Фрянов В.Н. (ред.) Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

121

- определение прочности горных пород путем внедрения пу-

ансона в стенки скважины (приборы типа МГД) [2].

Очевидно, что первый метод проведения исследований техни-

чески более трудоемок, так как требует бурения скважин с извлече-

нием на каждом этапе измерения бурового инструмента и проведе-

ния натурных измерений, что влечет за собой низкую производи-

тельность экспериментальных работ. Поэтому проектируемый при-

бор конструктивно должен соответствовать методике проведения

исследований с возможностью проведения исследований по всей

длине скважины за один цикл.

Одним из актуальных вопросов конструкции проектируемого

прибора является выбор рабочей среды, приводящей в действие си-

ловую часть. Здесь возможно использование нагнетательных сис-

тем пневматического и гидравлического типов с присущими каж-

дой из них достоинствами и недостатками.

Основным требованием, предъявляемым к нагнетательной сис-

теме прочностномера, является возможность создать в плунжерной

паре значительное давление (в приборе ПСГ-3М оно достигало

1000 атм [2]). Применение гидравлической системы позволяет дос-

тигнуть такого давления путем использования насоса и силового

маслопровода, однако реализация механизма возврата плунжерной

пары и сброса давления в приборах, внедряющих пуансон в стенки

скважины, в исходное положение требует наличия второго масло-

провода, что создает дополнительные трудности в условиях огра-

ниченного диаметра скважины.

В отличии от гидравлической системы, сброс давления в пнев-

матическом прочностномере осуществляется путем открытия кла-

пана и стравливания воздуха за счет разности давлений внутри

плунжерной пары и вне ее. При этом возврат плунжерной пары в

исходное положение осуществляется за счет использования под-

пружиненного пуансона. Нагнетание воздуха в плунжерную пару

пневматического прочностномера возможно осуществлять с ис-

пользованием переносного баллона или компрессора.

Использование конструкции с подпружиненным пуансоном

требует учета влияния сопротивления пружины на внедрение пуан-

сона, а так же достаточной жесткости пружины для возврата плун-

жерной пары в исходное положение. Кроме того, пружина, разме-

щенная в плунжерной паре, уменьшает полезную длину пуансона,

что является одним из недостатков пневматической системы.

122

Для воспроизведения картины и полноты понимания «систе-

мы», состоящей из геомеханических свойств пород кровли, преду-

сматривается использование прочностномера – прибора, механиче-

ски воздействующего рабочим органом (штоком) на малый участок

породы, посредством создания высокого давления, в рабочей каме-

ре.

Получение данных о типе и мощности слоев пород кровли пре-

дусматривается производить путем выявления величины давления,

требуемого для первичного разрушения участка слоя пород под

воздействием рабочего органа (штока), представляющего собой ме-

таллический стержень высокой прочности. Зная площадь разруше-

ния слоя пород и объем жидкости, необходимый для разрушения,

производится определение коэффициента крепости пород и по-

строение графики разрушения, по величине внедрения штока. По-

сле проведения нескольких измерений в шпуре появляется возмож-

ность определения мощности каждого слоя.

Современные технические вычислительные средства для реги-

страции и автоматической обработки результатов измерения позво-

ляют разработать цифровую измерительную часть проектируемого

прибора для визуализации и обработки данных с использованием

ЭВМ.

Таким образом, предлагаемая конструкция прочностномера,

включающая комплекс технических средств регистрации и автома-

тической обработки результатов измерения, позволит уточнить со-

став и структуру вмещающих пород в окрестности горной выработ-

ки, прогнозировать поведение углепородного массива и, как след-

ствие, снизить вероятность создания аварийных ситуаций и инци-

дентов.

Библиографический список

Ильницкая Е.И. Свойства горных пород и методы их опре-

деления / Е.И. Ильницкая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин, М.Ф. Кунтыш.-

М.: Недра, 1969 – 392 с.

Петухов И.М. Расчет и экспериментальная оценка напря-

жений в целиках и краевых частях пласта угля. Методические ука-

зания под ред. И.М. Петухова.- Спб.: Печатный цех ВНИМИ, 1973

– 130 с.

