CC BY
18
15. Accuracy enhancement of GPS time series using principal component analysis and block spatial filtering / X. He [Etc.] // Advances in Space Re-search. 2015. Vol. 55, Issue 5. March. P. 1316-1327.
16. Review of current GPS methodologies for producing accurate time series and their error sources / X. He [Etc.] // Journal of Geodynamics. 2017. Vol. 106. May. P. 12-29.
17. Kachkanar Pyroxenites / V. G. Fomin, P. I. Samoylov, G. S. Maksimov, V. A. Makarov. Sverdlovsk: Ural. Phil. USSR Academy of Sciences, 1967, 84 p.
18. The base of experimental data on the characteristics of modern geodynamic movements / A. D. Sashurin [et al.] // applicant and owner of the Institute of mining UB RAS (IGD Uro RAS). №2014620345.
19. Kuzmin Yu. O. Modern geodynamics: from movements of the earth's crust to monitoring of responsible objects // Physics of the Earth. 2019. No. 1. S. 78 to 103.
УДК 622.822.22
ОЦЕНКА ВЗАИМОСВЯЗИ САМОВОЗГОРАНИЯ ПОРОД С ДЕФОРМАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
КОЛЧЕДАННЫХ РУД
М.В. Рыльникова, Д.Н. Радченко, Г.И. Айнбиндер, Е.Н. Есина
На протяжении десятилетий и столетий происходит самовозгорание полезных ископаемых, что приводит к значительному материальному, экономическому и экологическому ущербу. При техногенном воздействии на недра создаются условия для активного развития и раскрытия трещин в результате деформирования массива горных пород, под влиянием его открытой и подземной подработки и. как результат, возникновение условия для активного проникновения кислорода воздуха из системы рудничной вентиляции и атмосферы поверхности по образованным в результате деформирования трещинам к серосодержащим минералам руд и пород, склонных к окислению и самовозгоранию. Проанализирован механизм самовозгорания колчеданных пород в массиве горных пород при разработке месторождений. Доказано, что при комбинированной разработке месторождений колчеданных руд экзогенные физико-химические процессы необходимо рассматривать во взаимосвязи с геомеханическими процессами, обусловленными развитием горных работ за контуром карьера, аэрогазодинамическими, определяемыми способом, схемой и системой вентиляции подземного рудника, а также теплофизическими процессами, происходящими в результате экзотермического окисления сульфидов. Выполненным анализом влияния деформационных процессов на окисление и самовозгорание колчеданных руд и пород установлено, что наибольшую опасность представляют ситуации возгорания руд в массиве, интенсивно нарушенном системами трещин, причем длительность инкубационного периода до начала интенсивного горения зависит от большого количества факторов и может распространяться далеко в глубь массива, по мере раскрытия трещин, повышая температуру и, как следствие, пористость в массиве горящих пород в результате выделения газообразных продуктов реакции окисления.
Ключевые слова: месторождения колчеданных руд, комбинированная геотехнология, деформации, окисление, раскрытие трещин, воздушные потоки, самовозгорание, потеря массы, пористость.
Введение
Актуальность проблемы самовозгорания руд в настоящее время возросла не только в России, но и за рубежом, так как произошли неизбежные изменения в минерально-сырьевой базе ведущих мировых продуцентов металлов [1-4]. Причем процесс окисления и самовозгорания сульфидов трудно прогнозировать и не всегда имеется возможность предсказать. В нарушенном массиве месторождения в недрах Земли не возникает условий для развития процессов окисления и самовозгорания пород. Они возникают только при техногенном преобразовании недр, причем чаще при подземном и комбинированном способах разработки месторождений. Это связано с тем, что именно при осуществлении этих способов создаются условия для активного развития и раскрытия трещин в результате деформирования массива горных пород, под влиянием подземной подработки и, как результат, возникают условия для активного проникновения кислорода воздуха из системы рудничной вентиляции и атмосферы поверхности по образованным в результате деформирования трещинам к минералам руд и пород, склонных к окислению и самовозгоранию.
