017, Vol. 53, No. 6. — P. 61 – 73.
43. Shemyakin E. I., Fisenko G. L., Kurlenya M. V., Oparin V. N., Reva V. N., Glushikhin F. P., Rozenbaum M. A., Tropp E. A., and Kuznetsov Y. S. The rock-mass zone disintegration near deep level mining opening. Part I: Data of in situ observations, J. Min. Sci., 1986, Vol. 22, No. 4. — P. 3 – 13.
44. Chengzhi Qi, Kairui Li, Jiping Bai, A. Chanyshev, and Peng Liu. Strain gradient model of zonal disintegration of rock mass near deep level tunnels, J. Min. Sci., 2017, Vol. 53, No. 1. — P. 25 – 38.
УДК 622.02
МЕХАНИЗМ РАЗРУШЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ УГОЛЬНО-ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦОВ
Дунмин Го, Вэй Чжан, Циюй Чень, Чжили Ван
Китайский горно-технологический университет,
Е-mail: dmguocumtb@126.com, ул. Сюэюань, 11, г. Пекин, Китай
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.
Угольно-породный образец, соотношение угля к породе, акустическая эмиссия, характеристики разрушения
DOI: 10.15372/FTPRPI20220305
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dou Linming and He Xueqiu. Theory and technology of rock burst prevention and control, Xuzhou, China University Min. Technol. Press, 2001.
2. Qi Qingxin. Rockburst theory and technology, Xuzhou, China University Min. Technol. Press, 2008.
3. Du Taotao, Li Kang, Lan Hang, et al. Rockburst process analysis insteeply-inclined extremely-thick coal seam, J. Min. Safety Eng., 2018, Vol. 35, No. 1. — P. 140 – 145.
4. Kang Hongpu. Temporal scale analysis on coal mining and strata control technologies, J. Min. Strata Control Eng., 2020, Vol. 2, No. 2. — 023538.
5. Cook N. G. W. The failure of rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstracts, 1965, Vol. 2, No. 4. — P. 389 – 403.
6. Bieniawski Z. T., Denkhaus H. G., and Vogler U. W. Failure of fractured rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstracts, 1969, Vol. 6, No. 3. — P. 323 – 341.
7. Cook N. G. W., Hoek E., Pretorius J. P. G., Ortlepp W. D., and Salamon M. D. G. Rock mechanics applied to the study of rock bursts, J. South African Institute of Min. and Metal., 1965, Vol. 66, No. 12. — P. 435 – 528.
8. Jin Liping. Research on the occurrence conditions and prediction methods of rock bursts, Chongqing, Chongqing University, 1992.
9. Li Yusheng. Rockburst mechanism and its preliminary application, J. China Institute Min. Technol., 1985, Vol. 14, No. 3. — P. 37 – 43.
10. Zhang Mengtao, Xu Zenghe, Pan Yishan. A united instability theory on coal (rock) burst and outburst, J. China Coal Soc., 1991, Vol. 16, No. 4. — P. 48 – 53.
11. Dou Linming, Lu Caiping, Mou Zonglong. Rock burst tendency of coal-rock combinations sample, J. Min. Safety Eng., 2006, Vol. 23, No. 1. — P. 43 – 46.
12. Chen Yan, Zuo Jianping, Song Hongqiang, et al. Deformation and crack evolution of coal-rock combined body under cyclic loadingunloading effects, J. Min. Safety Eng., 2018, Vol. 35, No. 4. — P. 826 – 833.
13. Zhao Y. X., Jiang Y. D., Zhu J., and Sun G. Z. Experimental study on precursory information of deformations of coal–rock composite samples before failure, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2008, Vol. 27, No. 2. — P. 339 – 346.
14. Guo Dongming. Macro- and mesoscopic failure test and theoretical study of deep coal-rock combinations in Huxi mine, China University Min. Technol., Beijing, 2010.
15. Zuo Jianping and Chen Yan. Investigation on crack recovery effect of coal-rock combined body under the influence of unloading, J. China Coal Soc., 2017, Vol. 42, No. 12. — P. 3142 – 3148.
16. Zuo Jianping, Song Hongqiang, Chen Yan, and Li Yanhong. Post-peak progressive failure characteristics and nonlinear model of coal-rock combined body, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 12. — P. 3265 – 3272.
17. Zuo Jianping, Chen Yan, and Cui Fan. Investigation on mechanical properties and rock burst tendency of different coal–rock combined bodies, J. China University Min. Technol., 2018, Vol. 47, No. 1. — P. 81 – 87.
18. Miao Leigang, Niu Yuanyuan, and Shi Biming. Impact dynamic tests for rock–coal–rock combination under different strain rates, J. Vibration and Shock, 2019, Vol. 38, No. 17. — P. 137 – 143.
19. Yu Yongjun, Zhu Wanchen, Li Lianchong, et al. Simulations on hydraulic fracture propagation of coal–rock combination in deep underground, J. Hazard Control Tunnel. Underground Eng., 2019, Vol. 1, No. 3. — P. 96 – 108.
20. Liu Baoxian, Huang Jinglin, Wang Zeyun, et al. Study on damage evolution and acoustic emission character of coal rock under uniaxial compression, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2009, Vol. 28, No. 1. — P. 3234 – 3238.
21. Xu Jiang, Li Shuchun, Tang Xiaojun, et al. Rock fatigue damage evolution based on acoustic emission, J. University Sci. Technol., Beijing, 2009, Vol. 31, No. 1. — P. 19 – 24.
22. Zhang Guanghui, Deng Zhigang, Jiang Junjun, et al. Acoustic emission characteristics of coal with strong impact tendency under different loading methods, J. Min. Safety Eng., 2020, Vol. 37, No. 5. — P. 977 – 982.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 004.942; 622.3
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИИ СКОРОСТНОЙ ПРОХОДКИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
В. И. Клишин, А. Н. Стародубов, В. В. Зиновьев, А. Д. Тургенев
Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН,
Е-mail: a.n.starodubov@gmail.com, Ленинградский проспект, 10, 650065, г. Кемерово, Россия
Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева,
ул. Весенняя, 28, 650000, г. Кемерово, Россия
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.
Имитационное моделирование, компьютерная анимация, технология скоростной проходки, горные выработки
DOI: 10.15372/FTPRPI20220306
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петренко И. Е. Итоги работы угольной промышленности России за 2021 год // Уголь. — 2022. — № 3. — С. 9 – 23.
2. Томашевский В. Н., Жданова Е. Г. Имитационное моделирование в среде GPSS. — М.: Бестселлер, 2003. — 412 с.
3. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. — СПб.: Питер, 2004. — 848 с.
4. Стародубов А. Н., Зиновьев В. В., Береснев М. В. Система имитационного моделирования горнопроходческих работ // Уголь. — 2016. — № 2. — С. 20 – 24.
5. Девятков В. В., Габалин А. В. Имитационное исследование бизнес-процессов с очередями с помощью среды моделирования GPSS Studio // Открытое образование. — 2020. — Т. 24. — № 3. — С. 67 – 77.
6. Капутин Ю. Е. Информационные технологии планирования горных работ (для горных инженеров). — СПб.: Недра, 2004. — 424 с.
7. John R. Sturgul. Mine design: examples using simulation, SME, 2000. — 380 p.
8. Кузнецов И. С., Крамаренко В. А. Анимационное представление работы экскаваторно-автомобильного комплекса // Россия молодая: сб. материалов XI Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. — 2019. — С. 30109 – 30109.
9. Егоров А. П., Кондаков И. А. Оценка возможности и эффективности внедрения технологических схем скоростной проходки подземных горных выработок на угольных шахтах // Уголь. — 2019. — № 11. — С. 22 – 28.
10. Казанин О. И., Долоткин Ю. Н., Задавин Г. Д. Возможности и перспективы скоростного проведения выработок при многоштрековой подготовке выемочных участков на шахтах ОАО “Воркутауголь” // Уголь. — 2007. — № 12. — С. 4 – 8.
11. Баскаков В. П., Добровольский М. С. Опыт скоростного проведения подготовительных выработок с применением технологии поэтапного крепления // Уголь. — 2011. — № 10. — С. 5 – 8.
12. Кузьминич В. А., Горшков М. Д., Грауле Д. В. Прогрессивные технологические схемы проведения горных выработок. — Новокузнецк: ОАО УК “Кузнецкуголь”, 2000. — 27 с.
13. Пат. 2724816 РФ, МПК E21D 11/00, E21D 19/04, E21C 41/16, E21D 23/00. Способ проведения подготовительной горной выработки и механизированная крепь для его осуществления / В. И. Клишин, Б. А. Анферов, Л. А. Кузнецова, С. М. Никитенко, Ю. В. Малахов, С. И. Мефодьев // Опубл. в БИ. — 2020. — № 18.
14. Клишин В. И., Фрянов В. Н., Павлова Л. Д., Никитенко С. М., Малахов Ю. В. Исследование взаимодействия многофункциональной шагающей крепи с массивом горных пород при проведении подземных выработок // ФТПРПИ. — 2021. — № 3. — С. 3 – 12.
15. Клишин В. И., Малахов Ю. В., Никитенко С. М., Анферов Б. А. Разработка технических требований к механизированной шагающей крепи в составе горнопроходческого комплекса // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2020. — № 6. — С. 125 – 131.
16. Клишин В. И., Малахов Ю. В. Организационные аспекты скоростной проходки подземных горных выработок с использованием механизированной шагающей крепи // Горное оборудование и электромеханика. — 2021. — № 4. — С. 9 – 15.
УДК 622.02 : 622.342 (001)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ОСВОЕНИЯ НА СЕВЕРЕ
Н. С. Батугина, В. Л. Гаврилов, С. М. Ткач, Е. А. Хоютанов
Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН,
E-mail: batuginan@mail.ru, просп. Ленина, 43, 677980, г. Якутск, Россия
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: gvlugorsk@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
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.
Россыпное месторождение, запасы, кластерное строение, геометризация, достоверность, эффективность, потери, разубоживание
DOI: 10.15372/FTPRPI20220307
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Батугин С. А., Черный Е. Д. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений. — Новосибирск: Наука, 1998. — 344 с.
2. Троицкий В. В. Проблемы методического и юридического характера, связанные с пополнением запасов месторождений россыпного золота и их разработкой // Золотодобыча. — 2015. — № 8. URL: https://zolotodb.ru/article/11307.
3. Shurygin D. N., Vlasenko S. V., and Shutkova V. V. Estimation of the error in the calculation of mineral reserves taking into account the heterogeneity of the geological space, IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci., Russky Island, 4 – 6 March 2019, Vol. 272.
4. Рогова Т. Б., Шаклеин С. В. Применение геоинформационных технологий при оценке запасов угольных месторождений Кузбасса // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2021. — № 1 – 6. — С. 47 – 53.
5. Викентьев В. А., Карпенко И. А., Шумилин М. В. Экспертиза подсчета запасов рудных месторождений. — М.: Недра, 1988. — 199 с.
6. Батугина Н. С., Гаврилов В. Л., Ткач С. М. Погрешность изменения прибыли горного предприятия при разработке сложноструктурного месторождения // Горн. журн. — 2018. — № 12. — С. 41 – 45.
