ФТПРПИ №5, 2024. Аннотации
ГЕОМЕХАНИКА
УДК 622.01 + 550.344.5
ЛОКАЦИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ОКРЕСТНОСТИ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ ПО ФАЗОВОЙ СКОРОСТИ ПОВЕРХНОСТНОЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ
В. В. Сказка, М. В. Курленя, А. В. Азаров, А. С. Сердюков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
Е-mail: vskazka@gmail.com, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Представлен один из методов обнаружения и контроля параметров низкоскоростных породных включений в окрестностях туннелей и выработок, использующий рассчитанные фазовые скорости поверхностных волн. В качестве исходных данных взяты синтетические сейсмограммы, полученные путем численного моделирования распространения сейсмических волн вдоль горной выработки в радиально-симметричной постановке. Показано, что перекрытие низкоскоростного включения слоем пород с повышенной скоростью сейсмических волн не препятствует его локализации предложенным способом. На основе наблюдения фазовых скоростей распространения поверхностных сейсмических волн возможно оценивать состояние массива горных пород в окрестности подземных сооружений, что является значимым результатом с практической точки зрения.
Породный массив, сейсмический мониторинг, горная выработка, туннель, контроль состояния горных пород, поверхностные волны, фазовые скорости распространения
DOI: 10.15372/FTPRPI20240501
EDN: ZJUIGC
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Курленя М. В., Сказка В. В., Азаров А. В., Сердюков А. С., Патутин А. В. Использование поверхностных волн для мониторинга состояния пород вокруг горных выработок и сооружений // ФТПРПИ. — 2022. — № 6. — С. 3 – 14.
2. Гладырь А. В., Курсакин Г. А., Рассказов М. И., Константинов А. В. Разработка метода выделения опасных участков в массиве горных пород по данным сейсмоакустических наблюдений // ГИАБ. — 2019. — № 8. — С. 21 – 32.
3. Yu Yong Jiao, Hunan Tian, Yun-Zhen Liu, Ru-Wu Mei, and Hai-Bo Li. Prediction of tunneling hazardous geological zones using the active seismic approach, Near Surface Geoph., 2015, Vol. 13, No. 4. — P. 333 – 342.
4. Xinji Xu, Panlong Zhang, Xu Guo, and Bin Liu. A case study of seismic forward prospecting based on the tunnel seismic while drilling and active seismic methods, Bul. Eng. Geol. Env., 2021, Vol. 80, No. 5. — P. 3553 – 3567.
5. Курленя М. В., Сердюков А. С., Дучков А. А., Патутин А. В., Яскевич С. В. Технология микросейсмического и геомеханического мониторинга геодинамических процессов в массиве горных пород // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2015. — Т. 2. — № 2. — С. 257 – 260.
6. Tzavaras J., Buske S., Gross K., and Shapiro S. Three-dimensional seismic imaging of tunnels, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2012, Vol. 49. — P. 12 – 20.
7. Открытие № 400 СССР. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок / Е. И. Шемякин, М. В. Курленя, В. Н. Опарин, В. Н. Рева, Ф. П. Глушихин, М. А. Розенбаум // Опубл. в БИ. — 1992. — № 1.
8. Снеддон И., Бэрри Д. Классическая теория упругости. — М.: Физматгиз, 1961. — 220 с.
9. Maurice A. Biot. Propagation of elastic waves in a cylindrical bore containing a fluid, J. Appl. Physics, American Institute of Physics, 1952, Vol. 23, No. 9. — P. 997 – 1005.
10. Ellefsen K. J., Cheng C. H., and Toksoz M. N. Elastic wave propagation along a borehole in an anisotropic medium, SEG Technical Program Expanded Abstracts, Soc. Expl. Geoph., 1990. — P. 14 – 17.
11. Bostrom A. and Burden A. Propagation of elastic surface waves along a cylindrical cavity and their excitation by a point force, J. Acoustical Soc. Am., 1982, Vol. 72, No. 3. — P. 998 – 1004.
12. Петрашень Г. И., Молотков Л. А., Крауклис П. В. Волны в слоисто-однородных изотропных упругих средах. — Л.: Наука, 1985. — 303 с.
13. Kaufman A. A., Levshin A., and Larner K. N. Acoustic and elastic wave fields in geophysics, 2002. — 663 p.
14. Kaufman A. and Levshin A. L. Acoustic and elastic wave fields in geophysics, Elsevier, Amsterdam, 2005. — 652 p.
15. White J. E. Methods in geochemistry and geophysics (V18) underground sound: application of seismic waves, Elsevier, 1983. — 253 p.
16. Кузнецов О. Л., Крутин В. Н., Кит К. И. Физические основы акустического импедансного каротажа, основанного на возбуждении изгибных волн в скважине // Геология и геофизика. — 1989. — № 9. — С. 112 – 117.
17. Stilke G. On elastic surface waves at a cylindrical hole in an infinite solid, Geoph. Rospecting, 1959, Vol. 7, No. 3. — P. 273 – 286.
18. Essen K., Bohlen T., Friederich W., and Meier T. Modelling of Rayleigh-type seam waves in disturbed coal seams and around a coal mine roadway, Geoph. J. Int., 2007, Vol. 170, No. 2. — P. 511 – 526.
19. Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. — М.: Мир, 1990. — 584 с.
УДК 620.172.22, 622.272, 622.02.32, 622.831.24
МАСШТАБНЫЕ ФАКТОРЫ В ГЕОМЕХАНИКЕ
Б. З. Амусин
Retired, Е-mail: amusinbo@gmail.com,
301 Oriental Blvd. Apt. 5E, 11235, Бруклин, г. Нью-Йорк, США
Рассмотрены ограничения традиционных методов классификации массивов горных пород. Предложена модификация условия прочности Хука – Брауна, в котором прочность на сжатие массива горных пород представлена в явном виде. Подход к оценке этой прочности сделан на основе обобщения результатов экспериментов Кима на моделях блочных структур из эквивалентных материалов. Описан подход для определения масштабных факторов прочности, модуля деформации, ползучести и угла внутреннего трения массива горных пород. Введена постоянная ползучести и получены корреляционные зависимости для ее нахождения для четырех типов пород. Установлено, что отношение смещений на контуре выработки к смещениям в зоне пластических деформаций может быть аппроксимировано функцией, зависящей только от угла внутреннего трения. Эта концепция использована для вычисления угла внутреннего трения породного массива на основе анализа полевых измерений. Выдвинуты две гипотезы и сделана попытка их обоснования. Гипотеза A предполагает, что масштабный фактор при подобной структуре массива зависит от прочности на сжатие, причем меньшие значения масштабных факторов характерны для прочных и хрупких пород по сравнению с пластичными породами меньшей прочности. Гипотеза B предполагает, что продолжительность релаксации напряжений и деформаций ползучести растет с увеличением рассматриваемого объема массива горных пород, а скорость деформаций при этом убывает.
Классификации массива горных пород, масштабные факторы, ползучесть, механические характеристики массива, фрактальный анализ
DOI: 10.15372/FTPRPI20240502
EDN: WVGLRG
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bieniawski Z. T. Geomechanics classifications of jointed rock masses, Trans S Afr. Inst. Civ. Eng., 1973, Vol. 15. — P. 335 – 344.
2. Barton N., Lien R., and Lunde J. Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support, Rock Mech., 1974, Vol. 6, No. 4. — P. 189 – 236.
3. Hoek E. Strength of rock and rock masses, ISRM News J., 1994, Vol. 2. — P. 4 – 16.
4. Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи. — М.: Стройиздат, 1983. — 273 с.
5. Aydan O. and Dalgic S. Prediction of deformation behavior of 3-lanes Bolu tunnels through squeezing rocks of NAFZ, Proc. Regional Symp. Sedimentary Rock Eng., Taipei, Taiwan, 20 – 22 November, 1998.
6. Kalamaras G. S. and Bieniawski Z. T. A rock mass strength concept for coal incorporating the effect of time, Proc. of the 8th Int. Congress on Rock Mech., 1995, Vol. 1. — P. 295 – 302.
7. Hoek E. and Brown E. T. Practical estimates of rock mass strength, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 1997, Vol. 34, No. 8. — P. 1165 – 1186.
8. Yudhbir R. K., Lemanza W., and Prinzl F. An empirical failure criterion for rock masses, Proc. 5th Int. Congress on Rock Mech., 1983, Vol. 1. — P. B1 – B8.
9. Рекомендации по расчету смещений контура и нагрузок на крепь горных выработок по экспериментальным показателям деформирования пород за пределом прочности: составители К. А. Ардашев, Б. З. Амусин, В. Ф. Кошелев. — Л.: ВНИМИ, 1982. — 36 с.
10. Amusin B. Theoretical-experimental method for management of rock pressure in mine openings, Proc. VII Int. Geomechanics Conf., 2016. — P. 85 – 93.
11. Barton N. Some new Q-value correlations to assist in site characterization and tunnel design, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2002, Vol. 39. — P. 185 – 216.
12. Peck W. Determining the stress reduction factor in highly stressed joint rock, Aust. Geomech., 2000, Vol. 35, No. 2.
13. Басинский Ю. М., Иванов Е. А. Зависимость проявлений горного давления в капитальных выработках глубоких шахт Центрального района Донбасса от основных геологических и горнотехнических факторов // Тр. ВНИМИ. — 1972. — Вып. 85. — С. 79 – 84.
14. Амусин Б. З., Шклярский М. Ф. Моделирование статической работы крепи горных выработок // Тр. семинара “Методы моделирования проблем горной геомеханики”. — Л., 1972. — С. 22 – 24.
15. Глушихин Ф. П., Кузнецов Г. Н., Шклярский М. Ф., Павлов В. Н., Злотников М. С. Моделирование в геомеханике. — М.: Недра, 1991. — 240 с.
16. Ким Д. Н. Исследование структурного ослабления трещиноватых пород моделированием прочностных свойств в лабораторных условиях // Тр. ИГД УФ АН СССР. — 1963. — № 5. — C. 97 – 105.
17. Hoek E. and Marinos P. G. Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses, Tunnels Tunnel. Int., 2000, Vol. 132, No. 11. — P. 45 – 51.
18. Barton N. R. A relationship between joint roughness and joint shear strength, Proc. Int. Symp. On Rock Mech., Nancy, 1971. — P. 1 – 8.
19. Bandis S. 1980 Experimental studies of scale effect on shear strength and deformation of rock joints. PhD Thesis, Univ. of Leeds, Dept. of Earth Sci., 1980. — 385 p.
20. Садовский М. А. 1979. Естественная кусковатость горной породы // ДАН СССР. — 1979. — Т. 247. — № 4. — С. 829 – 831.
21. Mandelbrot B. B. The fractal geometry of nature, San-Francisco, Freeman, 1982. — 460 p.
22. Prigogine I. and Stengers I. Order out of chaos. Man’s new dialogue with nature, Heinemann, London, 1984. — 432 p.
23. Макаров П. В., Смолин И. Ю., Стефанов Ю. П., Кузнецов П. В., Трубицын А. А., Трубицына Н. В., Ворошилов С. П., Ворошилов Я. С. Нелинейная механика геоматериалов и геосред. — Новосибирск: Гео, 2007. — 235 с.
24. Cai M., Kaiser P. K., Uno H., Tasaka Y., and Minami M. Estimation of rock mass deformation modulus and strength of jointed hard rock masses using the GSI system, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2004, Vol. 41. — P. 3 – 19.
25. Changtai Zhou, Heping Xie, Zhihe Wang, Tao Zhou, and Jianbo Zhu. A novel fractal-statistical scaling model of rocks considering strain rate, J. Rock Mech. Geotech. Eng., 2023, Vol. 15, No. 11. — P. 2831 – 2841.
26. Журков С. Н. Кинетическая концепция разрушения твердого тела // Вестн. АН СССР. — 1968. — № 3. — С. 46 – 52.
27. Карташов Ю. М., Матвеев Б. В., Михеев Г. В., Фадеев А. Б. Прочность и деформируемость горных пород. — М.: Недра, 1979. — 269 с.
28. Eisenberg J. and Amusin B. Design methodology for intersection of underground openings, Proc. European Rock Mech. Symp., Lausanne, Switzeland, 2010. — P. 383 – 386.
29. Palstrom A. and Singh R. The deformation modulus of rock masses — Comparisons between in situ tests and indirect estimates, Tunnel. Underground Space Technol., 2001, Vol. 16, No. 3. — P. 115 – 123.
30. Amusin B. and Linkov A. About using of variable modulus for solution of one class of problems of linear creep, Proc. Academy of Science USSR, Mechanics of Solid Body, 1974, Vol. 6. — P. 162 – 166.
31. Амусин Б. З., Карелин Н. А. Корреляционные зависимости реологических свойств основных углевмещающих пород и угля от модуля упругости // Сб. Устойчивость и крепление горных выработок. — 1976. — Вып. 3. — С. 78 – 82.
32. Ержанов Ж. С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. — Алма-Ата: Наука, 1964. — 176 c.
33. Дудушкина К. И., Бобров Г. Ф. Испытания пород на ползучесть. — Новосибирск: СО АН СССР, 1972. — 93 с.
34. Журавель А. А. Лабораторные и натурные исследования реологии вмещающих пород Кузнецкого бассейна: автореф. дисс. … канд. техн. наук. — Алма-Ата: ИМиМ АН КазССР, 1971.
35. Глушко В. Т., Чередниченко В. П., Усатенко Б. С. Реология горного массива. — Киев: Наук. думка, 1981. — 170 с.
36. Amusin B. Z. and Baryakh A. A. Consideration of concrete creep in calculations of loads on mine working supports, Soviet Min. Sci., 1981, Vol. 17, No. 1. — P. 20 – 22.
37. Xu Hongfa. Study on the time effect of soft rock strength and elastic modulus, Chinese J. Rock Mech. Eng., 1997, Vol. 16, No. 3. — P. 246 – 251.
38. Килиан Х. Г., Ветегрен В. И., Светлов В. Н. Иерархия ансамблей дефектов на поверхности нагруженной меди // Физика твердого тела. — 2000. — Т. 42. — № 11. — С. 2024 – 2028.
39. Goodman R. E., Taylor R. L., and Brekke T. L. A model for the mechanics of jointed rock, J. Soil Mech. Found. Div., 1968, Vol. 982, No. 94. — P. 637 – 659.