Механизм самовозгорания колчеданных пород в массиве горных пород при разработке месторождений
Механизм самовозгорания колчеданных пород в массиве горных пород при разработке месторождений определяется закономерностями течения химических реакций во взаимосвязи с деформационными и аэрогазодинамическими процессами, происходящими исключительно в техно-генно нарушенном массиве либо в навале разрушенных пород [5-8].
Важно также отметить, что при наличии общности в развитии процессов возгорания углей и колчеданных пород имеются явные отличительные признаки [9]. Возгорание углей связано с процессом сорбции кислорода на поверхности угля. При развитии процесса окисления в сульфидах кислород непосредственно вступает в реакцию окисления с формированием эффекта «топки». Это и определяет большую сложность борьбы с эндогенными пожарами при разработке месторождений колчеданных руд. Происходит изменение массы твердой фазы, сульфиды переходят в новые окислительные формы. При этом десорбция невозможна. Окисление происходит даже при полном подтоплении массива горящего массива сульфидов водой. В этом принципиальное отличие механизма возникновения эндогенных пожаров на месторождениях колчеданных руд.
Однако общим является необходимость рассмотрения во взаимосвязи течения химических реакций, развития деформационных, аэрогазо-
динамических и теплофизических процессов при разработке месторождений твердых полезных ископаемых, склонных к самовозгоранию [10-12].
При комбинированной открыто-подземной разработке месторождений возникает сложное поле напряжений и деформаций, связанное с развитием знакопеременной нагрузки под влиянием подработки массива открытыми и подземными горными выработками. Важно, что устойчивость бортов карьера, определение их предельных углов откоса и глубины при проектировании открытых горных работ, как правило, ведется без учета ослабляющего влияния последующей подземной подработки.
В результате развития подземных работ при выемке руды за предельным контуром в бортах и основании карьера происходит разгрузка призмы упора в основании бортов и, как следствие, рост деформаций с раскрытием имеющихся и появлением новых техногенных трещин, которые становятся активными каналами связи подземного рудника с атмосферой поверхности. По этим каналам происходит движение кислорода воздуха в случае раскрытия трещин по минералам сульфидосодержащих пород, в результате их контакта с кислородом инициируется развитие экзотермических процессов разогрева и самовозгорания сульфидов. Именно поэтому при комбинированной разработке месторождений колчеданных руд экзогенные физико-химические процессы необходимо рассматривать во взаимосвязи с геомеханическими, обусловленными развитием горных работ за предельным контуром карьера, а также аэрогазодинамическими, определяемыми способом, схемой и системой вентиляции подземного рудника, и геотехнологическими, связанными с техногенным преобразованием недр в результате реализации принятых в проекте технологических решений.
Анализ влияния деформационных процессов на окисление и самовозгорание колчеданных руд и пород
В массиве сульфидных руд за контуром карьера при переходе от открытых горных работ к подземным наибольшим риском возгорания характеризуется пирит, чистые модификации которого могут содержать до 53,4 % серы (FeS2). К таким минералам также относят пирротин ^е^п+О. Кроме этого, из опыта ведения пирометаллургических процессов известно, что даже содержание 6.. .8 % сульфидной серы в шихте агломерирующего обжига достаточно для развития процессов окисления. Следует отметить, что и халькопирит, и сфалерит, содержание которых в горном массиве за контуром карьеров по добыче колчеданных руд велико, также являются инициаторами процессов окисления и участвуют в окислительном обжиге с выделением SO2.
