Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых журнал

Институт издает, как ассоциативный член издательства Сибирского отделения Российской Академии наук, журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» (ISSN 0015–3273), который является международным изданием, освещающим весь спектр теоретических и прикладных исследований в горном деле.

Журнал «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» издается в Сибирском отделении РАН с 1965 г. Журнал отражает современные тенденции развития фундаментальных и прикладных горных наук. В нем публикуются оригинальные статьи по геомеханике и геоинформатике, исследованию связей между глобальными геодинамическими процессами и техногенными катастрофами, физическому и математическому моделированию реологических и волновых процессов в многофазных структурных геологических средах, разрушению горных пород, анализу и синтезу механизмов, автоматов и роботов, горному машиноведению, созданию ресурсосберегающих и экологически безопасных технологий разработки месторождений полезных ископаемых, шахтной аэрологии и горной теплофизике, дегазации угольных пластов, механизмам возникновения эндогенных пожаров и способам их тушения, обогащению полезных ископаемых и недропользованию.

Аудитория журнала охватывает ученых, представителей экспертного сообщества, сотрудников отраслевых научных институтов, научно-технический персонал горнодобывающих предприятий, преподавателей вузов, аспирантов, студентов и иных лиц, интересующихся вопросами горного дела.

Журнал переводится на английский язык и издается в США издательством Pleiades Publishing, LTD под названием “Journal of Mining Science” и распространяется издательством SPRINGER Science and Business Media. Журнал входит в международные реферативные базы данных SCOPUS и Web of Science.

Количество номеров в год — 6.

Индекс журнала «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых» по каталогам «Пресса России» и «Урал-Пресс» 43731.

Подписаться на журнал Вы можете:

по объединённому каталогу «Пресса России»:
— бумажный каталог в филиалах ФГУП «Почта России»,
— электронный каталог на сайте http://www.pressa-rf.ru;

по каталогу «Урал-Пресс»: электронный подписной каталог и контакты всех представителей «Урал-Пресс» на сайте http://www.ural-press.ru.

Можно оформить подписку напрямую во ФГУП «Издательство СО РАН»
E-mail: journal@sibran.ru, sale@sibran.ru
тел./факс: (383) 330–17–58
Почтовый адрес: Издательство СО РАН, а/я 187, г. Новосибирск, 630090.

Версия для печати (откроется в новом окне)

630091, Россия, Новосибирск, Красный проспект, 54

Редакция журнала «Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых»

Тел.: +7 (383) 205–30–30, доб. 124, 254
Факс: +7 (383) 217–06–78
e-mail: edit@misd.ru

К 60-летию СО РАН —

http://history.sib-science.info

Уважаемые коллеги!
Информируем Вас о выпуске нового электронного журнала
«ГОРНОЕ ДЕЛО»:
http://www.gornoe-delo.ru/jgd/

Мэрией г. Новосибирска объявлен конкурс на соискание субсидий молодым ученым в сфере научной и инновационной деятельности.
Подробная информация в пресс-релизе.

Приглашаем Вас отдохнуть на берегу Обского моря на спортивно-оздоровительной базе «Наука» ИГД СО РАН. Предлагаем Вам ознакомиться с расценками и условиями пребывания на базе »».

Конференция «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» с участием иностранных ученых состоится 29 июня-2 июля 2010 года.

6 — 10 июля с.г. состоялась 18-я Всероссийская конференция «ГЕОДИНАМИКА И НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НЕДР ЗЕМЛИ». Подробно..

В апреле 2008 г. Институт награжден БОЛЬШИМИ ЗОЛОТЫМИ МЕДАЛЯМИ Сибирской Ярмарки в номинациях:
• «СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. МЕТРОЛОГИЯ» за универсальный полевой комплекс УПК «НДСГП» для определения напряженно-деформированного состояния и механических свойств горных пород;
• «НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ПОИСКА, РАЗВЕДКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ» за разработку комплекса «Гидроразрыв» для определения напряжений в породных массивах

источник

На этой странице вы можете оставить и прочитать отзывы авторов и читателей о научном журнале Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых.

Положительные отзывы (Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых): плюсы, достоинства, преимущества — пишите об этом ниже.

Отрицательные отзывы (Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых): минусы, негатив, слабые стороны, недостатки — оставляйте их под статьей.

В комментариях можно оставить следующую информацию: официальный сайт, стоимость размещения и пересылки, телефон, электронная почта (email), скидки, мнения, служба поддержки, цены, доставка, печатный сборник.

Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых — в этом журнале многие эксперты, кандидаты и доктора наук, специалисты, ученые, исследователи, школьники, аспиранты, педагоги, воспитатели, студенты, доценты, профессора, учителя, преподаватели хотят опубликовать статью, материал, работу, исследование.

Опубликовать статью и получить научную публикацию в журнале Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых можно в одной из следующих сфер: Бизнес, Биология, Реклама и PR, Медицина, Библиотековедение, Аналитика, Экономика и Финансы, История, Наука и техника, Транспорт и логистика, Машиностроение, Химия, Туризм, отдых, спорт, Космос, Социология и психология, Архитектура и строительство, Нанотехнологии, Философия, Продукты питания, Энергетика, Металлургия, Материаловедение и Горная промышленность, Водные ресурсы, Электроника и Робототехника, Телекоммуникации, Нефтегазовая и нефтехимическая промышленность, Сельское хозяйство, Математика и Математическое моделирование, Физика, Филология, Лингвистика, Геофизика и геология, Искусство и культура, IT и информационные технологии, Экология, Климат, География, Образование, Юриспруденция.

Также по окончании заочной или очной научной конференции вы можете опубликоваться в онлайн или печатном сборнике бесплатно или за деньги.

Проблема плагиата – одна из наиболее злободневных тем в отечественной научной.

Написать научную работу – еще полдела. Зачастую намного сложнее ее.

Кандидатская диссертация – более сложный научный труд, нежели бакалаврская или магистерская.

Аннотация к научной статье — это краткое изложение содержания научной работы. В.

Чтение любого произведения требует наличия свободного времени. Чтобы его сэкономить.

В последнее время в школах и высших учебных заведениях учащимся все чаще поручают написать эссе. Однако не все.

Аналитический этап научного исследования — это важный компонент научной деятельности. Он.

Отчёт о НИР относится к научно-технической документации, в систематизированном виде.

Scopus – одна из крупнейших международных научных реферативных баз данных, которая.

Педагогика – одна из самых интересных наук, при написании публикаций по которой можно.

Каждая диссертация, курсовая и дипломная работа, и даже научная статья должны строиться на.

Аспирантура предусматривает не только написание диссертационной квалификационной работы.

Основными правилами организации и проведения научной конференции вкупе с.

Важнейший показатель качества статьи – это её библиографический список. Чтобы понять.

РИНЦ — это библиографическая база данных, созданная в 2005 году и разрабатываемая по сей день компанией.

Указание задач и целей проводимого исследования – одна из обязательных частей любой.

