УДК 622.73

Лесин Ю. В., проф., д-р техн. наук;

Марков С. О., магистр горного дела 

Ряд прикладных задач в горном деле, химической промышленности, строительстве требует детального изучения структурных характеристик зернистых сред. В горной промышленности к таким средам можно отнести отвалы вскрышных пород, хвосты обогатительных фабрик, обрушенное пространство шахт.

В данной работе предлагается метод статистического моделирования зернистых массивов как с дискретным, так и с непрерывным гранулометрическим распределением размеров и точной упаковкой частиц массива. Сущность метода заключается в случайной поочередной упаковке частиц с размером, соответствующим гранулометрическому составу частиц исследуемых массивов. Частицы считаются упакованными, если они занимают статически устойчивое положение.

Были проведены численные эксперименты по моделированию отвалов вскрышных пород и гидрозакладочных массивов. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными показало достаточно высокую степень надежности статистического моделирования.

Предлагаемый метод может быть использован при решении задач массопереноса в зернистых средах, фильтрации, теплообмена, создания композиционных материалов с заданными свойствами и др.

Сущность технологии заключается в очистке сточных вод от взвешенных веществ и их захоронении фильтрованием в массивах, возводимых из горных пород, являющихся отходами горного производства: вскрышных пород, пород от проведения горных выработок и др., как правило, без предварительной подготовки и сортировки.

Назначение: защита поверхностных водных объектов от загрязнения сточными водами при разработке месторождений полезных ископаемых.

Область применения: предприятия по добыче полезных ископаемых открытым и подземным способом.

Размещение фильтрующих массивов на ровной поверхности (а) и в выемках (б):

1 – фильтрующий массив, 2 – трубопровод, 3 – водоприемник, 4 – сборник осветленной воды, 5 – водоудерживающая дамба

Преимущества: низкие капитальные и эксплуатационные затраты или полное их отсутствие.

Испытания: внедрена и используется на протяжении до 20 лет на ряде предприятий угольной промышленности Кузбасса, Дальнего Востока и Сахалина.

Разработчик: кафедра геологии, кафедра разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом.

Контактные телефоны: (384-2) 23-30-53, Лесин Юрий Васильевич; 23-29-11, Рыжков Юрий Александрович.

Инструментальные методы исследования структурных характеристик массивов, состоящих из кусков породы больших размеров, в большинстве случаев неприменимы. В связи с этим возникает необходимость обратиться к математическим моделям зернистых сред. Известные модели С. Слихтера, С.В. Кузнецова, Б.Г. Тарасова, В.А. Воробьева, Р.И. Аюкаева и др. имеют ряд недостатков, к которым можно, например, отнести одинаковый размер частиц, относительно высокую однородность моделируемой среды и др.

Нами предлагается метод математического моделирования структуры кусковых породных массивов с заданным гранулометрическим распределением размеров частиц. Сущность метода заключается в случайной поочередной упаковке сферических частиц с размерами, соответствующими гранулометрическому составу частиц исследуемых массивов.

За основу предлагаемого алгоритма были взяты разработки, проведенные в Кузбасском государственном техническом университете Ю.В. Лесиным, В.А. Гоголиным, А.В. Бирюковым, Н.В. Карпенко, с внесением корректировок и дополнений, учитывающих влияние особенностей технологии отвалообразования при открытых горных работах на структурные параметры техногенных породных массивов.

Частицы пакуются в гипотетический контейнер с заданной длиной ребра. Частица считается упакованной, если она занимает статически устойчивое положение, т.е. выполняется:

где индексы 0, 1, 2 и 3 обозначают координаты соответственно пакуемой и трех ранее упакованных частиц, образующих седловину.

Было проведено около двухсот испытаний, которые показали достаточно высокую точность получаемых результатов и стабильность работы моделирующей программы.

Конечные результаты данного исследования могут быть широко использованы при решении задач массопереноса в зернистых средах, фильтрации, теплообмена, создания композиционных материалов с заданными свойствами и др.