Фазовые переходы минерального вещества в процессе предподготовки медно-колчеданных руд к отработке

Рыльникова Марина Владимировна; Горбатова Елена Александровна; Маннанов Рашит Шавкатович

зависимости для определения результирующих напряжений от взрыва адин и горного давления ах, ау, а7.

Характер распределения напряжений адиН при различном нагружении представлен на рис. 2-40ценка зоны разрушающего действия взрыва производилась по условию превышения действующих напряжений над пределом прочности пород на растяжение, который принят 20 МПа. При этом за линию наименьшего сопротивления ^принята зона разрушения в направлении открытой поверхности, а за расстояние между скважинами а - двойной размер зоны разрушения по линии расположения зарядов.

Выявлено, что наименьший объем разрушений соответствует случаю “зажатой” среды, когда статические напряжения являются максимальными, наибольший - случаю без горизонтальной нагрузки.

Как видно из рис. 2, 3 горизонтальные напряжения ухудшают действие взрыва, причем именно в том направлении, по какой компоненте они действуют. Из рис.4 видно, что в условиях действия вертикального давления и отсутствия горизонтальных сил картина изолиний симметрична, и с увеличением вертикальных напряжений эта закономерность остается, но размеры зоны уменьшаются, что под-

тверждает промышленные наблюдения об ухудшении действия взрыва с глубиной.

Область “критических” (разрушающих) напряжений во всех случаях не превышает 20 радиусов заряда, и, с увеличением нагрузки уменьшается. Графики изменения параметров заряда показаны на рис. 5.

Анализ результатов моделирования позволил вывести зависимости для определения результирующих действующих в массиве напряжений:

- в направлении очистного пространства

а^ = (0,982ах • 0,995ау • 0,991аг )• 107,79, (2)

- вдоль выработанного пространства

а“ =(0,988ах • 0,988ау • 0,993°г)• 109,32 •а (3)

дин \ ’ ’ 5 / 5 дин

где ах, ау, а7 - действующие в массиве напряжения, МПа; адин = ап - давление на стенки скважины, МПа.

Т.к. нельзя говорить о влиянии на показатели отбойки только одной компоненты напряжений, когда они действуют в совокупности, то полученные зависимости позволят оценить параметры зоны разрушения при взрыве и определить оптимальные при известном горном давлении параметры расположения зарядов.

1. Тимошенко С.П. Теория упругости. М„ ОНТИ, 1937.

2. Уфлянд Я.С. Биполярные координаты в теории упругости. - М., ГТТИ, 1950.

3. Гутман С.Г. К расчету тоннелей. «Известия научно-исследова-

тельского ин-та гидротехники», 1939, т. 25.

4. Станюкович К.П. Неустано-вившиеся движения сплошной среды. Гостехиздат, 1958.

5. Лапин В.А. Исследование влияния напряженно-деформиро-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ванного состояния массива отбиваемого слоя на размеры зоны разрушения. Магнитогорск. Сб. научн. трудов “Разработка мощных рудных месторождений”, 2000.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Лапин В.А. - Магнитогорский государственный технический университет.

лансовые руды и обеспечить выемку маломощных выклинивающихся участков залежей. Поэтому для повышения эффективности комплексного освоения месторождений необходимо рассматривать недра Земли не только как источник минерального сырья с точки зрения изъятия и утилизации, но и как природный многофункциональный ресурс, находящийся в процессе постоВ настоящее время происходит истощение мине- янного преобразоваНия. Испоёь-

рально-сырьевой базы. Современные геотехнологии зование ресурсов недр предп°лагает управёение их

не позволяют вовлечь в отработку бедные и заба- состоянием и функциональным назначением. Для

УАК 622.343.002:550.32

М.В. Рыльникова, Е.А. Горбатова, Р.Ш. Маннанов

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОАЫ МИНЕРАЛЬНОГО ВЕЩЕСТВА

В ПРОЦЕССЕ ПРЕАПОАГОТОВКИ

МЕАНО-КОЛЧЕААННЫХ РУА К ОТРАБОТКЕ

Таблица 1

КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СООТНОШЕНИЕ МЕАНО-КОЛЧЕААННЫХ РУА СИБАЙСКОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ

Типы руд Массовая доля, %

халькопирит сфалерит пирит пирротин магнетит нерудные минералы

Халькопирит-пиритовые 3 - 82 - - 15

Халькопирит-пирротиновые 1-20 - 5-50 5-80 0-25 -

Магнетит-пирротиновые 1 - 4 20 31 40

Халькопирит-сфалерит- пирротиновые 1-20 2-35 50-95 - - 5-20

решения этой задачи нужно усовершенствовать геотехнологии предподготовки руды, которые производят целенаправленное изменение условий залегания, агрегатного состояния и качества геологических и техногенных образований и создают новые виды ресурсов либо переводят потенциальные ресурсы в реальные.

В основе совершенствования геотехнологий предподготовки руд лежат фазовые переходы минерального вещества. Прежде всего это процессы миграции и концентрации вещества, рассеянного в пространстве, а также изменение его исходного качества. Таким образом, физико-химические геотехнологии предусматривают не количественное получение нового, а качественное преобразование имеющегося вещества в недрах.

Целью данной работы является изучение фазовых переходов минерального вещества в процессе предподготовки медно-колчеданных руд к отработке на примере Сибайского месторождения.

Качественные изменения этих руд включает в себя растворение и перераспределение рассеянного вещества в массиве и его аккумуляцию на рудах с последующим их химическим взаимодействием. В этом случае медные руды могут выступить в роле геохимического барьера, т.е. при прохождении минерализованной воды через рудное тело происходит значительное уменьшение интенсивности водной миграции химического элемента и увеличение его концентрации в твердой фазе.

Начальный этап преобразования медноколчеданных руд предусматривает изучение их вещественного состава и количественного соотношения минералов этих руд. Исследования медных руд Сибайского месторождения приведены в табл. 1.

Анализ минерального состава медно-колчеданных руд показал, что одними из главных рудообразующих минералов являются пирит и пирротин. В свою очередь по экспериментальным данным известно, что при повышении температуры до 450 0С структура пирита становиться нестабильной и переходит в более устойчивую дефектную структуру пирротина. В природе этот процесс наблюдается при самовозгорании пирита, когда под воздействием кислорода воздуха пирит окисляется с выделением теплоты равной 615820 кал. [1].

В условиях физико-химической геотехнологии в настоящее время создание высоких температур и давлений не представляется возможным, поэтому был рассмотрен вариант предподготовки медноколчеданных руд как преобразование главных рудообразующих минералов - пирита и пирротина при

взаимодействии с минерализованными водами богатыми растворенными сульфатами меди. В качестве минерализованных вод в природных условиях рекомендуется использовать насыщенные медьсодержащие стоки, образовавшиеся при освоении месторождений руд цветных металлов. Содержание меди в них достигает 50-500 мг/дм3. При этом по данным Башкирского медно-серного комбината отмечается, что ежегодно в близлежащие к производству водоемы комбинатом сбрасывается до 210 т растворенной меди.

Характер взаимодействия минерализованных вод с сульфидной массой и отложения меди из раствора с образованием устойчивых минеральных образований определены серией опытов сотрудниками МГТУ, а результаты анализов предоставлены химической лабораторией ОАО БМСК.

В опытах использовали навески природного пирита, обоженного пирита и пирротина массой по 100 г класса крупности 0,074 мм, смешанные с модельным раствором медного купороса, концентрацией 0,6 г/дм3. Результаты опыта снимались через 1 час, 5 суток и определялись растворы на содержание меди. Результаты опыта приведены в табл. 2.

Таблица 2

КОЛИЧЕСТВО МЕАИ (%), ВСТУПИВШЕЕ В РЕАКЦИЮ С МЕАНО-КОЛ ЧЕААННЫМИ РУААМИ СИБАЙСКОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ

Материал Продолжительность опыта

1 час 5 суток

Природный пирит 0,38 0,28

Обоженный пирит 1,31 1,43

Пирротин 1,68 2,32

Результаты опыта показали, что обожженный пирит и пирротин интенсивнее вступают в реакцию с сульфатом меди, чем природный пирит. Это объясняется дефектной кристаллической структурой пирротина, в которой часть позиций Б2- вакантны. Эти вакансии располагаться статически и могут заполняться другими химическими элементами.