При нагревании пирит диссоциирует по реакции:
Бе82 = БеБ + ^ 82. (1)
В условиях окислительного обжига диссоциация пирита протекает достаточно быстро и практически полностью. Благодаря диссоциации и
способности растрескиваться пирит является легко окисляющимся сульфидом. Природу такого техногенного изменения полностью объясняют данные современных научных исследований, в ходе которых оценены внешний вид и состав поверхности пирита, рассмотренной под сканирующим электронным микроскопом[13]. По результатам микрозондового анализа установлено, что стадиальные изменения химического состава суль-фидосодержащих минералов происходят от поверхности в глубь объема твердой фазы.
Конечные реакции обжига сульфидов железа представлены следу-
ющими химическими реакциями:
4FeS2 + IIO2 = 2Fe 2O3 + 8SO2 Т+ 815.2 Kcal; (2)
3FeS2 + 8O2 = Fe 3O4 + 6SO2 T+ 1140Kcal; (з)
FeS2 + 3O2 = Fe3O4 + SO2 T+500 Kcal; (4)
7FeS2 + 6O2 = FeyS8 + 6SO2 T (5)
4FeyS8 +53O2 = 14Fe2O3 + 32SO2 T (б)
3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5 (2FeO • SiO2) + SO2. (7)
16Fe2O3 + FeS2 = 11Fe 3O4 + 2SO2 T; (8)
10Fe2O3+ FeS = 7Fe3O4 + SO2T. (9)
Очевидно, что такие фазовые превращения зависят от температуры среды, а образующиеся продукты реакции определяются температурой нагрева сульфидов.
Анализ вышеприведенных реакций диссоциации пирита с образованием элементной серы свидетельствует, что фазовые переходы зависят от количества серы, участвующей в реакции, и определяются температурой среды.
Анализ последовательности химических превращений убедительно свидетельствует, что при температуре свыше 900 °С формируется гематит, который ранее при производстве из пиритного концентрата серной кислоты использовался в качестве железной руды, а также в кирпичной, лакокрасочной и цементной промышленности. При температуре свыше 650 °С оксид железа (III) связывает в ферриты оксиды Fe(II), Си, Zn, Pb, Ni, Co, Cd, образуя соединения типа nМeО•mFe 2О 3. Последние и способствуют спеканию минеральной массы и уменьшают, в частности, улетучивание вредных примесей - свинца, кадмия, таллия в газовой фазе.
Для оценки поведения массивов колчеданных руд и пород в борту карьера при комбинированной разработке, в соответствии с вышеописанными механизмами выполнено экспериментальное изучение окислительных процессов в очагах горения сульфидных руд и пород.
Естественный процесс окисления сульфидов начинается после того, как колчеданное месторождение вскрыто выработками и развивается по мере поступления кислорода из рудничной атмосферы в техногенно нарушенные массивы колчеданных руд и пород, интенсифицируясь по мере нарастания температуры [14-16]. Эндогенные пожары возникают чаще
всего там, где в руде не менее 80.85 % сульфидов металлов, что соответствует содержанию 40.45 % серы и выше. Однако после инициирования горения экзотермический процесс может протекать и при весьма низком содержании серы. Косвенно об этом можно судить по исследованиям в области взрывчатости сульфидной пыли. Так, в Австралии к взрывоопасной относится пыль с содержанием серы 18 % [13]. Зарождение и развитие окислительных процессов связаны с движением кислорода воздуха и инициируются системой вентиляции подземного рудника в техногенно измененном нарушенном массиве горных пород
Согласно условиям комбинированной открыто-подземной разработки месторождений многокомпонентных сульфидных руд определены 3 принципиально различных сценария возникновения и поступления воздуха из подземного рудника в техногенно нарушенный массив за предельным контуром карьера:
- по единичным трещинам, сформированным в результате развития природных и техногенных деформационных процессов в прикарьерном массиве;
- по сформировавшимся в результате развития деформационных процессов системам единичных либо хаотически расположенных трещин в при карьерном массиве за контуром борта карьера;
- по пустотам обрушенной горной массы в бортах и основании карьера, оставленной при затухании открытых горных работ и сформировавшейся в результате обращения колчеданных руд и пород за предельным контуром в бортах карьера.