123

УДК 622.7

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ

ИСКОПАЕМЫХ

В.Р. Кривошеин, Е.Д. Шпайхер

Сибирский государственный индустриальный университет

г. Новокузнецк

Систематизированы сведения о возможности глубокой переработки

некоторых полезных ископаемых.

Отходы различных производств – понятие чрезвычайно дина-

мичное: сегодня они являются отбросами, а завтра приобретают по-

требительную стоимость. Это подтверждает история развития раз-

личных отраслей промышленности.

Важным условием использования, например, отходов от сжи-

гания угля на объектах энергетики, является концентрация отходов.

Переработка этих золоотвалов становится не только экологически,

но и экономически целесообразной, так как в настоящее время

имеются технические решения по использованию этого ресурса.

В условиях современного состояния минерально-сырьевой ба-

зы, когда наблюдается тенденция обеднения вовлекаемых в перера-

ботку месторождений цветных, редких и редкоземельных металлов

возникает необходимость поиска нового нетрадиционного сырья

для их производства.

Проблема комплексного использования минеральных ресурсов

недр связана с объективно существующей их многокомпонентно-

стью, возможностью и целесообразностью совместной выемкой и

последующего разделения многих компонентов.

В принципе, почти любой химический элемент может быть из-

влечён из любого (в том числе и весьма малого) объёма горной по-

роды. Однако такая теоретическая возможность не адекватна эко-

номической целесообразности: извлечение данного химического

элемента может потребовать чрезмерных затрат труда, времени,

энергии, материальных ресурсов.

Закономерно, чем ниже содержание полезного компонента в

минеральном сырье, тем обычно, большие запасы этого сырья об-

наруживаются в одном месторождении. Закономерность опере-

жающего роста запасов при снижении содержания полезного ком-

124

понента используется на практике при проектировании горнодобы-

вающих предприятий. Усреднённая по совокупности действующих

железорудных предприятий взаимосвязь выглядит следующим об-

разом: при снижении содержания железа в рудах КМА с 50 до 20 %

(в 2,5 раза), годовая мощность предприятия увеличивается с 5 до 45

млн. т (или в 9 раз).

Руды, относительно бедные по содержанию отдельных компо-

нентов, но комплексные по своему составу, вовлекаются в про-

мышленное освоение, и это определяется, не только уменьшением

минеральных ресурсов богатых и рядовых месторождений, но и

экономической эффективностью и экологической целесообразно-

стью комплексного использования недр, имея в виду всё возрас-

тающее значение малоотходных и безотходных производств. При-

ведём конкретные примеры. В Кемеровской области

расположено

уникальное Кия – Шалтырское месторождение алюминиевых руд

(уртитов) с годовой добычей 4 млн. т руды, конкретно для руд это-

го месторождения разработана отечественными учёными безотход-

ная технология переработки руд.

Добыча руды ведётся открытым способом, далее руда вместе с

известняками (флюсами) одноименного месторождения поступает в

г. Ачинске на глинозёмный завод, где руды с содержанием Al

25 – 27 % (для сравнения в промышленных бокситах содержание

глинозёма более 40 %) перерабатываются по безотходной техноло-

гии с получением глинозёма, содопродуктов

и цемента, далее гли-

нозём транспортируется в Красноярск, где на алюминиевом комби-

нате получают металлический алюминий.

Более 20 химических элементов извлекают из руд уникального

Норильского медно-никелевого района, на долю которого прихо-

дится около половины мировых запасов и добычи никеля. Руды на-

ряду с основными полезными компонентами Cu и Ni содержат так-

же повышенные концентрации золота, платины и платиноидов, се-

ребра и других полезных компонентов. При отработке Талнахских

руд отдельные блоки содержали промышленные концентрации

платины.

