Том 278

Представлены результаты моделирования полей напряжений и анализа прочности породного массива на участке Енисейский (Красноярский край), выбранного для строительства подземной исследовательской лаборатории. Обоснованы варианты граничных условий нагружения моделей по ее границам, результаты моделирования распределения компонент тензора напряжений для четырех вариантов нагружения и оценка стабильности массива с использованием известных моделей прочностного анализа Хука – Брауна, Кулона – Мора, Мизеса и др. Определены закономерности распределения полей напряжений в массиве и отличия, связанные с тектоническими условиями района. Установлено, что локализация зон концентрации интенсивности напряжений зависит от соотношения компонент главных действующих напряжений. Ориентация сжатия в субмеридиональном направлении приводит к росту интенсивности напряжений на 10-15 % относительно иных вариантов моделирования. Зоны аномальных значений интенсивности напряжений расположены внутри блоков, а также в лежачих крыльях тектонических разломов. Модели характеризуются высокими значениями потенциальной энергии формоизменения в зонах разломов (как участков массива, наиболее легко поддающихся деформированию) и их пересечений. Трехмерное моделирование позволяет обнаружить эффекты, которые слабо проявляются в моделях плоского деформированного состояния. Результаты геомеханического моделирования необходимы при планировании экспериментов в подземной исследовательской лаборатории для уточнения изоляционных свойств породного массива при захоронении высокоактивных радиоактивных отходов. Методические подходы трехмерного моделирования применяются геомеханическими и геотехническими службами промышленных предприятий и других опасных производственных объектов (подземные хранилища газа, месторождения полезных ископаемых и др.).

Более полное извлечение полезных ископаемых из недр путем снижения их потерь актуализирует задачи совершенствования математических моделей объектов разработки. Цель данной работы – создание геометрических моделей типовых сложноструктурных блоков (ССБ), которые можно распространить на реальные ССБ. Они базируются на горно-геологических моделях виртуальных (типовых) сложноструктурных рудных блоков уступа, состоящих из разрозненных сплошных (первый тип) и рассредоточенных (второй тип) рудных тел. Ключевыми параметрами этих блоков являются координаты характерных точек разрозненных сплошных и рассредоточенных рудных тел, длины отрезков контактных линий рудных тел с вмещающими породами, площади рудных тел на разрезах ССБ. Они определяют горно-геологические характеристики этих объектов – рудонасыщенность, сложность геолого-морфологического строения блока. Эти характеристики аналитически взаимосвязаны с геометрическими параметрами разрозненных рудных тел и размерами слоя примешиваемой породы или теряемой руды, положены в основу методики расчета численных значений геометрических моделей ССБ и горно-геологических характеристик рудных тел и блока в целом. Создана компьютерная программа для автоматизированного определения геометрических характеристик ССБ по заданным начальным ключевым параметрам сложноструктурных блоков. Рассмотрен пример расчета этих характеристик для типовых сложноструктурных блоков, показана значимость результатов исследований при разработке ССБ. Предлагаемая методика расчета ключевых характеристик геометрических моделей ССБ является информационной основой для принятия решений по экономичной и экологичной разработке сложноструктурных блоков уступов. Результаты исследований можно использовать при эксплуатации реальных сложноструктурных месторождений для существенного уменьшения потерь и разубоживания полезных ископаемых.

Опасность горных ударов на Хибинских месторождениях в значительной степени обусловлена их блоковым строением и природным гравитационно-тектоническим полем напряжений в массиве. Детализированный анализ задокументированных случаев горных ударов на месторождениях Кольского п-ова позволил разработать классификацию геодинамических событий по механизму их возникновения. В ходе анализа было установлено, что в период 1980-2024 гг. 40 % всех горных ударов были приурочены к геологическим нарушениям с высокой прочностью материала-заполнителя. Такие геодинамические события происходят в результате активации комбинированного механизма. Причиной геодинамического события в этом случае является сочетание структурных нарушений массива скальных пород с высоким уровнем тектонических напряжений. Важным критерием удароопасности в районе геологических нарушений в высоконапряженных массивах является их относительная жесткость, а следовательно, и степень трещиноватости применительно к натурным условиям массива горных пород. Механизм такого класса горных ударов может быть описан в рамках теории жестких прессов. По результатам исследований обоснована необходимость уделять серьезное внимание разработке специальных мероприятий для предотвращения или минимизации риска возникновения геодинамических событий при приближении к тектоническим нарушениям с высокой прочностью материала-заполнителя очистных и подготовительных выработок.

Фторсодержащие сточные воды – одна из главных проблем добывающей и перерабатывающей промышленностей. Добыча, обогащение, сернокислотное вскрытие апатитового концентрата – все эти процессы сопровождаются образованием огромного количества сточных вод с повышенным содержанием фторидов, которые представляют серьезную опасность для окружающей среды. Традиционные методы не всегда позволяют достичь требуемых нормативов сброса, что в свою очередь диктует необходимость поиска альтернативных реагентов. Основной целью данной работы является оценка возможности использования отходов горно-металлургического комплекса (фосфомел, магнезиальный лом, пыль установок газоочистки) в качестве реагентов-осадителей первого этапа удаления фторид-ионов с последующей доочисткой комплексными титансодержащими коагулянтами. Проведены эксперименты по подбору реагентов и их дозировок, применение которых позволит достичь наименьших остаточных концентраций фторидов в воде. Установлено, что применение гидроксидов кальция/магния не позволяет достигать нормативов по остаточному содержанию фторид-аниона. Определено, что для достижения максимальной эффективности осаждения необходим 30 %-ный избыток реагентов-осадителей. Доказана возможность применения крупнотоннажных минеральных отходов в качестве реагента-осадителя фторид-иона, при этом эффективность очистки составила 94 % для фосфомела, 90 % для лома магнезиальных огнеупоров и 99 % для установок газоочистки. Доказана эффективность применения комплексных титансодержащих коагулянтов для дефторивания воды по сравнению с традиционными коагулянтами (оксихлорид/сульфат алюминия). Применение комплексного реагента позволяет не только существенно сократить расход коагулянта и минимизировать остаточное содержание фторид-аниона, но и существенно интенсифицировать процессы седиментации (в 1,5-1,75 раза) и фильтрации (1,25-1,5 раза) коагуляционных шламов. Разработанная концепт-схема дефторирования сточных вод с использованием крупнотоннажных отходов и комплексных титансодержащих реагентов позволяет существенно снизить уровень негативного воздействия на окружающую среду и сделать шаг к реализации концепции экономики замкнутого цикла.