Сценарии, связанные с вероятностью формирования единичных трещин и отслоений по плоскостям напластования, определены на основании установленного факта, что при завершении эксплуатации карьера происходит накопление сдвигающих напряжений в массиве, слагающем его борта, которое приводит к развитию деформаций, смещениям и раскрытию систем трещин, как следствие этого, происходят:
- активизация аэродинамических связей между подземными горными выработками и пространством карьера, что в значительной мере определяет интенсификацию окислительных процессов в массивах техно-геннонарушенных сульфидных руд и пород;
- развитие деформационных процессов, приводящих к обрушению руд и пород и механическому перекрытию ранее пройденных в борту неподдерживаемых выработок, штолен и, как следствие, исключению доступа людей и оборудования в карьер.
Сценарий, определенный просачиванием воздуха из системы вентиляции подземного рудника в карьер через массив обрушенных руд и пород в бортах и основании карьера, обусловлен активным развитием трещин, обрушением колчеданных руд и пород в приоткосной части бортов и оставлением некондиционных отбитых руд и пород в подземных камерах,
в оставленных рудных и породных целиках и в потолочине в основании карьера.
Согласно принятой методике моделирования аэродинамическая связь открытых и подземных горных выработок рассматривалась также в качестве механизма переноса и отвода тепла от окисляемых пород, обладающих высоким тепловым потенциалом.
В соответствии с принятой методикой моделирование движения поступления воздуха в горном массиве в среде ЛКБУБ потоковая симуляция включает выполнение последовательных этапов:
- создание ЭБ-моделей для развития трех сценариев по вышеописанным механизмам проникновения кислорода воздуха к очагам горения: наличие одиночной трещины, системы сопряженных трещин либо развитие систем хаотически расположенных трещин и в навале обрушенных колчеданных пород;
- установление характеристик эталонных пористых тел, имитирующих массив серного колчедана, медно-цинковых, медно-колчеданных либо смешанных колчеданных руд. Пример диаграммы пористого тела с различным воздушным сопротивлением при перепаде давления и объемном расходе воздушного потока 0,01 м /с представлен на рис. 1;
- задание граничных условий для потоковой симуляции: объемный расход воздуха на входе в соответствии с задаваемой величиной «проскока» в карьер воздушной струи с варьированием атмосферного давления на выходе воздушной струи в карьер, начальной и конечной температуры воздушного потока.
а
1 м
013 067 0 90 О 33 017 0
/
/
/
/
/
/
0 00011 0.0007 0 01
0 0017 0 005 0 0084
ОФънмьи VI-"--
$00
4 17
3 33 2 50 1.вТ 0 83 О
б
г>1
в
/
/1
/
/
/
/
О О 0033 0 0007 0 01
00017 0 00! О 00«3
10 00 933 0.07 9 00 3 33 1.07 О
П*р«гчщ ¿и"«- т
/
/
/
/
/
/
0 0 0033 0.0047 0 01
0 0017 0.00 9 0 0083
Объаикмй -«.г.-
Рис. 1. Характеристики эталонных пористых тел различного воздушного сопротивления, обеспечивающих перепад давления при объемном расходе 0,01 м3/с и давлении: а -1 Па; б - 5 Па; в -10 Па
Установлено, что при проскоке воздуха в карьер из подземного рудника по единичной открытой трещине разогрев массива не происходит. Поэтому в целях изыскания условий, при которых возможен разогрев массива по высоте трещины рассмотрено пористое тело, имитирующее пережим трещины - уменьшение площади сечения, перегиб, разветвление (рис. 2). Определено, что при поступлении воздуха по трещинам, имеющим достаточное раскрытие в нижней части массива, но сужающимся в средней части массива по высоте, трещины в сульфидном массиве условно разделяются на три зоны - отвода тепла, активного нагрева и горения. Зона отвода тепла относится к наиболее холодному воздуху в вентиляционной сети подземного рудника. В месте пережима снижается скорость воздушной струи, наблюдается разогрев массива. Вероятно, что в такой горнотехнической ситуации темп накопления тепла в результате реализации окислительных процессов начинает превосходить темп его отвода под воздействием охлаждения вентиляционной воздушной струей воздуха. Причем установлено, что чем выше начальная скорость воздушной струи, подаваемой в нижнюю часть трещины с одинаковой площадью раскрытия, тем обширнее формируется очаг горения в зоне после «пережима» трещин. Вероятно, горение в борту карьера, представленного трещиноватым массивом горных пород, может быть спровоцировано возгоранием сульфидов как в зонах пережима, так и в зонах перегибах трещин.