Особенно обширна номенклатура ценных компонентов, содер-

жащихся в рудах полиметаллических месторождений, в частности

из свинцово-цинковых извлекается от 17 – 19 компонентов, в на-

шем регионе известно давно разрабатываемое Салаирское полиме-

таллическое месторождение. Крупными запасами сложного много-

125

компонентного сырья располагает фосфатная промышленность. В

частности в хибинских апатит-нефелиновых рудах общее содержа-

ние полезных минералов достигает почти 98 %, в том числе цен-

нейшие минералы, имеющие большое народнохозяйственное зна-

чение: апатит, нефелин, титаномагнетит, сфен; в состав этих мине-

ралов в общей сложности входит 22 химических элемента, важ-

нейшие из которых – фосфор, алюминий, титан, натрий, калий и др.

При переработке комплексных руд необходимо добиваться

максимального извлечения основных и сопутствующих компонен-

тов. Последние могут извлекаться вместе с основными либо пере-

ходить в промпродукты обогащения, либо входить в состав конеч-

ной продукции, улучшая ее качество. Например, из железных руд,

содержащих титан, ванадий и марганец, выплавляют специальные

сорта сталей, также руды называют природно-легированными. При

рациональном варианте обогащения комплексных руд получают

селективные концентраты. Например, раздельное извлечение фло-

тацией шеелита, молибдена, сульфидной и оксидной меди из руд

скарновых месторождений. При металлургическом переделе мо-

либденовых концентратов извлекают рений и т.д.

Технологические показатели переработки руд зависят также и

от их фазового состава.

Часть минералов, в состав которых входят полезные компонен-

ты, извлекать технически невозможно или экономически не целе-

сообразно. Так при производстве медных концентратов практиче-

ски не извлекаются силикатные и фосфорные минералы меди. При

доменной плавке уходит в шлак силикатное железо.

Основная особенность комплексных производств заключается

в том, что высокая экономическая эффективность комплексного

использования минерального сырья в целом еще не свидетельству-

ет об эффективности извлечения каждого из извлекаемых полезных

компонентов. Высокая эффективность получения нескольких и да-

же одного компонента может перекрыть убытки от извлечения ос-

тальных компонентов сырья. С другой стороны, отказ от извлече-

ния отдельных ценных компонентов комплексного сырья в ряде

случаев может перевести убыточное производство в высокорента-

бельное, следовательно, необходимо определение рационального

круга ценных компонентов сырья, подлежащих извлечению.

126

УДК 533.6.011

ИСТОЧНИКИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

В.Г. Криволапов, П.А. Лысак, А.В. Чулков

Сибирский государственный индустриальный университет

г. Новокузнецк

Для возникновения взрыва в шахте необходима совокупность,

по меньшей мере, трех факторов: наличие достаточных количеств

горючего и окислителя в исходной смеси и источника воспламене-

ния, имеющего запас энергии и температуру, необходимые для её

воспламенения. Кроме того, на процесс возникновения и развития

взрыва существенное влияние оказывают начальные параметры со-

стояния среды (температура, давление и т.п.) и специфические ус-

ловия горных выработок (повышенная шероховатость и запылен-

ность их поверхности, большая влажность рудничной атмосферы,

неравномерность концентраций горючего в исходной смеси по

длине и высоте, загромождённость выработок технологическим

оборудованием).

Окислителем при взрывах в шахтах всегда является кислород

воздуха. Горючими могут быть как простые метановоздушные

смеси, так и сложные смеси горючих газов и угольной пыли с воз-

духом. Наибольшая вероятность появления сложных смесей обыч-

но связана с действием пожара в шахте или является результатом

взрыва однокомпонентной смеси.

Одним из основных факторов возникновения взрыва угольной

пыли в шахтах является источник ее воспламенения, который ха-

рактеризуется: количеством выделяемой энергии, ее концентраци-

ей, интенсивностью выделения энергии и длительностью действия.

По классификации ВостНИИ источники воспламенения разде-

ляются на слабые и сильные [1]. Слабые источники не образуют

выраженной ударной волны и не способствуют переходу отложе-

ний угольной пыли во взвешенное состояние. К слабым источникам

воспламенения относятся: электрические дуги и искры, открытое

пламя горения, нагретые тела (без образования пламени), тепловые

искры.

