Маркшейдерия и недропользование - № 5-2011

Использование отработанного карьерного пространства и отвалов для создания современных комплексов учебно-рекреационной рекультивации

Ю.В. Кириченко, (профессор кафедры геологии), М.В. Щёкина, (профессор кафедры геологии)

Д.С. Сенченко, (аспирант кафедры геологии)

В.В. Ческидов, (аспирант кафедры геологии, Московский государственный горный университет)

 

Выпуск № 5-2011

Журнал Маркшейдерия и Недропользование
 

Современный этап развития цивилизации обеспечивается ростом добычи минерального сырья с сопутствующим ему возрастанием воздействия на геологическую среду. С каждым годом возрастает средняя глубина горных разработок, в добычу вовлекаются все более глубоко залегающие месторождения полезных ископаемых, что, в свою очередь, увеличивает объемы извлекаемых вскрышных и вмещающих пород.

Рост глубины карьеров, увеличение объемов складируемой во внешние отвалы вскрыши, увеличение объемов обогащаемых полезных ископаемых и связанный с ним рост отходов, обусловливают расширение территорий нарушаемых земель и территорий, подвергающихся негативному влиянию горнодобывающих предприятий. Все это ведет к увеличению нагрузки на естественные экосистемы, отрицательно влияет на здоровье человека и его качество жизни. Результатом такого процесса может стать экологический кризис.

Восстановление экологического равновесия в возникших природно-техногенных системах осуществляется работами по рекультивации, проводимыми в два этапа:

  • горнотехнический, связанный с повторным воздействием на преобразованную геологическую среду;
  • биологический, призванный вернуть нарушенным землям присущие окружающей природной среде свойства.

Если говорить о рекультивации применительно к горному делу, то под этим понимается комплекс мероприятий по восстановлению плодородия почвы и возвращению народному хозяйству территорий, нарушенных горными, строительными и другими работами, а также приведению участков земли, подвергшихся ветровой, водной эрозии, в состояние, при котором возможно использование их в народном хозяйстве [1].

Целью рекультивации является сохранение земельных богатств, рациональное использование природных ресурсов (земля и недра, водные ресурсы), а также обеспечение нормальных санитарно-гигиенических условии местности и жизни населения во всех районах страны.

Объектами рекультивации являются горные выработки карьеров, отвальные массивы, золоотстойники электростанций, шламохранилища обогатительных и брикетных фабрик, гидроотвалы, хвостохранилища, полигоны коммунальных отходов и т.п.

Анализируя материалы, посвященные данной проблеме, можно классифицировать направления рекультивации по виду полезного ископаемого и способам его разработки. Как видно из табл.1, основными направлениями рекультивации остаются сельскохозяйственное, лесомелиоративное и водохозяйственное. Это подтверждается и данными по рекультивации в наиболее экологически благоприятный для Российской Федерации 2007 год. Из рекультивированных 29,5 тыс. га: на 16,1 тыс. га были высажены леса, на 3,6 тыс. га оборудованы сельскохозяйственные угодья, 2,2 тыс. га восстановлены под пашни и 7,6 тыс. га использованы под водоемы и другие цели [2]. Статистика свидетельствует, что при рекультивации более 70% нарушенных земель необходимо нанесение плодородного слоя.

На рис.1 приведены площади нарушенных и рекультивированных земель по отраслям горно-добывающей промышленности. Анализируя данные, приведенные на этом рисунке, можно отметить, что даже при нанесении плодородного слоя мощностью 0,4 м, запасов заскладированных по отраслям горнодобывающей промышленности плодородных и потенциально плодородных грунтов хватит (исключив пространства карьеров, здания и коммуникации) на рекультивацию не более 14% нарушенных земель в угольной промышленности, 27%, 8,5%, 12,5% при добыче стройматериалов, цветных и черных металлов соответственно.

Анализ сложившейся ситуации подтверждает необходимость поиска новых экологически и экономически оправданных хозяйственных решений, которые позволят снизить нагрузку на окружающую природную среду и восстановить экологическое равновесие в районе производства горнодобывающих работ.

Достижение этой цели возможно рациональным использованием нарушенных территорий посредством проведения различных способов рекультивации по предлагаемому учебно-рекреационному направлению с созданием межвузовского учебно-исследовательского центра (МВУИЦ). Такое направление подразумевает создание на территории горнодобывающего предприятия зон отдыха, спортивных сооружений, площадок специального и общего образования, исследовательских лабораторий и т.п.

Читать далее

© Ю.В. Кириченко, М.В. Щекина, Д.С. Сенченко, В.В. Ческидов,  Журнал "Маркшейдерия и недропользование" № 5 - 2011г.