а) б) в)
Рис. 2. Интерфейс модели потока воздуха через трещину площадью 306,3 мм2, с постоянным объемным расходом в 0,01 м3/с и переменной пористостью тел с перепадом давления: а -1 Па; б - 5 Па; в -10 Па
Во всех моделях явно выделяются низкотемпературные участки на входе воздушной струи в трещиноватый массив, где происходит интенсивное его охлаждение. Эти зоны по мере конвекции сменяются зонами скопления и нагрева потока воздуха до температуры, необходимой для поддержания горения. Далее формируется эффект «печной топки», при котором горячие газы, поднимаясь вверх по системе трещин, усиливают эффект окисления сульфидов, расположенных в вышележащих трещиноватых рудах и породах. Необходимо отметить, что разработанная методика моделирования позволяет установить наиболее общие закономерности развития и районирования процессов окисления в трещиноватом массиве:
- нижняя часть массива, нарушенного системой трещин, представлена зоной отвода тепла, которая может распространяться на многие десятки и сотни метров вверх, что зависит от конкретных параметров горнотехнической системы. Это обусловливает факт, что в основании и борту карьера даже над горными выработками, где работают люди, может сформироваться ранее незафиксированный «инкубационный очаг» возгорания. Его обнаружение весьма затруднительно и даже невозможно без проведения специального термодинамического мониторинга в глубине массива горных пород, так как вся температура в нижней части массива соответствует температуре воздуха в подземном руднике;
- в системах трещин отсутствует явно выраженная зона боковой диффузии воздуха в боковые породы, так как механизм распространения в системе трещин реализуется по принципу «печной топки». Этот факт также свидетельствует о сложнопрогнозируемом развитии зон горения и трудности их обнаружения даже в зоне ведения горных работ;
- интенсивный очаг горения в техногенно нарушенном массиве с системой разнонаправленных разветвленных трещин в зависимости от условий его возникновения и развития может располагаться как в глубине массива, так и на десятки и сотни метров выше зоны отвода тепла.
В ходе исследования взаимосвязей процессов, протекающих при переходе от открытых горных работ к подземным при комбинированной разработке месторождений колчеданных руд, определена необходимость учета при проектировании и нормативно-правовых документах мер, направленных на снижение риска развития техногенных катастроф, развитие которых происходит в соответствии со схемой, представленной на рис. 3, в соответствии с выше приведенными закономерностями совместного и взаимосвязанного развития процессов деформирования массива, газогидродинамических процессов перемещения воздушных потоков в тех-ногенно измененном массиве под влиянием экзотермических реакций окисления сульфидных руд и пород.
Рис. 3. Схема механизма роста пустотности за контуром карьера с нарастанием интенсивности деформирования горного массива
в результате фазовых переходов сульфидных минералов в газ под влиянием высоких температур
В случае развития процессов горения сульфидных руд и пород в глубине массива в результате горения и фазовых переходов сульфидов в газ происходят потеря массы твердого вещества, уменьшение его плотности, формирование новых пустот и пористости, что влечет развитие процессов деформирования в прибортовом массиве.
