Гранулометрический состав отвальных массивов разрезов Кузбасса

Гранулометрический состав как структурная характеристика отвальных и насыпных массивов при ведении горных и строительных работ приобретает количественные значения в процессе взрывной подготовки горных пород, погрузочных операций и транспортирования горной массы. Такие физико-механические и структурно-текстурные параметры скального массива горных пород, как предел прочности пород и массива, трещиноватость, диаметр естественной отдельности горных пород, оказывают значительное влияние на гранулометрический состав взорванной горной массы. С другой стороны, такие характеристики, как устойчивость, проницаемость отвальных массивов, во многом зависят от литологического и гранулометрического состава разрыхленных горных пород, слагающих отвалы, и их распределения по высоте. В статье описаны результаты исследования гранулометрического состава горных пород отвалов разрезов Кузбасса и особенности его пространственного изменения в теле отвалов. Изучение текстур насыпных массивов и физико-технических свойств укладываемых пород проводилось как на отвалах Кузбасса, так и в лабораторных условиях. Гранулометрический состав мелкокусковой части отвалов с размерами кусков пород до 50 мм исследовался ситовым методом по ГОСТ 12536–2014, а средне- и крупнокусковой – методом косоугольной фотопланиметрии. Полевые наблюдения показали, что нижняя часть отсыпанных по бульдозерной периферийной или экскаваторной технологии отвальных массивов сформирована крупной фракцией со средним размером кусков d_ср = 0,8–1 м, средняя часть – кусками породы размером d_ср = 0,4–0,6 м, верхняя – преимущественно мелкой фракцией с размером кусков менее 0,1 м. Соотношение длины, ширины и толщины у кусков взорванных горных пород составляет 1:0,85:0,8, что соответствует удлиненно-уплощенной форме частиц. Это требует значительного числа координат при описании положения кусков в массиве, а также учета моментов инерции при моделировании движения таких частиц до достижения ими устойчивого положения. Для учета неизометричной формы частиц при моделировании может быть использовано современное некоммерческое и коммерческое программное обеспечение при наличии необходимых аппаратных мощностей.

горные породы, отвал, сыпучая среда, гранулометрический состав, трещиноватость, геомеханические расчеты, Кузбасс

1. Васильева А. Д. Инженерно-геологическое обоснование устойчивости высоких отвалов угольных месторождений Кузбасса. [Автореф. дисс. … канд. техн. наук]. СПб.: Санкт-Петербургский горный университет; 2020. 22 с.

2. Litvin O. I., Tyulenev M. A., Zhironkin S. A., Gasanov M. A. The influence of hydraulic backhoes’ technological parameters on their capacity at overburden operations. International Journal of Mining And Mineral Engineering. 2020;11(3):203–217. https://doi.org/10.1504/IJMME.2020.109629

3. Litvin O., Makarov V., Strelnikov A., Tyuleneva E. Study of the Backhoe’s Digging Modes at Rock Face Working-Out. In: IVth International Innovative Mining Symposium. 14–16 October, 2019, Kemerovo, Russian Federation. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910501024

4. Tyulenev M., Litvin O., Zhironkin S., Gasanov M. The influence of parameters of drilling and blasting operations on the performance of hydraulic backhoes at coal open pits in Kuzbass. Acta Montanistica Slovaca. 2019;24(2):88–97. URL: https://actamont.tuke.sk/pdf/2019/n2/2tyulenev.pdf

5. Чжан Шэнжун, Королёв В. А. Влияние гранулометрического состава на физические и физико-механические свойства песчано-гравийных грунтовых смесей. В: Трофимов В. Т., Королев В. А. (ред.) Труды Международной научной конференции «Инженерно-геологическое и эколого-геологическое изучение песков и песчаных массивов». 27–28 сентября 2018. Москва, Российская Федерация. ООО «СамПринт»; 2018.

6. Макридин Е. В., Тюленев М. А., Марков С. О., Лесин Ю. В., Мурко Е. В. Использование вскрышных пород для повышения экологической безопасности угледобывающего региона. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020;(12):89–102. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-12-0-89-102

7. Бирюков А. В., Кузнецов В. И., Ташкинов А. С. Статистические модели в процессах горного производства. Кемерово: Кузбассвузиздат; 1996. 228 с.

8. Рыжков Ю. А., Орлов В. Н. Метод определения удельной поверхности кусковых закладочных материалов. Известия вузов. Горный журнал. 1975;(11):11–16.

9. Менжулин М. Г., Молдован Д. В., Борисенко Ю. Н., Легкова О. Е. Модель влияния естественных трещиноватости и блочности на взрывное разрушение горных пород. Записки горного института. 2007;(172):43–47. URL: https://pmi.spmi.ru/index.php/pmi/article/view/7616

10. Müller D., Liebling Th. M. Using triangulations in computer simulations of granular media. Mathematical Modelling and Scientific Computing. 1996;6. URL: https://www.researchgate.net/publication/37428438_Using_triangulations_in_computer_simulations_of_granular_media

11. Oger L., Troadec J. P., Richard P., Gervois A., Rivier N. Voronoï tesselation of packing of equal spheres. In: Proceedings of the Third International Conference on Powders & Grains. Durham, North Carolina; 1997. Pp. 287–290.

12. Воробьев В. А., Кивран В. К., Корякин В. П. Применение физико-математических методов в исследовании свойств бетона. М.: Высшая школа; 1977. 271 с.

13. Temperley H. N. V., Rowlinson J. S., Rushbrook G. S. (eds.) Physics of simple liquids. Amsterdam: North Holland Publishing Company; 1968. 713 p.

14. Bonaccorso F., Succi S., Lauricella M., Montessori A., Tiribocchi A., Luo K. H. Shear dynamics of confined bijels. AIP Advances. 2020;10:095304. https://doi.org/10.1063/5.0021016

15. Campello E. M. B. A computational model for the simulation of dry granular materials. International Journal of Non-Linear Mechanics. 2018;106:89–107. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2018.08.010

16. Weinhart T., Orefice L., Post M. et al. Fast, flexible particle simulations – an introduction to MercuryDPM. Computer Physics Communications. 2019;249:107129. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2019.107129

17. Scholtes L., Donze F.-V. Modelling progressive failure in fractured rock masses using a 3D discrete element method. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2012;52:18–30. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2012.02.009

18. Бесимбаева О. Г., Хмырова Е. Н., Низаметдинов Ф. К., Олейникова Е. А. Оценка устойчивости прибортового массива при отработке выходов угольного пласта. Горные науки и технологии. 2018;(2):51–59. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2018-2-51-57

19. Марков С. О. Структурное моделирование насыпных отвальных массивов разрезов Кузбасса. [Дисс. … канд. техн. наук]. Кемерово: Кузбасский государственный технический университет; 2003. 127 с.

20. Гоголин В. А., Лесин Ю. В. Обзор методов исследования устойчивости природных и техногенных массивов горных пород. Техника и технология горного дела. 2018;(3):42–55. https://doi.org/10.26730/2618-7434-2018-3-42-55

21. Калашников В. А., Горбачев А. В. Разработка низкозатратной технологии обезвоживания угольного шлама обогатительных фабрик с применением оболочечных фильтровальных конструкций. Техника и технология горного дела. 2019;(3):36–59. https://doi.org/10.26730/2618-7434-2019-3-36-59

22. Murko E., Kalashnikov V., Gorbachev A., Mukhomedzyanov I. Using of shell filtering constructions for concentrating plant's coal slurry dewatering. In: IVth International Innovative Mining Symposium. 14–16 October, 2019, Kemerovo, Russian Federation. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910502029