 
 

Роль органических микрокомпонентов в процессе самовозгорания углей

Ф.А. Голынская, (доцент кафедры «Геология», кандидат геолого-минералогических наук,
Московский государственный
горный университет)

 

Выпуск № 5-2011

Журнал Маркшейдерия и Недропользование
 

Роль органических микрокомпонентов в процессе самовозгорания углей вызывает до настоящего времени наиболее противоречивые суждения у исследователей: от абсолютного игнорирования до выдвижения этого фактора в качестве одного из важнейших.

И.М. Печук и В.М. Маевская [3] при исследовании связи склонности углей Донецкого бассейна к самовозгоранию с их петрографическим составом установили, что петрографические микрокомпоненты неодинаково поглощают кислород. Как видно из графиков (рис.1), фюзинит при температуре до 100°С больше поглощает кислорода и выделяет CO и CO2, чем витринит, а с повышением температуры свыше 100°С способность фюзинита поглощать кислород становится меньше, чем у витринита. Ученые выдвинули предположение, что фюзинит увеличивает проницаемость угля и, соответственно, скорость окисления только тогда, когда он образует скопления. Если же он погружен в витренизированное вещество, то его присутствие не ускоряет сорбцию кислорода даже у матовых углей. Было установлено, что вокруг скоплений фюзинита происходит интенсивное окисление витринита: он становится трещиноватым и стенки трещин приобретают окисленный «бордюр» пониженного рельефа и пониженные отражательные способности. Поэтому содержание в угле фюзинита не может служить показателем его химической активности и склонности к самовозгоранию [3].

Э. Штах, М.Т. Маковски и др. придерживаются иного мнения: «витринит независимо от степени метаморфизма всегда наиболее восприимчив к самопроизвольному возгоранию» [4]. Подтверждением этой мысли явились исследования петрографического состава углей различной стадии метаморфизма И.В. Еремина и др. [1], которые показали, что с увеличением содержания микрокомпонентов группы фюзинита и уменьшением содержания витринита склонность угля к самовозгоранию повышается. Микрокомпоненты группы фюзинита дают импульс развитию процесса самовозгорания угля. С другой стороны, микрокомпоненты групп фюзинита и лейптинита более устойчивы к окислению, чем витринит.

Рис.1. Зависимость скорости сорбции кислорода от содержания витринита в углях Донецкого бассейна:

а -  пласт Кураховский; б – пласт Александровский; 1 - витринит; 2 - фюзинит.

 

Дальше всех в исследованиях фюзинита как инициатора самовозгорания углей продвинулся Г.Н. Крикунов [2] при изучении химической активности углей Карагандинского бассейна. Он установил, что химическую активность угля увеличивают только крупные включения фюзинита. Мелкие же его включения (микринит), погруженные в основную витренизированную массу угля, мало влияют на скорость сорбции кислорода. При изучении аншлифов угля под микроскопом было обнаружено, что в месте включений фюзинита в витринит происходит его интенсивное окисление и в нем, по мере окисления угля, образуется сеть микротрещин.

Таким образом, было доказано, что фюзинит увеличивает химическую активность угля вследствие того, что делает его более пористым и тем самым создает пути для проникновения кислорода внутрь угольного массива. На этом основании Г.Н. Крикунов предложил петрографический метод для оценки химической активности углей, состоящей в подсчете в аншлифе суммарного количества фюзинизированных компонентов для углей Карагандинского бассейна. Полученные результаты он сравнил с определением химической активности по скорости поглощения углем кислорода и получил сопоставимые результаты [2].

Подтверждением тезиса о главной роли фюзинита как инициатора самовозгорания стали исследования самовозгорания углей, проведенные автором в Подмосковном бассейне. Особенностью подмосковных углей является довольно низкое содержание микрокомпонентов группы гуминита и сравнительно высокое – группы фюзинита. Угли, содержащие 80-90% гуминита, распространены менее всего. Они слагают тонкие прослои от 0,05 до 0,15 м и составляют от 1 до 5% от общего количества различных типов углей, слагающих данный пласт. Широкое распространение в бассейне имеют угли с содержанием гуминита от 45 до 60%. Их разновидности встречаются на всех месторождениях и достигают 25-30% общей мощности пласта. Они залегают во всех горизонтах в виде слоев мощностью 0,1-0,3 м. Содержание фюзинита в этих углях колеблется от 12 до 21%.

Читать далее

© Ф.А. Голынская,  Журнал "Маркшейдерия и недропользование" № 5 - 2011г.