Заключение
Таким образом, выполненными исследованиями установлено, что при подземной и комбинированной разработке месторождений сульфидных руд безопасное и эффективное освоение запасов требует количественного учета параметров взаимосвязи деформационных, окислительных и газотермодинамических процессов, обуславливающих в результате переходов сульфидов в газовую фазу при высоких (свыше 250 °С) температурах нарастание пористости, пустотности, окисления минералов, развития техногенной трещиноватости, а также активизацию аэродинамических связей выработок подземного рудника и атмосферы карьера с прохождением кислорода воздуха по системам рудничной вентиляции в техногенно нарушенный массив колчеданных руд и пород с активизацией процессов окисления сульфидов. Для локализации развития эндогенных пожаров необходимо совершенствование требований к проектированию горнотехнических систем освоения месторождений колчеданных руд с оценкой риска развития окисления руд и пород и экологических и экономических последствий.
Работа выполнена в рамках проекта №0138-2014-0001 ББФ ИП-КОН РАН
Список литературы
1. Скочинский А.А., В.М. Огиевский. Рудничные пожары. М.: Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центр», 2011 (перераб. и дополнено). 375 с.
2. Трубецкой К.Н. Развитие ресурсосберегающих и ресурсовос-производящих геотехнологий комплексного освоения месторождений полезных ископаемых. М.: ИПКОН РАН, 2014. 196 с.
3. Матвиенко Н.Г., Воронюк А. C. Основы обеспечения безопасности освоения газоносных и склонных к самовозгоранию рудных месторождений // Сб. науч. тр. междунар. науч. симпоз. «Неделя горняка - 2012». ГИАБ.2012. №СВ1. С. 160-171.
4. Защита угольных шахт от самовозгорания угля / В.А. Горбатов [и др.]. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. 132 с.
5. Iliyas, A.; Hawboldt, K.; Khan, F. Kinetic sand safety analysi sof sulfide mineral self-heating // Journal of Thermal Analysisand Calorimetry. 106, 1(2011). P.53-61.
6. Portola V.A., Krol G.V. Implementation of the method of localization of the endogenous fires from the surface. advances in geotechnical fnd structural engineering // Proceedings of the Fifth China-Russia Symposium on Underground and Building Engineering of City and Mint. 2008.Qindao, China. P. 398-400.
7. Boon M. The mechanism of 'direct' and 'indirect' bacterial oxidation of sulphide minerals // Hydrometallurgy. 62. 1(2001). P. 67-70.
8. Борисков Ф.Ф., Аленичев В.М. Разработка ресурсосберегающих геотехнологий на основе использования адекватной информации о природных сульфидных месторождениях и техногенных образованиях // ГИ-АБ. 2015. №10. С.256-261.
9. Рыльникова М.В., Митишова Н.А. Методика исследований взрывоопасности убогосульфидных руд при подземной отработке колчеданных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2019. № 9. С. 41-51.
10. Борисков Ф.Ф. Разработка автогенных инновационных методов освоения сульфидсодержащих отходов производства // Горный информационно-аналитический бюллетень. СВ 11. 2011. С. 330-339.
11. Inhibition of spontaneous combustion of sulfide ores by thermopile sulfide oxidation / Hongjiang Wang, Chaoshui Xu, Aixiang Wu, Chuiming Ai // Minerals Engineering. Vol. 49. 2013. Р. 61-67.
12. Профилактика и ликвидация горения породных отвалов / А.А. Твердов, А.Б. Яновский, С.Б. Никишичев, Г. Апель // Уголь. 2010. №2. С. 3-6.
13. Lopez-Arce P., Garcia-Guinea J., Garrido F. Chemistry and phase evolution during roasting of toxic thallium-bearing pyrite // Chemosphere. 2017. Т. 181. С. 447-460.