40. Фисенко Г. Л., Ардашев К. А., Амусин Б. З., Коршунов В. А. Учет структурных ослаблений массива горных пород при расчете смещений и нагрузок на крепи подземных сооружений // Тр. VIII Всесоюз. конф. “Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов”. — М., 1984. — С. 18.
41. Amusin B. and Koshelev V. Evaluation of mechanical characteristics of rock mass for design of underground, Future Development of Rock Mechanics, Graz, Austria, 2015. — P. 523 – 528.
УДК 622.831
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОРОД С ГЛУБИНОЙ НА ИСХОДНОЕ ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СЛОИСТОМ МАССИВЕ И ЕГО ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
В. М. Серяков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: vser@misd.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Проведен расчет исходного напряженного состояния слоистого массива горных пород, сформированного действием гравитационных сил и поля температур, линейно изменяющегося по глубине. Показано, что на характер распределения исходных напряжений определяющее влияние оказывает параметр δ, равный отношению произведений модулей объемных сжатий и коэффициентов линейного расширения слоев. В двухслойном массиве при значении δ больше единицы, вычисленному как отношение термомеханических характеристик пород верхнележащего слоя к нижележащему, температурное воздействие приводит к возникновению в нижележащем слое растягивающих вертикальных напряжений, меньше единицы — сжимающих вертикальных напряжений. В случае значительного отличия δ от единицы в нижележащем слое происходит резкое увеличение исходных вертикальных и горизонтальных напряжений, причем характер распределения напряжений близок к гидростатическому. Выполнено математическое моделирование перераспределения полей температур напряжений по мере развития очистных и закладочных работ при применении слоевых систем с нисходящим порядком выемки запасов полезных ископаемых. Расчеты проведены с помощью программного комплекса, учитывающего последовательность ведения закладочных работ. Установлены особенности напряженного состояния вмещающего и закладочного массивов в ходе отработки.
Температура пород, большие глубины, слоистый массив, исходное напряженное состояние, теплофизические и механические характеристики, математическое моделирование, выработанное пространство, закладка, последовательность работ
DOI: 10.15372/FTPRPI20240503
EDN: TLFGCA
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гончаров С. А. Термодинамика. - М.: МГГУ, 2002. - 440 с.
2. Серяков В. М. Расчет термонапряженного состояния горных пород в окрестности очистных выработок // ФТПРПИ. — 2023. — № 6. — С. 31 – 41.
3. Сергунин М. П., Еременко В. А. Определение параметров исходного поля напряженного состояния на руднике “Заполярный” // ГИАБ. — 2019. — № 4. — С. 63 – 74.
4. Зубков А. B., Сентябов С. М., Селин К. В. Методика определения природных напряжений в массиве по деформации карьера с использованием спутниковых навигационных систем // Литосфера. — 2019. — № 19(5) — С. 767 – 779.
5. Петроченков Р. Г. Отношение вертикального и горизонтального напряжений в однородном массиве горных пород с учетом температурных напряжений. // ГИАБ. — 2000. — Вып. 10. — С. 61 – 68.
6. Подстригач Я. С. Теплоупругость тел неоднородной структуры. — М.: Наука, 1984. — 368 с.
7. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. — М.: Мир, 1964. — 517 с.
8. Лыков А. В. Теория теплопроводности. — М.: Высш. шк., 1967. — 599 с.
9. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир. 1975. — 542 с.
10. Авчян Г. М. Физические свойства осадочных пород при высоких давлениях и температурах. - М.: Недра, 1972. - 144 с.
11. Гаврилев Р. И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. - Новосибирск: СО РАН, 1998. - 279 с.
12. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. - М.: Недра, 1975. - 279 с.
13. Бабаев В. В., Будымка В. Ф., Домбровский М. А., Сергеева Т. А. Теплофизические свойства горных пород. - М.: Недра, 1987. - 156 с.
14. Турчанинов И. А., Иофис М. А., Каспарьян Э. В. Основы механики горных пород. — Л.: Недра, 1989. — 488 c.
15. Волков Е. П., Анушенков А. Н. Разработка технологии закладки горных выработок литыми твердеющими смесями на основе хвостов обогащения. — Красноярск: СФУ, 2020. — 176 с.
16. Монтянова А. Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне. — М.: Горн. кн., 2005. — 597 с.
17. Лизункин М. В. Обоснование геотехнологий подземной разработки сложноструктурных рудных месторождений: автореф. дис. … д-ра техн. наук. — Чита, 2021. — 48 с.
УДК 622.674
ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ТЮБИНГОВОЙ КРЕПИ ШАХТНОГО СТВОЛА В СОЛЯНЫХ ПОРОДАХ
В. В. Тарасов, В. Н. Аптуков, О. В. Иванов, П. В. Николаев
АО “ВНИИ Галургии”,
E-mail: Vladislav.Tarasov@uralkali.com, ул. Сибирская, 94, 614000, г. Пермь, Россия
Пермский государственный национальный исследовательский университет,
E-mail: Aptukov@psu.ru, ул. Букирева, 15, 614000, г. Пермь, Россия
Представлены результаты расчетов развития во времени напряженно-деформированного состояния системы “тюбинговая крепь – бетонная крепь – породный массив”, выполненные с помощью разработанной численной трехмерной модели. Верификация модели осуществлена на основе данных лазерного сканирования тюбинговой колонны двух стволов. Получены коэффициенты запаса прочности по предельным сжимающим напряжениям и деформациям. Сделаны рекомендации по применению тюбингов определенных размеров при использовании в стволах диаметром 7 и 8 м на разной глубине.
Шахтный ствол, соляные породы, тюбинговая крепь, несущая способность, численное моделирование
DOI: 10.15372/FTPRPI20240504
EDN: TNQSWX
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ольховиков Ю. П. Крепь капитальных выработок калийных и соляных рудников. — М.: Недра, 1984. — 238 с.
2. Тарасов В. В., Аптуков В. Н., Иванов О. В. Комплексная оценка деформирования системы жесткой армировки при конвергенции крепи шахтного ствола в неустойчивых породах // Зап. Горн. ин-та. — 2024. — Т. 266. — С. 305 – 315.
3. Качурин Н. М., Мельник В. В., Соловьев Д. А., Соловьев Р. А. Оценка напряженно-деформиро-ванного состояния крепи вертикальных стволов при замене тюбинговых сегментов // Изв. ТулГУ. Технические науки. —2023. — № 4. — С. 238 – 244.
4. Протосеня А. Г., Катеров А. М. Развитие напряженно-деформированного состояния комбинированной крепи вертикального ствола, пройденного в соляном массиве // ГИАБ. — 2022. — № 6 – 1. — С. 100 – 113.
5. Панкратенко А. Н., Машин А. Н., Насонов А. А., Паринов Д. С. Особенности оценки технического состояния шахтных стволов с большим сроком эксплуатации // Горн. журн. — 2023. — № 1. — С. 20 – 26.
6. Lie J., Wu F., Zou Q., Chen J., Ren S., and Zhang C. A variable-order fractional derivative creep constitutive model of salt rock based on damage effect. Geomechanics and geophysics for geo-energy and geo-resources, 2021, Vol. 7, No. 2. — P. 1 – 16.
7. Niedbalski Z. and Malkowski P. Difficulties in maintaining shaft lining — testing methods and repair methods — a case study, E3S Web of Conferences, 2020, Vol. 201. — 01016.
8. Тарасов В. В., Иванов О. В. Реконструкция бетонной крепи шахтного ствола № 3 рудника БКПРУ-2 ПАО “Уралкалий” в условиях непрерывно действующего производства // ГИАБ. — 2016. — № 9. — С. 303 – 315.
9. Булычев Н. С., Абрамсон Х. И. Крепь вертикальных стволов шахт. — М.: Недра, 1978. — 300 с.
10. Булычев Н. С. Механика подземных сооружений. — М.: Недра, 1982. — 270 с.
11. Протосеня А. Г., Карасев М. А., Катеров А. М., Петрушин В. В. Анализ подходов к прогнозу напряженно-деформированного состояния крепи вертикального ствола, пройденного в соляном массиве // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2023. — № 19. — С. 129 – 137.
12. Плешко М. С., Сильченко Ю. А., Панкратенко А. Н., Насонов А. А. Совершенствование расчетно-экспериментальных методов проектирования шахтных стволов // ГИАБ. — 2019. — № 12. — С. 55 – 66.
13. Тарасов В. В., Аптуков В. Н., Иванов О. В., Николаев П. В. Оценка технического состояния бетонной крепи шахтных стволов Верхнекамского месторождения солей // ФТПРПИ. — 2024. — № 1. — С. 58 – 67.
14. Georgiannou V. N., Serafis A., and Pavlopoulou E. M. Analysis of a vertical segmental shaft using 2D and 3D finite element codes, Int. J. Geomate, 2017, Vol. 13. — P. 138 – 146.
15. Hasan O. and Erdogan G. A methodology for lining design of circular mine shafts in different rock masses, Int. J. Min. Sci. Tech., 2016, Vol. 26 (5). — P. 761 – 768.
16. Fabich S., Bauer J., Rajczakowska M., and Switon S. Design of the shaft lining and shaft stations for deep polymetallic ore deposits: Victoria mine case study, Min. Sci., 2015, Vol. 22. — P. 127 – 146.
17. Tiutkin O., Miroshnyk V., Radkevych A., and Alkhdour A. Nonuniform stress state of a hoisting shaft lining as a result of disturbance of the ground freezing technology, E3S Web of Conferences, 2019, Vol. 109. — P. 1 – 6.
18. Jendrys M. Analysis of stress state in mine shaft lining, taking into account superficial defects, IOP Conf. Series Earth Env. Sci., 2019, Vol. 261, No. 1. — 012016.
19. Деменков П. А., Романова Е. Л. Анализ подходов к расчету крепи вертикальных стволов в зонах тектонических нарушениях // Изв. ТулГУ. Технические науки. — 2022. — № 4. — С. 223 – 236.
20. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. — М.: Наука, 1969. — 420 с.
21. Аптуков В. Н., Волегов С. В. Моделирование процесса формирования остаточных напряжений и поврежденности в образцах соляных пород, полученных из керна // ФТПРПИ. — 2020. — № 3. — С. 3 – 11.
22. Тарасов В. В., Аптуков В. Н., Пестрикова В. С. Особенности деформирования и разрушения бетонной крепи вертикального ствола на сопряжении с горизонтальными выработками // ФТПРПИ. — 2020. — № 5. — С. 54 – 59.
23. Качурин Н. М., Афанасьев И. А., Тарасов В. В., Пестрикова В. С. Исследования геометрических параметров и прочностных характеристик материала тюбингов ствола № 4 СКРУ-3 // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. — 2014. — № 4. — С. 100 – 108.
УДК 539.42.552.57
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ОДНООСНОЕ СЖАТИЕ
Г. П. Стариков, Т. Н. Мельник, С. В. Шатохин
Институт физики горных процессов,
E-mail: ifgpdnr@mail.ru, shatohin-sergej@mail.ru,
ул. Розы Люксембург, 72, 283048, г. Донецк, Россия
Донецкий физико-технический институт им. А. А. Галкина,
E-mail: tatmeln18@gmail.com, ул. Розы Люксембург, 72, 283048, г. Донецк, Россия
В качестве основы взяты теоретические модели Бриджмена и Фарбмана по определению вязкости порошков. Приведены результаты экспериментов по одноосному сжатию измельченных материалов. Даны примеры расчетов вязкости для угля, кварца, песчаника, песчаного сланца.
Вязкость твердых тел, гранулированные вещества, модели Бриджмена и Фарбмана, вязкость измельченного материала
DOI: 10.15372/FTPRPI20240505
EDN: RWOBXB
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости. — М.: Физматлит, 2003. — 264 с.
2. Захаров В. С., Смирнов В. Б. Физика земли. — М.: Инфра-М, 2016. — 328 с.
3. Чеботарев П. Н. Установление корреляционных связей вязкости разрушения угольного массива с показателями его прочности // Изв. ТулГУ. Техн. науки. — 2012. — Вып. 9. — С.88 – 93.
4. Bridgman P. W. General survey of certain results in the field of high-pressure physics, Nobel Lecture, December 11, 1964, Elsevier Publ. Company, Amsterdam, 1964.
5. Ярославский М. А. Реологический взрыв. — М.: Наука, 1982. — 193 с.
6. Фатеев Е. Г. Низковязкая текучесть твердой дисперсной среды в эффекте Бриджмена // ЖТФ. — 2005. — Т. 75. — Вып. 2. — С. 53 – 56.
7. Стариков Г. П., Борисенко Э. В., Мельник Т. Н., Шатохин С. В., Якимчук Н. В. Применение реологических моделей твердого тела к экспериментальному определению механических и кинетических свойств // ФТВД. — 2024. — Т. 34. — № 2. — С. 103 – 114.
8. Стариков Г. П., Мельник Т. Н., Нескреба Д. А. Определение прочности диспергированных горных пород // Физика и техника высоких давлений. — 2020. — Т. 30. — № 4. — С. 83 – 92.
9. Мельник Т. Н., Борисенко Э. В., Кравченко А. В., Прокофьева Л. Н., Иващенко В. Д. Метод определения прочности углепородного массива на основе двухфракционной модели сжатия гранул с переменным радиусом // ФТВД. — 2023. — Т. 33. — № 3. — С.72 – 82.
10. Цой П. А., Усольцева О. М. Применение кругов Мора для связи и модельной оценки прочностных данных разноразмерных образцов горных пород // ФТПРПИ. — 2019. — № 2. — С. 23 – 29.
11. Назарова Л. А., Назаров Л. А., Голиков Н. А. Оценка реологических свойств пород-коллекторов пластов баженовской свиты по данным термобарических испытаний // ФТПРПИ. — 2017. — № 3. — С.22 – 28.
