Важность стратегического планирования горных работ для обеспечения долгосрочной жизнеспособности горных проектов значительно возросла из-за сокращения числа месторождений богатых руд. Учитывая его многомерную и комбинаторную природу, разработка точного метода математической оптимизации для решения всей задачи остается сложной проблемой, особенно для блочных моделей в натуральную величину. Основная цель данного исследования заключалась в том, чтобы предложить метод, сочетающий стратегию вложенных контуров карьера с моделями целочисленного программирования (ЦП / ЦЛП) для преодоления вычислительных ограничений за счет снижения сложности задачи, сокращения времени решения и предоставления информации об альтернативных графиках добычи для крупномасштабных открытых разработок. Предложенный алгоритм стратегически устанавливает переменные решения на основе параметрического анализа конечного (проектного) контура карьера для упрощения ЦП-модели. Этот подход был применен к различным блочным моделям из MineLib, а результаты были сопоставлены со стандартными ЦП-решениями и результатами соответствующих исследований с использованием альтернативных алгоритмов. Применение предложенного метода продемонстрировало существенное сокращение времени решения (на величину до 95 %) и возможность решения трудноразрешимых моделей.

На многих карьерах по добыче строительного камня присутствует проблема повышенного выхода отсева после всех стадий дробления и измельчения, которая приводит к снижению экономической эффективности горных предприятий. Мелкая фракция образуется вследствие измельчения предразрушенной горной массы. Уменьшение интенсивности и размеров зон предразрушения приведет к решению поставленной проблемы. Для определения влияния детонационных свойств взрывчатых веществ на величину структурного ослабления массива, были проведены исследования по измерению скорости детонации, напряжений, возникающих при взрыве в массиве и лабораторные исследования микротрещиноватости методом рентгеновской компьютерной микротомографии. Размеры зон предразрушения с ростом скорости детонации с 2 до 5,2 км/с увеличиваются с 33 до 77 радиусов заряда. Зависимость количества вновь образованных взрывом микродефектов от скорости детонации взрывчатых веществ (ВВ) принимает вид экспоненты для ближней зоны и линейна для дальних от взрыва расстояний. По данным проведенных экспериментов, на ближних расстояниях (10R) плотность наведенной микротрещиноватости N находится в пределах ≈5 тыс. шт/см³, а с ростом скорости детонации увеличивается до ≈13,8 тыс. шт/см³. На средних (40R) и дальних (70R) расстояниях значение N растет с ≈750 до ≈2400 шт/см³ и с 0 до ≈200 шт/см³ соответственно. Применяя ВВ с пониженной скоростью детонации, можно снизить «излишнее» воздействие на массив и тем самым уменьшить интенсивность предразрушения в зоне регулируемого дробления при взрыве. В результате исследования получены количественные параметры интенсивности и размеров зон предразрушения, что является дополнением предшествующих работ по качественному определению предразрушения.

Добыча блочного камня является ключевым аспектом индустрии строительных материалов, важным для обеспечения строительства прочными материалами и при придании эстетических решений различным конструкциям и элементам дизайна. Однако при добыче камня (производстве буровзрывных работ) необходимо сохранить его целостность для последующей обработки и использования. В рамках исследования были рассмотрены условия, необходимые для применения технологии взрывной отбойки блочного камня из скальных горных пород, что актуально для повышения качества отбиваемых камнеблоков. Приведены рациональные параметры взрывной отбойки камнеблоков зарядами эластичными трубчатыми (ЗЭТ) «Гранилен». Определен подход к предварительной оценке зоны нарушенности блочного камня при различных режимах взрывного нагружения. Рассмотрена взаимосвязь между расходом взрывчатых веществ (ВВ) и нарушенностью камнеблоков при возможных расстояниях между шпурами. Исследован механизм создания протяженной плоскости разрыва в массиве горных пород. Установлена определяющая роль волн напряжений при формировании протяженной магистральной трещины по линии шпуровых зарядов. Показана возможность локализации зоны наведенной трещиноватости за счет регулирования условий взаимодействия волн напряжений. Приведены результаты численного моделирования полей напряжений при взрыве одиночных и системы из двух зарядов ЗЭТ «Гранилен», что позволило оценить зоны наведенной трещиноватости и условий формирования магистральной трещины отрыва. Эффективность взрывной отбойки значительно возрастает за счет ориентации линии предполагаемого отрыва монолита параллельно плоскости наилучшего раскола, учитывая при этом анизотропию физико-механических свойств гранитов. Исследование подтверждает возможности повышения выхода товарных блоков при подборе рациональных параметров взрывной отбойки.