Сильные источники воспламенения, напротив, вызывают обра-

зование ударной волны и переводят отложения угольной пыли во

взвешенное состояние. При воспламенении от сильных источников

127

обязательно участвуют метан и угольная пыль. К сильным источ-

никам воспламенения относятся:

- фронт пламени взрывов газов (в том числе и метана) и уголь-

ной пыли - наиболее сильный и опасный источник воспламенения,

характеризующийся длительным действием в весьма большом объ-

еме;

- продукты детонации взрывчатых веществ - характеризуются

весьма малым временем действия в ограниченном объеме;

- ударная волна взрывов метана и пыли;

- ударные волны от взрыва конденсированных веществ. Этот

источник возникает при камуфлетном взрывании, когда продукты

детонации задерживаются и не достигают взрывчатой смеси. Ха-

рактеризуется незначительным временем воздействия в ограничен-

ном объеме;

- ударные волны от обрушения больших объемов горной мас-

сы. Незначительное время воздействия при весьма больших объема

рассеивания энергии ударных волн.

Так ведение поисково-спасательных работ после взрыва на

шахте «Ульяновская» было максимально осложнено тем, что при

прохождении воздушно-ударной волны и продуктов взрыва в гор-

ных выработках возникли многочисленные очаги пожара, ликвида-

ция которых была затруднена, т.к. вода в пожарно-оросительном

трубопроводе отсутствовала из-за его разрушения, а отделения

ВГСЧ следовали по своему маршруту с оснащением для оказания

помощи пострадавшим. Очаги пожара были оперативно ликвиди-

рованы отделениями, следующими на спасение людей, с помощью

подручных средств, а именно: сохранившимися исправными огне-

тушителями, инертной пылью, водой из мульд и т.д. К утру

20.03.07 все очаги были потушены и угроза повторных взрывов ли-

квидирована. Всего в ходе ликвидации последствий взрыва в тече-

ние первых суток ликвидировано 14 очагов пожара [2].

Решающим фактором при воспламенении метана и угольной

пыли от сильного источника является температура пламени или

продуктов взрыва, а также продолжительность их действия. При

этом существенное значение имеет соотношение между температу-

рой источника воспламенения и минимальной температурой вос-

пламенения смеси. Последняя для пылевоздушных смесей связана с

выходом летучих.

128

Минимальная температура воспламенения метановоздушных

смесей составляет:

- при адиабатическом сжатии 565°С;

- при контакте с накаленными поверхностями 650°С.

Воспламеняющее действие ударных волн реализуется при ско-

ростях более 1250-1350 м/с, что соответствует температуре за

фронтом ударной волны более 500°С.

Температура фронта пламени взрывов метана и угольной пыли

может достигать 2000-2500°С, температура продуктов детонации

взрывчатых материалов 4500°С.

Температура основного канала разряда при возникновении

электрической дуги достигает 10000°С. Средняя температура элек-

трической дуги и электрической искры составляет 4000°С. Темпе-

ратура открытого пламени спички составляет 1200°С, тлеющей па-

пиросы 600-800°С.

Нагретые поверхности с температурой 1200°С и более вызы-

вают воспламенение метано- и пылевоздушных смесей. Однако

сталь при температурах 1000-1100°С воспламенения смесей воз-

духа с угольной пылью, имеющей минимальную температуру вос-

пламенения 630 °С (V

= 32,4 - 40 %; A

= 4-14,7 %; W

=1,З - 2,4

%), не вызывала даже при большой поверхности контакта со сме-

сью. Температура накаленных поверхностей может превышать

температуру плавления стали (>1500°С); известны, например, слу-

чаи, когда при бурении восстающих скважин с присечкой породы

резцы коронки вплавлялись в породу.

Начальная температура фрикционных искр может достигать

температуры плавления (°С) оксидов истираемых или соударяю-

щихся металлов.

Оксид магния MgO........................................ 2802

Оксид алюминия А1

................................ 2045

Оксид титана ТiO

......................................... 1855

Оксид железа Fe

....................................... 1583

Оксид меди СuО .......................................... 977

При оценке действия источника воспламенения на взрыв пыли

следует учитывать период индукции, т.е. время с момента ввода ис-

точника воспламенения в пылевое облако до его взрыва. Это время

зависит от ряда факторов: компонентов смеси, их концентрации,

температуры и давления смеси.