УДК 622.02
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРУШЕНИЯ ПРИ СДВИГОВОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ МЯГКИХ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОРОД
Хонбао Чжао, Хуху Ван, Шаоцян Лю, Хой Чен, Чаонань Чен
Китайский горно-технологический университет,
E-mail: huhuwan.cn@gmail.com, г. Пекин, 100083, Китай
Установление механизма разрушения при сдвиговой ползучести мягких трещиноватых пород является крайне актуальным вопросом в горнотехнической инженерной практике. С помощью метода дискретных элементов построена численная модель мягких трещиноватых пород, которая имитирует сдвиговую ползучесть массива при различных значениях коэффициента шероховатости трещины (JRC), нормального напряжения и направления сдвига. Выполнен анализ влияния этих факторов на деформацию ползучести мягких пород. Результаты показали, что деформация ползучести значительно снижается при увеличении шероховатости трещины, а также при увеличении нормального напряжения. Влияние направления сдвига на деформацию ползучести относительно небольшое.
Мягкая горная порода, трещины, сдвиговая ползучесть, метод дискретных элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20240506
EDN: SCFFAE
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Bryan L. M. Fluid Mechanics, Tritech digital media: 2018-08-24.
2. Sun Jun. Rock rheological mechanics and its advance in engineering applications, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2007, Vol. 26, No. 6. — P. 1081 – 1106.
3. Li Ya-li, Yu Huai-chang, Liu Han-dong. Study of creep constitutive model of silty mudstone under triaxial compression, 2012, Vol. 33, No. 7. — P. 2035 – 2040.
4. Kabwe E. Verification and Implementation of a creep model considering the duvaut-lion overstress function, Mining, Metallurgy and Exploration, 2021, Vol. 38, No. 7. — P. 1761 – 1771.
5. Griggs D. Creep of rocks, J. Geol., 1939, Vol. 47, No. 3. — P. 225 – 251.
6. Zhang Z.L., Xu W.Y.; Wang W., et al. Triaxial creep tests of rock from the compressive zone of dam foundation in Xiangjiaba Hydropower Station, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2012, No. 50. — P. 133 – 139.
7. Yang S. Q. and Cheng L. Non-stationary and nonlinear visco-elastic shear creep model for shale, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2011, Vol. 48, No. 6. — P. 1011 – 1020.
8. Li J., Zhu L., Zhou K., et al. Non-linear creep damage model of sandstone under freeze-thaw cycle, J. Cent. South Univ., 2021, No. 28. — P. 954 – 967.
9. Tulinov R. and Molokov L. Role of joint filling material in shear strength of rocks, Symp. Int. Soc. of Rock Mechanics, Nancy, 1971.
10. Indraratna B., Haque A., and Aziz N. Shear behaviour of idealized infilled joints under constant normal stiffness, Geotechnique, 1999, Vol. 49, No. 3. — P. 331 – 355.
11. Papaliangas T., Lumsden A., Hencher S., et al. Shear strength of modelled filled rock joints, Rock Joints, 1990.
12. Cundall P. A. A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky system, Proc. Symp. Int. Soc. for Rock Mechanics, 1971. — P. 129 – 132.
13. Yu Y., Yang Y., Liu, J., et al. Experimental and constitutive model study on the mechanical properties of a joint of a rock mass under dynamic disturbance, Sci. Rep., 2022, No. 12. — 21238.
14. Li G., Wang, Y., Hu, Y., et al. Shear creep mechanical properties and damage model of mudstone in open-pit coal mine, Sci. Rep., 2022, No. 12. — 5148.
15. Son M. Shear strength of rock joints and its estimation, KSCE J. Civ. Eng., 2020, 24. — P. 2931 – 2938.
16. Barton N. Shear strength criteria for rock, rock joints, rockfill and rock masses: Problems and some solutions, J. Rock Mech. and Geotechnical Eng., 2013, Vol. 5, No. 4. — P. 249 – 261.
17. Chang X. and Burger M. Burger’s bonded model for distinct element simulation of the multi-factor full creep process of soft rock, J. Mar. Sci. Eng., 2020, No. 8. — P. 1 – 18.
18. Cho N., Martin C. D., and Sego D. C. A clumped particle model for rock, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2007, No. 44. — P. 997 – 1010.
19. Itasca. Users’ manual for particle flow code in 2 dimensions PFC2D, Version 6.0; Itasca Consulting Group, Inc.: Min-neapolis, MN, USA, 2018.
20. Xu Z., Wang Z., Wang W., Lin P. and Wu J. An integrated parameter calibration method and sensitivity analysis of mi-croparameters on mechanical behavior of transversely isotropic rocks, Comput. Geotech., 2022, 142. — 104573.
21. Li Z. and Rao Q. Quantitative determination of PFC3D microscopic parameters, J. Cent. South Univ., 2021, 28. — P. 911 – 925.
22. Do H. Q., Aragon A. M. and Schott D. L. A calibration framework for discrete element model parameters using genetic al-gorithms, Adv. Powder Technol, 2018, No. 29. — P. 1393 – 1403.
23. Zhou Z., Bai, S., Chu K., et al. Calibration of DEM macro and micro parameters via XGBoost method, Granular Matter, 2022, 106. — P. 24.
24. Pan Wen-tao, Yang Wen-bo, Wu Fang-yin, He Chuan, Zhao Liang-liang, Yao Ren-jie, and Fu Jian-feng. Layered soft rock simulation based on uniaxial and triaxial tests and direct shear test, Rock and Soil Mech., 2022, 43(12). — P. 3437 – 3452.
25. Li Tong-lu, Luo Shi-yi, He Jian, et al. Determination and application of mechanical parameters for jointed rock masses, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2004, 23(13). — P. 2182 – 2186.
26. Zhao Wei, Wu Shun-chuan, Gao Yong-tao, et al. Numerical modeling and mechanical parameters determination of jointed rock mass, Chinese J. Eng., 2015, 37(12). — P. 1542 – 1549.
27. Chai Bo, Tao Yang-Yang, Du Juan, et al. Energetics parameters estimation of joint rock mass based on Hoek-Brown failure criterion, Bull. Geological Sci. Technol., 2020, Vol. 39, No. 1. — P. 78 – 85.
28. Hoek E., Carranza-Torres C., and Corkum B. Hoek Brown failure criterion, Proc. North Am. Rock Mechanics Soc. NARMS-TAC, Toronto; University of Toronto Press, 2002. — P. 267 – 273.
29. Barton N. Review of a new shear strength criterion for rockjoints, Eng. Geology, 1973, Vol. 7. — P. 579 – 602.
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД
УДК 539.421; 622.831
ПРОГНОЗ СДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Э. В. Борисенко, Ф. М. Голубев, С. А. Попович
Институт физики горных процессов,
E-mail: ehd1207@yandex.ru, ул. Розы Люксембург, 72, 283050, г. Донецк, Россия
Республиканский академический научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики, геофизики и маркшейдерского дела,
E-mail: f_golubev@list.ru, ул. Челюскинцев, 291, 283001, г. Донецк, Россия
Приведены результаты экспериментальных исследований по водонасыщению образцов горных пород основных литологических типов, свойственных для Донбасса. Обобщены изменения деформационных свойств, происходящие в горных породах, при их увлажнении. Приведена методика разработки модели, позволяющей учитывать влияние затопления различных горных пород на параметры сдвижения. На основании лабораторных данных построена конечно-элементная модель активизации геомеханических процессов, вызванных подработкой и затоплением массива горных пород. Установлено влияние литологического состава массива на параметры сдвижения при затоплении горных выработок закрывающихся угледобывающих предприятий. Полученные результаты могут лечь в основу совершенствования действующих нормативных документов, регламентирующих прогноз сдвижений земной поверхности при добыче угля и ликвидации угольных шахт за счет учета литологической структуры углепородного массива.
Водонасыщение, горная порода, напряжение, деформационные свойства, ликвидация, конечно-элементная модель, зона водопроводящих трещин, активизация сдвижений, затопление выработок
DOI: 10.15372/FTPRPI20240507
EDN: DWBSVF
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ликвидация угольных шахт. Защита земной поверхности от затопления горных выработок. Рекомендации: КД 12.12.004- 98: Утв. Министерством угольной промышленности Украины 20.12.98. — Донецк, 1998. — 46 с.
2. Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А. Методология инженерно-геологического изучения гидрогеомеханических процессов в техногенно нарушенных массивах при разработке МПИ // ГИАБ. — 2014. — № 8. — С. 123 – 131.
3. Еременко А. А., Дарбинян Т. П., Шапошник Ю. Н., Усольцева О. М., Цой П. А. Оценка физико-механических свойств руд и горных пород, подвергшихся затоплению // ФТПРПИ. — 2023. — № 5. — С. 24 – 31.
4. Голубев Ф. М. Геомеханический прогноз развития сдвижений при ликвидации угледобывающих предприятий // Тр. РАНИМИ: сб. науч. тр. — Донецк, 2018. — № 6 (21). — С. 367 – 378.
5. Grischenkova E. N. and Mustafin M. G. Earth surface monitoring on undermined territories / Innovation-Based Development of the Mineral Resources Sector: Challenges and Prospects — 11th Russian-German Raw Materials, 2019. — P. 95 – 102.
6. Тюленева Т. А. Cовершенствование технологии ликвидации провалов над горными выработками // J. Min. and Geotechnical Eng. — 2021. — No. 1(12):4. — C. 4 – 26.
7. Приказ Ростехнадзора от 19.05.2023 N 186 “Об утверждении Правил осуществления маркшейдерской деятельности” (зарегистрировано в Минюсте России 31.05.2023 № 73638).
8. Борисенко Э. В., Гузеев О. А., Корвякова Н. П., Подрухин А. А. Эмпирические характеристики длительного водонасыщения образцов горных пород угленосного массива Донбасса // Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр. - М.: ИПКОН РАН, 2022. - С. 63 – 68.
9. Борисенко Э. В. Изменение прочностных характеристик образцов горных пород угленосных массивов Донбасса в процессе длительного водонасыщения // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2023. — Т. 10. — № 3. — 25 – 29.
10. Verbilo P. E. and Karasev M. A. Experimental and numerical research of jointed rock mass anisotropy in a three-dimensional stress field, The Mining-Geology-Petroleum Engineering Bulletin, 2022, Vol. 2, No. 37. — С. 109 – 122.
11. Protosenya A. G. and Verbilo P. E. Analysis of the jointed rock mass mechanical characteristics anisotropy under conditions of apatite-nepheline mineral deposits, Topical Issues of Rational Use Natural Resources Proc. Int. Forum-Contest of Young Researchers, 2019, No. 1. — P. 187 – 197.
12. Gusev V. N., Maliukhna E. M., Volohov E. M., Tulenev M. A., and Gubin M. Y. Assessment of development of water conducting fractures zone in the massif over crown of arch of tunneling (construction), Int. J. Civil Eng. and Technol, 2019, Vol. 10, No. 2. — P. 635 – 643.
13. Пономаренко М. Р., Кутепов Ю. И. Космические методы в составе комплексного деформационного мониторинга земной поверхности горного предприятия // ГИАБ. — 2020. — № 12. — С. 103 – 113.
УДК 622.28, 622.831
ПОВЕРХНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО СКОЛЬЖЕНИЯ И ТРАЕКТОРИЯ РАЗРУШЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ БОРТА СО СЛАБЫМ ПРОСЛОЕМ
Шаоцян Лю, Хонбао Чжао, Шицзе Цзин, Тао Ван
Китайский горно-технологический университет,
E-mail: hongbaozhaocumtb@163.com, 100083, г. Пекин, Китай
Уханьский технологический институт, 430205, г. Ухань, пров. Хубэй, Китай
Тайюаньский технологический университет, 030024, г. Тайюань, Китай
Для угольного разреза Hequ, находящегося в провинции Шаньси Китая, с помощью мониторинга найдено расположение слабого прослоя в массиве борта. С целью изучения механизма скольжения борта со слабым прослоем построена трехмерная численная модель, рассмотрены поверхность потенциального скольжения и критические силовые элементы. Поверхность потенциального скольжения установлена на основе изучения изолиний смещений и максимального приращения деформаций сдвига. Предложен принцип выявления критических элементов массива борта со слабым прослоем. Определен главный критический элемент поверхности потенциального скольжения и траектория динамического разрушения критических элементов.
Угольный разрез, массив борта, слабый прослой, поверхность потенциального скольжения, критический силовой элемент, траектория разрушения элементов
DOI: 10.15372/FTPRPI20240508
EDN: IVMCLI
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Xie H., Gao F., and Ju Y. Research and development of rock mechanics in deep ground engineering, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2015, Vol. 34, No. 11. — P. 2161 – 2178.
2. Xie H., Ren S., and Xie C. Development opportunities of the coal industry towards the goal of carbon neutrality, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. 7. — P. 2197 – 2211.
3. Zhang L., Chen Z., and Tang Y. Study on regional sliding failure modes and evolution regularity of slopes with weak layers, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2021, Vol. 40, No. 6. — P. 1145 – 1154.
4. Liu W., Sui Y., Zhou F., and Li H. Catastrophe analysis of rock mass slope with weak intercalated layers, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2006, Vol. S1. — P. 2663 – 2669.
5. Li Y. and Yan Z. Influence of weak interlayer parameters for anchored interface shear action of rock slope under earthquake, J. Vibration Shock, 2019, Vol. 38, No. 8. — P. 48 – 53.
6. Hu B., Li J., Sheng J., and Ye Z. Crack cause in the high slope of Chinese ancient copper mine Relics: A three-dimensional non-linear finite difference analysis, J. IEEE Access, 2020, Vol. 8. — P. 13987 – 13997.
7. Xu P., Shang N., and Bao J. Stability analysis of slopes with weak layers using limit analysis method, J. Southwest Jiaotong University, 2022, Vol. 57, No. 4. — P. 919 – 925.
8. Wang H., Huang M., and Liu Z. Three-dimensional stability analysis of slope with weak interlayer, J. Rock Soil Mech., 2013, Vol. 34, Vol. S2. — P. 156 – 160.
9. Xu B., Qian Q., Yan C., and Xu H. Stability and strengthening analyses of slope rock mass containing multi-weak interlayers, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2009, Vol. 28, No. S2. — P. 3959 – 3964.
10. Chen G., Huang R., Shi Y., and Xu Q. Stability analysis of slope based on dynamic and whole strength reduction methods, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2014, Vol. 33, No. 2. — P. 243 – 256.
11. Fan S., Song Z., Zhang Y., and Liu N. Case study of the effect of rainfall infiltration on a tunnel underlying the roadbed slope with weak inter-layer, KSCE J. Civil Eng., 2020, Vol. 24, No. 5. — P. 1607 – 1619.