источник

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Проблемы нелинейной геомеханики. ч. I

Институт горного дела СО РАН , Красный проспект , 54 , 630091 , г. Новосибирск , Россия

В работе предпринята попытка представить наиболее важные результаты экспериментальных исследований в области нелинейной геомеханики — бурно развивающегося в последние годы научного направления — c единых позиций в рамках концепции акад. М.А. Садовского о блочно-иерархическом строении массивов горных пород. Показана ключевая роль линейного коэффициента вложения геоблоков для смежных иерархических уровней; статистической характеристики средних расстояний между берегами трещин, отде­ляющих структурные блоки между собой, к диаметрам этих блоков; а также масштабного фактора явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок в развитии нелинейных геомехани­ческих процессов на различных иерархических уровнях: от атомарно-кристаллического и до планетарного масштаба. Формулируется ряд крупных научных проблем, решение которых требует особого внимания экспериментаторов и теоретиков. В данной части статьи затронутый круг проблем касается в основном ана­лиза нелинейных квазистатических процессов.

PROBLEMS OF NONLINEAR GEOMECHANICS. PART I

In the work an attempt to present the most important results of experimental investigations in the field of nonlinear geomechanics (the scientific trend developing rapidly in recent years) from the common positions within the limits of Academician M.A. Sadovsky’s conception about block-hierarchic structure of rock masses is made. The key role of linear coefficient of enclosing geoblocks for contiguous hierarchic levels, statistic characteristic of average distances between the crack sides segregating the structural blocks between themselves to the diameters of these blocks as well as a scale factor of the phenomenon of zone disintegration of rocks around underground workings in the development of nonlinear geomechanical processes at different hierarchic levels (from monatomic-crystalline and up to planetary scale) is shown. A number of major scientific problems, the solution of which demands a special attention of experimentors and theorists is being formulated. In the given part of the article the touched circle of problems concerns basically the analysis of nonlinear quasi-static processes.

Вызванная к жизни потребностями сугубо прикладного свойства, механика горных пород, как одна из научных дисциплин горного дела, появилась и получила бурное развитие в текущем столетии. При этом ею были пройдены этапы от первоначального накопления и обобщения данных о физико-механических свойствах горных пород, визуальных наблюдений за состоянием наземных и подземных горных выработок и инженерных сооружений; получения первых эмпирических формул, связывающих их устойчивость с физико-механическими свойствами пород, а также активного применения моделей механики сплошных сред, теории упругости и пластичности для математического описания сложных природных и технических объектов 1–35].

В последние два-три десятилетия большое развитие получили также экспериментальные методы диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород [36–44]. Активное их применение во всем мире позволило превратить шахты и рудники по существу в экспериментальные лаборатории по изучению современных геодинамических полей и процессов, вызванных техногенной деятельностью человека, а на базе механики горных пород стали зримо формироваться контуры геомеханики как новой научной дисциплины в спектре наук о Земле. Этому способствовали, прежде всего, открытия в этой области, полученные на базе использования экспериментальных методов исследования в ряде научных организаций нашей страны и за рубежом (Институт горного дела СО РАН, Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта, Институт динамики геосфер РАН, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНИМИ), Горный институт Кольского научного центра РАН, Московский государственный горный университет, Кузбасский государственный технический университет, Институт геотехнической механики АН Украины, Институт физики и механики горных пород АН Киргизии, Институт геомеханики АН Грузии, Главный институт горного дела (Польша), Денверский горный научно-исследовательский центр Горного Бюро США и др.).

Мы не ставим своей задачей дать в настоящей статье сколь-нибудь полный обзор соответствующих достижений, ибо такой анализ достоин отдельного крупного монографического обобщения. Здесь лишь ограничимся комплексным представлением (с необходимостью в весьма сжатом виде) тех результатов, которые получены в ИГД СО РАН в области нелинейной геомеханики и свидетельствующие о глубокой взаимосвязи между горными науками, геофизикой, геотектоникой и сейсмологией.

2. Нелинейная геомеханика — бурно развивающееся в последние годы научное направление, отражающее научные интересы и насущные потребности не только специалистов — горняков самого широкого профиля, но и геофизиков [45–48]. В этом аспекте целью настоящей работы является попытка представить некоторые наиболее важные, внешне как-будто разнородные, результаты экспериментальных и теоретических исследований по затронутой проблеме с неких единых геомеханических позиций, а также акцентировать внимание исследователей на нерешенных проблемах принципиальной значимости.

Как представляется нам, выбор таких позиций может основываться, прежде всего, на концепции о блочно-иерархическом строении объектов геосреды акад. М.А. Садовского и видных представителей его школы [45–50]. Будучи, в свое время, довольно смелой гипотезой, в настоящее время представления о блочно-иерархическом строении массивов горных пород получили убедительные подтверждения усилиями многих специалистов-естествоиспытателей и оказались не только полезными в анализе экспериментальной информации, но и обладающими сильным конструктивным началом. Его основными элементами являются следующие:

а) структурно-иерархическая пронизанность объектов геосреды от планетарных масштабов и до атомарно-кристаллических уровней;

б) линейный коэффициент вложения геоблоков  для смежных иерархических уровней [51];

в) статистическая характеристика средних расстояний между берегами трещин, отделяющих структурные блоки одного иерархического уровня между собой, к диаметрам этих блоков [52].

В силу принципиальной значимости отмеченных “элементов”, остановимся подробнее на их содержании и анализе.

2.1 . Понятие о блочно-иерархическом строении объектов геосреды (планетных тел, глобальных и региональных геоблоков, породных образований: горных систем, месторождений полезных ископаемых и
т. д. — вплоть до агрегатов и отдельных структурных элементов кристаллических и “аморфных” тел) в своей основе, вроде бы, вполне очевидно. Испокон веков человеческий глаз, работая на световых контрастах, научился фиксировать великое разнообразие обособленных структур и отмечать их отличие по размерам. И в этом смысле — что здесь нового? Во всяком случае в науках о Земле (и горных — в частности) давно существуют классификации горных пород и массивов относительно их структурной нарушенности (трещиноватости) и блочности, приспособленные к решению технологических задач, а также к изучению геолого-геофизических или геомеханических процессов соответствующего масштабного уровня [53–60]. Вот только единственным, пожалуй, неудобством таких классификаций является наличие изрядной доли произвола в установлении границ изменения размеров блоков для выделяемых классов (или рангов), что несет в себе ряд неформальных моментов, отражающих опыт и интуицию авторов — составителей подробных классификаций.