129

По данным ВостНИИ [1] наименьшей длительностью действия

отличаются ударные волны (10

-7

- 10

-3

с). Весьма малое время дей-

ствия характеризует продукты детонации и электрические искры

(10

-6

- 10

-2

с). Более длительное время действуют электрические ду-

ги и фронт пламени взрывов газа (метана) и угольной пыли (10

-4

- 1

с). Максимальным временем отличается действие открытого пла-

мени горения нагретых тел.

Библиогафический список

1. Мясников А.А., Старков С.П., Чикунов В.И. Предупреждение

взрывов газа и пыли в угольных шахтах.- М.: Недра, 1985.- 205 с.

Об аварии в филиале «Шахта Ульяновская» ОАО «ОУК

«Южкузбассуголь». Приказ от 5 июля 2007 г. N 451 Федеральная

служба по экологическому, технологическому и атомному надзору

УДК 622.831:539.3:622.41:533.6

ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШАХТНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ

ПОДВИГАНИИ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

В.Г. Криволапов, Ю.М. Говорухин

Сибирский государственный индустриальный университет

г. Новокузнецк

Безопасность подземных горных работ напрямую зависит от

надежного контроля газовыделения в горные выработки, в том чис-

ле из выработанного пространства, а так же возможности прогно-

зирования различных газодинамических явлений.

Современные механизированные комплексы оборудуют мано-

метрами, позволяющими осуществлять наблюдения за изменением

давления в гидросистемах секций, в том числе и в гидравлических

стойках. Существует опыт использования данных об изменении

давления в стойках крепи с целью прогнозирования возможных га-

зодинамических проявлений горного давления, а так же анализа ре-

акции крепи и массива на работу добычной машины. Данная ин-

формация может быть использована для контроля зависаний кров-

ли в выработанном пространстве, что является актуальным в связи

130

с последними взрывами метана вследствие обрушения пород кров-

ли [1].

Так же в настоящее время шахты оборудуют автоматизирован-

ными стационарными комплексами аэрогазового контроля, с по-

мощью которых осуществляется непрерывный контроль парамет-

ров рудничной атмосферы (Davis Darby, Granch и т.д.).

На основании изменения давления в стойках крепи и измене-

ний параметров рудничной атмосферы ставится вопрос о возмож-

ности прогнозирования газодинамических явлений при неравно-

мерном подвигании очистного забоя при отработке свиты пластов.

В качестве объекта наблюдения выбран выемочный участок 16-

17 филиала «шахта «Абашевская» ОАО ОУК «Южкузбассуголь».

Длина выемочного столба составляет 1450 м, длина очистного

забоя 267 м, мощность пласта 1,36 - 1,73 м, вынимаемая мощность

пласта 1,77 м, глубина участка от поверхности 430 – 660 м, угол

падения пласта 0-13

, гипсометрия пласта волнистая, коэффициент

крепости угля

f =1,26. Схема проветривания выемочного участка

комбинированная с управлением газовыделением через выработан-

ное пространство [2].

Выемочный участок оборудован механизированным комплек-

сом фирмы DBT (крепь DBT 1100/2300) со струговой установкой

скользящего действия типа GH 9-38ve/5,7, а так же стационарным

комплексом аэрогазового контроля Davis Derby.

В комплексно-механизированном очистном забое 16-17 смон-

тировано 153 рабочих секции и 4 секции сопряжения. Для оценки

динамики опорного горного давления предлагается рассматривать

изменение давления в гидростойках секций крепи, которое регист-

рируется с помощью манометра, установленного на обратном кла-

пане стойки. Максимальное давление гидростойки крепи составля-

ет до 60 МПа. Так же на стойках установлены клапаны избыточно-

го давления, которые срабатывают, при превышении максимально-

го давления[3].

Вся информация с механизированного комплекса поступает на

поверхностный компьютер, где параметры его состояния отобра-

жаются в интерфейсе программы PMC-R. Все полученные данные

сохраняются в log-файлы за каждые сутки работы.

Интерфейс программы предоставляет следующую информа-

цию: