ЗАПИСКИ ГОРНОГО ИНСТИТУТА

Китай богат угольными ресурсами, на долю которых приходится более 90 % всех установленных запасов ископаемого топлива, при этом доля потребления угольной энергии достигла в 2021 г. 56,5 %.

В качестве объекта исследования был выбран низкосортный уголь, поступающий из Внутренней Монголии (образцы NM) и провинции Юньнань (образцы YN).

Характеристики потери массы образцов были изучены с использованием термогравиметрического анализа для определения подходящей температуры для экспериментов по сушке, поскольку высокая влажность низкосортного угля может легко вызвать остановку оборудования в процессе сухой сортировки.

Эксперименты по тонкослойной сушке проводились при различных температурных условиях. Эффективный коэффициент диффузии влаги подбиралcя по уравнению Аррениуса, для образцов NM он составил 5,07·10–11-9,58·10–11м2/с; для трех разных размеров частиц образцов YN – 1,89·10–11-4,92·10–11 (крупность –1 мм), 1,38·10–10-4,13·10–10 (крупность 1-3 мм), 5,26·10–10-1,49·10–9 (крупность 3-6 мм).

Энергия активации образцов из Внутренней Монголии составила 10,97 кДж/моль (крупность –1 мм); для образцов из провинции Юньнань – 17,97 кДж/моль (крупность –1 мм), 33,52 кДж/моль (крупность 1-3 мм) и 38,64 кДж/моль (крупность 3-6 мм).

Процесс сушки был смоделирован по эмпирическим и полуэмпирическим формулам. Установлено, что оптимальными моделями для образцов Внутренней Монголии является двухкомпонентная модель диффузии, а для образцов из провинции Юньнань – уравнение Hii.

Продолжительная деятельность горно-добывающих предприятий вызывает необходимость обоснования стратегий управления функционированием горно-технической системы в части улучшения контроля качества рудопотоков, что определяется его изменением по мере освоения месторождений ввиду первоочередной отработки основных запасов и, как следствие, вынужденным переходом к отработке сложноструктурных блоков со снижением процента извлечения, что характерно при соответствии рудной составляющей требованиям технико-экономического обоснования по содержанию при некондиционной мощности.

В этом случае выявить процент извлечения и потенциал его повышения можно путем анализа многолетней деятельности горно-промышленного предприятия, а именно аналитики данных отработки сложноструктурных блоков с по-следующим установлением взаимосвязи первичных сведений о горно-геологических условиях и сведений о качестве полезного ископаемого, получаемых от технологического оборудования.

Поэтому целью исследования являлось обоснование необходимости улучшения стратегии управления функционированием горно-технической системы, которая заключается в том, что на базе аналитики данных отработки сложноструктурных блоков можно определить потери рудной массы и их количество и заложить в основу разработки решений по ее доизвлечению.

Для этого собранные данные об отработке сложноструктурных блоков с учетом геолого-промышленного типа добываемых руд учитывали при моделировании условий и исследовании параметров технологических процессов, реализация которых обеспечивает получение дополнительной товарной продукции.

Установлено, что в отвалы поступает рудная масса из некондиционных по мощности прослоев, оценены потери рудной массы в 25-40 % в год.

Доказано, что определение потерь рудной массы на основе анализа данных об отработке сложноструктурных блоков, а также своевременное решение этого вопроса способны существенно повысить эффективность производства горно-технической системы.

С учетом полученных результатов предложены варианты оптимизации произво

Эксплуатация вертикальных шахтных стволов в сложных горно-геологических условиях связана с рядом особенностей.

Одна из них – радиальные перемещения бетонной крепи ствола, обусловленные влиянием горного давления на напряженно-деформированное состояние горной выработки.

Система жесткой армировки, расстрелы которой закреплены в бетонной крепи, испытывает при этом упругопластические де-формации, их величина увеличивается с течением времени.

Это приводит к отклонению проводников от проектных параметров, ослаблению болтовых соединений, ухудшению динамических свойств геотехнической системы «подъемный сосуд – армировка», увеличению скорости износа элементов системы армировки, повышению рисков создания аварийной ситуации.

Предложена комплексная оценка перемещений характерных точек системы расстрелов, основанная на приближенных инженерных соотношениях, численном моделировании процесса деформирования системы расстрелов и лазерных измерениях конвергенции внутренней поверхности бетонной крепи ствола.

Методика апробирована на примере системы армировки скипоклетевого ствола калийного рудника, перемещение характерных точек которой определяется величиной радиальных смещений поверхности бетонной крепи ствола.