2.2. Это обстоятельство мы подчеркиваем особо, поскольку оно фиксирует рубеж, который преодолевается концепцией акад. М.А. Садовского о блочно-иерархическом строении объектов геосреды. Суть важно то, что здесь впервые делается попытка установить линейный коэффициент вложения структурных блоков как одну из ключевых характеристик “самоорганизующихся” систем. По разным оценкам ей приписываются значения в диапазоне от двух до пяти [47], т. е.   2–5. Чему на самом деле равно значение
 — вопрос не столь простой, как может показаться на первый взгляд, поскольку он связан с необходимостью предварительно ответить на другой, не менее принципиальный вопрос:

следует ли рассматривать массивы горных пород и объекты геосреды как своеобразную “ матрешку ” с правильной системой вложения блоков одного иерархического уровня в другой — более крупномасштабный, или же здесь выражен процесс кластеризации геоблоков некоторого фундаментального ряда (рядов ?) по их размерам.

Надо отметить, что явно или неявно такая постановка вопроса всегда присутствует в дискуссиях между приверженцами и оппонентами обсуждаемой концепции о блочно-иерархическом строении горных пород и массивов. Однако до сих пор однозначного ответа на этот вопрос не существует. Авторы настоящей статьи более склонны к представлениям о структуре массивов горных пород как сложной иерархической системе, в основе строения которой лежит процесс кластеризации выделенного в работе [61] фундаментального канонического ряда геоблоков, ассоциированного с ядром Земли диаметром порядка 2500 км:

Здесь путем канонического спуска по i (отрицательные значения) можно определить диаметры представителей этого ряда геоблоков, начиная от планетарного уровня и кончая мелкокристаллическим. Любопытно, что канонический спуск по i на более тонкие — атомарные уровни приводит к значениям атомно-ионных радиусов кислорода, водорода или межъядерным расстояниям в молекуле воды (!). Действительно, при
i = 109 имеем  0 = 0,981Å (для Н 2 О — 0.957Å, т. е. относительное расхождение составляет всего 2.5%).

Важным аргументом в пользу таких представлений нами рассматривается и возможность включения случая “породной матрешки” с правильной системой геоблоков одного иерархического уровня в другой как частного случая блоковых кластеров ряда (1), что очевидно. В этом случае, как показано в работе [51], наиболее вероятным значением для коэффициента вложения блоков  становится число 2. Здесь же теоретически показано, что приводимый обычно оценочный диапазон для характеристики   2–5 находит себе достаточно простое объяснение как следствие операций осреднения генеральной выборки экспериментальных данных с различным долевым участием представителей геоблоков от смежных иерархических уровней.

Надо отметить, что в пользу кластерных представлений очевидным образом свидетельствует также наличие такой характеристики горных пород, как коэффициент формы породных фракций или геоблоков, известная “мозаичность” пластов горных пород и массивов по структурно-петрографическому наполнению и т. д. Впрочем, указанные обстоятельства в значительной мере и обусловливают самый факт существования неопределенности в экспериментальных оценках характеристики  . И, наконец, наиболее веским, с нашей точки зрения, аргументом в пользу кластерных представлений об иерархической структуре горных массивов нами рассматривается масштабный фактор явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок [62, 63], порождающий фундаментальный в смысле [61] канонический ряд геоблоков (1).

Это — уникальная в своем роде характеристика, приводящая к нетривиальным следствиям, касающимся структуры физических объектов от планетарного и до атомарного уровней. Ниже мы подробнее остановимся на важнейших из них. Но прежде завершим рассмотрение выделенных выше “элементов” блочно-иерархической концепции строения объектов геосреды, замыкаемых “статистической характеристикой средних расстояний между берегами трещин. ”.

2.3. Геомеханический “ инвариант ”   (  ) .

На основании анализа обширной натурной информации о строении геоблоков региональных и планетарных уровней, а также имеющихся сведений о блочно-иерархическом строении массивов по рудникам Талнахско-Октябрьского и Таштагольского месторождений для рудных и породных блоков с диаметрами от 25 см до 300 м в [52], нами обращено внимание на то, что существует довольно устойчивое соотношение между величинами раскрытия трещин и диаметрами отделяемых ими блоков в структурной иерархии массивов горных пород. Причем это соотношение описывается близкой к нормальной функцией статистического распределения:

где  i — среднее “раскрытие” трещин (расстояние между их берегами),  i — диаметр блоков i -го иерархического уровня, а коэффициент  наиболее часто попадает для любого i в интервал 1/2–2, т. е.   (1/2 –2). Под “раскрытием трещин” в общем случае понимается и ширина зон интенсивного дробления пород вокруг тектонических разломов (зоны слабо сцепленных между собой фракций пород). В [64] приведены аргументы в пользу того, что значение  = 1/2 может быть использовано в качестве удовлетворительной оценки “снизу”. Тем не менее, проблема более точных оценок функций распределения   (  ) для массивов горных пород по различным их типам и глубине залегания существует и требует к себе самого пристального внимания естествоиспытателей. Это обусловлено, прежде всего, тем, что существование структурной иерархии массивов горных пород, пронизывающей собой практически все доступные для лабораторных и натурных исследований масштабные уровни, а также наличие геомеханического “варианта”   (  ), приводят к тому, что:

— для горных пород становится весьма проблематичным обычно используемое в аналитических описаниях и теориях утверждение ( “ аксиома ” ! ) о существовании так называемого элементарного объема;

— не менее проблематичным в этой связи становится также явное или неявное использование в применяемых математических моделях механики сплошных сред условие совместности деформаций по Сен-Венану [65] .

Надо подчеркнуть, что целенаправленные исследования, связанные с более точными экспериментальными оценками геомеханического “инварианта”   (  ) весьма важны и для конкретных практических приложений, поскольку напрямую связаны с экспериментальными измерениями напряжений и деформаций в массивах горных пород, интерпретацией получаемых результатов. Опытным экспериментаторам хорошо известен так называемый масштабный эффект для горных массивов, отражающий существенную зависимость механических модулей геосреды от размера объектов исследования. Объяснение этому эффекту, как представляется нам, дает соотношение (2). В этой связи в работе [66] при исследовании стадий деформирования силикатных моделей блочных сред акцентировалось особое внимание на том обстоятельстве, что предельные относительные деформации геоматериалов, как правило, соизмеримы с характеристикой   (  ).

Впрочем, о том же свидетельствуют и данные натурных экспериментов [64]. Соотношение (2), очевидно, может служить одновременно и в качестве формальной меры несовместности деформаций или смещений (по  ) для геоблоков фиксированного масштабного уровня в реальных массивах горных пород, и для оценки амплитудно-периодных характеристик поверхностей шероховатости контактирующих геоблоков.

Такого рода информация незаменима для адекватного математического моделирования геомеханических процессов, так как отражает имманентные свойства породных образований и структурных сред.

Отмеченные обстоятельства принципиальные, поскольку приводят к качественно новым проявлениям в поведении геоматериалов и массивов горных пород, особенно в условиях больших глубин. Ниже рассмотрим комплексно ряд таких результатов на примере открытых в ИГД СО РАН нелинейных геомеханических явлений: зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок; самоорганизации искуственных массивов с образованием опорных ячеистых структур; возникновения волн маятникового типа и эффекта аномально низкого трения в блочных средах. Кратко остановимся также на возможных следствиях явления зональной дезинтеграции горных пород для развития представлений о формировании стратифицированной структуры глубинного строения Земли, Луны и планет Солнечной системы.