 
 

О проблемах метрологической поверки электронных тахеометров при тригонометрическом нивелировании

Н.В. Кортев, (доцент, кандидат технических наук, Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург)

 

Выпуск № 5-2011

Журнал Маркшейдерия и Недропользование
 

Внедрение в маркшейдерскую практику новых высокоточных электронных тахеометров типа Trimble 3601, Net  1200, Di 2003 с погрешностями линейных измерений 0,5…1 мм/км и с погрешностями угловых измерений  порядка 0,5"…1", наличие у приборов данного класса двухосевых электронных уровней, обусловило проявление повышенного интереса к проблеме высокоточного тригонометрического нивелирования. Однако каким бы высокоточным не был тахеометр, реализовать его потенциальные возможности при тригонометрическом нивелировании можно только при условии предварительного изучения причин образования отдельных погрешностей. Остановимся на некоторых из них.

Погрешность за влияние эксцентриситета визирной оси.

При геометрических методах измерений не имеет значения, какое высотное положение занимает визирная ось нивелира относительно центра вращения зрительной трубы. Главным условием геометрического нивелирования является обеспечение горизонтальности визирного луча путём контроля величины угла i. При тригонометрических измерениях высотное смещение визирной оси тахеометра относительно горизонтальной оси вращения зрительной трубы приводит к образованию погрешности измерений вертикальных углов:

  (1)

где q – величина смещения визирной оси относительно горизонтальной оси вращения трубы, мм; ρ" –  206265"; L – длина визирного луча, мм.

При выполнении операции калибровки (определение места нуля М0, MZ) расстояние L имеет конкретное рекоендованное постоянное значение L = и, соответственно, погрешность δ"α будет носить характер постоянной систематической погрешности. При выполнении полевых работ длина визирного луча является переменной величиной. Соответственно, погрешность δ"α будет носить характер переменной систематической погрешности δ"αп . На рис.1 приведён график зависимости угловой погрешности δ"αп от величины смещения визирной оси q и длины визирного луча L при = ∞, рассчитанный по формуле (1).

Рис.1. График зависимости угловой погрешности δ"αп от величины смещения

визирной оси q и длины визирного луча, при = ∞.

 

Наличие погрешности δ"αп усложняет задачу определения M0 (MZ). Так как, например, при поверке в метрологических центрах M0 определяют по автоколлиматорам типа УК-1, где практически равно бесконечности и величина δ"αп, при любых значениях q и L, будет близка к нулю. Полученные значения М0 на автоколлиматорах не гарантируют, что это они будет совпадать при других значениях величины .

В инструкциях по эксплуатации для определения М0 в полевых условиях рекомендуется выбирать не  менее 100 м. В соответствии с приведённой формулой (1), при q=1мм и =100 м получим значение погрешности δ"α = 2". При полевых работах, где L может иметь любое произвольное значение L = Lп, погрешность δ"α будет носить характер переменной систематической погрешности:

  (2)

где – длина визирного луча при калибровке, м; Lп – длина визирного луча при полевых измерениях, м.

На рис.2 приведён график зависимости угловой погрешности δαп от величины смещения визирной оси q, для = 100 м и переменного значения длины визирного луча Lп, рассчитанный по формуле (2).

Читать далее

© Н.В. Кортев,  Журнал "Маркшейдерия и недропользование" № 5 - 2011г.

 
 

Новая трактовка задачи ВЕЙСБАХА

А.В. Гальянов, (доктор технических наук, профессор, Уральский государственный горный университет, г.Екатеринбург)

 

Выпуск № 5-2011

 

А.В. ГАЛЬЯНОВ

Журнал Маркшейдерия и Недропользование

В  статье [1] рассмотрен вопрос о рациональной форме треугольника примыкания в задаче Вейсбаха в модернизированном варианте с использованием базис-рейки, в которой в частности показано, что угол ϕ при точке примыкания С должен быть не менее 2-3°. В настоящей статье предложена развернутая теория треугольника примыкания с использованием базисной стороны в варианте замкнутой полужесткой системы ориентирно-соединительной съемки (рис.1).

Рис.1. Принципиальная схема задачи Вейсбаха

 

Известные теоретические исследования [2,3] по оценке точности ориентирно-соединительных съемок  рассматривают всю систему измерения длин и углов с позиции независимых случайных величин: стороны треугольника примыкания рассматриваются как автономные отрезки, длина которых измеряется независимо друг от друга; угол ϕ принципиально другая геометрическая величина и, следовательно, также представляет собой независимый параметр. Это позволяет формально величину Δi = xi – x0 , если она удовлетворяет условиям

 

представить как случайную величину, квадрат которой оценивает дисперсию параметра x. В замкнутой системе событий условие независимости элементов между собой утрачивает свою силу. В частности, для треугольника основополагающими являются известные соотношения (условия замыкания):

(1)

(2)

Выполнение условия (2) является необходимым и достаточным для того, чтобы три отрезка а, b и с образовали замкнутую систему в форме треугольника, даже при наличии ошибок в их определении.