7. Батугина Н. С., Гаврилов В. Л., Ткач С. М. Кластерная организация россыпных месторождений Якутии и использование ее особенностей в геотехнологиях // Горн. журн. — 2019. — № 2. — С. 16 – 19.
8. Ермаков С. А., Бураков А. М., Касанов И. С. Минимизация объемов переработки золотосодержащих песков россыпных месторождений Якутии по критерию предельной крупности некондиционного сырья // ГИАБ. — 2014. — № 4. — С. 138 – 149.
9. Батугин С. А., Яковлев В. Л. Закономерности развития горного дела. — Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1992. — 116 с.
10. Jones G. and O’Brien V. Aspects of resource estimation for mineral sands deposits, Trans. Inst. Min. Metall., Sect. B, 2014, Vol. 123. — P. 86 – 94.
11. Thomas Stephen W. and Wendt Clancy J. Placer sampling and reserve estimation, Applied mining geology: Ore reserve estimation, Symp. Meet. Soc. Min. Eng. AIME, 1986. — P. 169 – 174.
12. Tenorio V. O., Bandopadhyay S., Misra D., Naidu S., and Kelley J. Development of a methodology combining clustering and conditional simulation for the definition of underwater sampling models, Proc. 37th Int. Symp. APCOM – 2015, Fairbanks, 23 – 27 May 2015. — P. 872 – 888.
13. Coombes J., Standing C., Lacourt R., and Queiroz C. Exposing uncertainty in schedules for proactive stockpile planning, Miner. Resour. Ore Reserve Estimation, 2014. — P. 619 – 626.
14. Гальцева Н. В., Горячев Н. А., Шарыпова О. А. Экономический потенциал освоения техногенных отходов горнодобывающих предприятий Северо-Востока России // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2021. — № 1 – 6. — С. 68 – 74.
15. Крутоус В. И. Погребенные, сложные и ископаемые россыпи золота (Верховья р. Колыма) // Вестн. СВНЦ ДВО РАН. — 2011. — № 1. — С. 27 – 40.
16. Мирзеханов Г. С., Мирзеханова З. Г. Оценочные критерии ресурсного потенциала техногенных образований россыпных месторождений золота Дальнего Востока России // Вестн. Камчатской региональной организации “Учебно-научный центр”. Сер.: Науки о Земле. — 2014. — № 1. — С. 139 – 150.
17. Deng H., Huang X., Mao X., Yu S., Chen J., Liu Z., and Zou Y. Generalized mathematical morphological method for 3d shape analysis of geological boundaries: application in identifying mineralization-associated shape features, Nat. Resour. Res., 2021. DOI: 10.1007/s11053-021-09975-6.
18. Zhang S. E., Nwaila G. T., and Tolmay L. Integration of machine learning algorithms with gompertz curves and kriging to estimate resources in gold deposits, Nat. Resour. Res., 2021, Vol. 30. — P. 39 – 56.
19. Мальцев Е. Н. Сравнение российской и зарубежной систем подсчета запасов твердых полезных ископаемых и практический опыт использования // Глобус. — 2022. — № 1. — С. 188 – 92.
УДК 622.271.5\
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МНОГОЧЕРПАКОВЫХ СВАЙНЫХ ДРАГ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ
Ф. В. Дудинский, Б. Л. Тальгамер, Н. В. Мурзин
Иркутский национальный исследовательский технический университет,
E-mail: go_gor@istu.edu, talgamer@istu.edu, murzinnv@istu.edu,
ул. Лермонтова, 83, 664074, г. Иркутск, Россия
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.
Многочерпаковые свайные драги, параметры работы драги, порядок отработки забоя, затраты времени, производительность драг
DOI: 10.15372/FTPRPI20220308
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Славиковская Ю. О. Техногенные пустоты недр как фактор негативного воздействия на окружающую среду при разработке месторождений твердых полезных ископаемых // ГИАБ. — 2021. — № 2. — С. 33 – 44.
2. Dendievel A.-M., Grosbois C., Ayrault S., Evrard O., Coynel A., Debret M., Gardes T., Euzen C., Schmitt L., Chabaux F., Winiarski T., and Van Der Perk M. Key factors influencing metal concentrations in sediments along Western European Rivers: A long-term monitoring study (1945 – 2020), Sci. Total Environ., 2022, Vol. 805.
3. Sondergaard J. and Mosbech A. Mining pollution in greenland — the lesson learned: a review of 50 years of environmental studies and monitoring, Sci. Total Environ., 2022, Vol. 812.
4. Бочков В. С., Бочкова К. В. Разработка техногенных месторождений для строительной отрасли // Строит. и дор. машины. — 2021. — № 5. — С. 43 – 48.
5. Sgarlata C., Formia A., Siligardi C., Ferrari F., and Leonelli C. Mine clay washing residues as a source for alkali-activated binders, Materials, 2022, Vol. 15 (1), No. 83.
6. De Carvalho F. A., Nobre J. N. P., Cambraia R. P., Silva A. C., Fabris J. D., Dos Reis A. B., and Prat B. V. Quartz mining waste for concrete production: environment and public health, Sastainability (Switzerland), 2022, Vol. 14, Issue 1, 389.
7. Kasisz S., Kibort K., Mioduska J., Lieder M., and Malachowska A. Waste management in the mining industry of metals ores, coal, oil and natural gas — a review, J. Environ. Managem., 2022, Vol. 304, 114239.
8. Вайсман Я. И., Гайдай М. Ф. Разработка технологии консервации терриконов в целях снижения их негативного воздействия на окружающую среду и сохранения ресурсного потенциала // Вестн. ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2016. — Т. 15. — № 19. — С. 175 – 184.
9. Kostromin M. V. and Panina Yu. T. Ways of solving the problems of rational nature management in the areas of alluvial deposits development, IOP conf. ser. Earth Environ. Sci., 2022, Vol. 962, Issue 1, 012053.
10. Пестерев А. П. Трансформация экосистем криолитозоны при разработке россыпного месторождения алмазов // Горн. журн. — 2016. — № 9. — С. 104 – 107.
11. Bannerman B. G., Bodensteiner R. M. S., and Rawhouser A. K. The chemistry of sub-alpine streams in mined regions of the north cascades range, Water, Air and Soil Pollution, 2019, Vol 230. — P. 143.
12. Vertimurugan E., Shruti V. C., Jonathan M. P, Roy P. D., Sarkar S. K., Rawlins B. K., and Villegas L. E. S. Comprehensive study on metal contents and their ecological risks in beach sediments of KwaZulu-Natal province, South Africa, Marine Pollution Bulletin, 2019. Vol. 149, 110555.
13. Zamana L. V. and Vakhnina I. L. The impact of the placer gold mining in Eastern Transbaikalia (Russia) on the environment components of river valleys in the Amur River basin, IOP conf. ser. Earth. Environ. Sci., 2022, Vol. 962. Issue 1, 012043.
14. Mirzekhanov G. S. and Mirzekhanova Z. G. Forward apprasial of potential gold content of dredge and sluice tailings dumps at placers in Russia’s far east, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56. No. 1. — P. 259 – 267.
15. Talgamer B. L., Dudinskiy F. V., and Murzin N. V. Assessment of conditions and experience of technogenic placer dredging, IOP conf. ser.: Earth Environ. Sci., 2020, Vol. 408, 012065.
16. Федорова Л. Л., Соколов К. О., Куляндин Г. А. Георадиолокационные исследования горно-геологических условий дражных полигонов // Горн. журн. — 2015. — № 4. — С. 10 – 14.
17. Печенкин В. Г., Печенкина А. В. О перспективах разработки россыпных месторождений золота дражным способом // Горн. журн. — 2019. — № 4. — С. 32 – 36.
18. Зубрилов JI. E. Драгирование россыпей. — Свердловск: Металлургиздат, 1944. — 116 с.
19. Лешков В. Г. Теория и практика разработки россыпей многочерпаковыми драгами. — М.: Недра, 1980. — 352 с.
20. Свиридов А. П. Драги и драгирование. — М.: Металлургиздат, 1952. — 476 с.
21. Шорохов С. М. Технология и комплексная механизация разработки россыпных месторождений. М.: Недра, 1973. — 765 с.
22. Ji W., Yang Z., and Zhao J. Analysis of factors affecting dredger’s time utilization of cutter suction dredger, 22nd World Dredging congress “Wodcon 2019”, 2019. — P. 376 – 384.
23. Пятаков В. Г., Тальгамер Б. Л. Перспективы развития дражного способа разработки россыпных месторождений // Горн. журн. — 2019. — № 12. — С. 35 – 38.
24. Кисляков В. Е., Нафиков Р. З., Катышев П. В. Повышение производительности драг в условиях отрицательной температуры // Вестн. МГТУ им. Г.И. Носова. — 2017. — № 4. — С. 4 – 9.
25. Jonson K. and MacKenzie A. Gold dredging in the Klondike and number 4 Proceedings, Annual Conf. — Canadian Society for Civil Engineering, 2012, No. 1. — P. 211 – 220.
26. Kostromin M. V. and Yakimov A. A. Industrial technology facilitation for the Dredging of highland placers, IOP conf. ser.: Earth Environ. Sci., 2021, Vol. 666, 022031.
27. Kostromin M. V. and Yakimov A. A. The introduction of clay placer dredging preparation technology, IOP conf. ser.: Earth Environ. Sci., 2021, Vol. 666, 022076.
28. Myazin V. P. New resource-saving technologies for gold recovery from rebellious and hard-to-process material of clayey deposits and mining waste, IOP conf. ser.: Earth Environ. Sci., 2019, Vol. 262, 012049.
29. Osovetsky B. Placer tailings: “New” nanogold and technologies of development, Int. Multidisciplinary Scientific Geo Conference “SGEM 2020”, 2020, Iss. 6.1. — P. 93 – 100.
30. Kislyakov V. E., Nafikov R. Z., Kirsanov A. K., Katyshev P. V., Shkaruba N. A., and Zaytseva E. V. Substantiation of dredging technology of water-bearing deposits at subzero air temperature, ARPN J. Eng. and Applied Sci., 2019. Vol. 14, Iss. 19. — P. 3417 – 3424.
31. Кубасов В. А., Липунов И. П., Казаков Ю. М. Методика расчета средней часовой производительности драги с учетом горногеологических условий россыпей глубокого залегания // Повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири. — Иркутск, 1976. — С. 153 – 160.
32. Мурзин Н. В., Тальгамер Б. Л. К систематизации техногенных россыпей // Рациональное освоение недр. — 2021. — № 2. — С. 18 – 23.
УДК 622.831; 622.2; 622.235
ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КОНВЕРГЕНТНЫМИ ГОРНЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ
Ю. П. Галченко, В. А. Еременко, А. М. Янбеков
Институт проблем комплексного освоения недр им. акад. Н. В. Мельникова РАН,
Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Горный институт НИТУ “МИСиС”,
Е-mail: prof.eremenko@gmail.com, Ленинский проспект, 4, 119991, г. Москва, Россия
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.
Энергия гравитационного поля Земли, конвергентные горные технологии, самообрушение горных пород, пролет обнажения, свод естественного равновесия, метод графов устойчивости Метьюза – Потвина, потенциальная энергия
DOI: 10.15372/FTPRPI20220309
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К. Н., Галченко Ю. П. Геоэкология освоения недр Земли и экогеотехнологии разработки месторождений. — М.: Научтехлитиздат, 2015. — 360 с.