Все это позволит посмотреть на проблему существования связи между законами, управляющими макро- и микромиром, с несколько иных позиций. До сих пор развитие научных исследований в естествознании ведется так, как будто между этими мирами существует некая незримая граница.

3. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок .

В механике горных пород в течение довольно длительного времени существовало несколько широко известных гипотез о форме и размерах зон влияния выработки на породный массив. К их числу относятся гипотезы: свода [1], сыпучей среды [2] и основанные на принципах строительной механики и сопротивления материалов [3, 67]. Затем на смену этим представлениям, в которых рассматривались состояния некоторых локальных областей массива пород, непосредственно примыкающих к контуру выработок, были выдвинуты гипотезы, где с единых позиций изучалось изменение напряженно-деформированного состояния всего массива с выработкой в рамках моделей механики сплошных сред на базе математически разработанного аппарата теории упругости [4, 21, 68]. Согласно этим представлениям, вокруг подземных выработок выделяются три последовательно расположенных друг за другом зоны, в пределах которых породы находятся в различном напряженно-деформированном состоянии, определяемом естественным полем напряжений породного массива и его деформационно-прочностными характеристиками: приконтурной зоны нарушенности, зоны неупругих деформаций (небольшая область пород с упругопластическими деформациями) и зоны “нетронутого” массива, где породы ведут себя практически упруго. Важно то, что в соответствии с такими представлениями увеличение уровня горного давления сказывается лишь на монотонном росте ширины первых двух приконтурных зон (нарушенная и упруго-пластических деформаций) и, начиная с некоторых глубин, выработки будут находиться либо в неустойчивом состоянии, либо их нельзя будет проводить вовсе.

Однако с переходом горнодобывающих работ на большие глубины, когда достигаются предельно-прочностные характеристики горных пород, стали отмечаться все большие несоответствия между принятыми представлениями и фактическим состоянием массивов пород вокруг подземных выработок. Причину такого несоответствия удалось выяснить в результате выполнения большого комплекса экспериментальных и теоретических исследований, проведенных группой ученых из ИГД СО РАН, ВНИМИ, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, и включающих геомеханико-геофизические измерения [44, 64] in situ, лабораторное моделирование на эквивалентных материалах и визуальное наблюдение в подземных условиях. При этом было доказано существование неизвестного ранее явления зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок [69, 70].

Суть этого явления состоит в том, что вокруг подземных выработок, расположеннных на глубине, при которой гравитационная составляющая напряжений близка к пределу прочности пород на одноосное сжатие либо превышает его, происходит образование кольцеобразных чередующихся зон ненарушенных и разрушенных пород. По существу наблюдается эффект “квантования” геомеханической энергии вокруг подземных полостей, указывающий на существование дискретного набора их диаметров устойчивого или квазиустойчивого состояния (рис. 1).

Рис. 1. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок — геомеханическая схема.

В теоретической схеме, внутри которой находит свое объяснение обнаруженной явление, существенным образом используется аналогия между трещинами, возникающими вокруг подземных выработок, и сквозными трещинами, возникающими при сжатии хрупких образцов при малом боковом давлении (трещины отрыва). Образование кольцеобразных чередующихся зон ненарушенных и разрушенных пород в хрупких массивах в соответствии с этими представлениями может быть обусловлено раскалыванием горной породы по направлению наибольших по величине главных напряжений в области пика опорного давления   , раскрытием возникающих трещин и разрушением породы в этой области. Систематическое развитие теоретических основ для такого подхода дано В.Н. Одинцевым [72]. Последнее обстоятельство получило эспериментальное подтверждение при реализации соответствующего комплекса исследований, проведенных нами на блочных моделях в лабораторных условиях [73]. Эти эксперименты также позволили сделать вывод о том, что условие “малости” бокового подпора, как правило, всегда выполняется локально для блоков кластерных систем за счет нарушения условия совместности деформаций по Сен-Венану, как это следует из существования геомеханического инварианта   (  ) для массивов горных пород (см. п. 2.3 .).

Для широких практических приложений явления зональной дезинтеграции горных пород фундаментальную значимость приобретает вопрос, связанный с определением масштабного фактора этого явления.

Выполненные нами теоретические исследования [62] с использованием обширного банка экспериментальных данных позволил заключить, что масштабный фактор рассматриваемого явления описывается модулем i = 0,1,2. отнесенным к начальному радиусу выработки r 0 , а ширина зоны дезинтеграции  r i сопряжена с начальными радиусами r i этих зон согласно формуле

где i — номер зоны дезинтеграции, отсчитываемый от контура выработки,

Так, в результате обобщения данных долговременных геомеханико-геофизических исследований на рудниках Талнахско-Октябрьского месторождения по выявлению основных геомеханических процессов взаимодействия рудных, породных и закладочных массивов при отработке пластовых рудных залежей в условиях больших глубин (натурная информация, данные физического моделирования, теоретические расчеты с использованием формулы (3)) было установлено, что эти процессы контролируются явлением зональной дезинтеграции горных пород, но уже в масштабе шахтных полей (рис. 2). При этом развитие процесса зональной дезинтеграции в массивах горных пород и руд весьма существенным образом сказывается как на аварийном состоянии капитальных крепей (рис. 3), так и на общей производительности ведения горнодобывающих работ на рудниках месторождения (рис. 4).

Рис. 2. Зональное распределение опорных нагрузок () в зависимости от расстояния до фронта очистных работ согласно измерениям по методу фотоупругих датчиков (рудный массив, Норильское месторождение, рудник ”Октябрьский»).

Рис. 3. Корреляционная связь (качественное представление) между прогнозной картиной зональной дезинтеграции породных массивов вокруг очистного пространства при различных пролетах отработки рудного пласта и локализацией участков аварийного состояния монолитных железобетонных крепей на руднике “Октябрьский” (Норильское месторождение): ( а ) — шахта № 1; ( b ) — шахта № 2.

Рис. 4. Сравнение структуры графиков изменения уровня ожидаемой ( 1 ) годовой добычи руд ( А ) на рудниках “Октябрьский” (РО) и “Комсомольский” (РК) в зависимости от полупролета отработки ( L /2) с фактической ( 2 ) и корреляция локальных минимумов последней с теоретически предсказываемым удалением зон дезинтеграции от разрезных лент.

4. Эффект самоорганизации искуственных массивов с образованием опорных ячеистых структур.

При разработке пластовых залежей полезных ископаемых на большой глубине, как показывает опыт, наиболее радикальной мерой снижения вредного воздействия горного давления (горные удары) является переход на одностадийную сплошную выработку пластов с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Закладка подземных выработок является одним из важнейших технологических приемов при разработке твердых полезных ископаемых и в настоящее время широко применяется на многих горных предприятиях как в России, так и за рубежом [74, 75]. При этом с целью обеспечения сохранности подготовительных выработок, последние предпочтительно располагать в искуственном массиве [64].