14. Захаров Е.И., Качурин Н.М., Малахова Д.Д. Механизм процесса самонагревания угля и перехода его в самовозгорание // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. Вып. 2. С. 4251.
15. Захаров Е.И., Качурин Н.М. Самовозгорание углей: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 318 с.
16. Портола В.А., Особенности тушения очагов самовозгорания угля в шахтах // Безопасность труда в промышленности. 2014. №6. С.42-46.
Рыльникова Марина Владимировна, д-р техн. наук, проф., зав. отделом, rylnikova@mail. ru , Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук,
Радченко Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доц., ст. науч. сотр., mining_expert@,mail. ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук,
Айнбиндер Геннадий Игоревич, генеральный директор, agec@agec.ru, Россия, Москва, ООО «АГЭЦ»,
Есина Екатерина Николаевна, канд. техн. наук, доцент, esina555@list. ru, Россия, Москва, Российский университет Дружбы народов
EVALUATING RELATIONSHIP OF SELF-BURNING OF BREEDS WITH DEFORMATION PROCESSES IN THE COMBINED DEVELOPMENT OF SUMMARY ORE DEPOSITS
M. V. Rylnikova, D.N. Radchenko, G.I. Ainbinder, E.N. Yesina
For decades and centuries, spontaneous combustion of minerals occurs, which leads to significant material, economic and environmental damage. Under anthropogenic impact on the subsoil, conditions are created for the active development and opening of cracks as a result of deformation of the rock mass, under the influence of its open and underground parttime work. as a result, the emergence of conditions for the active penetration of atmospheric oxygen from the mine ventilation system and the surface atmosphere along the cracks formed as a result of deformation to sulfur-containing minerals of ores and rocks, prone to oxidation and spontaneous combustion. The mechanism of spontaneous combustion of pyritic rocks in the rock mass during the development of deposits is analyzed. It is proved that in the combined development of pyrite ore deposits, exogenous physicochemical processes must be considered in conjunction with geomechanical processes due to the development of mining operations beyond the open pit contour, aerogasdynamic determined by the method, scheme and ventilation system of an underground mine, as well as thermo-physical processes occurring as a result of exothermic oxidation of sulfides. An analysis of the influence of deformation processes on the oxidation and spontaneous combustion of pyrite ores and rocks showed that the most dangerous situations are ore ignition in the massif, intensively disturbed by fracture systems, and the incubation period before intense combustion depends on a large number of
factors and can extend far into the massif, as the cracks open, increasing the temperature and, as a result, the porosity in the mass of burning rocks as a result of the evolution of gaseous products of the oxidation reaction.
Key words: pyrite ore deposits, combined geotechnology, deformations, oxidation, crack opening, air flows, spontaneous combustion, mass loss, porosity
Rylnikova Marina Vladimirovna, doctor of technical sciences, professor, head of department, rylnikova@,mail. ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences,
Radchenko Dmitry Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, senior research scientist, mining_expert@,mail. ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences,
Aynbinder Gennady Igorevich, chief executive officer, agec@agec.ru, Russia, Moscow, Association of Mining Expertise Centers,
Esina Ekaterina Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, esi-na555@list.ru, Russia, Moscow, Peoples' Friendship University of Russia
Reference
1. Skochinsky A. A., V. M. Ogievsky Mine fires. Moscow: publishing house "Mining" LLC "kimmeriyskiy center", 2011 (re-edited and supplemented). 375 PP.
2. Trubetskoy K. N. Development of resource-saving and resource-producing ge-otechnologies for complex development of mineral deposits. Moscow: IPKON RAS, 2014. 196 PP.
3. Matvienko N. G., Voronyuk A. C. Fundamentals of ensuring the safety of development of gas-bearing and self-igniting ore deposits // SB. nauch.tr. international. science. the international Symposium. "Miner's week-2012". MINING. 2012. SV1 no. Pp. 160-171.
4. Protection of coal mines from spontaneous combustion of coal / V. A. Gorbatov [et al.]. Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 2001. 132 p.