12. Rodriguez-Ochoa R., Nadim F., and Hicks M. A. Influence of weak layers on seismic stability of submarine slopes, J. Marine Petroleum Geol., 2015, Vol. 65. — P. 247 – 268.
13. Sun P., Chen X., and Wang Y. A global optimization algorithm of upper bound method with inclined interface blocks for slope stability, Shuili Xuebao, J. Hydraulic Eng., 2018, Vol. 49, No. 6. — P. 741 – 748.
14. Fan G., Zhang J., and Fu X. Research on transfer function of bedding rock slope with soft interlayers and its application, J. Rock Soil Mech., 2017, Vol. 38, No. 4. — P. 1052 – 1059.
15. Fan G., Zhang J.-J., Fu X., and Wang Z.-J. Energy identification method for dynamic failure mode of bedding rock slope with soft strata, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2016, Vol. 38, No. 5. — P. 959 – 966.
16. Fan G., Zhang J.-J., Fu X., and Wang Z.-J. Application of transfer function to on-site shaking table test, J. Rock Soil Mech., 2016, Vol. 37, No. 10. — P. 2869 – 2876.
17. Fan G. and Zhang J.-J. Determination of the seismic displacement relaxation zone in the reinforced slope by composite retaining structures, J. Rock Soil Mech., 2017, Vol. 38, No. 3. — P. 775 – 783.
18. Zhang W.-G., Meng F.-S., Chen F., and Liu H.-L. Effects of spatial variability of weak layer and seismic randomness on rock slope stability and reliability analysis, J. Soil Dynamics Earthquake Eng., 2021, Vol. 146. — 106735.
19. Ho I. Numerical study of slope-stabilizing piles in undrained clayey slopes with a weak thin layer, Int. J. Geomechanics, 2015, Vol. 15, No. 5. — 6014025.
20. Abe K., Nakamura S., Nakamura H., and Shiomi K. Numerical study on dynamic behavior of slope models including weak layers from deformation to failure using material point method, J. Soils Foundations, 2017, Vol. 57, No. 2. — P. 155 – 175.
21. Zhao H., Li H., and Wang Z. Experimental study on characteristics of micro-crack evolution at key place of potential slip surface of slopes, Chinese J. Rock Mech. Eng., 2015, Vol. 34, No. 5. — P. 935 – 944.
22. Kang K., Fomenko I. K., Nicolskaya O. V., and Wang J. Probabilistic assessment of rock slope stability in open pit mine chaarat using the generalized Hoek – Brown criterion, J. Min. Sci., 2020, Vol. 56, No. 5. — P. 732 – 740.
УДК 622.831 : 622.016.62
ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАКОПЛЕННОЙ ЭНЕРГИИ В УГОЛЬНО-ПОРОДНЫХ ОБРАЗЦАХ И ХАРАКТЕР ИХ РАЗРУШЕНИЯ
Гуанбо Чен, Цзин Чжан, Юцзюнь Сюй, Тань Ли, Эрю Ван, Гохуа Чжан
Институт разработки угольных месторождений,
Университет науки и технологий Внутренней Монголии,
E-mail: cgb150617@126.com, 2019958@imust.edu.cn, г. Баотоу,
Внутренняя Монголия, 014010, Китай
Колледж горного дела и энергетических ресурсов,
Шаньдунский университет науки и технологий, г. Циндао, 266590, Китай
Университет науки и технологий Внутренней Монголии,
г. Баотоу, Внутренняя Монголия, 014010, Китай
Кафедра горного дела, Хейлунцзянский университет науки и технологий,
г. Харбин, Хейлунцзян, 150022, Китай
Выполнен анализ распределения энергии в угольно-породных образцах при их нагружении. Установлено, что разница накопленной энергии между углем и породой в основном зависит от их модулей упругости. На основе рассмотрения структурных характеристик и механических свойств угля и породы построена и проанализирована механическая модель угольно-породного тела и получена формула распределения энергии по компонентам. По результатам нагрузочных испытаний разработана энергетическая модель, позволяющая рассмотреть процесс деформирования угольно-породного тела. Предложен оценочный коэффициент склонности угольно-породного тела к ударному разрушению, учитывающий разницу энергии упругой деформации между компонентами и время высвобождения энергии. Этот коэффициент можно рассматривать в качестве критерия для оценки склонности угольно-породной среды к горному удару.
Горное дело, система “уголь – порода”, составной материал, адгезивы, анализ физических свойств, хрупкое разрушение, дефект материала, коэффициент склонности к горному удару
DOI: 10.15372/FTPRPI20240509
EDN: ANFTQG
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Qian M., Xu J., and Wang J. Further on the sustainable mining of coal, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 1. — P. 1 – 13.
2. Wang J. Engineering practice and theoretical progress of top-coal caving mining technology in China, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 1. — P. 43 – 51.
3. Xie H. P. Research review of the state key research development program of China: Deep rock mechanics and mining theory, J. China Coal Soc., 2019, Vol. 44, No. 5. — P. 1283 – 1305.
4. Chen S. J., Yin D. W., Zhang B. L., Ma H. F., and Liu X. Q. Study on mechanical characteristics and progressive failure mechanism of roof-coal pillar structure body, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2017, Vol. 36, No. 7. — P. 1588 – 1598.
5. Qi Q. X., Shi Y. W., and Liu T. Q. Mechanism of instability caused by viscous sliding in rock burst, J. China Coal Soc., 1997, Vol. 22, No. 2. — P. 34 – 38.
6. Qi Q. X., Peng Y. W., Li H. Y., Li J., Wang Y. and Li C. Study of bursting liability of coal and rock, Chin. J. Rock Mech. Eng., 2011, Vol. 30, No. S1. — P. 2736 – 2742.
7. Xiao X. C., Fan Y. F., Wu D., Ding X., Wang L., and Zhao B. Energy dissipation feature and rock burst risk assessment in coal – rock combined bodies, Rock and Soil Mech., 2019, Vol. 40, No. 11. — P. 4203 – 4219.
8. Xue J. H., Chen Z. H., Li Y. H., Wang J, and Li X. Failure characteristics of coal-rock combined bodies based on acoustic emission signals, Arabian J. Geosciences, 2022, Vol. 15, No. 2. — P. 1 – 10.
9. Chen Y., Zuo J. P., Wei X., Song H., and Sun Y. Energy nonlinear evolution characteristics of the failure behavior of coal – rock combined body, Chin. J. Undergr. Sp. Eng., 2017, Vol. 13, No. 1. — P. 124 – 132.
10. Zuo J. P., Song H. Q., Chen Y., et al. 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.
11. Song H. Q., Zuo J. P., Chen Y., and Li L. Post-peak stress-strain relationship model and brittle characteristics of coal-rock combined body, J. Min. and Safety Eng., 2018, Vol. 43, No. 12. — P. 3265 – 3272.
12. Chen G. B., Li T., Yang L., Zhang G. H., Li J. W., and Dong H. J. Mechanical properties and failure mechanism of combined bodies with different coal-rock ratios and combinations, J. Min. and Strata Control Eng., 2021, Vol. 3(2). — P. 84 – 94.
13 Du F., Wang K., Dong X. L., et al., Numerical simulation of damage and failure of coal-rock combined body based on CT three-dimensional reconstruction, J. China Coal Soc., 2021, Vol. 46, No. S1. — P. 253 – 262.
14. Zhao Y. C., Gao M. S., He Y. L., and Xu D. Failure mechanism of a coal – rock combined body with inclinations of structural planes and a calculation model for impact energy, Advances in Civil Eng., 2019, 2019(5). — P. 1 – 18.
15. Chen S. J., Yin D. W., Jiang N., et al. Energy mechanism of rock burst in the rock-coal combined body, 9th China-Russia Symposium “Coal in the 21st Century: Mining, Intelligent Equipment and Environment Protection”, 2018.
16. Liu W. R., Yuan W., Yan Y. T., and Wang X. Analysis of acoustic emission characteristics and damage constitutive model of coal-rock combined body based on particle flow code, Symmetry, 2019, Vol. 11, No. 8. — 1040.
17. Chen Y., Zuo J., Liu D., and Wang Z. Deformation failure characteristics of coal–rock combined body under uniaxial compression: experimental and numerical investigations, Bull. Eng. Geology and the Env., 2018b, Vol. 78, No. 5. — P. 3449 – 3464.
18. Du F., Wang K., Wang G. D., Jiang Y., Xin C., and Zhang X. Investigation of the acoustic emission characteristics during deformation and failure of gas – bearing coal – rock combined bodies, J. Loss Prevention in the Process Industries, 2018, Vol. 55, No. 9. — P. 253 – 266.
19. Gong F., Ye H., and Luo Y. The effect of high loading rate on the behaviour and mechanical properties of coal – rock combined body, Shock and Vibration, 2018, 2018(6). — P. 1 – 9.
20. Zuo J. P. and Song H. Q. Study on energy evolution law and differential energy instability model of coal – rock combined body, J. China Coal Soc. — P. 1 – 16.
21. Liu J. X., Tang C. A., Zhu W. C., and Yang T.-H. Rock-coal model for studying the rock burst, Chin. J. Geotechnical Eng., 2004, Vol. 26, No. 2. — P. 276 – 280.
22. Chen G. B., Qin Z. C., Zhang G. H., et al. Law of energy distribution before failure of a loaded coal – rock combined body, Rock and Soil Mech., 2020, Vol. 41(6). — P. 2021 – 2033.
23. Yin D. W., Chen S. J., Xing W. B., Huang D., and Liu X. Experimental study on mechanical behavior of roof – coal pillar structure body under different loading rates, J. China Coal Soc., 2018, Vol. 43, No. 5. — P. 1249 – 1257.
24. Zuo J. P., Xie H. P., Meng B. B., et al. Experimental research on loading-unloading behavior of coal – rock combined body bodies at different stress levels, Rock and Soil Mech., 2011, Vol. 32, No. 5. — P. 1287 – 1296.
25. Chen G. B., Wang E. Y., Wang W. C., Li T., and Zhang G. Experimental study on the influence of lithology and rock – coal height ratio on mechanical properties and impact effect of combined body, Energy Sources, Part A, Recovery, Utilization and Env. Effects, 2019, Vol. 6. — P. 1 – 24.
ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.28, 622.831
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ПОРОД ЦЕЛИКАМИ И ОБРУШЕНИЕМ КРОВЛИ ПРИ ВЫЕМКЕ НАКЛОННЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ
А. А. Неверов, А. И. Конурин, С. А. Неверов, С. Ю. Васичев, С. А. Щукин
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН,
E-mail: nnn_aa@mail.ru, Красный проспект, 54, 630091, г. Новосибирск, Россия
Приведены конструктивные особенности и дана оценка камерно-целикового порядка отработки рудных тел наклонного падения, совмещающего два разных способа управления горным давлением: за счет естественной устойчивости массива пород и обрушения налегающей толщи. Показано, что в тектонически напряженных массивах обеспечивается безопасность работ на стадии погашения камерных запасов и временного рудного целика под защитой нависающей породной консоли. Выявлено, что наклон залежи формирует преимущественно сдвиговой характер разрушения пород в целике и днище блока. Установлены рациональные соотношения минимальной ширины временного рудного целика и пролета камеры.
Массив, залежь, нарушенность, мощность, угол падения, выработка, камера, целик, кровля, консоль, выемка, управление, горное давление, параметры, моделирование, устойчивость, разрушение, безопасность
DOI: 10.15372/FTPRPI20240510
EDN: BCDMLB
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Борщ-Компониец В. И., Макаров А. Б. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. — М.: Недра, 1986. — 270 с.
2. Абеов Е. А., Байтажиков А. Е., Зейнулин А. А., Жараспаев М. А. Обоснование допустимых пролетов кровли при камерно-столбовой системе разработки на месторождении Жаман-Айбат (Республика Казахстан) // Горн. журн. Казахстана. — 2019. — № 5. — С. 37 – 41.
3. Зайцев, О. Н., Макаров А. Б., Юн А. Б. Геомеханическое обоснование технологии повторной разработки междукамерных целиков из открытого выработанного пространства с обрушением налегающей толщи // Маркшейдерский вестник — 1999. — № 4. — C. 17 – 23.
4. Неверов А. А. Неверов С. А., Фрейдин А. М., Хмелинин А. П. Устойчивость поддерживающих целиков и кровли лавных подсечек при комбинированной технологии выемки пологих рудных залежей // Вестн. КузГТУ. — 2013. — № 5 – 6.
5. Соколов И. В., Антипин Ю. Г., Никитин И. В., Криницын Р. B. Обоснование конструкции и параметров комбинированной системы разработки пологой залежи бедных комплексных руд // ГИАБ. — 2021. — № 5 – 1. — С. 88 – 104.
6. Юн Р. Б., Макаров А. Б., Зайцев О. Н., Герасименко В И., Дюсембаев А. К., Малышев В. Н., Полюхович Л. Г., Габасов С. Г., Мамахов С. К. Управление горным давлением при дальнейшей разработке Жезказганского месторождения // Горн. журн. — 1997. — № 7. — С. 22 – 25.
7. Неверов А. А. Геомеханическая оценка комбинированной геотехнологии при отработке мощной пологой рудной залежи // ФТПРПИ. — 2014. — № 1. — С. 119 – 131.
8. Макаров А. Б. Обоснование допустимых параметров очистных камер и целиков // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2015. — № 2. — Т. 2. — С. 261 – 267.
9. Неверов А. А., Неверов С. А., Тапсиев А. П., Щукин С. А., Васичев С. Ю. Обоснование геотехнологий выемки рудных месторождений на основе развития модельных представлений об изменении параметров природного поля напряжений // ФТПРПИ. — 2019. — № 4. — С. 74 – 90.
10. Зенкевич О. К. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 541 с.
11. Фадеев А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике. — М.: Недра, 1987. — 221 с.
12. Конурин А. И., Неверов С. А., Неверов А. А., Щукин С. А. К проблеме численного моделирования напряженно-деформированного состояния и устойчивости трещиноватого массива // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2019. — Т. 6. — № 2. — С. 144 – 150.
13. Aizhong Lu, Ning Zhang, and Guisen Zeng. An extension failure criterion for brittle rock, Deep Rock Behaviour Eng. Env., 2020, Vol. 2020. — Р. 1 – 12.
14. Abdellah Wael R. Serviceability analysis of deep underground openings driven injointed-rock, Int. J. Min. Sci. Technol., 2017, Vol. 27. — P. 1019 – 1024.
15. Makarov A.B., Livinsky I. S., Spirin V. I., Pavlovich A. A. Comparison of limit equilibrium and finite element methods to slope stability estimation, Proc. of the 2018 European rock mechanics Symposium EUROCK 2018 (Geomechanics and Geodynamics of Rock Masses), London: Taylor & Francis Group, 2018. — P. 845 – 850.
16. Bidgoli Majid Noorian, Zhao Zhihong, Jing Lanru. Numerical evaluation of strength and deformability of fractured rocks, J. Rock Mech. and Geotech. Eng., 2013, Vol. 5, No. 6. — P. 419 – 430.
17. Elmo Davide, Doug Stead, Davide Elmo. An integrated numerical modelling — discrete fracture network approach applied to the characterisation of rock mass strength of naturally fractured pillars, Rock Mech. Rock Eng., 2010, Vol. 43, No. 3. — P. 3 – 19.
18. Шашенко А. Н., Сдвижкова Е. А., Гапеев С. Н. Деформируемость и прочность массивов горных пород. — Днепропетровск: Национальный горный университет, 2008. — 224 с.
19. Jian Ping Yang, Chen WeiZhong, Dian Sen Yang, Jing Qiang Yuan. Numerical determination of strength and deformability of fractured rock mass by FEM modeling, Computers and Geotechnics. 2015, Vol. 64. — P. 20 – 31.
20. Alejano R., Perucho Aurea, Olalla Claudio, Jimenez Rafael. Rock engineering and rock mechanics: structures in and on rock masses, CRC Press, 2014. — 372 p.
21. Barton N. Shear strength criteria for rock, rock joints, rockfill and rock masses: Problems and some solutions, J. Rock Mech. and Geotech. Eng., 2013, Vol. 5(4). — P. 249 – 261.
22. Jaeger J. C., Cook N. G., Zimmerman R. W. Fundamentals of rock mechanics, 4th ed., Blackwell, 2007 — 488 p.
23. Brady B. H. G., Brown E. T. Rock mechanics for underground mining, 3rd ed., Kluwer academic publishers, 2005. — 645 p.
ГОРНОЕ МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 622.24.08
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУРИМОСТИ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
Дж. А. Каяни, М. Х. Захур, М. З. Имад, А. Ш. Ахмед Шахид
Инженерно-технологический университет,
Е-mail: jehanzaibaftab@gmail.com, г. Лахор, Пакистан
Отмечена важность характеризующих эффективность бурения показателей: индексов скорости бурения DRI, износа коронки BWI и долговечности резца CLI. Дан обзор известных моделей прогнозирования буримости горных пород по индексу скорости бурения и указано на недостаточность изученности долговечности коронок с помощью индекса износа коронки. Экспериментально исследовано влияние различных геомеханических параметров горных пород на буримость и износ коронки. Получена отрицательная линейная корреляцию индекса скорости бурения DRI и положительная линейная корреляция индекса износа коронки BWI со значениями почти всех рассмотренных геомеханических свойств пород за исключением пористости, с которой DRI имеет положительную корреляцию, а BWI — отрицательную. Разработаны статистические модели прогнозирования DRI и BWI (с R2 ≥ 0.83) методами простой и множественной статистической регрессии.
Скорость бурения, износ коронки, песчаник, известняк, коэффициент регрессии
DOI: 10.15372/FTPRPI20240511
EDN: DBHBFJ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Khorzoughi M. B. and Hall R. Processing of measurement while drilling data for rock mass characterization, Int. J. Min. Sci. Technol., 2016, Vol. 26, No. 6. — P. 989 – 994.
2. Yasar S., Capik M., and Yilmaz A. O. Cuttability assessment using the drilling rate index, Bul. Eng. Geol. Env., 2015, Vol. 74, No. 4. — P. 1349 – 1361.
3. Fowell R. and Abu Bakar M. A review of the Cerchar and LCPC rock abrasivity measurement methods, Proc. 11th Congress Int. Soc. Rock Mech., 2007.
4. Plinninger R. J. Abrasiveness assessment for hard rock drilling, Geomech. Tunnelbau, 2008, Vol. 1, No. 1. — P. 38 – 46.
5. Ataei M., KaKaie R., Ghavidel M., and Saeidi O. Drilling rate prediction of an open pit mine using the rock mass drillability index, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 2014, Vol. 73. — P. 130 – 138.
6. Moein M. J. A., Shaabani E., and Rezaeian M. Experimental evaluation of hardness models by drillability tests for carbonate rocks, J. Petrol. Sci. Eng., 2014, Vol. 113. — P. 104 – 108.
7. Bilgin N., Copur H., and Balci C. Mechanical excavation in mining and civil industries, CRC press, 2013.
8. Gao Li, Mou Yang, Yingfeng Meng, Houbin Liu, Lin Han, Feng Zhou, and Hua Zhang. The assessment of correlation between rock drillability and mechanical properties in the laboratory and in the field under different pressure conditions, J. Natural Gas Sci. Eng., 2016, Vol. 30. — P. 405 – 413.
9. Bruland A., Dahl T., and Nilsen B. Tunnelling performance estimation based on drillability testing, 8th ISRM Congress, Int. Soc. Rock Mech. Rock Eng., 1995.
10. Thuro K. and Spaun G. Drillability in hard rock drill and blast tunneling, Felsbau, 1996, Vol. 14, No. 2. — P. 1 – 11.
11. Dahl F., Bruland A., Groev E., and Nilsen B. Trademarking the NTNU / SINTEF drillability test indices, Tunnels Tunn. Int., 2010. — P. 44 – 46.
12. Yarali O. and Kahraman S. The drillability assessment of rocks using the different brittleness values, Tunnel. Underground Space Technol., 2011, Vol. 26, No. 2. — P. 406 – 414.
13. Dahl F., Bruland A., Jakobsen P. D., Nilsen B., and Grov E. Classifications of properties influencing the drillability of rocks, based on the NTNU / SINTEF test method, Tunnel. Underground Space Technol., 2011, Vol. 28, No. 1. — P. 150 – 158.
14. Yarali O. and Soyer E. Assessment of relationships between drilling rate index and mechanical properties of rocks, Tunnel. Underground Space Technol., 2013, Vol. 33. — P. 46 – 53.
15. Capik M., Y?lmaz A. O., Yasar S., Yarali O., and Cavusoglu I. Comparison of drillability and abrasivity properties of rocks, 23rd Int. Min. Congr. Exhib. Turkey (IMCET 2013), 2013. — P. 16 – 19.
16. Capik M., Yilmaz A. O., and Yasar S. Relationships between the drilling rate index and physicomechanical rock properties, Bul. Eng. Geol. Env., 2017, Vol. 76, No. 1. — P. 253 – 261.
17. Shafique U. and Bakar M. A. Evaluation of relationships between drilling rate index and physical and strength properties of selected rock units of Pakistan, Nucleus, 2015, Vol. 52, No. 2. — P. 79 – 84.
18. Yetkin M. E., Ozfirat M. K., Yenice H., Simsir F., and Kahraman B. Examining the relation between rock mass cuttability index and rock drilling properties, J. African Earth Sci., 2016, Vol. 124. — P. 151 – 158.
19. Iqbal M. M. and Bakar Z. A. Drillability evaluation of limestone rock quarries in Punjab and Khyber Pakhtunkhwa, Pakistan, Pakistan J. Eng. Applied Sci., 2016.
20. Yenice H., Ozdogan M. V., and Ozf?rat M. K. A sampling study on rock properties affecting drilling rate index, J. African Earth Sci., 2018, Vol. 141. — P. 1 – 8.
21. Plinninger R. J., Spaun G., and Thuro K. Predicting tool wear in drill and blast, Tunnels Tunnel. Int. Magazine, 2002. — P. 1 – 5.
22. Aligholi S., Lashkaripour G. R., Ghafoori M., and Azali S. T. Evaluating the relationships between NTNU / SINTEF drillability indices with index properties and petrographic data of hard igneous rocks, Rock Mech. Rock Eng., 2017, Vol. 50, No. 11. — P. 2929 – 2953.
23. Capik M. and Yilmaz A. O. Correlation between Cerchar abrasivity index, rock properties, and drill bit lifetime, Arabian J. Geosciences, 2017, Vol. 10, No. 1. — P. 15.
24. Rostami J. I., Ghasemi A., Gharahbagh E. A., Dogruoz C., and Dahl F. Study of dominant factors affecting Cerchar abrasivity index, Rock Mech. Rock Eng., 2013, Vol. 47, No. 5. — P. 1905 – 1919.
25. Yasar S. and Yilmaz A. Tool wear prediction with different models for medium strength rocks, 2016.
26. Majeed Y., Bakar M. A., and Butt I. Abrasivity evaluation for wear prediction of button drill bits using geotechnical rock properties, Bul. Eng. Geol. Env., 2020, Vol. 79, No. 2. — P. 767 – 787.
27. ASTM-D7012. Standard test methods for compressive strength and elastic moduli of intact rock core specimens under varying states of stress and temperatures, ASTM Int., West Conshohocken, PA, 2014.
28. ASTM-D5731. Standard test method for determination of the point load strength index of rock and application to rock strength classifications, ASTM Int., West Conshohocken, PA, 2016.
29. ASTM-D5873-00. Standard test method for determination of rock hardness by rebound hammer method, ASTM Int., West Conshohocken, PA, 2004.
30. ISRM. Suggested methods for determining water content, porosity, density, absorption and related properties and swelling and slake-durability index, Int. Society Rock Mech., 1979.
31. Zare S. and Bruland A. Applications of NTNU / SINTEF drillability indices in hard rock tunneling, Rock Mech. Rock Eng., 2013, Vol. 46, No. 1. — P. 179 – 187.
32. Dahl F. DRI, BWI, CLI standards, NTNU, Trondheim., 2003. — P. 1 – 20.
33. NTNU. Hard rock tunnel boring, Norwegian University of Science and Technology, 1B-98, 1998.
34. Bruland A. Hard rock tunnel boring: Drillability test methods, Project report 13A-98, NTNU Trondheim, 1998. — 21 p.
35. Adebayo B. and Akande J. Analysis of button bit wear and performance of down-the-hole hammer drill, Ghana Min. J., 2015, Vol. 15, No. 2. — P. 36 – 41.
36. Thuro K. Drillability prediction: geological influences in hard rock drill and blast tunneling, Geologische Rundschau, 1997, Vol. 86, No. 2. — P. 426 – 438.
37. Nangolo C. and Musingwini C. Empirical correlation of mineral commodity prices with exchange-traded mining stock prices, J. Southern African Institute Min. Metal., 2011, Vol. 111, No. 7. — P. 459 – 468.
РУДНИЧНАЯ АЭРОГАЗОДИНАМИКА
УДК 622.817.4, 550.423
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ В ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ УГОЛЬНЫХ ШАХТ АНАЛИЗОМ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА УГЛЕРОДА МЕТАНА
О. В. Тайлаков, Е. А. Салтымаков, С. В. Соколов, А. В. Костина, Г. В. Проценко
Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН,
E-mail: oleg2579@gmail.com, easaltymakov@yandex.ru, sokoloviu.s@yandex.ru,
chernetskaya.nastasya@mail.ru, protsenk0-galina@yandex.ru,
просп. Ленинградский, 10, 650065, г. Кемерово, Россия
Предложен и опробован комплексный подход к оценке зоны влияния углепородного массива на очистной забой по газовому фактору, основанный на изучении изотопии шахтного метана. Установлено количественное соотношение изотопов углерода метана в угольной пробе и рудничной атмосфере в условиях семи действующих шахт Кузбасса. Определены геометрические параметры рассматриваемых зон, а также максимальное значение объема метана, которое может оказать нагрузку на очистной забой в ходе отработки выемочного участка. Показано существенное отличие объема газа и параметров зоны миграции метана при общепринятом и комплексном подходах с применением метода оценки изотопного состава углерода метана в рудничной атмосфере и угле рабочего горизонта.
Очистной забой, угольный пласт, миграция, фильтрационные свойства, метан, изотопия, ресурсы метана, пласты-спутники
DOI: 10.15372/FTPRPI20240512
EDN: NCMFLL
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ширяев С. Н., Тайлаков О. В., Застрелов Д. Н., Герасимов А. В. Исследование остаточной газоносности угольных пластов Ерунаковского месторождения Кузбасса // Вестн. КузГТУ. — 2020. — № 2 (138). — С. 5 – 11.
2. Локшина Л. Я., Вавилин В. А., Литти Ю. В. Оценка продукции метана в образцах торфа из типичных болот Западной Сибири с помощью моделирования динамики стабильных изотопов углерода в метане и углекислом газе //Материалы VII Национальной научной конференции с международным участием “Математическое моделирование в экологии” (ЭкоМатМод). — 2021. — С. 70 – 72.
3. М. В. Курленя, К. Х. Ли, В. Г. Казанцев, Ли Хи Ун. Физико-математическая модель фильтрации метана в нестационарном поле напряжений угольного пласта // ФТПРПИ. — 2024. — № 3. — С. 3 – 13.
4. Li Y., Wu S., Nie B., and Ma Y. A new pattern of underground space-time Tridimensional gas drainage: A case study in Yuwu coal mine, China, Energy Sci. and Eng., 2019, Vol. 7, No. 4. — P. 399 – 410.
5. Тайлаков О. В., Уткаев Е. А., Макеев М. П. Определение фильтрационных свойств угольных пластов по результатам шахтных измерений // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2020. — № 6. — С. 366 – 370.
6. Тайлаков О. В., Застрелов Д. Н., Макеев М. П., Уткаев Е. А., Салтымаков Е. А. Изучение фильтрационных свойств углей Кузбасса // Сб. тезисов докл. XI Междунар. Российско-Казахстанского симпозиума “Углехимия и экология Кузбасса”. — Кемерово, 2022. — С. 86.
7. Hou X., Liu S., Zhu Y., and Yang Y. Evaluation of gas contents for a multi-seam deep coalbed methane reservoir and their geological controls: In situ direct method versus indirect method, China, Fuel, 2020, Vol. 265. — 116917.