До недавнего времени геомеханиками и технологами считалось, что чем более высокомарочные бетоны используются для этих целей, тем эффективнее искусственные массивы выполняют роль несущих конструкций, воспринимая массу налегающих толщ пород и тем самым препятствуя их расслоению. Однако применение высокомарочных бетонов приводит к резкому удорожанию себестоимости извлекаемых полезных ископаемых, тем самым отрицательно сказываясь на рентабельности горнодобывающих предприятий.

В результате выполнения длительного цикла экспериментальных геомеханико-геофизических исследований [64] на рудниках Норильского месторождения, связанных со всесторонним изучением геомеханических процессов вокруг выработок, проходимых в закладочных массивах на различных стадиях их нагружения, особенностей передачи деформаций и напряжений в искуственные массивы от подрабатываемых толщ горных пород (изучение работы закладочного массива как искуственного сооружения в процессе ведения горных работ) был обнаружен неизвестный ранее эффект самоорганизации искуственных массивов с образованием опорных ячеистых структур [76]. Существо этого явления (рис. 5) заключается в том, что по мере увеличения пролетов отработки пластовых залежей полезного ископаемого за счет циклического оседания налегающих толщ пород вдоль тектонических разломов или зон дезинтеграции пород в масштабе шахтного поля внутри искуственного массива происходит образование опорных ячеистых структур в виде пассивного ядра и активной несущей оболочки. При этом внешняя часть несущей оболочки представлена дренажной зоной, выполняющей также функцию орбитального массопереноса, а внутренняя часть — закладкой с аномально высокой плотностью, выполняющей роль экрана от высоких литостатических напряжений и деформаций при взаимодействии подрабатываемых и надрабатываемых толщ пород. Внутренняя часть ячеистой структуры, замыкаемой активной оболочкой, составляет пассивное ядро, выполняющее роль отпора и характеризующееся пониженными значениями напряжений и деформаций. То есть, имеем структуры, силь­но напоминающие по физико-механическим свойствам строение снежного кома или даже куриного яйца.

Особая значимость существования описанного процесса связана не только с довольно очевидными следствиями, касающимися рекомендаций по схемам рационального использования строительного бетона или поиску его заменителя из промышленных отходов, но и с тем, что имеет место взаимодействие отмеченного процесса с явлением зональной дезинтеграции вмещающих горных массивов. Это обеспечивает важное конструктивное начало для использования обоих процессов в технологических решениях.

Рис. 5 . Эффект самоорганизации искусственных массивов с образованием опорных ячеистых структур.

5. Взаимодействие явлений зональной дезинтеграции горных пород и самоорганизации искуственных массивов .

На рис. 6 представлена схема такого взаимодействия рассматриваемых процессов на примере рудника “Октябрьский” (глубина 950 м) Норильского месторождения, установленная согласно данным инструментальных измерений и анализа выхода керна по станциям геомеханико-геофизического контроля веерного типа, расположенных в закладочном массиве (рис. 7). Представленная на рис. 7 информация интересна в том отношении, что она была получена существенно позднее по времени в сравнении с изображенными на рис. 6 прогнозными зонами дезинтеграции вокруг разрезной ленты отработанной части рудного пласта. Последующие экспериментальные исследования были направлены на проверку гипотезы о том, что геометрические параметры образующихся опорных ячеистых структур в искусственном массиве определяются местоположением и шириной зон дезинтеграции во вмещающем породном массиве с центром, расположенном в разрезной ленте рудного пласта. Аналогичные результаты были получены и по руднику “Комсомольский” (глубина 550 м) того же месторождения [64].

Рис. 6 . Продольное вертикальное сечение закладочного массива для мест расположения наблюдательных станций (1–41) с указанием параметров теоретически прогнозируемых зон дезинтеграции массивов по мере отработки рудного пласта (рудник “Октябрьский”).

Рис. 7. Диаграммы средних значений: а — выхода керна для контрольных скважин вдоль наблюдательной выработки (рис. 6.); b — интенсивности рассеянного гамма-излучения, с указанием теоретически прогнозируемых местоположения и c — ширины зон дезинтеграции.

Высокий прикладной потенциал такого взаимодействия описанных процессов в горном деле связан с тем, что, во-первых, выявляются существенные резервы повышения эффективности отработки залежей полезных ископаемых в условиях прогнозируемой теперь геомеханической зональности и, во-вторых, становятся понятными пути создания экономичных и в достаточной мере безопасных технологий ведения горнодобывающих работ в условиях больших глубин.

В монографии [64] впервые практически используется геомеханический “инвариант”   (  ) в соответствии с (2) для физического объяснения (эффект “самоблокировки”) и математического расчета конкретных параметров активной несущей оболочки опорных ячеистых структур в закладочных массивах. При этом, в сочетании с выражением (3) для дезинтеграционных зон, характеристика (2) оказывается весьма полезной в прогнозных оценках конвергенции вмещающих пород по мере увеличения пролета отработки пластовых рудных залежей. В отличие от известных подходов к решению соответствующих задач, разработанная в [64] методология не только дает объяснение циклическому характеру проседания налегающих толщ пород при отработке залежей полезных ископаемых, но и позволяет на базе соотношений (2) и (3) предсказывать конкретные характеристики для развивающихся процессов.

Приведенные выше результаты позволяют предположить, что с выходом наведенных зон дезинтеграции горных массивов на дневную поверхность могут быть связаны многие “неприятности” не только для состояния расположенных в их зоне влияния инженерных сооружений и т. п., но и нарушения водного режима на значительных территориях. Конечно, в том, что подземные горные работы могут катострофически влиять на состояние наземных объектов или гидрогеологический режим, нет особого “откровения”. Вся проблема — в механизме такого влияния. И в этом аспекте, полагаем, концепция развития зонально-дезинтеграционных процессов способна не только давать полезные геомеханические оценки, но и объяснять “парадоксы” — эффекты, не укладывающиеся в традиционные представления.

В заключение настоящего раздела остановимся еще на одной крупной проблеме, связанной с разработкой научных основ геотехнологий отработки нефтегазовых месторождений. Естественно, в качестве таковых должны служить прежде всего, знания о геомеханических и физико-химических процессах в продуктивных пластах и вмещающих породных массивах при извлечении углеводородов. По-видимому, эти процессы в существенных чертах подобны соответствующим процессам при добыче ценных минеральных компонентов технологиями подземного выщелачивания.

Однако, если при традиционных технологиях добычи твердых полезных ископаемых открытым или подземным способами имеются благоприятные возможности непосредственно контролировать геомеханические процессы широкой гаммой инструментальных методов или визуальными наблюдениями в выработках, то такая возможность принципиально отсутствует (в современных условиях) при добыче жидких и газообразных полезных ископаемых, в особенности на больших глубинах. Указанное обстоятельство требует концептуально иного подхода к решению сформулированной проблемы, иных методов и технических средств диагностики и контроля напряженно-деформированного состояния массивов горных пород.