Их оценка произведена с использованием мониторинговых измерений и данных профилировки.

Полученные результаты дают возможность обосновать необходимость и сроки проведения ремонтных работ.

Показано, что ухудшение состояния системы армировки на различных ярусах происходит с разной скоростью, определяемой в том числе механическими характеристиками слоев породного массива, расположенного на данной глубине.

Особенностью геологического строения карбонатных коллекторов является их сложная фильтрационно-емкостная характеристика, отражающая одновременное присутствие пустот различного типа (трещин, каверн, пор).

Потеря циркуляции при вскрытии интервалов трещиноватых пород в значительной мере увеличивает время строительства скважин из-за отсутствия эффективных тампонажных изоляционных составов.

Основными недостатками традиционных составов является высокая чувствительность к разбавлению в процессе их закачки в зону поглощения, а также недостаточная структурная прочность, позволяющая предотвратить растекание изоляционного состава в индукционный период.

Для эффективной изоляции зон катастрофических поглощений в условиях высокой раскрытости поглощающих каналов разработан новый сшивающийся тампонажный изоляционный состав, позволяющий исключить недостатки традиционных изоляционных составов.

Применение состава позволит значительно сократить объемы закачек изоляционного состава, время изоляционных работ за счет устойчивости состава к разбавлению и движению пластовых вод в интервале поглощения.

Цель исследования – изучение напряженно-деформированного состояния приконтурного массива горных пород вокруг очистного блока и прогнозная оценка разубоживания руды с учетом изменения мощности рудного тела при отработке маломощных рудных залежей на примере рудника Жолымбет.

Изучение особенностей формирования напряженно-деформированного состояния проводилось по методике, основанной на использовании численных методов исследований с учетом геологического индекса прочности (GSI), который позволяет учитывать структурные особенности горных пород, трещиноватость, литологию, обводненность и другие прочностные показатели, за счет чего происходит корректный переход от прочности образца горных пород к прочности массива.

Результаты численного анализа напряженно-деформированного состояния при-контурной части массива горных пород методом конечных элементов по критерию прочности Hoek – Brown позволили оценить геомеханическое состояние в приконтурном массиве при условии изменения мощности рудного тела и прогнозировать объем разубоживания руды.

Установлено, что при отработке рудных залежей малой мощности на прогнозное значение разубоживания руды оказывают влияние мощность рудного тела и GSI.

Получена зависимость изменения значений разубоживания руды от GSI с учетом изменения мощности рудного тела от 1 до 3 м. Анализ результатов исследования показал, что прогнозные размеры зоны разрушения пород вокруг очистных блоков имеют достаточно большие значения, за счет чего не достигаются показатели планового разубоживания руды.

Возникает необходимость снижения сейсмического воздействия силы взрыва на законтурный массив горных пород и обновления паспорта буровзрывных работ.

Климатический фактор потепления, о котором свидетельствует значительное число ученых и исследовательских коллективов в России и мире, оказывает существенное влияние на мерзлотное состояние многолетнемерзлого грунта, сохранение которого – один из наиболее распространенных принципов строительства на Севере.

Рассматривается влияние прогнозных климатических изменений при планировании до 2050 г. на эффективность работы сезоннодействующих охлаждающих устройств, принцип работы которых построен на сезонном промораживании грунта.

Проведенное моделирование показало, что в ситуации стабильного климата сохранение мерзлотного состояния многолетнемерзлого грунта реализуется без применения дополнительных мер.

При потеплении с трендом 0,1 °С в год сезоннодействующие охлаждающие устройства не обеспечивают сохранение текущего уровня мерзлотного состояния грунта и требуются дополнительные меры, которые позволили бы повысить их эффективность работы в летний период.

В случае более экстремального потепления с темпом 0,25 °С в год результаты моделирования показывают, что сезоннодействующие охлаждающие устройства не оказывают значительного влияния на темпы растепления грунта и решением проблемы должна стать их полная замена на системы с круглогодичным действием.

В работе рассматривается подход к локализации интервалов развития геомеханических процессов в подземных сооружениях на основе классификации и трансформации данных сейсморазведочных исследований.

Предлагаемый подход позволит при интерпретации результатов сейсморазведочных работ выявить интервалы развития трещиноватости, разуплотнения пород, водопритока и других геомеханических процессов.

Методика предусматривает формирование матриц продольных (Vp), поперечных (Vs) скоростей и соотношения скоростей (Vs/Vp) вдоль профиля исследований для выполнения последовательной фильтрации.