2. Galchenko Yu. P., Eremenko V. A., Vysotin N. G., and Kosyreva M. A. Justification of functional organization and contents of modeling cluster concept for geomechanical research of convergent mining technologies, Eurasian Min., 2021, No. 2. — P. 3 – 9.
3. Еременко В. А., Галченко Ю. П., Липницкий Н. А., Умаров А. Р. Каркасная горная конструкция при подземной разработке мощных рудных месторождений // Горн. журн. — 2021. — № 9. — С. 11 – 18.
4. Агошков М. И. Конструирование и расчеты систем и технологии разработки рудных месторождений. — М.: Наука, 1965. — 220 с.
5. Новая технология и системы подземной разработки рудных месторождений: к 60-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР М. И. Агошкова. — М.: Наука, 1965. — 235 с.
6. Еременко А. А., Христолюбов Е. А., Филиппов В. Н., Конурин А. И. Обоснование технологических схем и конструктивных элементов систем разработки слепых рудных тел в окрестности выработанных пространств // Горн. журн. — 2021. — № 9. — С. 22 – 28.
7. Каплунов Д. Р., Айнбиндер И. И., Федотенко В. С., Юков В. А. Актуальные проблемы подземной добычи руд, проблемы устойчивого развития и перехода к новому технологическому укладу // Горн. журн. — 2021. — № 9. — С. 4 – 11.
8. Серяков В. М., Риб С. В., Басов В. В., Фрянов В. Н. Геомеханическое обоснование параметров отработки угольных пластов в зоне взаимовлияния очистного пространства и передовой выработки // ФТПРПИ. — 2018. — № 6. — С. 21 – 29.
9. Noriega R., Pourrahimaian Y., and Ben-Awuah E. Optimisation of life-of-mine production scheduling for block-caving mines under mineral resource and material mixing uncertainty, Int. J. Min., Reclamation and Env., 2022, Vol. 36, No. 2. — P. 104 – 124.
10. Кузьмин Е. В., Узбекова А. Р. Самообрушение руды при подземной добыче. — М.: МГГУ, 2006. — 276 с.
11. Савич И. Н. Обоснование параметров систем с принудительным обрушением при подземной разработке рудных месторождений // Горн. журн. — 2021. — № 9. — С. 18 – 20.
12. Tegachouang N. C., Bowa V. M., Li X., Luo Y., and Gong W. Study of the Influence of block caving underground mining on the stability of the overlying open pit mine, Geotech. Geolog. Eng., 2022, Vol. 40, No. 1. — P. 165 – 173.
13. Castro R., Arancibia L., and Gomez R. Quantifying fines migration in block caving through 3D experiments, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2022, Vol. 151. — 105033.
14. Xia Z.-Y., Tan Z.-Y., and Zhang L. Instability mechanism of extraction structure in whole life cycle in block caving mine, Geofluids, 2021, Vol. 2021. — 9932932.
15. Родионов В. Н. Очерк геомеханика. — М.: Науч. мир, 1996. — 126 с.
16. Родионов В. Н., Сизов И. А., Цветков В. М. Основы геомеханики. — М.: Недра, 1986. — 286 с.
17. Potvin Y. Empirical open stope design in Canada, Thesis PhD., Dept. Min. and Miner. Proc., University of British Columbia, 1988.
18. Хажыылай Ч. В., Еременко В. А., Умаров А. Р., Янбеков А. М. Оценка устойчивости обнажений каркасных горных конструкции по методу Метьюза – Потвина в условиях проектирования соляного рудника // Конф. Междунар. науч. школы акад. РАН К. Н. Трубецкого “Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр”. — М.: ИПКОН РАН, 2020. — С. 172 – 176.
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.765.061
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ ДЛЯ ФЛОТАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ РУД (ОБЗОР)
А. А. Лавриненко, Г. Ю. Гольберг
Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н. В. Мельникова РАН,
Е-mail: gr_yu_g@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
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.
Флотация сульфидных руд, флотационные реагенты, собиратели, ксантогенаты, d-элементы, гетероциклические соединения, пенообразователи
DOI: 10.15372/FTPRPI20220310
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bulatovich S. M. Handbook of flotation reagents: chemistry, theory and practice: Vol. 1: Flotation of sulfide ores, 1st Edition, Amsterdam, Elsevier Science, 2007. — 727 p.
2. Cusano G., Gonzalo M. R., Farrell F., Remus R., Roudier S., and Sancho L. D. Best available techniques (BAT) reference document for the main non-ferrous metals industries, EUR 28648, Luxembourg, Publications office of the European Union, 2017. DOI: 10.2760/8224.
3. Fuzeng Li, Yaoguo Huang, Yali Zhang, Ming Wang, Linlin Chen, and Yun Jia. Flotation and adsorption mechanism studies of antimony sulfide with 5-heptyl-1,3,4-oxadiazole-2-thione as a collector, Miner. Eng., 2021, Vol. 172, 107164.
4. Jia K., Feng Q.-M., Zhang G.-F., Shi Q., Luo Y.-J., and Li C.-B. Improved hemimorphite flotation using xanthate as a collector with S (II) and Pb (II) activation, Int. J. Minerals, Metallurgy and Materials, 2018, Vol. 25, No. 8. — P. 849 – 860.
5. Ndoro T. O. and Witika L. K. A review of the flotation of copper minerals, Int. J. Sciences: Basic and Applied Research (IJSBAR), 2017, Vol. 34, No. 2. — P. 145 – 165.
6. Shen Y., Nagaraj D. R., Farinato R., and Somasundaran P. Study of xanthate decomposition in aqueous solutions, Miner. Eng., 2016, Vol. 93. — P. 10 – 15.
7. Elizondo-Alvarez M. A., Uribe-Salas A., and Bello-Teodoro S. Chemical stability of xanthates, dithiophosphinates and hydroxamic acids in aqueous solutions and their environmental implications, Ecotoxicol. Environ. Saf., 2021, Vol. 207, 111509.
8. Marabini A. M., Ciriachi M., and Barbaro M. Thermodynamic approach for the evaluation of the reactivity of mercaptobenzothiazole reagents with Pb and Zn cations; correlation with results of flotation, Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy: Section C, 2008, Vol. 117, No. 1. — P. 43 – 47.
9. Yekeler H. and Yekeler M. Predicting the efficiencies of 2-mercaptobenzothiazole collectors used as chelating agents in flotation process: a density-functional study, J. Mol. Model., 2006, Vol. 12, No. 6. — P. 763 – 768.
10. Матвеева Т. Н., Громова Н. К. Особенности действия меркаптобензотиазола и дитиофосфата при флотации Au- и Pt-содержащих минералов // ГИАБ. — 2009. — № S14. — С. 62 – 71.
11. Kuang Lu Cheng, Keihei Ueno, and Toshiaki Imamura. CRC handbook of organic analytical reagents, 2nd Edition, London-New York-Washington, CRC Press, 2019. — 615 p.
12. Матвеева Т. Н., Гетман В. В., Каркешкина А. Ю. Исследование адсорбционных и флотационных характеристик реагента дитиопирилметана для извлечения золота из упорных золотомышьяковых руд // ФТПРПИ. — 2020. — № 4. — С. 157 – 163.
13. Иванова Т. А., Зимбовский И. Г., Гетман В. В., Каркешкина А. Ю. Исследование возможности использования дитиопирилметана при флотации сульфидных минералов // Обогащение руд. — 2018. — № 6 (378). — С. 38 – 44.
14. Xiaoyan Qu, Jingjing Xiao, Guangyi Liu, Sheng Liu, and Zhiyong Zhang. Investigation on the flotation behavior and adsorption mechanism of 3-hexyl-4-amino-1,2,4-triazole-5-thione to chalcopyrite, Miner. Eng., 2016, Vol. 89. — P. 10 – 17.
15. Guangyi Liu, Yaoguo Huang, Xiaoyan Qu, Jingjing Xiao, Xianglin Yang, and Zhenghe Xu. Understanding the hydrophobic mechanism of 3-hexyl-4-amino-1, 2,4-triazole-5-thione to malachite by ToF-SIMS, XPS, FTIR, contact angle, zeta potential and micro-flotation, Colloids Surf. A: Physicochem. and Eng. Aspects, 2016, Vol. 503. — P. 34 – 42.
16. Гусев В. Ю., Байгачева Е. В., Гоголишвили В. О. Азопроизводные пирокатехина, резорцина и салициловой кислоты как собиратели для флотации сульфидных руд // Журн. прикл. химии. — 2019. — Т. 92. — № 12. — С. 1598 – 1609.
17. Dianzuo Wang. Flotation reagents: applied surface chemistry on minerals flotation and energy resources beneficiation: Vol. 2: Applications, Beijing, Metallurgical Industry Press, 2016.
18. Шубов Л. Я., Иванков С. И., Щеглова Н. К. Флотационные реагенты в процессах обогащения минерального сырья. Кн. 2. — М.: Недра, 1990. — 263 с.
19. Гетман В. В., Каркешкина А. Ю. Применение поливинилкапролактама в процессе флотационного обогащения сульфидных руд // Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья: материалы междунар. конф. (Плаксинские чтения – 2020). — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2020. — С. 173 – 176.
20. Каркешкина А. Ю., Гетман В. В. Аналитические реагенты группы пиразолов во флотационном обогащении сульфидных руд // Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья: материалы междунар. конф. (Плаксинские чтения – 2020). — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2020. — С. 176 – 178.
21. Wanjia Zhang, Jian Cao, Sihui Wu, Wei Sun, Zhitao Feng, and Zhiyong Gao. Synthesis of selective heteroatomic collectors for the improved separation of sulfide minerals, Separation and Purification Technol., 2022, Vol. 287, 120563.
22. Rogers H. M., Arachchige S. M., Brewer K. J., and Swavey S. Polyatomic bridging ligands, Comprehensive Coordination Chemistry II, 2003, Vol. 1. — P. 135 – 157.
23. Tusupbaev N. and Semushkina L. New flotation agents for the beneficiation of polymetallic sulphide ores, Int. Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM, Sofia, 2011, Sofia: Surveying Geology and Mining Ecology Management (SGEM), 2011, Vol. 1. — P. 1139 – 1146.
24. Bekturganov N. S., Tusupbayev N. K., Semushkina L. V., and Kalieva R. S. Colloidal-chemical and floatational characteristics of new flotoreagents of tetrahydropyranic series, Tsvetnye Metally, 2010, No. 4. — P. 29 – 32.
25. Milosavljevic M. M., Marinkovic A. D., Rancic M., Milentijevic G., Bogdanovic A., Cvijetic I. N., and Guresic D. New eco-friendly xanthate-based flotation agents, Minerals, 2020, Vol. 10, No. 4. DOI: 10.3390/min10040350.
26. Pat. US 2169313. Concentration of metalliferous ores by flotation, C. F. Williams, W. Trotter, 15.08.1939 (US Cl. 209-166).
27. Dzade N. Y. and de Leeuw N. H. Adsorption and desulfurization mechanism of thiophene on layered FeS (001), (011), and (111) Surfaces: a dispersion-corrected density functional theory study, J. Phys. Chem. C, 2018, Vol. 122, No. 1. — P. 359 – 370.
28. А. с. СССР 527207, Int. Cl2 B03D 1/02. Собиратель-вспениватель при флотации свинецсодержащих сульфидных руд / П. М. Соложенкин, С. А. Вартанян, Ю. Е. Саркисов, Г. Ю. Пулатов, Э. А. Абгарян, Т. Н. Акназарова // Опубл. в БИ. — 1976. — № 33.
29. Farzaliev V. M., Mustafaev N. P., Efendieva Kh. K., and Abbasova M. N. Synthesis of novel derivatives of O-butyl xanthic acid, Russian J. Organic Chemistry, 2020, Vol. 56, No. 5. — P. 942 – 945.
30. Zakupova A. N., Svidersky A. K., Muldakhmetov M. Z., Fazylov S. D., Huchuli A., and Zhurinov M. Zh. Synthesis and research of complexing properties of morpholine dithiocarbamates with copper, Bul. National Acad. Sci. Rep. Kazakhstan, 2016, Vol. 5, No. 363. — P. 139 – 143.
УДК 66.088
ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ ПРИ КИСЛОТНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ КАОЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА В УСЛОВИЯХ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАВИТАЦИИ
Т. Ю. Еранская
Институт геологии и природопользования ДВО РАН,
Е-mail: taerta@mail.ru, пер. Релочный, 1, 675000, г. Благовещенск, Россия
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.
Кавитация ультразвуковая, выщелачивание, концентрат каолиновый, каолинит, гидроксид алюминия, глинозем, кислота азотная
DOI: 10.15372/FTPRPI20220311
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дубовиков О. А., Яскеляйнен Э. Э. Переработка низкокачественного бокситового сырья способом термохимия-Байер // Зап. ГИ. — 2016. — Т. 221. — С. 668 – 674.
2. Шварцман Б. Х. Кислотные методы переработки глиноземсодержащего сырья. — М.: Цветметинформация, 1964. — 82 с.
3. Сажин В. С. Новые гидрохимические способы получения глинозема. — Киев: Наук. думка, 1973. — 208 с.
4. Пустильник Г. Л., Певзнер И. З. Кислотные способы переработки низкокачественного алюминийсодержащего сырья. — М.: Цветметинформация, 1978. — 52 с.
5. Сутырин Ю. Е. О развитии кислотных способов получения глинозема: химические методы переработки рудного сырья. — М.: ВИМС, 1980. — 116 с.
6. Лайнер Ю. А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. — М.: Наука, 1982. — 208 с.
7. Ростовцев Н. М. Исследование процесса ультразвукового диспергирования твердых тел: дис. … канд. физ.-мат. наук. — Орел: ОГПИ, 1961. — 11 с.
8. Кац М. Я. Кавитационная прочность некоторых минералов // Акуст. журн. — 1961. — Т. 7. — Вып. 1. — С. 47 – 52.
9. Ревнивцев В. И., Дмитриев Ю. Г. Применение ультразвука для очистки вредных примесей искусственных абразивных материалов // Применение ультразвука в машиностроении. — 1963. — С. 36 – 42.
10. Глембоцкий В. А. Ультразвук в обогащении полезных ископаемых. — Алма-Ата: Наука, 1972. — 229 с.
11. Новицкий Б. Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. — М.: Химия, 1983. — 192 с.
12. Вайтнер В. В. Исследование азотнокислотной переработки алюмосиликатов для получения оксида алюминия: дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург: УрГТУ, 2004. — 145 с.
13. А. с. SU 1590135. Способ диспергирования каолина / Н. Е. Немчина, Ф. Д. Овчаренко, В. А. Прокопенко // Опубл. в БИ. — 1990. — № 33.
14. Еранская Т. Ю., Римкевич В. С. Кавитационный метод обогащения глиноземсодержащего сырья // Хим. технология. — 2012. — Т. 13. — № 5. — С. 291 – 296.
15. Еранская Т. Ю. Получение гидроксида алюминия кавитационным методом // Хим. технология. — 2021. — Т. 22. — № 4. — С. 146 – 153.
16. Еранская Т. Ю. Кавитационное разложение каолина в кислотном растворе // Междунар. науч.-исследоват. журн. — 2019. — № 4. — Ч. 1. — С. 60 – 64.
17. Еранская Т. Ю. Способ ускорения процесса разделения продуктов переработки фильтрацией в лабораторных исследованиях // Вестн. АмГУ. Серия “Естественные и экономические науки”. — 2021. — Вып. 83. — С. 101 – 102.
18. Каталог минералов. Каолинит. Режим доступа: http://www.catalogmineralov.ru/mineral/781.html.
19. Брек Д. Цеолитовые молекулярные сита. — М.: Мир, 1976. — 782 с.
20. Логинова И. В., Шопперт А. А., Рогожников Д. А., Кырчиков А. В. Производство глинозема и экономические расчеты в цветной металлургии. — Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2016. — 253 с.
21. Валеев Д. В. Физико-химические основы получения глинозема и смешанных коагулянтов из бемит-каолиновых бокситов солянокислотным автоклавным выщелачиванием: дис. … канд. техн. наук. — М.: Институт металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова, 2016. — 143 с.
22. Солодкий Н. Ф., Шамриков А. С., Погребенков В. М. Минерально-сырьевая база Урала для керамической, огнеупорной и стекольной промышленности. — Томск: ТПУ, 2009. — 332 с.
23. Кристаллографическая и кристаллохимическая база данных для минералов и их структурных аналогов. Режим доступа: http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/index.php.
24. Международная база данных PDF2 2008.
УДК 622.78; 669.2/.8
ПЕРЕРАБОТКА МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД ПОСРЕДСТВОМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЖИГА В СМЕСИ С СУЛЬФАТОМ АММОНИЯ
А. А. Горячев, А. Т. Беляевский, Д. В. Макаров, С. С. Потапов, Н. С. Цветов
Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН,
Е-mail: a.goryachev@ksc.ru, ул. Ферсмана, 14а, 184209, г. Апатиты, Россия
Федеральный исследовательский центр “Кольский научный центр РАН”,
ул. Ферсмана, 14, 184209, г. Апатиты, Россия
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН,
Е-mail: n.tsvetov@ksc.ru, ул. Ферсмана, 26а, 184209, г. Апатиты, Россия
4Институт минералогии Южно-Уральского федерального научного центра минералогии и геоэкологии УрО РАН,
Е-mail: s_almazov@74.ru, территория Ильменский заповедник, 1, 456317, г. Миасс, Россия
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.
Медно-никелевые руды, пентландит, халькопирит, низкотемпературный обжиг, сульфат аммония, выщелачивание, цветные металлы
DOI: 10.15372/FTPRPI20220312
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. U. S. Geological Survey. Mineral commodity summaries, 2019. — 200 p.
2. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 12-2016 “Производство никеля и кобальта”. — М.: Бюро НДТ, 2019. — 23 с.
3. Дьяченко А. Н., Крайденко Р. И., Чегринцев С. Н., Порывай Е. Б. Вскрытие медеплавильных шлаков хлоридом аммония // Цв. металлургия. — 2015. — № 5. — С. 9 – 12.
4. Лихачева С. В., Нерадовский Ю. Н. Снижение потерь никеля с хвостами флотации медно-никелевых руд Печенги // Цв. металлы. — 2013. — № 10. — С. 37 – 40.
5. Черноусенко Е. В., Нерадовский Ю. Н., Каменева Ю. С., Вишнякова И. Н., Митрофанова Г. В. Повышение эффективности флотационного обогащения труднообогатимых сульфидных медно-никелевых руд Печенгского рудного поля // ФТПРПИ. — 2018. — № 6. — С. 173 – 179.
6. Чантурия В. А., Макаров В. Н., Макаров Д. В., Васильева Т. Н., Павлов В. В., Трофименко Т. А. Влияние условий хранения на изменение свойств медно-никелевых техногенных продуктов // ФТПРПИ. — 2002. — № 6. — С. 96 – 102.
7. Маслобоев В. А., Селезнев С. Г., Макаров Д. В., Светлов А. В. Оценка экологической опасности хранения отходов добычи и переработки медно-никелевых руд // ФТПРПИ. — 2014. — № 3. — С. 138 – 153.
8. Светлов А. В., Припачкин П. В., Маслобоев В. А., Макаров Д. В. Классификация некондиционных медно-никелевых руд и техногенных минеральных образований по их экологической опасности и пригодности к гидрометаллургической переработке // ФТПРПИ. — 2020. — № 2. — С. 128 – 136.
9. Даувальтер В. А., Кашулин Н. А. Эколого-экономическая оценка необходимости извлечения донных отложений оз. Нюдъявр Мончегорского района Мурманской области // Вестн. МГТУ. — 2011. — Т. 14. — № 4. — С. 884 – 891.
10. Yang Z. P., Jin X. Z., and Zhu G. C. Process of techniques researches on low-grade manganese ore by roasting with ammonium salt, China Manganese Ind., 2006, Vol. 24, No. 3. — P. 12.
11. Zhu G. C., Li F. P., and Xiao M. G. Process of enriching and recovering Mn by roasting the low-grade manganese carbonate ore with ammonium sulfate, J. Guilin Univ. Technol., 2005, Vol. 25, No. 4. — P. 534.
12. Li D. F., Wang C. Y., Yin F., Chen Y. Q., Jie X. W., Yang Y. Q., and Wang J. Leaching of valuable metals from roasted residue of spent lithium – ion batteries with ammonium sulfate, Chin. J. Process Eng., 2009, Vol. 9, No. 2. — P. 264.
13. Sukla L. B., Panda S. C., and Jena P. K. Recovery of cobalt, nickel and copper from converter slag through roasting with ammonium sulphate and sulphuric acid, Hydrometallurgy, 1986, Vol. 16, No. 2. — P. 153 – 165.
14. Mu W., Cui F., Huang Z., Zhai Y., Xu Q., and Luo S. Synchronous extraction of nickel and copper from a mixed oxide-sulfide nickel ore in a low-temperature roasting system, J. Clean. Prod., 2018, Vol. 177. — P. 371 – 377.
15. Li G., Xiong X., Wang L., Che L., Wei L., Cheng H., Zou X., Xu Q., Zhou Z., and Li S. Sulfation roasting of nickel oxide – sulfide mixed ore concentrate in the presence of ammonium sulfate: Experimental and DFT studies, Metals, 2019, Vol. 9. — P. 1256.
16. Goryachev A. A., Chernousenko E. V., Potapov S. S., Tsvetov N. S., and Makarov D. V. A Study of the feasibility of using ammonium sulfate in copper – nickel ore processing, Metals, 2021, Vol. 11. — P. 422.
17. Dixon P. Formation of sulphamic acid during the thermal decomposition of ammonium sulphate, Nature, 1944, Vol. 154. — P. 706.
18. Halstead W. D. Thermal decomposition of ammonium sulphate, J. Chemic. Technol. Biotechnol., 1970, Vol. 20, No. 4. — P. 129 – 132.
19. Kiyoura R. and Urano K. Mechanism, kinetics, and equilibrium of thermal decomposition of ammonium sulfate, Industrial and Eng. Chemistry Process Design and Development, 1970, Vol. 9, No. 4. — P. 489 – 494.