Ситуация усугубляется также тем, что классические подходы математического моделирования геомеханических и физико-химических процессов, сопровождающих добычу углеводородов, как показывает опыт, оказываются несостоятельными. Такое положение дел не кажется нам “случайным”: ярко выраженное нелинейное поведение геоматериалов и твердых структурных сред вряд ли способствует утвердиться во мнении, что многофазные среды ведут себя много проще — линейным образом (!).

Как показано в работах [77, 78], даже вибросейсмические колебания малой интенсивности вызывают на глубинах в несколько километров нелинейную реакцию массивов горных пород, обусловленную их блочно-иерархическим строением (сейсмическая люминесценция, изменения дебета нефти, газа, химического состава углеводородов и т. д.).

Безусловно, в основе стратегии решения крупных научных проблем должны лежать достаточные для этого предпосылки и мировоззренческого, и методологического свойства.Что касается наших мировоззренческих позиций, то их отражению, в основных чертах, и служит рассматриваемый в настоящей стать материал. А вот методологическую основу подхода к решению затронутой проблемы в плане изучения определяющих геомеханических процессов, сопровождающих извлечение углеводородов из продуктивных толщ, полагаем, может составить явление зональной дезинтеграции массивов горных пород.

Масштабный фактор  (3) этого явления есть тот конструктивный элемент, который позволяет осуществлять не только ретроспективный анализ по множеству контролируемых на практике физико-химических, гидродинамических и иных параметров (вплоть до технического состояния эксплуатационных скважин по глубине), но и проводить сравнение прогнозируемых эффектов с фактическими явлениями, происходящими во времени эксплуатации промысловых участков нефтегазовых месторождений. Конечно, такой подход не заменяет необходимости разрабатывать адекватные объекту исследования инструментальные методы диагностики свойств и контроля напряженно-деформированного состояния породных массивов. Важно то, что их создание может быть удачно дополнено конкретными схемами натурных измерений.

О том, что высказанные идеи небеспочвенны, свидетельствуют рассматриваемые ниже результаты применения такого подхода к анализу как планетарных, так и атомарно-кристаллических структур. Остановимся на важнейших из них.

6. Масштабный фактор явления зональной дезинтеграции горных пород как модуль самоорганизующихся систем .

По-видимому, нет необходимости доказывать, что реальные массивы горных пород, равно как и образуемые ими планетные тела, обладают всеми важнейшими признаками неравновесных самоорганизующихся систем [79]. Хотя термин “самоорганизация” и содержит в себе некие элементы таинственности, тем не менее это не освобождает исследователей от задачи “тайное сделать явным”: найти глубинные физические законы, управляющие процессами самоорганизации сложных природных систем. Выражением таких законов, безусловно, могут служить математические формулы, связывающие между собой принципиально значимые для самоорганизующихся систем параметры или характеристики.

И в этом аспекте особое внимание нами уделяется масштабному фактору явления зональной дезинтеграции горных пород. Возникнув из решения, казалось бы, частной геомеханической задачи, связанной с описанием зон наведенной трещиноватости вокруг подземных выработок [71], в дальнейшем эта экспери­ментальная характеристика неожиданным образом проявила себя при анализе структурных особенностей физических объектов и процессов, изучаемых в различных естественно-научных дисциплинах.

Так, на основании теоретического обобщения экспериментальных данных в области геологии и геофизики впервые удалось дать геомеханическое объяснение широко известной модели слоистого разреза Земли по Гутенберту—Буллену в рамках явления зональной дезинтеграции массивов горных пород [51]. При этом нами было доказано, что основные скоростные границы внутри Земли, выделяемые по сейсмологическим данным в геофизике, адекватно описываются масштабным фактором обсуждаемого явления, а положения указанных границ и мощности соответствующих им переходных зон (слоев) практически совпадают с положением и мощностями прогнозируемых зон геодезинтеграции, сопряженных по радиусу 1250 км ядра Земли.

Аналогичные результаты получены в [63] для модели Луны в соответствии с данными американских и российских исследователей по стратификации ее недр согласно сейсмическим зондированиям (табл. 1).

Таблица 1. Сравнение глубины расположения границ раздела породных свойств недр Луны
по опубликованным данным с расчетными данными на базе масштабного фактора явления зональной дезинтеграции.

Глубина расположения границ раздела внутри Луны (км) по опубликованным источникам

Глубина расположения зон лунной дезинтеграции (км) по расчетам автора [63]

источник

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

1 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ УДК : ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ И СКЛАДИРОВАНИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ РУД В. Х. Кумыков, Т. М. Кумыкова Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, ул. Протозанова А. К., 69, , г. Усть-Каменогорск, Казахстан Приведены результаты экспериментальных и натурных исследований факторов, влияющих на окисление и самовозгорание пожароопасных руд при их открытой разработке. Даны практические рекомендации по технологии выемки и хранению типов руд, склонных к самовозгоранию. Предложены способы предупреждения эндогенных пожаров и защиты штабеля сульфидных руд на складах. Открытая разработка полиметаллических руд, самовозгорание, эндогенные пожары, экскавация, продольные и поперечные экскаваторные заходки, рабочий уступ, штабель руды, инжектор, ингибитор Добыча смешанных свинцово-цинковых руд сопряжена с опасностью возникновения очагов эндогенных пожаров. Современное состояние изученности вопроса позволяет сделать вывод о том, что главными факторами, обусловливающими пожароопасность, являются: концентрация сульфидной серы в руде, кислотность (рн) рудничных вод, температурный режим окружающей среды и собственно рудной залежи, типы руд и их текстурно-структурные особенности, наличие тектонической нарушенности массива, гидрогеологическая обстановка участка. При равенстве влияния факторов определяющими представляются система разработки и ее параметры. Отбойка блоков многорядными скважинами с отработкой рудной массы сплошными забоями продольными экскаваторными заходками при мощности навала 5 10 м, как показали наблюдения [1], всегда сопровождается эндогенными пожарами. При этом на основании экспериментальных исследований установлено, что для возникновения пожаров критическое содержание пиритной серы должно составить не менее % [1]. С учетом главных классификационных факторов: локализация очагов в границах стратиграфических горизонтов с большим содержанием (более 40 %) глобулярного пирита; нахождение указанного типа руд в восстановительной подзоне коры выветривания; приуроченность к зоне тектонических нарушений и интенсивной трещиноватости; высокое содержание сульфидной серы и мощности рудных тел свыше 5 м, согласно инструкции Института Унипромедь [2], нами проведено геологотехнологическое районирование Дальнезападного участка Жайремской группы полиметаллических месторождений (Центральный Казахстан) по степени пожароопасности и составлена технологическая карта распределения типов и сортов руд по эксплуатационным горизонтам. 99