8. Соболева Е. В., Большакова М. А., Корнева Т. Н., Натитник И. М., Мальцев В. В., Санникова И. А., Сауткин Р. С. Влияние геолого-геохимических условий формирования залежей на состав и свойства углеводородных флюидов (на примере Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения) // Георесурсы. — 2019. – Т. 21. — № 2. — С. 190 – 202.
9. Schaeffer P., Bailly L., Motsch E., and Adam P. Organic Geochemistry, 2019, Vol. 136. — 103889.
10. Polyakov V. B. and Horita J. Chemical Geology, 2021, Vol. 559. — 119948.
11. Краснова Е. А., Юрченко А. Ю., Калмыков А. Г., Фомина М. М. Изотопно-геохимические особенности распределения газообразных углеводородов в разрезе баженовской свиты (южная часть Западной Сибири) // Георесурсы. — 2019. — Т. 21. — № 2. — С. 153 – 158.
12. Зубков М. Ю. Роль тектоно-гидротермальных процессов в формировании залежей газа на севере Западной Сибири // Геология и минерально-сырьевые ресурсы Сибири. — 2022. — № 4 (52). — С. 28 – 45.
13. Сафина Н. П., Масленников В. В., Артемьев Д. А., Садыков С. А., Архиреева Н. С. Сопоставление пиритовых конкреций углеродистых алевралитов Сафьяновского-Колчеданного месторождения (Средний Урал) по результатам ЛА-ИСП-МС и изотопного анализа // Металлогения древних и современных океанов. — 2019. — № 1. — С. 132 – 135.
14. Журавлева А. В. Термальная деградация изотопного состава углерода органического вещества конодонтов: предварительные результаты // Вестн. геонаук. — 2020. — № 2(302). — С. 29 – 31.
15. Тюрин А. М. Изотопный состав углерода метана Оренбургского НГКМ в контексте развития модели его формирования // Недра Поволжья и Прикаспия. — 2022. — № 107. — С. 18 – 26.
16. Hartke E. R., Bradley D., Cramer B. D., Calner M., Melchin M. J., Barnett B. A., Oborny S. C., and Bancroft A. M. Decoupling ?13Ccarb and ?13Corg at the onset of the Ireviken Carbon Isotope Excursion: ? 13C and organic carbon burial (forg) during a Silurian oceanic anoxic event, USA, Global and Planetary Change, 2021, Vol. 196. — 103373.
17. Половинкина О. Н., Михайленко В. С., Кириллова Н. В. Основные методы измерений в газовом анализе // Вестн. МАНЭБ. — 2023. — Т. 28. — № 4. — С. 24 – 29.
18. Макась А. Л., Кудрявцев А. С., Трошков М. Л. Новый подход к измерению комбинированного изотопного состава метана с целью его генетической характеризации // Геофизические технологии. — 2022. — № 4. — С. 41 – 53.
19. Скузоватов С. Ю., Белозерова О. Ю., Васильева И. Е., Зарубина О. В., Канева Е. В., Сокольникова Ю. В., Чубаров В. М., Шабанова Е. В. Современное состояние методов изучения вещества на микро- и макроуровне // Центр коллективного пользования “изотопно-геохимических исследований” ИГХ СО РАН: Геодинамика и тектонофизика. — 2022. — Т. 13. — № 2.
УДК 622.831.322
ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАНА ПРИ РАЗРУШЕНИИ МИКРОСТРУКТУРЫ УГЛЯ
С. А. Шепелева, В. В. Дырдин, В. С. Лудзиш, В. Б. Попов
Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачева,
Е-mail: shepelevasa@kuzstu.ru, ул. Весенняя, 28, 650000, г. Кемерово, Россия
АО “НЦ ВостНИИ”, ул. Институтская, 3, 650002, г. Кемерово, Россия
Экспериментально измерено газовыделение при разрушении образца угля в мельнице. По методике ИГД им. А. А. Скочинского рассчитано количество газа, которое может выделиться из угля в зависимости от размера его частиц. Образцы отбирались с выбросоопасного угольного пласта. Установлено, что уменьшение размеров частиц угля до 0.1 мм повышает газовыделение в несколько раз. Разработана модель силового взаимодействия молекул метана в микропористой структуре с поверхностью макромолекулы угля и методика расчета газовыделения из угля в зависимости от степени его разрушения.
Газодинамические явления, газовыделение, метан, механическое разрушение, угольный пласт, частицы угля, тонкодисперсная угольная пыль, поровое пространство
DOI: 10.15372/FTPRPI20240513
EDN: NTQZBC
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах / ред. В. В. Ходот. — М.: Наука, 1973. — 137 с.
2. Иванов Б. М., Фейт Г. Н., Яновская М. Ф. Механические и физико-химические свойства углей выбросоопасных пластов. — М.: Наука, 1979. — 196 с.
3. Fenghua An, Yu Yuan, Xiangjun Chen, Zhiqiang Li, and Liyang Li. Expansion energy of coal gas for the initiation of coal and gas outbursts, Fuel., 2019, Vol. 235. — P. 551 – 557.
4. Junqian Li, Shuangfang Lu, Pengfei Zhang, Jianchao Cai, Wenbiao Li, Siyuan Wang, and Wenjun Feng. Estimation of gas-in-place content in coal and shale reservoirs: A process analysis method and its preliminary application, Fuel, 2020, Vol. 259. — 116266.
5. Meng Tang, Xiangtao Kang, Jiachi Ren, Lin Gao, Zhenqian Ma, and Dezhong Kong. Mining stress distribution and gas drainage application of coal seam group under fault influence, Disaster Mechanisms Linked to the Role of Fluids in Geotech. Eng., 2022, Vol. 2022. — 8432024.
6. Годовые отчеты о результатах деятельности Сибирского управления Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору за 2013 – 2021 гг. [Электронный ресурс]. URL: http://usib.gosnadzor.ru/about/reports.
7. Охрана труда и промышленная безопасность // Информ. бюлл.: ежемесячный информационно-аналитический, статистический, производственный журнал. — 2020. — № 11. — С. 30 – 37.
8. Дырдин В. В., Ким Т. Л., Фофанов А. А., Плотников Е. А., Воронкина Н. М. Газовыделение при механодеструкции угля // Горн. журн. — 2019. — № 5. — С. 44 – 53.
9. Ефимова О. С., Федорова Н. И., Созинов С. А., Исмагилов З. Р. Химический и гранулометрический состав угольной пыли из дегазационной установки шахты // Химия в интересах устойчивого развития. — 2018. — № 26. — С. 597 – 602.
10. Ордин А. А., Тимошенко А. М., Ботвенко Д. В. Оценка влияния фракционного состава угля на метановыделение в высокопроизводительных очистных забоях // ФТПРПИ. — 2020. — № 5. — С. 140 – 145.
11. Зыков И. Ю., Звеков А. А., Дудникова Ю. Н., Федорова Н. И., Исмагилов З. Р. Текстурные характеристики углеродных сорбентов из каменных углей различных стадий метаморфизма // Вестн. КузГТУ. — 2019. — № 4. — С. 64 – 69.
12. Козырева Е. Н., Непеина Е. С., Цуран Е. М., Плаксин М. С. Оценка сорбционной метаноемкости коксующихся углей Кузбасса // Кокс и химия. — 2017. — № 10. — С. 36 – 41.
13. Эттингер И. Л. Газоемкость ископаемых углей. — М.: Недра, 1966. — 223 с.
14. Дырдин В. В., Полыгалов Ю. И., Лудзиш В. С., Шепелева С. А., Терехов А. Н., Потапов П. В., Фофанов А. А., Ким Т. Л. К вопросу образования “закрытых” пор в каменном угле // Вестн. НЦ “ВостНИИ” по промышленной и экологической безопасности. — 2021. — № 4. — С. 39 – 49.
15. Сечкарев А. В., Бегер В. Н., Земский В. И. Конфигурационные переходы многоатомных молекул, адсорбированных неоднородной поверхностью диэлектрика // Журн. физ. химии. — 1993. — Т. 67. — № 2. — С. 400 – 407.
16. Минкин В. В., Осипов О. А., Жданов Ю. А. Дипольные моменты в органической химии. Серия. Физические методы исследования органических соединений. — Л.: Химия, 1968. — 245 с.
17. Вукс М. Ф. Рассеяние света в газах, жидкостях и растворах. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. — 320 с.
18. Дырдин В. В., Шепелева С. А., Полыгалов Ю. И. Газовыделение при внезапных выбросах угля и газа // Горн. журн. — 2023. — № 6. — С. 84 – 88.
19. Чернов О. И., Пузырев В. Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. — М.: Недра, 1979. — 296 с.
20. Васючков Ю. Ф. Оценка связанного метана в ископаемом угле // ГИАБ. — 2002. — № 5. — С. 2 – 3.
21. Hales T. C. A proof of the Kepler conjecture, Annals Mathem., 2005, Vol. 162, No. 3. — Р. 1065 – 1185.
ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.234.42
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЭВДИАЛИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА
В. А. Чантурия, В. Г. Миненко, Г. А. Кожевников, А. Л. Самусев
Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Е-mail: vladi200@mail.ru, Крюковский тупик, 4, 111020, г. Москва, Россия
Разработана ресурсосберегающая и энергоэффективная технология комплексной переработки эвдиалитового концентрата. Установлено, что основные потери ценных компонентов (Zr и РЗЭ) связаны с кеком выщелачивания. Определены эффективные методы и рациональные режимы переработки продуктивного раствора, гарантирующие высокое извлечение Zr и РЗЭ за счет переработки образующегося силикагеля, организации последовательного выделения из продуктивного раствора фосфата циркония и карбонатов РЗЭ. Предложены дополнительные способы регенерации реагентов и схемы закрытия водяных контуров, обеспечивающие итоговое извлечение циркония и редкоземельных элементов из эвдиалитового концентрата. Разработанная технология позволяет получить дополнительную товарную продукцию (метасиликат натрия и аммиачную селитру), а также обеспечивает экономическую целесообразность и повышает экологическую безопасность переработки эвдиалитового концентрата за счет регенерации карбоната кальция.
Эвдиалитовый концентрат, выщелачивание, силикагель, сорбция, цирконий, редкоземельные элементы, извлечение, продуктивный раствор, химическое осаждение, регенерация реагентов, метасиликат натрия, аммиачная селитра
DOI: 10.15372/FTPRPI20240514
EDN: OBSQNJ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Brahim J. A., Hak S. A., Achiou B., Boulif R., Beniazza R., and Benhid R.. Kinetics and mechanisms of leaching of rare earth elements from secondary resources, Miner. Eng., 2022, Vol. 177. — 107351.
2. Богатырева Е. В., Чуб А. В., Ермилов А. Г., Хохлова О. В. Эффективность щелочно-кислотного способа комплексного выщелачивания эвдиалитового концентрата. Ч. 1 // Цв. металлы. — 2018. — № 7. — С. 57 – 61.
3. Богатырева Е. В., Чуб А. В., Ермилов А. Г., Хохлова О. В. Эффективность щелочно-кислотного способа комплексного выщелачивания эвдиалитового концентрата. Ч. 2 // Цв. металлы. — 2018. — № 8. — С. 69 – 74.
4. Самонов А. Е., Мелентьев Г. Б. Эвдиалит: переоценка промышленной значимости [Электронный ресурс]. https://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=382 (дата обращения 23.11.2020).
5. Savel’eva I. L. The rare-earth metals industry of Russia: Present status, resource conditions of development, Geography Natural Res., 2011, Vol. 32, No. 1. — P. 65 – 71.
6. Производство редких и редкоземельных металлов // Информ.-техн. справочник по наилучшим доступным технологиям. — М.: Бюро НДТ, 2017. — 210 с.
7. Локшин Э. П., Тареева О. А. Переработка эвдиалитового концентрата методом сорбционной конверсии. — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2023. –– 108 с.
8. Zakharov V. I., Skiba G. S., Solovyov A. V., Lebedev V. N., and Mayorov D. V. Some aspects of acid treatment of eudialyte, Tsvetnye Met., 2011, Vol. 11. — P. 25 – 29.
9. Lebedev V. N. Sulfuric acid technology of eudialyte concentrate, Russ. J. Appl. Chem., 2003, Vol. 76. — P. 1559 – 1563.
10. Lebedev V. N., Shchur T. E., Maiorov D. V., Popova L. A., and Serkova R. P. Features of the acid decomposition of eudialyte and some rare metal concentrates the Kola Peninsula, Russ. J. Appl. Chem., 2003, Vol. 76. — P. 1191 – 1196.
11. Davris P., Stopic S., Balomenos E., Panias D., Paspaliaris I., and Friedrich B. Leaching of rare earth elements from eudialyte concentrate by suppressing silica gel formation, Miner. Eng., 2017, Vol. 108. — P. 115 – 122.
12. Vaccarezza V. and Anderson C. Beneficiation and leaching study of Norra Karr Eudialyte mineral, In: Kim H. et al. (eds) Rare Metal Technol., 2018, TMS 2018, The Minerals, Metals and Materials Series, Springer, Cham.
13. Silin I., Dertmann C., Cvetkovi?c V. S., Stopic S., and Friedrich B. Prevention of silica gel formation for eudialyte study using new digestion reactor, Minerals, 2024, Vol. 14. — 124.
14. Адиб А., Ахмади Р., Рахими И. Извлечение редкоземельных элементов из концентрата апатита методом кислотного и гидролизного выщелачивания в условиях железорудной шахты “Морварид”, Иран // ФТПРПИ. — 2021. — № 1. — С. 146 – 158.
15. Усманова Н. Ф., Брагин В. И., Жижаев А. М., Меркулова Е. Н., Бондаренко Г. Н. Сравнительный анализ методик последовательной экстракции для вскрытия редкоземельных элементов в золотоносном сырье // ФТПРПИ. — 2017. — № 6. — С. 172 – 181.
16. Balinski A., Wiche O., and Kelly N. Separation of rare earth elements from contaminants and valuable components by in-situ precipitation during the hydrometallurgical processing of eudialyte concentrate, J. Hydrometallurgy, 2020, Vol. 194. — 105300.
17. Ma Y., Stopic S., Gronen L., Milivojevic M., Obradovic S., and Friedrich B. Neural network modeling for the extraction of rare earth elements from eudialyte concentrate by dry digestion and leaching, J. Metals, 2018, Vol. 8, No. 4. — 267.