Представленное исследование выполнено в продолжение работ, связанных с изучением природы радиоактивности дренажных вод карьеров Новосибирской области, выполненных лабораторией гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири ИНГГ СО РАН, где показано, что воды гранитных карьеров характеризуются существенно более высокими значениями радиоактивности, чем воды других вмещающих пород. Впервые представлены результаты детальных минералогических и геохимических исследований гранитоидов Обь-Зайсанской области в пределах Колывань-Томской складчатой системы. Актуальность настоящего исследования определяется полученными ранее данными о высоких концентрациях урана, тория и радона в дренажных водах разрабатываемых карьеров этой территории. Изучены гранитоиды приобского (Обской и Новосибирский массивы) и барлакского комплексов. Установлено, что породы комплексов существенно различаются спектром акцессорных минералов, которые выступают концентраторами природных радиоактивных и редкоземельных элементов: в барлакском, помимо апатита, сфена и циркона, характерных для всех фаз внедрения, фиксируются флюорит, топаз, рутил и обогащенные редкоземельными элементами минералы: монацит, ксенотим, бастнезит, паризит, реже уранинит. Показано, что широкий спектр минералов-концентраторов радиоактивных и редкоземельных элементов определяет более высокие концентрации радионуклидов в подземных водах барлакского гранитоидного комплекса. Максимальные концентрации урана на порядок, а тория на два порядка выше в подземных водах барлакского гранитоидного комплекса, по сравнению с приобским. В подземных водах изученных гранитоидных комплексов установлены максимальные концентрации, мг/дм³: ²³⁸U до 1,40 и ²³²Th до 2,16 · 10^–3. Можно прогнозировать высокий фон радионуклидов в подземных водах барлакского и приобского гранитоидных комплексов в пределах, мг/дм³: ²³⁸U от 0,1 · 10^–3 до 1,40 и ²³²Th от 1 · 10^–6 до 2,16 · 10^–3. Активность радона ²²²Rn в подземных водах при этом будет составлять от 1–50 Бк/дм³ в зонах контактов гранитоидов с разновозрастными осадочными породами до 600–5000 Бк/дм³ в областях развития гранитоидов.

Всесторонне изучена анизотропия деформационного поведения блочных массивов горных пород. В качестве ключевого параметра выбран модуль одноосной деформации. В целом он является анизотропным и зависит от направления нагружения, а также от свойств ненарушенной породы, трещин и элементов их залегания. Представительные объемы блочных массивов горных пород были численно смоделированы методом дискретных элементов и одноосно нагружены в различных направлениях. Затем были изучены режим разрушения и модуль деформации для различных направлений нагружения и различных относительных элементов залегания трещин. Внедрена и использована новая нелинейная матрица жесткости трещин в зависимости от напряжения, в которой учитываются состояние поверхности трещин в виде коэффициента шероховатости (JRC) и ненарушенного массива пород в виде предела прочности при одноосном сжатии (UCS). Результаты оценок представлены в виде роз-диаграмм, демонстрирующих изменение модуля деформации блочного массива горных пород в зависимости от коэффициента шероховатости швов, прочности при одноосном сжатии ненарушенной породы и структуры массива горных пород по относительному углу трещины. Также представлена ожидаемая степень анизотропии для различных условий поверхностных трещин и прочности при одноосном сжатии ненарушенной породы. В таблице геологического индекса прочности (GSI) результаты классифицированы таким образом, что, присвоив значение JRC каждому классу состояния поверхности трещин, можно определить модуль деформации и степень анизотропии, соответствующие значениям GSI. Согласно этой схеме можно сделать вывод, что влияние шероховатости трещин на модуль деформации блочных массивов горных пород больше, чем влияние предела прочности при одноосном сжатии ненарушенной породы. Полученные результаты подтверждают идею о том, что блочный массив имеет критическую деформацию, которая не зависит от угла нагружения θ и направления третьей системы трещин α.

Наряду с внедрением новых отделений пенной сепарации на новых и действующих предприятиях ресурсом повышения выпуска мелких алмазов является снижение их потерь на действующих переделах пенной сепарации. Исследование состава поверхности алмазов в условиях техногенной гидрофилизации позволило установить влияние эффектов кристаллизации пленок карбонатных и силикатных минералов, а также закрепления шламовых фракций на уменьшение гидрофобности и флотируемости алмазов. Предложено использовать для повышения флотируемости алмазов комбинированные режимы кондиционирования руды и оборотной воды, обеспечивающие удаление гидрофилизирующих покрытий и восстановление природной гидрофобности алмазов. Рассмотрено и обосновано применение способов акустической, тепловой, электрохимической и реагентной обработки водно-минеральных дисперсных систем, а также их комбинаций для повышения флотируемости и снижения потерь гидрофильных алмазов в процессе пенной сепарации.

На основании исследования влияния температурного фактора в процессах подготовки и пенной сепарации обоснован оптимальный температурный режим операций цикла пенной сепарации, использующий тепло, расходуемое для тепловой обработки исходного алмазосодержащего продукта при температуре 85–90 °С, для поддержания требуемой температуры в операциях кондиционирования с собирателем и непосредственно в операциях пенной сепарации и флотации. Показано, что регулирование фазового состава аполярного собирателя добавками низко- и среднемолекулярных фракций обеспечивает повышение его собирательной способности за счет перевода асфальтен-смолистой фракции в адгезионно-активную форму и протекания процессов автодиспергирования собирателя в водной фазе.