2 ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ФТПРПИ, 4, 2013 Технология выемки типов руд, склонных к самовозгоранию, требует установления основных физических и химических факторов, приводящих к загоранию массы. Натурные наблюдения в зоне карьера 2, спецотвала забалансовых руд 11, рудных складов 7 и 8 выявили следующие особенности: опасность самовозгорания при равенстве прочих условий возрастает при вскрытии горизонтов по рудному телу (9 из 10 случаев); самовозгоранию способствует экскаваторная выемка рудной массы сплошным забоем с продольными заходками шириной м. Время подготовки горизонтов при этом составляет 4 5 мес, что значительно превышает критическое время самовозгорания; запасы взорванной рудной массы значительно превышают нормативные по объему, что приводит к удлинению продолжительности их отработки одним экскаватором в среднем в раза; рудные навалы, составленные кусками размером в поперечнике в среднем см, менее подвержены самовозгоранию, чем навалы, составленные из кусков 1 7 см. По данным [3], площадь окисления в отбитой рудной массе, подверженной самовозгоранию, равна 480 м 2 /м 3 (в нарушенном массиве уступа м 2 /м 3 ); на рудных складах пожары обусловлены большим скоплением рудной массы, значительным разрывом во времени (в среднем 9 12 мес) между складированием и отгрузкой, преобладанием мелкой фракции см в общей массе кусков (75 80 % по замерам на складе 8), значительной высотой штабелей (12 15 м, склад 11) и отсутствием каких-либо профилактических мер. Руды горят, как правило, во взорванном состоянии при отработке сплошными забоями. Время подготовки горизонтов при данной системе занимает 2 3 мес. На рис. 1 показан характер горения смешанных свинцово-цинковых руд на горизонте 297 м карьера 2 при разрушении блока по обычной технологии и выемке рудной массы продольными экскаваторными заходками. Рис. 1. Характер горения смешанных свинцово-цинковых руд в забое при разрушении уступа по традиционной технологии и выемке 12-метровыми уступами системой с продольными экскаваторными заходками. Дальнезападный Жайрем (Центральный Казахстан) С целью определения критического времени самовозгорания проведены исследования на физической модели образцов жайремских руд. Исходя из реальной обстановки в карьере, заданы следующие условия эксперимента: диапазон начальных температур нагрева образцов 25, 100

3 В. Х. Кумыков, Т. М. Кумыкова 35, 70, 90, 120 С; кислотность подаваемой воды рн = 3 в количестве 1 4 %. Продолжительность опытов при непрерывном нагревании до 15 сут, количество воздуха на окисление одного образца 100 мл/мин, градиент температуры dт / dt = С/мин. Анализ отходящих газов на содержание сернистого ангидрида и окиси углерода показал, что в первую очередь в руде окисляются сульфиды, а не углесодержащие вещества, как отмечено в работе [4]. Углистые соединения начинают окисляться при более высоких температурах (около 400 С [5]), и ход реакции выделения углекислого газа характеризуется плавной кривой. Результаты исследований отображены на рис. 2 в координатах: концентрация сернистого ангидрида SO 2 время пребывания образцов в замкнутом объеме для начальных температур Т = 25, 35, 70, 90 и 120 С. Видно, что динамика изменения концентрации сернистого ангидрида характеризуется тремя областями: 1) область инкубации тепла (ниже AB, рис. 2) прослеживается для всех значений начальных температур; 2) зона резкого ускорения реакции (выше AB) область начала горения; 3) область активного горения (собственно зона самовозгорания). Рис. 2. Интенсивность самовозгорания смешанных свинцово-цинковых руд в зависимости от начальной температуры среды: К концентрация сернистого ангидрида; t продолжительность нагревания При значениях Т = 25, 35 и 70 С время начала самовозгорания возрастает. Точки начала самовозгорания отодвинуты вправо. Для больших значений Т точки лежат в пределах графика. Полученные при пересечении касательных точки (a, b, c, d, e) соответствуют времени от начала подготовки рудной массы буровзрывным способом для экскавации и погрузки ее в транспортные средства до момента начала самовозгорания рудных блоков. Согласно полученному графику, время до начала самовозгорания смешанных свинцово-цинковых руд, представленных пробами с гор м с содержанием общей серы % при температуре массива + 25 С, составляет сут (пересечение сплошной линии AB с осью t, рис. 2). Эти данные хорошо 101

4 ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ФТПРПИ, 4, 2013 согласуются с данными натурных наблюдений случаев самовозгорания руд в карьере 2 в летний период при среднесуточной температуре воздуха 25 С. Руда горит, теряя свои технологические свойства. Как показывают результаты разработки многосортных руд Жайремского месторождения, для эффективной выемки запасов самовозгорающихся руд хорошо подходит система с поперечными экскаваторными заходками с бурением и взрыванием блоков на полную высоту уступа и подуступной выемкой взорванной массы. Преимущества предлагаемой системы разработки блоков самовозгорающихся руд: возможность максимальной интенсификации добычных работ за счет уменьшения объемов подготовки руд к выемке; управление качеством на основе регулирования кусковатости рудной массы; повышение качества выемки за счет управления параметрами взрыва; возможность совмещения во времени работы нескольких добычных экскаваторов за счет исключения процесса проведения разрезной траншеи из цикла подготовки горизонтов, при этом 2 3 экскаватора могут быть задействованы на добыче в пределах блока одновременно. Известно, что основным недостатком снижения высоты уступов в рудной зоне является некоторое удорожание добычных работ. Кроме того, в зависимости от конкретных горно-геологических условий и организации работ, переход на подуступную выемку запасов может привести к увеличению значения текущего коэффициента вскрыши и снижению интенсивности углубки карьера. При этом в случае недостаточности резерва вскрытых, подготовленных и готовых к выемке запасов снижается производительность карьера, экономические показатели комбината падают. Эти недостатки компенсируются значительным сокращением времени отработки уступа, чем предупреждаются эндогенные пожары в рабочей зоне карьера и, как следствие, сохраняются технологические свойства рудной массы при флотационном обогащении. Применение системы разработки поперечными экскаваторными заходками позволяет интенсифицировать добычные работы, обеспечивающие выемку запасов в нормативный срок за счет оптимизации параметров рудного блока по минимуму нахождения рудной массы во взорванном состоянии. Схема организации горных работ при добыче руд, склонных к самовозгоранию, показана на рис. 3. Система разработки блоков поперечными экскаваторными заходками сокращает время нахождения взорванной массы до полной очистки блока с 1.8 до 0.5 мес. Это способствует сохранности свойств руды до полной разработки блока и размещения ее на складах по специальной технологии. Таким образом, переход на подуступную выемку пожароопасных руд малыми блоками дает возможность повысить производительность добычного экскаватора и сократить время отработки уступа. Выявленные закономерности самовозгорания рудной массы позволили разработать ряд технических рекомендаций, направленных на создание принципиально новой технологии добычи и складирования пожароопасных руд [6 8]. При их использовании достигается повышение выхода металла из труднообогатимых и склонных к самовозгоранию свинцово-цинковых руд за счет стабилизации качества в процессе добычи. Сущность предложенного способа заключается в одновременном ведении процесса усреднения и профилактических работ по предупреждению самовозгорания путем включения в состав шихты ингибитора-известняка в сочетании с пожароопасным технологическим сортом руды. Для этого после геолого-технологического картирования рудного поля и выделения сорта, склонного к самовозгоранию, на верхнюю площадку отсыпают слой руды пожаробезопасного технологического сорта в смеси с мелкодробленым до 2 мм известняком. Расчетное количество 102