18. Balinski P. A., Atanasova O. et al. Recovery of REEs, Zr(Hf), Mn and Nb by H2SO4 leaching of eudialyte concentrate, Hydrometallurgy, 2019. — P. 176 – 186.
19. Bansal N. P. Influence of several metal ions on the gelation activation energy of silicon Tetraethoxide, J. Am. Ceram. Soc., 1990, Vol. 73, No. 9. — P. 2647 – 2652.
20. Marshall W. L. and Chen C.-T. A. Amorphous silica solubilities — VI. Postulated sulfatesilicic acid solution complex, Geochim. Cosmochim. Acta, 1982, Vol. 46, No. 3. — P. 367 – 370.
21. Chizhevskaya S. V., Chekmarev A. M., Klimenko O. M., Povetkina M. V., Sinegribova O. A., and Cox M. Non–Traditional methods of treating high–Silicon containing are elements, Proc. Hydrometallurgy’94, Cambridge, UK, 11 – 15 July 1994.
22. Dibrov I. A., Chirkst D. E., and Litvinova T. E. Experimental study of zirconium(IV) extraction from fluoride-containing acid solutions, Russ. J. Appl. Chem., 2002, Vol. 75. — P. 195 – 199.
23. Пат. RU 2522074. Способ переработки эвдиалитового концентрата / В. А. Матвеев, В. Т. Калинников, Д. В. Майоров, С. А. Красиков // Опубл. в БИ. — 2014. — № 19.
24. Пат. RU 2742330 C1. Способ переработки эвдиалитового концентрата / М. Г. Штуца, М. Ю. Зубкова, А. Г. Зиганшин, Е. С. Копарулина, А. М. Свиридов, А. В. Кардаполов // Опубл. в БИ. — 2021. — № 4.
25. Пат. RU 2649606 С1. Способ переработки эвдиалитового концентрата / В. А. Матвеев, Д. В. Майоров // Опубл. в БИ. — 2017. — № 10.
26. Пат. RU 2040568 С1. Способ переработки эвдиалитового концентрата / А. М. Чекмарев, С. В. Чижевская, М. В. Поветкина, А. В. Елютин, В. А. Юфриков, Л. Б. Чистов // Опубл. в БИ. — 1995. — № 21.
27. Чантурия В. А., Самусев А. Л., Миненко В. Г., Кожевников Г. А. Извлечение редких и редкоземельных элементов из силикатного геля — продукта выщелачивания эвдиалитового концентрата // ФТПРПИ. — 2021. — № 6. — С. 142 – 149.
28. Чантурия В. А., Миненко В. Г., Самусев А. Л., Копорулина Е. В., Рязанцева М. В. Извлечение циркония и редкоземельных элементов из растворов выщелачивания эвдиалитового концентрата // ФТПРПИ. — 2020. — № 4. — С. 139 – 148.
29. Чантурия В. А. Научное обоснование и разработка инновационных процессов извлечения циркония и РЗЭ при глубокой и комплексной переработке эвдиалитового концентрата // Зап. Горн. ин-та. — 2022. — Т. 256. — С. 505 – 516.
30. Binnemans K. and Jones P. T. The twelve principles of circular hydrometallurgy, J. Sustain. Metal., 2023, Vol. 9. — P. 1 – 25.
31. А. с. 45283. Описание способа выделения циркония из кислых растворов / И. Я. Башилов, 1935.
УДК 622.7
ОЦЕНКА ОСОБЕННОСТЕЙ КИНЕТИКИ ФЛОТАЦИИ КАЛЬЦИЕВЫХ МИНЕРАЛОВ ПРИ ВТОРИЧНОМ ОБОГАЩЕНИИ ФЛЮОРИТСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
Л. А. Киенко, О. В. Воронова
Хабаровский Федеральный исследовательский центр ДВО РАН,
Е-mail: kienkola@rambler.ru, ул. Тургенева, 51, 680000, г. Хабаровск, Россия
Изучены особенности флотационного обогащения техногенных отходов карбонатно-флюоритовых руд Ярославской горнорудной компании. Выполнена оценка состава и технологических свойств сырья. Установлено, что содержащийся в них флюорит представлен минеральными сростками и шламовым материалом. Проблемы флотационного обогащения лежалых отходов обусловлены особыми свойствами поверхностей частиц, наличием пленочных покрытий и структурных преобразований. Рассмотрены перспективные способы воздействия на преобразование компонентов флотационной пульпы. Выявлено, что ультразвуковая и электрохимическая обработки технологических компонентов способствуют повышению показателей селективности разделения минералов. Проанализированы показатели обогащения в отдельные фиксированные промежутки времени в условиях специфических воздействий. При флотации по схемам, включающим ультразвуковую и электрохимическую подготовку пульпы, существенно увеличивается степень концентрации флюорита в пенных продуктах, возрастает селективность при разделении его с кальцитом. Извлечение флюорита в концентраты, содержащие более 94 % CaF2, увеличивается на 2.97 – 4.58 %. Показана возможность снижения массовой доли двуокиси кремния в концентратах на 0.3 – 0.5 %.
Техногенное сырье, тонкая вкрапленность, флюорит, кальцит, флотация, газонасыщение, ультразвук, структурные преобразования, тонкое измельчение, электрохимическая обработка
DOI: 10.15372/FTPRPI20240515
EDN: ONVCJB
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рассказов И. Ю. Перспективные технологии освоения и переработки минерального сырья в дальневосточном регионе // Современные проблемы комплексной и глубокой переработки минерального сырья природного и техногенного происхождения (Плаксинские чтения – 2022). — Владикавказ: ГТУ, 2022. — С. 14 – 16.
2. Огурцова Ю. Н., Строкова В. В., Неровная С. В., Губарева Е. Н. Особенности подготовки природного и техногенного минерального сырья для получения фотокаталитических композиционных материалов // Обогащение руд. — 2023. — № 5. — С. 353 – 358.
3. Nevskaya M. A., Seleznev S. G., Masloboev V. A., Klyuchnikova E. M., and Makarov D. V. Environmental and business challenges presented by mining and mineral processing waste in the Russian Federation, Minerals, 2019, Vol. 9. — 445.
4. Yinji Song, Li Jin, Guangming Pan, Keying Wang, Lingyun Kong, and Tao Jiang A comparative study of the tailings from the fluorite mining in three different regions and their leach ability characteristics, J. Cleaner Production, 2020, Vol. 267. — 121697.
5. Киенко Л. А., Воронова О. В., Кондратьев С. А. Исследование влияния ультразвуковых воздействий на селективность флотации при обогащении отходов переработки Ярославской горнорудной компании // ФТПРПИ. — 2019. — № 4. — С. 174 – 181.
6. Секисов А. Г., Лавров А. Ю., Рассказова А. В. Фотохимические и электрохимические процессы в геотехнологии. — Чита: ЗабГУ, 2019. — 306 с.
7. Киенко Л. А., Воронова О. В. К проблеме расширения сырьевой базы для производства флюоритовых концентратов в Приморском крае // Горн. журн. — 2015. — № 2. — С. 69 – 71.
8. Киенко Л. А., Воронова О. В., Кондратьев С. А. Пути повышения качественного состава флюоритовых концентратов при вторичном обогащении техногенного сырья // ФТПРПИ. — 2022. — № 6. — С. 150 – 160.
9. Чантурия В. А., Медяник Н. Л., Шадрунова И. В., Мишурина О. А., Муллина Э. Р. Исследование условий формирования пузырьков газа в процессе электролитической флотации // ФТПРПИ. — 2019. — № 3. — С. 80 – 86.
10. Прохоров К. В., Копылова А. Е. Перспективные способы интенсификации процесса флотации медно-порфировых и золотосеребряных руд путем применения электрохимической обработки // Проблемы недропользования. — 2020. — № 2. — С. 96 – 106.
11. Агранат Б. А., Дубровин М. Н., Хавский Н. Н. Основы физики и техники ультразвука. — М.: Высш. шк., 1987. — 352 с.
12. Krupskaya K. V., Davydova M. A., Khayrudinov M. M., Slynko N. M., Matveev A. A., and Smirnov V. V. Ultrasound-assisted separation of rare earths from apatite: Achievements and perspectives, Ultrasonics Sonochemistry, 2019, Vol. 54. — P. 370 – 378.
13. Поляков А. В. Электрофлотация и ее применение в обогащении полезных ископаемых // ГИАБ. — 2021. — № S6. — С. 329 – 342.
14. Xiaoqiang Cui, Wei Sun, Dongwei Li, and Na Li. Performance and mechanisms of chrysocolla flotation by electroflotation, Miner. Eng., 2019, Vol. 142. — 105984.
15. Xiaotong Yang, Wei Sun, Min Wang, and Guohua Gu. Kinetics modeling and optimization of flotation process of a low-grade graphite ore, Miner. Eng., 2020, Vol. 156. — 106530.
УДК 622.765.061:669.292.3
ВЫБОР РЕАГЕНТА-СОБИРАТЕЛЯ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ ФЛОТАЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВАНАДИЯ
Н. Л. Медяник, А. В. Смирнова, Ю. А. Карелина, В. А. Басков
Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, E-mail: medyanikmagnitka@mail.ru, просп. Ленина, 38г, 455000, г. Магнитогорск, Россия
Обобщены исследования по получению ванадия и показана перспективность применения флотационного извлечения. Обоснован прогнозный выбор фульвовой кислоты FulvAc в качестве реагента-собирателя, селективно действующего по отношению к ценному компоненту ванадию, который в кислых продуктивных растворах находится в виде ванадила VO2+. На основе анализа параметров реакционной способности изучен механизм выделения и концентрирования ванадила с использованием хелатообразующего реагента FulvAc. Проведено компьютерное моделирование флотационной системы, представляющей собой малорастворимый металлокоплекс фульвата ванадила [VO2+ – FulvAc]n. Эффективность применения FulvAc подтверждена лабораторными флотационными тестированиями, при которых извлечение ванадила составило не менее 92 %. Получение оксисолей ванадия обусловлено потребностями в сырье различных отраслей, [VO2+ – FulvAc]n можно использовать в качестве комплексных минеральных добавок в удобрительные смеси для нужд городского озеленения.
Реагент-собиратель фульвовая кислота, ванадий, ионы ванадила, механизм действия, компьютерное моделирование, напорная флотация, комплексные минеральные добавки для почвогрунта
DOI: 10.15372/FTPRPI20240516
EDN: PLZZKU
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Global vanadium market size and trends, by application (iron & steel, energy storage, chemical, and titanium alloys), by region (Asia Pacific, Europe, North America, South America, Middle East and Africa) and forecast from 2018 to 2025, Metals and Minerals, April 2019. [Электронный ресурс]. URL: https://www.adroitmarketresearch.com/industry-reports/vanadium-market.
2. Terry Perles. Vanadium market analysis, TTP Squared, Inc., 2021. — 43 p.
3. Vanadium miners news for the month of february 2021. February 16, 2021. [Электронный ресурс]. URL: https://seekingalpha.com/article/4409905-vanadium-miners-news-for-month-of-february-2021.
4. Махоткина Е. С., Шубина М. В. Оценка титаномагнетитовых руд Урала и техногенных отходов на возможность извлечения ванадия // Черн. металлургия. Бюл. науч.-техн. и эконом. информации. — 2022. — Т. 78. — № 4. — С. 315 – 321.
5. Мамараимов Г. Ф., Хасанов А. С., Вохидов Б. Р. Извлечения ванадия из техногенных ресурсов // Universum: технические науки. Электрон. междунар. научн. журн. — 2022. — № 12 (105). [Электронный ресурс]. URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14663.
6. Волков А. И., Стулов П. Е., Кологриева У. А., Чаркин А. Ф. Исследование технологических свойств и возможности переработки различных видов ванадиевого сырья // Металлург. — 2023. — № 9. — С. 101 – 112.
7. Чурилов А. Е., Мукаев Е. Г., Горбунова А. В. Ванадийсодержащие ресурсы и химические способы их переработки // Теория и технология металлург. производства. — 2017. — № 3 (22). — С. 30 – 33.
8. Монахов И. Н., Храмов С. В., Черносов П. И., Юсфин Ю. С. Элементопоток ванадия в техногенной среде // Металлург. — 2004. — № 8. — С. 35 – 37.
9. Медяник Н. Л., Смирнова А. В., Бессонова Ю. А., Коляда Л. Г. Физико-химические аспекты кислотного выщелачивания железного концентрата титаномагнетитовой руды Волковского месторождения // Черн. металлы. — 2023. — № 6. — С. 76 – 81.
10. Dieter Rehder. Bioionorganic vanadium chemistry, Chichester, England; Hoboken, NJ: John Wiley & Sons., 2008. — 224 p.
11. Rudi van Eldik, Burgess I., and Rangel M. Advances in inorganic chemistry, Orlando, Academic Press, 2008. — 296 p.
12. Зеликман А. Н., Коршунов Б. Г. Металлургия редких металлов. — М.: Металлургия, 1991. — 432 с.
13. Costa Pessoa J. Thirty years through vanadium chemistry, J. Inorg. Biochem., 2015, Vol. 147. — P. 4 – 24.
14. Li X., Deng Z., Wei Ch., Li M., Li C., and Fan G. Selective solvent extraction of vanadium over iron from a stone coal black shale acid leach solution by D2EHPA/TBP, Hydrometallurgy, 2016, Vol. 105. — P. 359 – 363.
15. Feng Liu, Pengge Ning, Hongbin Cao, and Yi Zhang. Measurement and modeling for vanadium extraction from the (NaVO3 + H2SO4 + H2O) system by primary amine N1923, J. Chem. Thermodynamics, 2015, Vol. 80. — P. 13 – 21.
16. Пат. 2492254 РФ. Способ извлечения ванадия из кислых растворов / А. Г. Касиков, В. Н. Петров, А. М. Петрова // Опубл. в БИ. — 2013. — № 25.
17. Подвальная Н. В. Физико-химические основы синтеза и свойства поливанадатов систем MVO3 – VOSO4 – (M2SO4) – H2O, (M = K, Rb, Cs): автореф. дис. … канд. хим. наук. — Екатеринбург, 2002. — 203 с.
18. Москалюк Е. В. Сорбционное извлечение ванадия из сульфатных растворов сложного состава // Цв. металлы. — 2017. — № 1. — С. 41 – 46.