Поставленное нами условие c = const позволяет рассмотреть теорию треугольника примыкания с позиции замкнутой системы и оценить влияние ошибок в угловых и линейных измерениях на точность передачи координат и направления в шахту.

Влияние погрешности линейных измерений на передачу направления створу между отвесами.

Поскольку в треугольнике примыкания сторона с (створ между отвесами) жесткая и принимается за базис, ее погрешность равна нулю, то есть Δс=0. Ставим условие – угол примыкания ϕ измеряется с высокой точностью так, что его погрешностью можно пренебречь – Δϕ=0. Следовательно, погрешность направления AB будет определяться только погрешностью измерения сторон а и b (рис.2).

Рис.2. Схема к определению погрешности направления АВ

 

Обозначим через γ и Ψ углы треугольника при отвесах А и В, а через а и b – длины сторон, противолежащие  этим углам; ошибки измерения сторон равны соответственно, Δа и Δb. Как показано на рис.2, в замкнутой системе с базисной стороной величины Δа и Δb не являются независимыми и между ними существует однозначное геометрическое соотношение, при том, что будут выполнены условия замыкания:

(3)

Из этого следует, что db и da всегда должны иметь один знак, а ошибка в определении дирекционного угла стороны АВ будет равна dγ. В действительности же измерение сторон а и в является независимой  процедурой полевых работ и поэтому знак ошибок этих величин неизвестен.

Читать далее

© А.В. Гальянов, Журнал "Маркшейдерия и недропользование" № 5 - 2011г.

 
 

Оптимизация формул скорости свободного падения частиц при гравитационном обогащении руд

А.М. Васильев,  (научный сотрудник, кандидат технических наук, ЗАО «Механобринжиниринг», Санкт-Петербург)

 

Выпуск № 5-2011

 
Журнал Маркшейдерия и Недропользование

В литературных источниках приведено много различных формул для расчета скорости свободного падения частиц шарообразной (сферической) формы, однако одновременно с этим остается открытым вопрос о точности полученных  данных. Сравнительные анализы формул скоростей свободного падения частиц приведены в работах Кизевальтера Б.В. и Благова И.С. [1,2]. Однако за это время появилось много новых публикаций посвященных этому вопросу. В настоящей статье проводится сравнительный анализ формул скоростей свободного падения, как известных (Стокса, Аллена и др.), так и новых (Богдановича, Меринова и т.д.).

За основу расчётов была взята кривая Рэлея, отражающая зависимость числа Рейнольдса от коэффициента сопротивления, в табличной форме [3].

Для анализа были выбраны следующие формулы для расчета скорости свободного падения шарообразных частиц [3-9]:

1. Меринов Н.Ф. –

2. Розенбаум-Тодес –

3. Богданович А.В. –

4. Стокс Г. –

5. Адамов –

6. Антонычева М.Я. и Нагирняка Ф.И. –

7. Олевский В.А. –

8. Аллен
(по Кизевальтеру Б.В.[4]) –

9. Аллен
(по Лященко В.А.[5]) –

10. Риттингер (по
Кизевальтеру Б.В. [4].) –

11. Риттингер
(по Лященко В.А.[5]) –

12. Риттингер
(по Меринову Н.Ф. [6,7]) –

13. Осеена –

14. Бельстгерли –

15. Шене –

16. Крея –

где при диаметре зерна < 0,15-0,20 см, B=0,007; n=1,2; >0,20 см, B=0,00064; n=2,0;

17. Соколова –

для зерен <2-2,5 мм и V = 0,105d + 0,0214;

18. Вагонера –

 где a,b и с – постоянные величины, зависящие от удельного веса минерального зерна (для кварца  с=100,4; а=0,903; b=0,5195); d – диаметр шара; Ψ – коэффициент сопротивления; ν – кинематический коэффициент вязкости (при 20°С=0,01005 см2/с); ρт – плотность тела (в нашем случае, кварца = 2,65 г/см3 ( 2650 кг/м3 ); ρж – плотность жидкости (в нашем случае, воды =1,00 г/см3 (1000 кг/м3); g – ускорение свободного падения (9,80665 м/с2); Ar – параметр (критерий) Архимеда; μ – динамический коэффициент вязкости; Re – число Рейнольдса.

Из-за расхождений численных значений коэффициентов в формулах Риттингера и Алена, приведены все  выражения, найденные в литературных источниках.

Читать далее

© А.М. Васильев, Журнал  "Маркшейдерия и недропользование" № 5 - 2011г.

 
 
 

Новости Компаний