5 В. Х. Кумыков, Т. М. Кумыкова известняка, необходимое для нейтрализации кислотности среды, удваивают, исходя из фактической концентрации серной кислоты в карьерной воде добычного горизонта. Блок взрывают. Известняк, используемый в качестве ингибитора, распределяется в объеме взорванной рудной массы. После этого полученная шихта отгружается в автосамосвалы и подается в бункер корпуса крупного дробления. Рис. 3. Схема организации горных работ при добыче самовозгорающихся руд системой c продольными (а) и поперечными (б) экскаваторными заходками 103

6 ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ФТПРПИ, 4, 2013 Показатели обогащения руд повышаются на 3 % по извлечению и на % по содержанию металлов в концентратах, так как переработка однородного рудопотока позволяет обогащать руды в наиболее оптимальном режиме. При этом прирост извлечения металлов в концентрат: 3.1 % свинца, 1.3 % цинка. Способ защиты штабеля сульфидной руды от самовозгорания [6] (рис. 4) включает формирование отвала сульфидных руд, обработку рудной массы известьсодержащим реагентом, установку в отвале инжекторов и подачу через них в массив щелочной воды под давлением. Предварительно основание отвала покрывают слоем глины и крупнокускового известняка. Отвалообразование ведут послойно чередованием руды со слоем измельченного известняка, поверхность отвала покрывают измельченным известняком и через инжекторы в массив подают щелочную воду. Рис. 4. Способ защиты штабеля сульфидной руды от самовозгорания: 1 слой глины; 2 слой крупного известняка; 3 руда; 4 тонкоизмельченный известняк; 5 магистральный трубопровод; 6 инжекторы; 7 разбрызгиватели; 8 центробежный насос; 9 емкость для воды Согласно другому способу [7] (рис. 5), за счет принудительного нагнетания в скважины огнетушащего состава достигается стабилизация физико-химических условий, приводящих к эндогенным пожарам. Это обеспечивает применение технологических схем отбойки и экскавации, используемых в карьерах при отработке обычных руд. Технологический эффект торможения и затухания процессов, приводящих к пожарам, по способу [8] достигается за счет послойной отсыпки руд дифференцированно по кусковатости с первоочередной отсыпкой в штабель мелкокусковой фракции, наиболее подверженной окислению и самовозгоранию, до заданной высоты слоя. Торцовые части каждого слоя формируют крупнокусковой фракцией руд того же технологического сорта горизонтальной мощностью не менее величины, определяемой из соотношения h / cosα, где h критическая толщина слоя, которая обеспечивает теплоизоляцию мелкокусковой части слоя; α угол откоса штабеля. На основании термодинамических исследований разработан способ установления склонности к самовозгоранию сульфидных свинцово-цинковых руд [9]. Все разработанные технические решения апробированы в производственных условиях Жайрема (Центральный Казахстан). В рамках исследований доказана их высокая технологичность, экономическая эффективность и реализуемость в сложных горно-геологических условиях разработки полиметаллических месторождений. Этому способствовала комплексность изучения проблемы и многообразие методов обоснования технологических решений. 104

7 В. Х. Кумыков, Т. М. Кумыкова Рис. 5. Способ предупреждения и тушения эндогенных пожаров: 1 резервуар для известковой суспензии (пульпы); 2 резервуар для стабилизатора пены; 3 резервуар для пенообразователя; 4 расходомеры; 5 шланг подачи известковой суспензии; 6 шланг подачи стабилизатора пены; 7 шланг подачи пенообразующего вещества; 8 регуляторы давления; 9 обсадная труба; 10 трубопровод подачи стабилизатора; 11 трубопровод подачи пенообразующего вещества; 12 скважина; 13 цементное кольцо; 14 отверстия ВЫВОДЫ 1. Возникновению эндогенных пожаров способствует высокое (22 % и более) содержание сульфидной серы и глобулярная форма строения сульфидов. 2. Наиболее интенсивно окисляются и самовозгораются сульфиды цинка при низком содержании цинка (0.5 % и менее) при мощности рудных тел 1 м и более. 3. Самовозгорание происходит при выемке дробленной рудной массы продольными экскаваторными заходками. 105

8 ТЕХНОЛОГИЯ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ФТПРПИ, 4, Подуступная выемка с поперечными экскаваторными заходками обеспечивает разработку рудного уступа до момента интенсивного окисления и самовозгорания руд. 5. Устройство штабеля руд на предварительно уложенный слой известняка и ввод в него через инжекторы щелочной воды предотвращают самовозгорание. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Обосновать параметры системы разработки при селективной добыче технологических типов и склонных к самовозгоранию руд Дальнезападного рудника: информ. карта / ВНИИцветмет. Руководитель В. Х. Кумыков. Усть-Каменогорск, Колпакова Г. П., Манаков В. Я. и др. Влияние ряда неорганических веществ на окисление медноникелевых руд / Тр. Ин-та Унипромедь. Свердловск, Ахмеджанов Т. К., Жанбатыров А.А. Изменение температурного режима в объеме окисляющейся сульфидной руды / Повышение безопасности работ и совершенствование проветривания на горнодобывающих предприятиях Казахстана. Алма-Ата, Манаков В. Я. Классификация колчеданных и полиметаллических руд по степени склонности к самовозгоранию / Тр. Ин-та Унипромедь. Свердловск, Кумыков В. Х., Тогузов М. З., Кумыкова Т. М. Экспериментальный метод определения пожаробезопасного времени отработки блоков самовозгорающихся руд / Проблемы освоения, разработки и переработки полезных ископаемых на месторождениях Жезказганского региона: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Жезказган, А. с А1 SU кл. Е 21 F 5/00. Способ защиты штабеля сульфидных руд от самовозгорания / В. Х. Кумыков, Л. М. Лукер и др. // Опубл. в БИ А. с А 1 SU кл. Е 21 F 5/ Способ предупреждения и тушения эндогенных пожаров / В. Х. Кумыков, В. А. Шестаков, Т. М. Кумыкова и др // Опубл. в БИ А. с А 1 SU кл. Е 21 F 5/00. Способ защиты штабеля сульфидных руд от самовозгорания / В. Х. Кумыков, М. З. Тогузов и др. // Опубл. в БИ Предварительный патент на изобретение. KZ (B) (11) 505. Способ установления склонности к самовозгоранию сульфидных свинцово-цинковых руд / В. Х. Кумыков, Т. М. Кумыкова, М. З. Тогузов // Бюл Поступила в редакцию 3/IV

источник