5. Iliyas, A.; Hawboldt, K.; Khan, F. Kinetics and safety analysis of sulfide mineral selfheating. // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 106, 1(2011). P. 53-61.
6. Portola V. A., Krol G. V. Implementation of the method of localization of the endogenous fires from the surface. advances in geotechnical fnd structural engineering // Proceedings of the Fifth China-Russia Symposium on Underground and Building Engineering of City and Mint. 2008. Qindao, China. P. 398-400.
7. Boon, M. The mechanism of 'direct' and 'indirect ' bacterial oxide-tion of sulphide minerals // Hydrometallurgy, 62. 1(2001). P. 67-70.
8. Borisov F. F., Alenichev V. M. Development of resource-saving geotechnologies based on the use of adequate information about natural sulfide deposits and technogenic formations. M.: ANALIT. 2015. №10. Pp. 256-261.
9. Ryl'nikova M. V., Mitasova N. And. Research methodology of explosion low sul-phidation ores underground mining kolce-data fields // Mining information-analytical Bulletin (scientific and technical journal). 2019. № 9. Pp. 41-51.
10. Borisov F. F. Development of autogenic innovative methods for the development of sulfide-containing waste products // Mining information and analytical Bulletin. S V 11. 2011. Pp. 330-339.
11. Inhibition of spontaneous combustion of sulfide ores by thermopile sulfide oxidation / Hongjiang Wang, ChaoshuiXu, Aixiang Wu, Chuiming Ai // Minerals Engineering, Volume 49. 2013. P. 61-67.
12. Prevention and elimination of Gorenje rock dumps / A. A. Tverdov, A. B. Yanovsky, S. B. Nikishichev, G. APEL // Coal. 2010. №2. Pp. 3-6.
13. Lopez-Arce P., Garcia-Guinea J., Garrido F. Chemistry and phase evolution during roasting of toxic thallium-bearing pyrite // Chemosphere. 2017. T. 181. Pp. 447-460.
14. Zakharov E. I., Kachurin N. M., Malakhova D. D. Mechanism of the coal self-heating process and its transition to spontaneous combustion. Izvestiya Tula state University. earth science. 2013. Vol. 2. Pp. 42-51.
15. Zakharov E. I., Kachurin N. M. Spontaneous combustion of coals: monografia. Tula: Tulsu Publishing house, 2010. 318 PP.
16. Portola V. A., Features of extinguishing spontaneous combustion of coal in mines // labor Safety in industry. 2014. No. 6. Pp. 42-46.
УДК 622.12. 622.343.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВОЗГОРАНИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД И ПОРОД ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
М.В. Рыльникова, Г.И. Айнбиндер, Н.А. Митишова, Л.А. Гаджиева
Проведены минералогический и минералографический анализы проб вмещающих и рудоносных пород медно-цинково-колчеданных месторождений. Разработана и апробирована Программа и соответствующие методики исследований факторов и закономерностей развития процессов окисления сульфидных руд и пород. Приведены результаты химико-технологических исследований серно-колчеданных, медно-колчеданных, медно-цинковых руд, серицит-кварцевых пород и метаморфизованных туфов.
Ключевые слова: сульфидные руды, окислительные процессы, нагрев, эндогенные пожары, очаги самовозгорания, безопасность горных работ, вещественный состав.
Развитие мировой экономики характеризуется прогрессирующим увеличением потребления минерально-сырьевых ресурсов. Российская минерально-сырьевая база является фундаментом экономики России и представляет собой совокупность разноранговых объектов фонда недр (месторождений, рудопроявлений и др.), характеризующихся разведанными и оцененными запасами и/или апробированными прогнозными ресурсами полезных ископаемых [1].
В ключе стратегических для страны задач важнейшая из ролей принадлежит месторождениям колчеданных руд цветных и благородных металлов [2, 3].