20. Thege I. K. DSC studies of binary inorganic ammonium compound systems, J. Thermal Analysis, 1983, Vol. 27, No. 2. — P. 275 – 286.
21. Jariwala M., Crawford J., and LeCaptain D. J. In situ Raman spectroscopic analysis of the regeneration of ammonium hydrogen sulfate from ammonium sulfate, Industrial Eng. Chemistry Res., 2007, Vol. 46, No. 14. — P. 4900 – 4905.
22. Косова Д. А. Термодинамические свойства индивидуальных веществ и фазовые равновесия в системах на основе серосодержащих солей аммония: дис. … канд. физ.-мат. наук. — М., 2017. — С. 12 – 14.
23. Имидеев В. А. Исследование и разработка комбинированного способа переработки сульфидных никелевых концентратов с получением гидроксида никеля: дис. … канд. техн. наук. — М., 2015. — С. 28 – 29.
24. Huihui Z., Chen J., and Deng J. Oxidation behavior and mechanism of pentlandite at 973K in air, Metallurgical Materials Transactions, 2012, Vol. 43B. — P. 494 – 502.
25. Dunn J. G. and Kelly C. E. A TG/MS and DTA study of the oxidation of pentlandite, J. Therm Anal. Calorim., 1980, Vol. 18. — P. 147 – 154.
26. Warner T. E., Rice N. M., and Taylor N. An electrochemical study of the oxidative dissolution of synthetic pentlandite in aqueous media, Hydrometallurgy, 1992, Vol. 31. — P. 55 – 90.
27. Lergand D. L., Bancroft G. M., and Nesbitt H. W. Oxidation/alteration of pentlandite and pyrrhotite surfaces at Ph 9.3. Part 1. Assignment of XPS spectra and chemical trends, Am. Mineral, 2005, Vol. 90. — P. 1042 – 1054.
28. Aneesuddin M., Char P. N., Hussain M. R., and Saxena E. R. Studies on thermal oxidation of chalcopyrite from Chitradurga, Karnataka State, India, J. Thermal Analysis, 1983, Vol. 26, No. 2. — P. 205 – 215.
29. Prasad S. and Pandey B. D. Alternative processes for treatment of chalcopyrite — A review, Minerals Eng., 1998, Vol. 11, No. 8. — P. 763 – 781.
30. Habashi F. Chalcopyrite: Its chemistry and metallurgy, New York, McGraw-Hill, 1978. — 165 p.
31. Пономарев В. Д., Маргулис Е. В. К вопросу о поведении халькопирита при окислительном обжиге // Вестн. АН КазССР. — 1959. — № 11 (176). — С. 47 – 52.
32. Sahyoun C., Kingman S. W., and Rowson N. A. The effect of heat treatment on chalcopyrite, Phys. Sep. Sci. Eng., 2003, Vol. 12, No. 1. — P. 23 – 30.
УДК 66.03; 66.091.1
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФТОРИДНО-АММОНИЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО ОБОГАЩЕНИЮ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЗОЛОШЛАКОВОГО СЫРЬЯ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ РУДНЫХ МИКРОКОМПОНЕНТОВ
В. С. Римкевич, А. П. Сорокин, И. В. Гиренко, А. А. Пушкин
Институт геологии и природопользования Дальневосточного отделения РАН,
E-mail: igip@ascnet.ru, пер. Релочный, 1, 675000, г. Благовещенск, Россия
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.
Золошлаковое сырье, фторидно-аммониевое обогащение, инновационная технология, рудные микрокомпоненты
DOI: 10.15372/FTPRPI20220313
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Черепанов А. А. Благородные металлы в золошлаковых отходах Дальневосточных ТЭЦ // Тихоокеанская геология. — 2008. — Т. 27. — № 2. — С. 16 – 28.
2. Вялов В. И., Богомолов А. Х., Шишов Е. П., Чернышев А. А. Угольные месторождения Дальнего Востока России и ресурсный потенциал содержащихся в них ценных металлов// Георесурсы. — 2017. — № S. — С. 256 – 262.
3. Фомина Е. Ю., Артемова О. С. Исследование возможности переработки золошлаковых отходов ТЭС металлургическими методами // ГИАБ. — 2011. — № 8. — С. 273 – 277.
4. Сорокин А. П., Савченко И. Ф., Носкова Л. П., Кузьминых В. М., Конюшок А. А., Римкевич В. С., Крапивенцева В. В. Комплексное использование каустобиолитов угольного ряда Дальнего Востока на основе инновационных технологий в области углехимии // ФТПРПИ. — 2018. — № 1. — С. 167 – 177.
5. Zaixing Huang, Maohong Fan, and Hanjing Tian. Rare Earth Elements of fly ash from Wyoming’s Powder River Basin coal, J. Rare Earth., 2020, Vol. 38. — P. 219 – 226.
6. Lanzerstorfer C. Pre-processing of coal combustion fly ash by classification for enrichment of rare earth elements, J. Energy Reports, 2018, Vol. 4. — P. 660 – 663.
7. Dugin S. V., Sorokin A. P., Kuz’minykh V. M., and Konyushok A. A. Potentially Economic Concentrations of Rare Earth Elements and Gold in Power Plant Coal Combustion Products (Far East, Russia), Energy Exploration & Exploitation, February, 2022.
8. Пат. 2699642 РФ. Устройство для получения раздельных продуктов сгорания углей / А. П. Сорокин, О. А. Агеев // Опубл. в БИ. — 2019. — Т. 324. — № 25.
9. Сорокин А. П., Конюшок А. А. Распределение редких металлов и редкоземельных элементов в буроугольных месторождениях Верхнего и Среднего Приамурья // ДАН. — 2018. — № 6. — С. 658 – 661.
10. Римкевич В. С., Сорокин А. П., Пушкин А. А., Гиренко И. В. Физико-химические исследования распределения полезных компонентов в техногенных отходах предприятий теплоэнергетики // ФТПРПИ. — 2020. — № 3. — С. 152 – 165.
УДК 622.793
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Е. А. Красавцева, В. В. Максимова, Д. В. Макаров, В. А. Маслобоев
Лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики ФИЦ “Кольский научный центр РАН”,
E-mail: vandeleur2012@yandex.ru, ул. Ферсмана, 14, 184209, г. Апатиты, Россия
Институт проблем промышленной экологии Севера ФИЦ “Кольский научный центр РАН”,
E-mail: d.makarov@ksc.ru, мкр. Академгородок, 14а, 184209, г. Апатиты, Россия
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.
Взвешенные вещества, очистка сточных вод, осветление, фильтрация, коагуляция, электрокоагуляция, флотация
DOI: 10.15372/FTPRPI20220314
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Askaer L., Schmidt L. B., Elberling B., Asmund G., and Jonsdottir I. S. Environmental impact on an Arctic soil – plant system resulting from metals released from coal mine waste in Svalbard (78° N), Water, air, and soil pollut., 2008, Vol. 195, No. 1. — P. 99 – 114.
2. Krasavtseva E., Maksimova V., and Makarov D. Conditions affecting the release of heavy and rare earth metals from the mine tailings Kola Subarctic, Toxics, 2021, Vol. 9, No. 7. — P. 163.
3. Lindsay M. B., Moncur M. C., Bain J. G., Jambor J. L., Ptacek C. J., and Blowes D. W. Geochemical and mineralogical aspects of sulfide mine tailings, Appl. Geochem., 2015, Vol. 57. — P. 157 – 177.
4. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Мурманской области в 2020 г. [Электронный ресурс] / Министерство природных ресурсов, экологии и рыбного хозяйства Мурманской области, 2021. — 176 с. URL: https://gov-murman.ru/region/environmentstate.
5. Younger P. L., Banwart S. A., and Hedin R. S. Mine Water: hydrology, pollution, remediation, Kluwer Academic Press: Dordrecht, Netherlands, 2002. — 442 p.
6. Wolkersdorfer C., Lopes D. V., and Nariyan E. Intelligent mine water treatment — recent international developments, Sanierte Bergbaustandorte im Spannungsfeld zwischen Nachsorge und Nachnutzung, WISSYM, 2015. — P. 63 – 68.
7. Banks D., Younger P. L., Arnesen R. T., Iversen E. R., and Banks S. B. Mine-water chemistry: the good, the bad and the ugly, Environ. Geol., 1997, Vol. 32, No. 3. — P. 157 – 174.
8. Хенце М., Армоэс П., Ля-Кур-Янсен Й., Арван Э. Очистка сточных вод. Биологические и химические процессы. — М.: Мир, 2004. — 480 с.
9. Hodges A., Fica Z., Wanlass J., VanDarlin J., and Sims R. Nutrient and suspended solids removal from petrochemical wastewater via microalgal biofilm cultivation, Chemosphere, 2017, Vol. 174. — P. 46 – 48.
10. Зиновьев Е. А., Китаев А. Б. О воздействии взвешенных частиц на гидрофауну // Изв. СамНЦ РАН. — 2015. — Т. 17. — № 5. — С. 283 – 288.
11. Boujounoui K., Abidi A., Bacaoui A., Elamari K., and Yaacoubi A. Effect of water quality on the performance of the galena and blend flotation: case of Draa Sfar complex sulphide ore, Morocco, Moroccan J. Chem., 2019, Vol. 7, No. 2. — P. 337 – 345.
12. Liu W., Moran C., and Vink S. A review of the effect of water quality on flotation, Miner. Eng., 2013, Vol. 53. — P. 91 – 100.
13. Muzinda I. and Schreithofer N. Water quality effects on flotation: Impacts and control of residual xanthates, Miner. Eng., 2018, Vol. 125. — P. 34 – 41.
14. Морева Ю. Л., Чернобережский Ю. М., Лоренцсон А. В. Теоретические основы очистки и обезвреживания выбросов и сбросов. Ч. 1. — СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2018. — 82 с.
15. Шлекова И. Ю., Кныш А. И. Механическая очистка сточных вод. — Омск, 2020. — 82 с.
16. Вертинский А. П. Современные методы очистки сточных вод: особенности применения и проблематика // Инновации и инвестиции. — 2019. — № 1. — С. 175 – 182.
17. Малиновская Т. А., Кобринский И. А., Кирсанов О. С., Рейнфарт В. В. Разделение суспензий в химической промышленности. — М.: Химия, 1983. — С. 108 – 111.
18. Ланина Т. Д., Прохоренко Н. Н., Селиванова Е. С. Очистка нефтесодержащих вод в поле центробежных сил // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2012. — № 7. — С. 33 – 38.
19. Старостин А. Г., Федотова О. А., Кобелева А. Р. Очистка сточных вод от мелкодисперсных частиц на гидроциклоне // Вестн. ПНИПУ. Хим. технология и биотехнология. — 2020. — № 1. — С. 99 – 112.
20. Dueck J., Farghaly M., and Neesse Th. The theoretical partition curve of the hydrocyclone, Miner. Eng., 2014, Vol. 62. — P. 25 – 30.
21. Курников А. С., Распопов А. В. Очистка сточных вод в гидроциклонах // Научные проблемы водного транспорта. — 2003. — №. 5. — С. 27 – 33.
22. Навесов Ш., Еримбетова А., Изтлеуов Г., Байбатырова Б., Досбаева А., Аскербекова А. Исследование процесса фильтрования сточных вод машиностроительного производства // Актуальные научные исследования в современном мире. — 2017. — № 1 – 3. — С. 138 – 142.