Результаты фильтрации служат основой для формирования банка информативных материалов для дальнейшего проведения классификации.

На базе отечественного программного обеспечения КОСКАД 3D реализованы четыре под-хода для объединенной цифровой модели параметров Vp, Vs и Vs/Vp.

Одним из ключевых элементов в процессе классификации является объединение гридов для повышения вероятности обнаружения интервалов с разнородными идентификационными признаками.

Результатом применения данного методического подхода является построение комплексной интерпретационной модели, на которой отчетливо проявляются потенциальные зоны развития геомеханических рисков.

Выбор рациональной технологии ведения буровзрывных работ с позиций обеспечения необходимого гранулометрического состава взорванной горной массы и уменьшения разубоживания руды прямо связан с точным определением свойств горного массива.

Районирование массива горных пород по их крепости, бури-мости и взрываемости не учитывает изменчивость геологического строения подготавливаемого к взрыву блока, что приводит к завышенному удельному расходу взрывчатых веществ.

Решение данной проблемы особенно актуально для предприятий, разрабатывающих месторождения с высокой степенью изменчивости геологического строения даже в пределах взрываемого блока, в частности на россыпных месторождениях.

Перерасход взрывчатых веществ ведет к неоптимальному для данных условий и технологии горных работ гранулометрическому составу взорванной горной массы.

Определять физико-механические свойства горных пород на месторождениях со сложным геологическим строением необходимо на каждом подготавливаемом к взрыву блоке.

При расчете параметров буровзрывных работ необходимо применять корреляционную зависимость между физико-механическими свойствами этих пород и параметрами бурения.

Зависимость, определяемая по разработанной методике, прошла апробацию в промышленных условиях, а гранулометрический состав взорванной горной массы замерялся косвенным методом на основе производительности экскаватора.

Полученные результаты показали повышение производительности экскавации, что свидетельствует о правильности под-хода к решению проблемы идентификации пород взрываемого блока.

Методом дифракции обратно-рассеянных электронов изучены микроструктурные особенности главных породообразующих минералов вмещающих ультрамафитов (оливина, ортопироксена) и хромшпине-лида из руд месторождения Алмаз-Жемчужина.

Для ультрамафитов получены статистические диаграммы кристаллографической ориентировки оливина и ортопироксена, свидетельствующие о формировании минеральной ассоциации в условиях высокотемпературного субсолидусного пластического течения в верхней мантии.

Основными механизмами являлись трансляционное скольжение и синтектоническая рекристаллизация. Деформация оливина происходила преимущественно по системам (010)[100] и (001)[100]. В текстурно-структурных особенностях хромититов запечатлены процессы пластического течения, наиболее выраженные в линзовидно-полосчатых рудах.

Микроструктурные карты в кодировке обратных полюсных фигур показывают различия в гранулометрическом составе руд: участки, состоящие из вкрапленных хромититов, характеризуются более мелкозернистой структурой по сравнению с линзовидными обособлениями массивного строения.

Анализ микроструктурных карт показывает, что при переходе от вкрапленных к массивным рудам отмечается широкое развитие рекристаллизационных процессов, приспособление соседних зерен друг к другу, результирующее к гомогенизации кристаллографической ориентировки в агрегатах.

Полученные данные развивают представления о реоморфической природе хромититовых сегрегаций в офиолитовых дунитах.

Предпо-лагается, что укрупнение структуры массивных хромититов критически связано с увеличением концентрации рудных зерен в ходе твердофазной сегрегации внутри пластического потока, когда отдельные зерна хромшпинелида, изначально разделенные силикатным материалом, начинают приходить в непосредственный контакт друг с другом.

Рассмотрены результаты геохимического анализа органического вещества и нефтей протерозоя (RF-V комплекс) и палеозоя (продуктивные интервалы D2, D3, C1-2) восточной части Волго-Уральского нефтегазоносного бассейна.

Полученные данные подкреплены результатами 2D-бассейнового моделирования по четырем региональным профилям, два из которых расположены в Камской и два в Бельской частях Камско-Бельского авлакогена.

Скорректированы ранее полученные данные о степени катагенетической преобразованности нефтегазоматеринских толщ рифей-вендского нефтегазоносного комплекса, построены карты катагенеза.

При-водятся новые доказательства наличия докембрийских нефтей в продуктивных комплексах палеозоя.

Изучаемые нефти являются смешанными – образованными за счет продуктов генерации нефтегазоматеринских толщ рифея, венда и палеозоя (девонского и раннекаменноугольного возраста).