19. Нве Ш. У., Шиляев А. В., Трошкина И. Д. Сорбционное извлечение ванадия из минерализованных растворов волокнистым ионитом // Успехи в химии и химической технологии. — 2012. — Т. 26. — № 6 (135). — С. 126 – 129.
20. Ординарцев Д. П. Извлечение оксосоединений ванадия из водных растворов высокодисперсными алюмосиликатными сорбентами: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Екатеринбург, 2017. — 122 с.
21. Asem A. A. Adsorption of chromate and molybdate by cetylpyridinium bentonite, Appl. Clay Sci., 2008, Vol. 41, No. 1. — P. 73 – 84.
22. Nakajima A. Electron spin resonance study on the vanadium adsorption by persimmon tannin gel, Talanta, 2002, Vol. 57. — P. 537 – 544.
23. Меерсон Г. А., Зеликман А. Н. Металлургия редких металлов. — М.: Металлургиздат, 1955. — 608 с.
24. Музгин В. Н., Хашина Л. Б., Золотавин В. Л., Безруков И. Я. Аналитическая химия ванадия. — М.: Наука, 1981. — 215 с.
25. Медяник Н. Л., Варламова И. А., Калугина Н. Л., Гиревая Х. Я. Теория и практика флотационного извлечения тяжелых металлов из техногенных вод. — Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2015. — 113 с.
26. Jarosz M. and Marczenko Z. Study of the formation of vanadium (IV) complexes with some triphenylmethane rea-gents and cationic surfactants, 1984, Vol. 109, No. 1. — P. 35 – 38.
27. Кенжалиев Б. К., Тусупбаев Н. К., Медяник Н. Л., Семушкина Л. В. Изучение физико-химических и флотационных характеристик композиционных флотореагентов // Вестн. МГТУ им. Г.И. Носова. — 2019. — Т. 17. — № 3. — С. 4 – 11.
28 Macrae C. F., Sovago I., Cottrel S. J., Galek P. T. A., McCabe P., Pidcock E., Platings M., Shields G. P., Stevens J. S., Towler M., and Wood P. A. Mercury 4.0: from visualization to analysis, design and prediction, J. Appl. Crysallography, 2020, No. 53. — P. 226 – 235.
29. Бендерский Н. С., Куделина О. М., Ганцгорн Е. В., Сафроненко А. В. Фульвовая кислота — биологически активная добавка или лекарство? // Кубанский научный медицинский вестник. — 2020. — Т. 27. — № 3. — С. 78 – 91.
30. Пуртова Л. Н., Костенков Н. М. Энергозапасы и термодинамические показатели гуминовых кислот почв равнин юга Дальнего Востока России // Вестн. КрасГАУ. — 2008. — № 5. — С. 66 – 72.
31. Wood P. A., Olsson T. S. G., Cole J. C., Cottrell S. J., Feeder N., Galek P. T. A., Groom C. R., and Pidcock E. Evaluation of molecular crystal structures using Full Interaction Maps, CrystEngComm, 2013, No. 1. — P. 65 – 72.
32. Wyrzykowski D., Inkielewicz-Stepniak I., Pranczk J., Zamojc K., Zieba P., Tesmar A., Jacewicz D., Ossowski T., and Chmurzynski L. Physicochemical properties of ternary oxovanadium (IV) complexes with oxydiacetate and 1, 10-phenanthroline or 2, 2'-bipyridine. Cytoprotective activity in hippocampal neuronal HT22 cells, Biometals, 2015, Vol. 28. — P. 307 – 320.
33. Akoumianaki-Ioannidou A., Barouchas P. E., Ilia E., Kyramariou A., and Moustakas N. K. Effect of vanadium on dry matter and nutrient concentration in sweet basil (Ocimum basilicum L.), Aust. J. Crop Sci., 2016, Vol. 10. — P. 199 – 206.
34. Xiaodi Shi, Lingfei Zhang, Zehan Li, Xiangyang Xiao, Nanbiao Zhan, and Xiumin Cui. Improvement of tomato fruit quality and soil nutrients through foliar spraying fulvic acid under stress of copper and cadmium, Agronomy, 2023, Vol. 13, No. 1. — P. 20 – 23.
УДК 622.765.061
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАГЕНТНЫХ РЕЖИМОВ ФЛОТАЦИОННОГО ПОЛУЧЕНИЯ НЕФЕЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ ХВОСТОВ ОБОГАЩЕНИЯ ЛОПАРИТОВЫХ РУД
Е. В. Черноусенко, И. Н. Вишнякова, Г. В. Митрофанова, В. В. Марчевская, А. А. Компанченко
Горный институт КНЦ РАН,
Е-mail: e.chernousenko@ksc.ru, ул. Ферсмана, 24, 184209, г. Апатиты, Россия
Геологический институт КНЦ РАН, ул. Ферсмана, 14, 184209, г. Апатиты, Россия
Рассмотрены реагентные режимы обратной флотации нефелина из хвостов обогащения лопаритовых руд: смесь талловых масел, гидроксамовые кислоты в сочетании с дистиллированным талловым маслом; смесь талловых масел с добавкой полиалкилбензолсульфокислоты или аминосодержащих собирателей. При использовании оптимальных реагентных режимов получен нефелиновый концентрат с содержанием Al2O3 27.18 – 27.57 %. При добавке к талловым маслам полиалкилбензосульфокислоты активность собирательной смеси уменьшилась, приведя к снижению качества получаемого концентрата до 26.33 % Al2O3. Рассмотрено два способа доводки флотационных концентратов до кондиционного качества. Использование магнитной сепарации позволило получить нефелиновый концентрат с Al2O3 28.0 – 28.3 % при извлечении 72 – 76 % от исходного продукта. Методом прямой катионной флотации с применением реагента Flotigam-2835 в кислой среде с рН 4.5, создаваемой кремнефтористым натрием, получен нефелиновый концентрат с 29.63 % Al2O3 при извлечении 65.9 % от исходного продукта.
Отходы обогащения, хвостохранилище, лопаритовые руды Кольского полуострова, нефелин, темноцветные минералы, полевые шпаты, флотация, магнитная сепарация
DOI: 10.15372/FTPRPI20240517
EDN: PNBTOZ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чантурия В. А., Шадрунова И. В. Инновационные процессы глубокой и экологически безопасной переработки техногенного сырья в условиях новых экономических вызовов // Проблемы комплексной и экологически безопасной переработки природного и техногенного минерального сырья (Плаксинские чтения – 2021). — Владикавказ: ГТУ, 2021. — С. 3 – 8.
2. Bernd G. Lottermoser. Recycling, reuse and rehabilitation of mine wastes, Elements, 2011, Vol. 7, No. 6. — Р. 405 – 410.
3. Tayebi-Khorami M., Edraki M., Corder G., and Golev A. Re-thinking mining waste through an integrative approach led by circular economy aspirations, Minerals, 2019, Vol. 9, No. 5. — 286.
4. Темнов А. В., Быховский Л. З. Техногенные и вторичные источники редких металлов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. — 2021. — № 1-6 (175). — С. 6 – 13.
5. Ларичкина Ф. Д., Кныша В. А. Рациональное использование вторичных минеральных ресурсов в условиях экологизации и внедрения наилучших доступных технологий. — Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН, 2019. — 252 с.
6. Krasavtseva E., Maksimova V., Makarov D., and Potorochin E. Modelling of the chemical halo of dust pollution migration in loparite ore tailings storage facilities, Minerals, 2021, Vol. 11. — 1077.
7. Красавцева Е. А., Макаров Д. В., Максимова В. В., Селиванова Е. А., Икконен П. В. Результаты исследований свойств и состава хвостов обогащения лопаритовых руд // ФТПРПИ. — 2021. — № 3. — С. 190 – 198.
8. Ракаев А. И., Черноусенко Е. В., Рухленко Е. Д., Алексеева С. А. Получение нефелинового концентрата из отвальных хвостов обогатительных фабрик Ловозерского ГОКа // Обогащение руд. — 2007. — № 1. — С. 8 – 11.
9. Сизяков В. М., Сизякова Е. В. Перспективы развития комплексной переработки Кольских нефелиновых концентратов // ГИАБ. — 2015. — № S 1-4. — С. 126 – 145.
10. Bagani M., Balomenos E., and Panias D. Nepheline syenite as an alternative source for aluminum production, Minerals, 2021, Vol. 11, No. 7. — 734.
11. Gurevich B. I., Kalinkina E. V., and Kalinkin A. M. Binding properties of mechanically activated nepheline containing mining waste, Minerals, 2020, Vol. 10, No. 1. — 48.
12. Левин Б. В., Лисюк Б. С., Луценко К. Л., Лыткин А. А., Свитцов А. А., Станкевич В. Г., Мамулат С. Л. Нефелиновые концентраты и шламы — уникальное сырье для геополимерных материалов и конструкций // Мир дорог. Экология. Новые технологии. — 2020. — Вып. 129 – 130. — С. 91 – 100.
13. Mahran G., Hussin A., and Haffez Abdelhaffez G. Nepheline syenite beneficiation for glass and ceramics industries, Afinidad. J. Chem. Eng. Theoretical Appl. Chem., 2022, Vol. 79, No. 597. — Р. 533 – 538.
14. Плешаков Ю. В., Алексеев А. И., Брыляков Ю. Е., Николаев А. И. Технология комплексного обогащения апатит-нефелиновых руд // Обогащение руд. — 2004. — № 2. — С. 15 – 17.
15. Лыгач B. H., Ладыгина Г. В., Брыляков Ю. Е., Кострова М. А. Повышение эффективности нефелинового производства на АНОФ-II ОАО “Апатит” путем совершенствования реагентного режима обратной флотации нефелина // ГИАБ. — 2007. — № 10. — С. 365 – 369.
16. Sizyakov V. M., Kawalla R., and Brichkin V. N. Geochemical aspects of the mining and processing of the large-tonne mineral resources of the hibinian alkaline massif, Geochemistry, 2019, Vol. 80, No. 3. — 125506.
17. Митрофанова Г. В., Марчевская В. В., Перункова Т. Н. Совершенствование режимов нефелиновой флотации из складированных отходов обогащения апатит-нефелиновых руд хибинских месторождений // Цв. металлы. — 2022. — № 8. — С. 8 – 14.
18. Shapovalov N. A., Gorodov A. I., Krainiy A. A., and Krainiaia E. V. The influence of mixed cationic and anionic surfactants on the flotation of nepheline, J. Eng. Appl. Sci., 2019, Vol. 14, No. 16. — P. 5719 – 5724.
19. Митрофанова Г. В., Черноусенко Е. В., Артемьев А. В. Техногенные месторождения Мурманской области как перспективные источники минерального сырья // Маркшейдерия и недропользование. — 2020. — № 3 (107). — С. 9 – 16.
20. Львов В. В., Ушаков Е. К. Применение сухой магнитной сепарации для повышения качества нефелинового концентрата // Материалы XХIII Междунар. науч.-техн. конф. “Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья”. — 2018. — С. 286 – 290.
21. Ратобыльская Л. Д., Кожевников О. А., Бойко Н. Н., Лыгач В. Н., Кайтмазова Т. И., Маслов А. Д. Селективная флотация нефелина из хвостов апатитового производства // Комбинированные методы при комплексном обогащении полезных ископаемых. — Л.: Наука, 1977. — С. 120 – 126.
22. Богданов О. С., Михайлова Н. С., Янис Н. А., Бондаренко О. П., Будникова Н. В. Пути повышения качества нефелинового концентрата на комбинате “Апатит” // Обогащение руд. — 1976. — № 4. — С. 8 – 12.
23. Сентемова В. А. Использование катионной флотации для получения высококачественных нефелиновых концентратов из апатито-нефелиновых руд с повышенным содержанием полевых шпатов // Обогащение руд. — 2009. — № 5. — С. 11 – 14.
24. Александрова Т. Н., Элбендари А. М. Повышение эффективности переработки фосфатных руд флотационным методом // Зап. Горн. ин-та. — 2021. — Т. 248. — С. 260 – 271.
25. Сентемова В. А. Технология получения нефелиновых концентратов // Горн. журн. — 2011. — № 2. — С. 39 – 42.
26. Пеков И. В. Ловозерский массив: история исследования, пегматиты, минералы. — М.: Земля, 2001. — 432 с.
27. Семенов Е. И. Минералы и руды Лапландской щелочной формации (Кольский п-ов, Карелия, Финляндия). — М.: Минералогический музей РАН, Геос, 2009. — 54 с.
28. Xu L., Hu Y., Tian J., Wu H., Yang Y., Zeng X., Wang Z., and Wang J. Selective flotation separation of spodumene from feldspar using new mixed anionic/cationic collectors, Miner. Eng., 2016, Vol. 89. — P. 84 – 92.
29. Да-Вэй Ло, Цзунь-Чже Бай, Юй Чжан, Ди Ву. Применение катионных и смешанных анионных собирателей при флотационном обогащении кварцевого песка // ФТПРПИ. — 2023. — № 4. — Р. 176 – 181.
30. Семьянова Д. В. Анализ применения сочетания реагентов при флотации несульфидных руд // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. — 2020. — Т. 7. — № 2. — С. 118 – 122.
31. Xu L., Wu H., Dong F., Wang L., Wang Z., and Xiao J. Flotation and adsorption of mixed cationic/ anionic collectors on muscovite mica, Miner. Eng., 2013, Vol. 41. — P. 41 – 45.
32. Найфонов Т. Б., Белобородов В. И., Захарова И. Б. Флотационное обогащение комплексных титановых и циркониевых руд. — Апатиты: КНЦ РАН, 1994. — 156 с.
33. Ivanova V., Mitrofanova G., and Chernousenko E. Application of complexing reagents-collectors in rare-metal and rare-earth ore, 17th Int. Multidisciplinary Sci. Geoсonf. SGEM 2017, Proc. Sci. Technol. Geology, Expl. Min., 2017, No 11. — P. 759 – 766.
34. Cao M., Bu H., and Gao Y. A mixed collector system for columbite-tantalite flotation, Miner. Eng., 2021, Vol. 161.
35. Marion Ch., Li R., and Waters K. A review of reagents applied to rare-earth mineral flotation, Adv. Coll. Interface Sci., 2020, Vol. 279.
36. Пилипенко А. Т., Зульфигаров О. С. Гидроксамовые кислоты. — М.: Наука, 1989. — 312 с.