23. Зуева С. Б. Экозащитные технологии систем водоотведения предприятий пищевой промышленности. — Воронеж: ВГУ, 2011. — 332 с.
24. Maximovich N. and Khayrulina E. Artificial geochemical barriers for environmental improvement in a coal basin region, Environ. Earth Sci., 2014, Vol. 72, No. 6. — P. 1915 – 1924.
25. Максимович Н. Г., Хайрулина Е. А. Геохимические барьеры и охрана окружающей среды. — Пермь: ПГУ, 2011. — 248 с.
26. Chanturiya V., Masloboev V., Makarov D., Nesterov D., Bajurova Yu., Svetlov A., and Men’shikov Yu. Geochemical barriers for environment protection and recovery of nonferrous metals, J. Environ. Sci. Health, Part A, 2014, Vol. 49, No. 12. — P. 1409 – 1415.
27. Baltrenaite E., Lietuvninkas A., and Baltrenas P. Biogeochemical and engineered barriers for preventing spread of contaminants, Env. Sci. Pollut. Res., 2018, Vol. 25, No. 6. — P. 5254 – 5268.
28. Веженкова И. В., Дружинина К. В., Зайцева А. А. Методы очистки питьевой воды / Материалы XX молодежной междунар. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых “Наука XXI в.: новый подход”. — СПб., 2018. — С. 5 – 10.
29. Гетманцев С. В., Нечаев И. А., Гандурина Л. В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. — М.: АСВ, 2008. — 271 с.
30. Качалова Г. С. Коагуляционно-сорбционная очистка сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. — 2019. — № 2. — С. 32 – 39.
31. Butler E., Hung Y. T., Yeh R. Y. L., Suleiman A., and Ahmad M. Electrocoagulation in wastewater treatment, Water, 2011, Vol. 3, No. 2. — P. 495 – 525.
32. Chaiwong N. and Nuntiya A. Influence of pH, electrolytes and polymers on flocculation of kaolin particle, Chiang Mai. J. Sci., 2008, Vol. 35. — P. 11 – 16.
33. Гандурина Л. В. Характеристики синтетических флокулянтов, применяемых для очистки сточных вод // Вода и экология: проблемы и решения. — 2006. — № 1. — С. 40 – 52.
34. Park J., Oh C., Han Y., and Ji S. Optimizing the addition of flocculants for recycling mineral-processing wastewater, Geosystem Eng., 2016, Vol. 19, No. 2. — P. 83 – 88.
35. Ali N., Zaheer S., Khan W. A., and Malik S. R. Removal of suspended solids and turbidity from wastewater using natural & primary coagulant, J. Pakistan Inst. Chem. Eng., 2017, Vol. 45, No. 2.
36. Веляев Ю. О., Майоров Д. В., Захаров К. В. Усовершенствование технологии получения алюмокремниевого коагулянта-флокулянта на основе сернокислотного вскрытия нефелина // Химическая технология. — 2011. — Т. 12. — № 10. — С. 614 – 620.
37. Пат. 2588535 РФ. Способ получения алюминиевого флокулянта-коагулянта / Н. Е. Кручинина, Е. Н. Кузин // Опубл. в БИ. — 2016. — № 18.
38. Волкова М. А., Недугов А. Н. Нефелиновые флокулянты-коагулянты // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П. Н. Чирвинского. — 2016. — № 19. — С. 342 – 345.
39. Кузин Е. Н. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод от взвешенных веществ // Тр. КНЦ РАН. — 2019. — Т. 10. — № 1 – 3. — С. 164 – 168.
40. Wang Y. and Zhang J. Experimental investigation on removal of suspended solids from wastewater produced in the processing of carclazyte catalyst, Desalination, 2009, Vol. 244, No. 1 – 3. — P. 72 – 79.
41. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. — М.: Наука, 1997. — 347 с.
42. Виноградов С. С. Экологически безопасное гальваническое производство. — М.: Глобус, 2002. — 352 с.
43. Zubareva G. I. Flotation in technological schemes of industrial wastewater treatment, Construction and Geotechnics, 2019, Vol. 10, No. 4. — P. 67 – 77.
44. Walz J. Y. Colloidal particles at liquid interfaces edited by Bernard P. Binks and Tommy S. Horozov (University of Hull, U.K.), J. Am. Chem. Soc., 2007, Vol. 129, No. 13. — P. 4106 – 4107.
45. Алексеев Д. В., Николаев Н. А., Лаптев А. Г. Комплексная очистка стоков промышленных предприятий методом струйной флотации. — Казань: КГТУ, 2005. — 156 с.
46. Алексеев Е. В. Основы технологии очистки сточных вод флотацией. — М.: ACB. — 2009. — 137 c.
47. Crini G. and Lichtfouse E. Advantages and disadvantages of techniques used for wastewater treatment, Environ. Chem. Lett., 2019, Vol. 17, No. 1. — P. 145 – 155.
48. Кочетов Л. М., Сажин Б. С., Сажин В. Б., Попов И. А., Хазанов Г. И., Буток А. С. Применение напорной флотации при очистке стоков // Успехи в химии и хим. технологии. — 2010. — Т. 24. — № 3. — C. 113 – 117.
49. Пат. 2268860 РФ. Способ очистки природных и сточных вод электрофлотацией / В. Ф. Литвинов, С. И. Кулакова, С. Г. Кулакова // Опубл. в БИ. — 2006. — № 3.
50. Пат. 2747663 РФ. Система и способ очистки сточных вод с помощью усовершенствованной электрофлотации / Д. Касбиэр, Р. Бария, С. Патель, Р. Матусек, Т. Ривз // Опубл. в БИ. — 2021. — № 14.
51. Bodzek M. and Konieczny K. Comparison of various membrane types and module configurations in the treatment of natural water by means of low-pressure membrane methods, Sep. Purif. Technol., 1998, Vol. 14, No. 1 – 3. — P. 69 – 78.
52. Adham S. S., Snoeyink V. L., Clark M. M., and Bersillon J. L. Predicting and verifying organics removal by PAC in an ultrafiltration system, J. Am. Water Works Assoc., 1991, Vol. 83, No. 12. — P. 81 – 91.
53. Agboola O., Mokrani T., Sadiku E. R., Kolesnikov A., Olukunle O. I., and Maree J. P. Characterization of two nanofiltration membranes for the separation of ions from acid mine water, Mine Water Environ., 2017, Vol. 36, No. 3. — P. 401 – 408.
54. Lin S. W., Perez Sicairos S., and Felix Navarro R. M. Preparation, characterization and salt rejection of negatively charged polyamide nanofiltration membranes, J. Mexican Chem. Soc., 2007, Vol. 51, No. 3. — P. 129 – 135.
55. Schafer A. I., Fane A. G., and Waite T. D. Fouling effects on rejection in the membrane filtration of natural waters, Desalination, 2000, Vol. 131, No. 1 – 3. — P. 215 – 224.
56. Jarusutthirak C., Amy G., and Croue J. P. Fouling characteristics of wastewater effluent organic matter (EfOM) isolates on NF and UF membranes, Desalination, 2002, Vol. 145, No. 1 – 3. — P. 247 – 255.
57. Asfaha Y. G., Tekile A. K., and Zewge F. Hybrid process of electrocoagulation and electrooxidation system for wastewater treatment: A review, Cleaner Eng. Technol., 2021, Vol. 4. — P. 100261.
58. Chen G. Electrochemical technologies in wastewater treatment, Sep. Purif. Technol., 2004, Vol. 38, No. 1, P. 11 – 41.
59. Kuokkanen V., Kuokkanen T., Ramo J., and Lassi U. Recent applications of electrocoagulation in treatment of water and waste-water — A review, Green Sustainable Chem., 2013, Vol. 3, No. 2. — P. 89 – 121.
60. Holt P. K., Barton G. W., and Mitchell C. A. The future for electrocoagulation as a localised water treatment technology, Chemosphere, 2005, Vol. 59, No. 3. — P. 355 – 367.
61. Светлов А. В., Миненко В. Г., Самусев А. Л., Салахов Е. М. Очистка шахтных вод рудника “Северный” АО “Кольская ГМК” методом электрохимической коагуляции // Цв. металлы. — 2019. — № 11. — С. 52 – 56.
62. Пат. 2038319 РФ. Способ очистки растворов от взвешенных частиц / Г. П. Федотов, В. А. Кравцов, А. Д. Уваров, В. М. Зинченко, В. Г. Буткеев, Н. Н. Блохин, В. А. Аваргин // Опубл. в БИ. — 1995.
63. Пат. 2031857 РФ. Способ осветления воды / Б. М. Стефанюк // Опубл. в БИ. — 1995. — № 9.
64. Коростовенко В. В., Гронь В. А., Шахрай С. Г., Капличенко Н. М., Галайко А. В. Применение электроимпульсного метода очистки сточных вод угольных месторождений // Современные наукоемкие технологии. — 2013. — № 10-1. — С. 164 – 169.
65. Пат. 2467956 РФ. Способ очистки водной среды / П. А. Гаврилин, В. С. Шибуня, В. В. Пучков , Р. Г. Саруханов // Опубл. в БИ. — 2012. — № 33.
66. Пат. 2615398 РФ. Способ безреагентной очистки сточных вод от взвешенных веществ, тяжелых металлов и солей / С. А. Бахарев // Опубл. в БИ. — 2017. — № 7.
67. Миненко В. Г. Обоснование и разработка электрохимического метода извлечения сапонита из оборотных вод // ФТПРПИ. — 2014. — №. 3. — С. 180 – 186.
68. Чантурия В. А., Миненко В. Г., Самусев А. Л., Тимофеев А. С., Островская Г. Х. Электрохимическая сепарация сапонитсодержащих вод предприятий ОАО “Севералмаз” // Обогащение руд. — 2014. — №1. — С. 49 – 52.
УДК 622.7
ИЗУЧЕНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ МЕХАНИЗМА ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ СИНТЕЗА ОКСАЛАТА НИКЕЛЯ ИЗ ЛАТЕРИТНОЙ НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ
Сурианти, К. С. Ванта, В. Астути, И. Пердана, Х. Т. Б. М. Петрус
Университет Даяну Ихсануддина,
E-mail: surianti@unidayan.ac.id, г. Баубау, Индонезия
Католический университет Парахьянгана,
E-mail: kcwanta@unpar.ac.id, 40141, г. Бандунг, Индонезия
Национальное агентство исследований и инноваций (BRIN),
E-mail: widi.mineral@gmail.com, 35361, г. Танджунгпинанг, Индонезия
Университет Гаджа Мада,
E-mail: bayupetrus@ugm.ac.id, 55281, г. Джокьякарта, Индонезия
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.
Оксалат никеля, осаждение, щавелевая кислота, оптимизация, механизм протекания реакции
DOI: 10.15372/FTPRPI20220315
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Park N-K., LeeY. J., Kwon B. C., Lee T. J., Kang S. H., Hong B. U., and Kim T. Optimization of nickel-based catalyst composition and reaction conditions for the prevention of carbon deposition in toluene reforming, Energies, 2019, Vol. 12. — P. 1 – 13.