По результатам моделирования вы-явлено, что основными нефтегазоматеринскими толщами в RF-V комплексе Камской части Камско-Бельского авлакогена являются отложения калтасинской свиты нижнего рифея и верещагинской свиты верхнего венда, в Бельской – толщи калтасинской, кабаковской, ольховской, приютовской, шиханской и леузинской свит рифея и старопетровские отложения в венде.

Установлено, что увеличение интервала главной зоны нефтеобразования и газообразования происходит в юго-восточном направлении.

В обеих впадинах Камско-Бельского авлакогена выделяется единая нефтяная система, функционирующая в отложениях стратиграфического интервала от рифея до нижнего карбона.

В ее составе в качестве основных нефтегазоматеринских толщ рассматриваются толщи рифея-венда, коллектора приурочены к карбонатному комплексу рифея, терригенным отложениям верх-него венда и среднего девона, а покрышкой служат породы верхнего девона-турне.

Представлено исследование земной коры и верхней мантии Печенгского рудного района, а также сопредельных территорий северо-западной части Кольского региона.

Методом функций приемника, по данным новой и двух постоянных широкополосных сейсмических станций получены одномерные модели распре-деления сейсмических скоростей до глубины 300 км.

Станции расположены в северных частях Финляндии и Норвегии, а также в Печенгском районе Российской Федерации. Несмотря на близкое (не более 100 км) расположение станций скоростные модели существенно разнятся, что свидетельствует о гетерогенности строения лито-сферы.

Так для станции, расположенной в Финляндии, выявлен градиентный коромантийный переход, не про-слеживающийся в двух других моделях. На глубинах около 150 км обнаружена зона пониженных скоростей, связанная со средне-литосферной неоднородностью, которая не обнаружена под Печенгским рудным районом.

Также в строении земной коры Печенгского района выявлены аномально высокие значения параметра Vp/Vs до глубины около 20 км. С учетом того, что сейсмическая станция установлена в непосредственной близости от крупнейших медно-никелевых месторождений, эта аномалия может интерпретироваться как реликт проте-розойской плюмовой активности.

Исследована природа окраски пяти алмазов. Согласно результатам исследования с применением методов инфракрасной спектроскопии на основе преобразования Фурье, исследования поглощения в УФ, ви-димой и ближней ИК-областях (UV-Vis-NIR) и фотолюминесцентной спектроскопии, они являются природ-ными алмазами типа Ia.

Распределение интенсивности окраски по глубине определялось путем измерения интенсивности пика ФЛ при 741 нм (центр GR1) при возбуждении лазером с длиной волны 633 нм на рамановском конфокальном микроскопе. Для учета геометрических факторов профили распределения дефек-тов были нормализованы относительно интенсивности рамановского пика алмаза (691 нм).

Для двух алмазов интенсивность пика GR1 (741 нм) резко снижалась до глубины 10 мкм, а затем сравнялась с фоновым уровнем, что характерно для облучения α-частицами из природных источников, таких как уран. В трех кристаллах про-фили незначительно меняются с глубиной, а интенсивность окраски близка к равномерной, что характерно для электронного или нейтронного облучений.

Приведены результаты исследования геодинамических и горно-геологических условий участка Енисейский (Красноярский край), выбранного для строительства подземной исследовательской лаборатории.

Лаборатория создается на глубине 500 м с целью обоснования пригодности породного массива для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов. Породы представлены слаботрещиноватыми гнейсами, гранитами и дайками метадолеритов.

Для оценки устойчивости массива выполнены полевые наблюдения на коренных обнажениях пород, включающие определение показателей качества массива, измерение трещиноватости пород и рейтинговую классификацию устойчивости по методу Н.Бартона, а также ГНСС-наблюдения за деформациями земной поверхности.

Эти данные использованы при разработке трехмерной структурной модели, включающей литологию, разрывные нарушения, интрузивные тела, упруго-прочностные свойства пород, размеры зон динамического влияния разломов.

Модель станет базой для задания граничных условий и построения трехмерных вариационных моделей напряженно-деформированного состояния, выявления зон концентрации опасных напряжений, а также планирования натурных геомеханических экспериментов в горных выработках подземной лаборатории.

Полученные значения модернизированного индекса QR для основных типов пород позволили их отнести к устойчивым и среднеустойчивым, что соответствует крепким и очень крепким породам по шкале Бартона и рейтингу массива по геомеханической классификации.