Отложение меди из раствора при взаимодействии сульфидов с СиБ04 происходит с формированием устойчивой твердой фазы [2]. Пирит под воздействием сульфата меди переходит в ковеллин

4РеБ2+7 СиБ04 +4 Н20 = 7СиБ+4 РеБ04 +4Н2Б04, (1)

а пирротин преобразуется в халькопирит

РеБ + СиБ04 = СиРеБ2 + РеБ04. (2)

Вторичные минералы образует реакционные каемки замещения на границах зерен пирита и пирротина, а также заполняют прожилки секущие эти зерна.

Таким образом, предподготовка медно-колчеданных руд на примере Сибайского месторождения возможна при качественном изменении главных рудо-

образующих минералов, таких как обоженный пирит и пирротин. Основной способ преобразования руд является взаимодействие сульфатов меди с рудной массой при направленной подачи минерализованных вод. В результате этого взаимодействия образуются ковеллин и халькопирит.

--------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОгиевскийВ.М. Рудничная вентиляция, освещение и борьба с рудничными пожарами. - С.: Металлургиздат, 1958.

2. Смирнов С.С. Зоны окисления сульфидных месторождений. - М.-Л.: Изд-во Ак. наук СССР, 1955.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------------

Рыльникова Марина Владимировна - профессор, доктор технических наук, зав. лабораторией геомеханики ИПКОН. Маннанов Рашит Шавкатович - кандидат технических наук, ст. преподаватель, Магнитогорский государственный технический университет.

Горбатова Елена Александровна - аспирант, Магнитогорский государственный технический университет.

УАК 622.235^622.28

Р.Ш. Маннанов, А.В. Сараскин

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АИНАМИ ЧЕСКИХ НАГРУЗОК НА УСТОЙЧИВОСТЬ ВЫРАБОТОК АНИЩ ОЧИСТНЫХ БЛОКОВ

ар^ктерной особенностью современного этапа развития подземных горных работ на рудниках является интенсивное увеличение глубины разработки, усложнение горно-геологических и горнотехнических условий, что существенно затрудняет реализацию прогрессивных технологий добычи. Чаще наблюдаются случаи преждевременного разрушения подготовительно-нарезных, выпускных выработок в основаниях очистных блоков, что повышает вероятность возникновения аварийных ситуаций. Отработка днищ блоков, в которых сосредоточено до 30^50% запасов блока, сопряжена со значительными техническими и организационными трудностями и характеризуется повышенными потерями руды ввиду их высокой нарушенности. Особенно остро эти проблемы стоят на медно-колчеданных месторождениях с пологопадающими, наклонными рудными телами и невыдержанной морфологией, чаще всего отраба-

тываемые этажно-камерными системами с закладкой.

Эксплуатационные свойства и состояние подготовительно-нарезных выработок днищ блоков в значительной мере определяется действием взрывных работ, интенсивностью проявления горного давления, степенью истирания поверхности рудоприемных и выпускных выработок. Производство очистных работ связано с проведением взрывов по отбойке рудного массива в камерах и вторичному дроблению негабаритов непосредственно в выработках днища блоков. Разрушительное воздействие взрывов на несущие элементы днищ блоков вызывают обрушения, откольные явления на обнажениях, осложняют ведение очистных работ. Поэтому вопросы устойчивости подземных выработок, несущих элементов не могут быть решены без количественной оценки степени воздействия динамических нагрузок от взрывов. Учитывая большие объемы массовых взрывов, особенности напряженного состояния массива пород днища блока, вопросы сейсмобезопасности могут быть ограничивающим фактором при расчетах прочности. Это обуславливает необходимость расчета безопасных объемов ВВ с точки зрения сейсмического воздействия на элементы систем разработок [2, 3, 5, 7].

Анализ состояния изученности вопросов влияния сейсмоэффекта технологических взрывов на устой-

Текст научной работы на тему «Фазовые переходы минерального вещества в процессе предподготовки медно-колчеданных руд к отработке»