2. Wanta K. C., Tanujaya F. H., Putra F. D., Susanti R. F., Gemilar G. P., Astuti W., and Petrus H. T. B. M. Synthesis and characterization of nickel hydroxide from extraction solution of spent catalyst, Metalurgi, 2020, Vol. 35, No. 3. — P. 111 – 118.
3. Nieto A., Montaruli V., and Cardu M. The strategic importance of nickel: scenarios and perspectives aimed at global supply, Trans. Inst. Min. Metall., Sect. B, 2013, Vol. 332. — P. 510 – 518.
4. Zhang L., Peng C.-T., Shi J., and Lu R. Surface alloying of chromium/tungsten/stannum on pure nickel and theorietical analysis of strengthening mechanism, Appl. Surf. Sci., 2020, Vol. 532. — Article ID 147477.
5. Yun J.-Y., Park D., and Wang J.-P. A study on the oxidation behavior of nickel alloys at elevated temperatures, IOP Conf. Series: Materials Sci. Eng., 2017, Vol. 191. Article ID 012039.
6. Agacayak T., Zedef V., and Aras A. Kinetic study on leaching of nickel from Turkish lateritic ore in nitric acid solution, J. Cent. South Univ, 2016, Vol. 23. — P. 39 – 43.
7. Nazemi M. K., Rashchi F., and Mostoufi N. A new approach for identifying the rate controlling step applied to the leaching nickel from spent catalyst, Int. J. Miner. Process., 2011, Vol. 100. — P. 21 – 26.
8. Wanta K. C., Astuti W., Perdana I., and Petrus H. T. B. M. Kinetic study in atmospheric pressure organic acid leaching: shrinking core model versus lump model, Miner., 2020, Vol. 10, No. 613. — P. 1 – 10.
9. Girgin I., Obut A., and Ucyildiz A. Dissolution behaviour of a Turkish lateritic nickel ore, Miner. Eng., 2011, Vol. 24. — P. 603 – 609.
10. Parhi P. K., Park K. H., and Senanayake G. A kinetic study on hydrochloric acid leaching of nickel from Ni–Al2O3 spent catalyst, J. Ind. Eng. Chem., 2013, Vol. 19. — P. 589 – 594.
11. Szymczycha-Madeja A. Kinetics of Mo, Ni, V and Al leaching from a spent hydrodesulphurization catalyst in a solution containing oxalic acid and hydrogen peroxide, J. Hazard. Mater., 2011, Vol. 186. — P. 2157 – 2161.
12. Thubakgale C. K., Mbaya R. K. J., and Kabongo K. Leaching behaviour of a low-grade south african nickel laterite, Int. Scholarly Sci. Res. Innovation, 2012, Vol. 6, No. 8. — P. 761 – 765.
13. Jung I., Choi J., and Tak Y. Nickel oxalate nanostructures for supercapacitors, J. Mater. Chem., 2010, Vol. 20. — P. 6164 – 6169.
14. Oh H.-J., Jo C.-H., Yoon C. S., Yashiro H., Kim S.-J., Passerini S., Sun Y.-K., and Myung S.-T. Nickel oxalate dihydrate nanorods attached to reduce graphene oxide sheets as a high-capacity anode for rechargeable lithium batteries, NPG Asia Mater., 2016, Vol. 8, No. 270. — P. 1 – 8.
15. MacCarthy J., Nosrati A., Skinner W., and Addai-Mensah J. Atmospheric acid leaching mechanisms and kinetics and rheological studies of a low grade saprolitic nickel laterite ore, Hydrometallurgy, 2016, Vol. 160. — P. 26 – 37.
16. Liu K., Chen Q., and Hu H. Comparative leaching of minerals by sulphuric acid in a Chinese ferruginous nickel laterite ore, Hydrometallurgy, 2009, Vol. 98. — P. 281 – 286.
17. Guo X., Li D., Park K.-H., Tian Q., and Wu S. Leaching behavior of metals from a limonitic nickel laterite using a sulfotion ?– roasting ?– leaching process, Hydrometallurgy, 2009, Vol. 99. — P. 144 – 150.
18. Gustiana H. S. E. A., Bendiyasa, I. M., Petrus H. T. B. M., Mufakhir F. R., and Astuti W. Pelindian nikel dari bijih limonit low-grade Pomalaa menggunakan pelarut asam asetat, Pros. Sem. Nasional Teknik Kimia: Kejuangan, 2018, Vol. A8. — P. 1 – 7.
19. Behera S. K., Meena H., Chakraborty S., and Meikap B. C. Application of response surface methodology (RSM) for optimization of leaching parameters of ash reduction from low-grade coal, Int. J. Min. Sci. Tech., 2018, Vol. 28, No. 4. — P. 621 – 629.
20. Bas D. and Boyaci I. H. Modeling and optimization I: Usability of response surface methodology, J. Food Eng., 2007, Vol. 78. — P. 836 – 845.
21. El-Bellihi A. A. Kinetics of thermal decomposition of iron carbonate, Egypt. J. Chem., 2010, Vol. 53, No. 6. — P. 871 – 884.
22. Karamanov A., Cantalini C., Pelino M., and Hreglich A.. Kinetic of phase formation in jarosite glass-ceramic, J. Eur. Ceram. Soc., 1999, Vol. 19. — P. 527 – 533.
23. Sinha I. and Mandal R. K. Avrami exponent under transient and heterogeneous nucleation transformation conditions, J. Non-Cryst. Solids, 2011, Vol. 357. — P. 919 – 925.
24. Mubarok M. Z. and Lieberto J. Precipitation of nickel hydroxide from simulated and atmospheric-leach solution of nickel laterite ore, Proc. Earth. Planet. Sci., 2013, Vol. 6. — P. 457 – 464.
ГОРНАЯ ИНФОРМАТИКА
УДК 622 + 55 : 531
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НЕЛИНЕЙНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ. ЧАСТЬ I: СПУТНИКОВЫЕ ДАННЫЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И МЕТОД ЛИНЕАМЕНТНОГО АНАЛИЗА ДЕФОРМАЦИОННО-ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ
В. П. Потапов, В. Н. Опарин, Л. С. Миков, С. Е. Попов
Институт вычислительных технологий СО РАН (Кемеровский филиал),
E-mail: ict@ict.nsc.ru, ул. Рукавишникова, 21, 650025, г. Кемерово, Россия
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: oparin@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
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-технологи¬ческие 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.
Задачи нелинейной геомеханики, линеаментный анализ, термодинамические периоды формирования очаговых зон локализации деформаций, геоинформационные технологии, спутниковые данные дистанционного зондирования Земли, деструктивные процессы, диагностика, прогнозирование, угольные месторождения, катастрофические оползневые явления, открытые горные работы
DOI: 10.15372/FTPRPI20220316
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Геомеханические поля и процессы: экспериментально-аналитические исследования формирования и развития очаговых зон катастрофических событий в горно-технических и природных системах / В. Н. Опарин, В. В. Адушкин, А. А. Барях и др.; под ред. Н. Н. Мельникова. — Новосибирск: Изд-во СО РАН. — 2018. — Т. 1. — 549 с.; 2019. — Т. 2. — 543 с.
2. Опарин В. Н., Потапов В. П., Киряева Т. А., Юшкин В. Ф. К проблеме разработки методов и геоинформационных средств комплексной оценки влияния нелинейных деформационно-волновых процессов, индуцированных сейсмическими воздействиями, на геомеханическое состояние бортов карьеров и газодинамическую активность угольных шахт Кузбасса // ГИАБ. — 2020. — № 8. — С. 5 – 39.
3. Adushkin V. V. and Oparin V. N. From the alternating-sign explosion response of rocks to the pendulum waves in stressed media, J. Min. Sci., Part I: 2012, Vol. 48, No. 2. — Р. 203 – 222; Part II: 2013, Vol. 49, No. 2. — P. 175 – 209; Part III: 2014, Vol. 50, No. 4. — Р. 623 – 645; Part IV: 2016, Vol. 52, No. 1. — Р. 1 – 35.
4. Опарин В. Н., Адушкин В. В., Востриков В. Ф. Юшкин В. Ф., Киряева Т. А. и др. Развитие экспериментально-теоретических основ нелинейной геотомографии // ГИАБ. — Ч. I: Формулировка и обоснование задачи исследований. — 2019. — №1. — С. 5 – 25; Ч. II: динамико-кинематические характеристики волн маятникового типа в напряженных геосредах и сейсмоэмиссионные процессы. — 2019. — № 11. — C. 5 – 26; Ч. III: Перспективные системы контроля деформационно-волновых процессов в подземных и наземных условиях ведения горных работ. — 2019. — № 12. — C. 5 – 29.
5. Опарин В. Н. Волны маятникового типа и “геомеханическая температура» / Тр. 2-й Рос.-Кит. Междунар. конф. “Нелинейные геомеханико-геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глубинах”. ? Новосибирск: ИГД СО РАН, 2012. — С. 169 – 172.
6. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. — М.: Мир, 1976. — Т. 3, 4. — 496 с.
7. Левич В. Г., Вдовин Ю. А., Мямлин В. А. Курс теоретической физики. Т. II. — М.: Наука, 1971. — 936 с.
8. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. — М.: Недра, 1985. — 271 с.
9. Гузев М. А., Макаров В. В. Деформирование и разрушение сильно сжатых горных пород вокруг выработок / отв. ред. В. Н. Опарин. — Владивосток: Дальнаука, 2007. — 232 с.
10. Аннин Б. Д., Жигалкин В. М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. — 342 с.
11. Шемякин Е. И., Фисенко Г. Л., Курленя М. В., Опарин В. Н. и др. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // ДАН. — 1986. — Т. 289. — № 5. — С. 1088 – 1094.
12. Садовский М. А., Кочарян Г. Г., Родионов В. Н. О механике блочного горного массива // ДАН. — 1988. — Т. 302. — № 2. — C. 306 – 307.
13. Садовский М. А. Иерархия от пылинок до планет // Земля и Вселенная. — 1984. — № 6. — С. 5 – 9.
14. Быков В. Г. Деформационные волны Земли: концепция, наблюдения и модели // Геология и геофизика. — 2005. — Т. 46. — № 11. — С. 1176 – 1190.
15. Викулин А. В. Физика волнового сейсмического процесса. — Петропавловск-Камчатский: Изд-во КГПУ, 2003. — 151 с.
16. Михайлов А. Е., Корчуганова Н. И., Баранов Ю. Б. Дистанционные методы в геологии. — М.: Недра, 1993. — 243 с.
17. Корчуганов Н. И., Корсаков А. К. Дистанционные методы геологического картирования. — М.: КДУ, 2009. — 158 с.
18. Донов В. В. Разработка методики многоуровневого линеаментного анализа аэрокосмических изображений. — М., 2009. — 120 c.
19. Полетаев А. И. Линеаментный анализ — один из основных дистанционных методов геоэкологического дешифрирования // Экология и науки о Земле. — Дубна, 2006. — 232 c.
20. Колобова Н. С. Методики и технологии дистанционного зондирования Земли с целью оценки параметров тектонических процессов. — М., 2010. — 156 с.
21. Златопольский А. А. Мультимасштабный анализ ориентации текстуры поверхности Земли. Особые масштабы // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. — М.: 2012. — 134 c.
22. Златопольский А. А., Малкин Б. В. Автоматизированный анализ ориентированных характеристик данных дистанционного зондирования. — М., 2012. — 156 c.
23. Кадыров Р. И., Нугманов И. И., Чернова И. Ю. Автоматизированный линеаментный анализ. — Казань, 2012. — 38 с.
24. Судариков В. Н., Калинина О. Н. Основы аэрокосмофотосъемки. — Оренбург, 2017. — 191 c.
25. Шовенгердт Р. А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. — М., 2010. — 560 c.
26. Sven Tiren. Lineament interpretation, Short Review and Methodology, 2010. — 38 c.
27. Еремеев В. В. Современные технологии обработки данных дистанционного зондирования Земли. — М., 2018. — 64 с.
28. М. Seal and Michael J. Summon. Practical algorithms for image analysis, 2000. — 400 p.
29. Matlab documentation. [Электронный ресурс] // https://www.mathworks.com/?s_tid=gn_logo. (Дата обращения: 10.03.2019).
УДК 622.271
МЕТОД “ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО” ОБНАРУЖЕНИЯ ТРЕЩИН В БОРТАХ КАРЬЕРОВ НА ОСНОВЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ АРХИТЕКТУРЫ MASK R-CNN
Шуньлин Жуань, Даньян Лю, Цинхуа Гу, Ин Цзин
Сианьский университет архитектуры и технологии,
710055, г. Сиань, Китай
Главная лаборатория перцептивных вычислений и принятия решений в сфере “умных” технологий,
710055, г. Сиань, Китай
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.
Борта карьеров, устойчивость бортов, обнаружение трещины, сегментация, Mask R-CNN, прикладное исследование
DOI: 10.15372/FTPRPI20220317
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Yang T. H. et al. Research situation of open-pit mining high and steep slope stability and its developing trend, Rock & Soil Mechanics, 2011, Vol. 32, No. 5. — P. 1437 – 1451.
2. Jianping Chen, Ke Li, Kuo-Jen Chang, Giulia Sofia, Paolo Tarolli. Open-pit mining geomorphic feature characterisation, Int. J. App. Earth Observations & Geoinformation, 2015, Vol. 42. — P. 76 – 86.
3. Chen Q. Inftuencing factors and prevent1ve measures of slope stabillty in open-pit mines, Opencast Min. Technol., 2019, Vol. 034, No. 1. — P. 92 – 94.
4. Liu X. and Xie X. Rapid crack inspection of tunnel surface based on image processing, Chinese J. Underground Spaceand Eng., 2009, Vol. 5(a02). — P. 1624 – 1628.
5. Jianzhen Gao et al. Automatic road crack detection and identification, Comput. Eng., 2003, Vol. 02. — P. 154 – 155.
6. Li Q. and Liu X. Novel approach to pavement image segmentation based on neighboring difference histogram method, IEEE Comput. Soc., 2008.
7. Jinhui L. Image processing algorithm for detecting the pavement crack diseases, Comput. Eng. and Appl., 2003, Vol. 39(035). — P. 212 – 213.
8. Zhang J. et al. Pavement crack automatic recognition based on phase-grouping method, China J. Highway and Transport, 2008(2). — P. 43 – 46.
9. Hua Wang, Ning Zhu, and Wang Qi. Segmentation of pavement cracks using differential box-counting approach, J. Harbin Institute Technol., 2007, Vol. 1. — P. 142 – 144.
10. Amhaz R. et al. Automatic crack detection on 2D pavement images : An algorithm based on minimal path selection, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, Vol. 17, No. 10. — P. 2718 – 2729.
11. Nguyen T. S. et al. Free-form anisotropy: A new method for crack detection on pavement surface images. IEEE Int. Conf. Image Proc., 2011.
12. Zhibiao S. and Yanqing G. Algorithm on contourlet domain in detection of road cracks for pavement images, Int. Symp. on Distributed Comput. & Appl. to Business, 2010.
13. Chen F. C. and Jahanshahi R. M. R. NB-CNN: Deep learning-based crack detection using convolutional neural network and naive bayes data fusion, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2018, Vol. 65(99). — P. 4392 – 4400.
14. Mustafa R. and Mohamed E. A. Concrete crack detection based multi-block CLBP features and SVM classifier, J. Theor. & Appl. Information Technol., 2015, Vol. 70, No. 6.
15. Qin Zou et al. Deep crack: learning hierarchical convolutional features for crack detection, IEEE Transactions on Image Processing A Publication of the IEEE Signal Processing Society, 2018.
16. Quintana M., Torres J., and Menendez J. M. A Simplified computer vision system for road surface inspection and maintenance, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, Vol. 17(3). — P. 608 – 619.
17. Tsai Y. C., Kaul V., and Mersereau R. M. Critical assessment of pavement distress segmentation methods, J. Transportation Eng., 2010, Vol. 136, No. 1. — P. 11 – 19.
18. Yamaguchi T. and Hashimoto S. Fast crack detection method for large-size concrete surface images using percolation-based image processing, Machine Vision & Applications, 2010, Vol. 21, No. 5. — P. 797 – 809.
19. Yu Kai J. L. and Chen Yuqiang Wei Xu. Deep learning: Yesterday, Today and Tomorrow, J. Comput. Res. Development, 2013.
20. He K. et al. Mask R-CNN, IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 2017, Vol. 42. — P. 1 – 1.
21. Ren S. et al. Faster R-CNN: Towards real-time object detection with region proposal networks, IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 2017, Vol. 39, No. 6. — P. 1137 – 1149.
22. Krizhevsky A., Sutskever I., and Hinton G. Image net classification with deep convolutional neural networks, Advances in Neural Information Proc. Systems, 2012, Vol. 25, No. 2.
23. Simonyan K. and Zisserman A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition, Int. Conf. on Learning Representations (ICLR), 2015.
24. He K. et al. Deep residual learning for image recognition, IEEE Conf. Comput. Vision and Pattern Recognition, 2016.
25. Huang G. et al. Densely connected convolutional networks, IEEE Conf. Comput. Vision and Pattern Recognition, 2017.
26. Lin T. Y. et al. Feature pyramid networks for object detection, IEEE Conf. Comput. Vision and Pattern Recognition, 2017.
27. Liang-Chieh Chen G. P., Florian Schroff, and Hartwig Adam. Rethinking atrous convolution for semantic image segmentation, arXiv:1706.05587v3 [cs.CV] 5 Dec 2017, 2017.
28. Yu F. and Koltun V. Multi-scale context aggregation by dilated convolutions, Int. Conf. Learning Representations (ICLR), 2016.
29. Kirillov A. et al. Point Rend: image segmentation as rendering, arXiv:1912.08193v2 [cs.CV] 16 Feb 2020, 2019.
30. Platt J. C. A fast algorithm for training support vector machines, J. Information Technol., 1998, Vol. 2, No. 5. — P. 1 – 28.
ГОРНАЯ ЭКОЛОГИЯ И НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 504.06
СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ЗАКОНСЕРВИРОВАННОГО МЕДНОКОЛЧЕДАННОГО РУДНИКА УРАЛА НА СОСТОЯНИЕ ГИДРОСФЕРЫ
Л. С. Рыбникова, П. А. Рыбников, В. Ю. Наволокина
Институт горного дела УрО РАН,
Е-mail: luserib@mail.ru, ул. Мамина-Сибиряка, 58, 620219, г. Екатеринбург, Россия
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.
Гидросфера, медноколчеданное месторождение, загрязняющие вещества, кислые шахтные воды, аэротенки, радиальные отстойники, каскад прудов
DOI: 10.15372/FTPRPI20220318
За последние десятилетия горнодобывающая промышленность Свердловской области значительно увеличила расходы на борьбу с загрязнением окружающей среды. На формирование поверхностных вод старопромышленных районов заметно влияют отработанные и законсервированные медноколчеданные и угольные месторождения. Заброшенные шахты — серьезная угроза загрязнения во всем мире, основное внимание при этом должно уделяться содержанию металлов в шахтных водах. Шахтные воды образуются в результате химической реакции между водой, кислородом и серосодержащими минералами в горных породах [1]. Проблемы, связанные с шахтным дренажем, включают загрязнение гидросферы, нарушение роста и размножения водных растений и животных, а также деградацию земель [2]. Негативное воздействие состоит из разных форм ущерба окружающей среде и имеет не только краткосрочные последствия в ограниченном пространстве, но и весьма продолжительные (масштабные).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А., Тарасова И. В. Геоэкологические проблемы использования выработанных карьерных пространств на Урале // ФТПРПИ. — 2017. — № 1. — С. 170 – 181.
2. Kornilkov S., Antoninova N., and Sobenin A. Assessment of the sorption potential of the plant l. Sativum l. In the process of formation of the biogeochemical barrier, E3S Web of Conf., 8th Int. Scientific Conf. “Problems of Complex Development of Georesources”, 2020. — P. 04020.
3. Рыбникова Л. С., Наволокина В. Ю. Обоснование мероприятий по минимизации воздействия кислых шахтных вод на гидросферу (на примере Левихинского медноколчеданного месторождения, Свердловская область) // ГИАБ. — 2021. — № 5-2. — С. 245 – 256.
4. Johnston D., Potter H., Jones C., Rolley S., Watson I., and Pritchard J. Science report — abandoned mines and the water environment, Environment Agency, 2008. — 32 p.
5. Mining and water quality. URL: https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/mining- and-water-quality (дата обращения 03.02.2022 г.).
6. УГМК занялась очисткой рек вблизи заповедника “Денежкин Камень”. URL: https://www.justmedia.ru/ analitika/society/teper-kollegi-a-ne-vragi-ugmk-zanyalsya-ochistkoy-rek-vblizi-zapovednika-denezhkin-kamen (дата обращения 03.02.2022 г.).
7. Рыбникова Л. С., Рыбников П. А. Закономерности формирования качества подземных вод на отработанных медноколчеданных рудниках Левихинского рудного поля (Средний Урал, Россия) // Геохимия. — 2019. — Т. 64. — № 3. — С. 282 – 299.
8. Rybnikova L. and Navolokina V. Analysis and feasibility of measures to minimize the impact of acid mine waters discharged by abandoned copper-sulphide mines on hydrosphere of the Tagil river, E3S Web of Conf., 2020, Vol. 177. — P. 04009.
9. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. — М.: ВНИРО, 2011. — 257 с.
10. FUCHS Mine water treatment. Case studies, 2021. URL: https://www.fuchswater.com/wp-content/uploads/ 2021/01/FUCHS_Mine_Water_Treatment_Case_Studies_2021-01.pdf (дата обращения 04.02.2022 г.).
11. PIRAMID consortium. Engineering guidelines for the passive remediation of acidic and/or metalliferous mine drainage and similar wastewaters, European Commission 5th Framework RTD Project no. EVK1-CT-1999-000021 “Passive in-situ remediation of acidic mine / industrial drainage”, Newcastle Upon Tyne UK, 2003. — 166 р.
12. НПО ЭКОСИСТЕМА. Отстойник радиальный высокой производительности для очистки сточных вод — ОРСВ. https://eco-systema.com/productions/modules/Otstoynik_ORSV (дата обращения 05.02.2022 г.).
13. Долина Л. Ф. Современная техника и технологии для очистки сточных вод от солей тяжелых металлов. — Днепропетровск: Континент, 2008. — 254 с.