На основании статистического анализа показателей процесса пенной сепарации в условиях изменения доли направляемой в технологические процессы оборотной воды определена причина снижения показателей, заключающаяся в существенном возрастании концентрации шламов. Определена оптимальная степень замыкания водооборота (85 %), обеспечивающая снижение расхода применяемого собирателя на 8 % без уменьшения извлечения алмазов и снижения качества концентратов.

Флотационное обогащение играет ведущую роль при переработке большинства типов руд. Эффективность данного передела в большей степени обеспечивается правильным подбором режимов работы, выбором наиболее селективных реагентов и определением их оптимального расхода. Несмотря на очевидную важность данного вопроса классическим подходом к определению данных параметров является постановка плана эксперимента с последующей обработкой полученных результатов. Между тем проведение подобного рода исследований не раскрывает сущности физико-химических процессов, происходящих в пульпе, а результаты, полученные на одном образце, могут не соответствовать оптимуму при изменении исходных характеристик пробы.

Целью данной работы является разработка и реализация методического подхода с использованием методов прямой потенциометрии при исследовании руд на обогатимость флотационным методом. Получаемые данные от ионоселективных сенсоров позволяют в значительной мере расширить картину происходящих в процессе флотации преобразований и учесть возможные негативные факторы, препятствующие эффективному протеканию процесса.

Для реализации поставленной цели проведен сравнительный анализ двух подходов к постановке опытов по флотационному обогащению на примере комплексных сульфидных руд. На первом этапе проведено исследование по флотационному обогащению при помощи постановки D-оптимального факторного эксперимента, включающего 20 опытов по подбору оптимальных расходов реагентов-модификаторов с получением качественных показателей. На втором этапе поставлены опыты по флотации с применением электрохимического контроля с помощью рН, Ag2S, Pt и мембранных электродов. В результате разработана универсальная блок-схема проведения флотационных исследований с ионоселективными сенсорами, позволяющая реализовать данный подход на различных рудах. Полученные результаты позволили интенсифицировать процесс обогащения, повысив его эффективность на 7,8 %, при сокращении расхода подаваемых реагентов. Помимо этого, полученные данные позволили выявить ряд негативных факторов, влияющих на результат. В заключение предложена модель для реализации данного подхода на предприятиях, включающая внедрение «интеллектуального помощника» оператора флотации на основе инициализированных электрохимических моделей.

Использование сухих технологий переработки и обогащения минерального сырья является одним из перспективных направлений, так как данный способ производства концентрата менее энергозатратен, менее трудоемок и экономически выгоден. В работе приведены экспериментальные работы по предварительному сухому обогащению руд месторождения Аркачан для определения качества обогащения продуктов разделения. Исследования на обогатимость проводились на опытных установках сухого метода переработки и обогащения руд: дробилке комбинированного ударного действия ДКД-300, центробежной мельнице ЦМВУ-800, пневмосепараторе ПОС-2000. Обработка полученных продуктов разделения пневмосепарацией и грохочением по последовательной схеме дробления и измельчения проводилась в лабораторных условиях на гравитационном концентрационном столе СКО-0,5. GRG-тест проходил на центробежном концентраторе ИТОМАК-0,1 по последовательной схеме измельчения. Анализ проведённого GRG-теста показал, что для более приемлемых условий гравитационного обогащения золота – до 73,91 % – необходима степень измельчения до 80 % класса −0,071 мм для получения гравитационного концентрата с содержанием 70,28 г/т золота.

Проблемы геоэкологических последствий горнодобывающих предприятий стоят особенно остро в арктических и приарктических районах, где распространение вечной мерзлоты значительно сокращает буферные способности ландшафтов. В статье представлены данные о содержании тяжелых металлов в почвенном покрове переходной зоны от среднетаежных к северотаежным ландшафтам Западной Якутии в условиях функционирования горнодобывающего производства и предложены подходы к оценке устойчивости разных типов почв к загрязнению тяжелыми металлами. Полевые и лабораторные работы проведены в августе 2022 г. Определение содержания тяжелых металлов проводилось методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Для анализа использовалось специализированное программное обеспечение – MS Excel 2013, Statistica 12.0, QGis 3.26.1. Расчет органических форм нахождения тяжелых металлов в почвенных растворах выполнен с помощью модели NICA-Donnan. В ходе исследования определена структура почвенного покрова Накынского кимберлитового поля в условиях функционирования горнопромышленного комплекса и составлена карта-схема почвенного покрова территории. Геохимический ряд изученных тяжелых металлов по степени концентрирования тяжелых металлов в почвах криолитозоны: Pb > Zn > Ni > Cu > Cd > As > Hg. Выявлены положительные зависимости между гумусом и Cd, Pb, Zn, а также проявление синергизма в парах Pb–Cd, Zn–Pb, Zn–Cu. Органическое вещество почв усиливает миграцию тяжелых металлов. Техногенное поступление в почвы криолитозоны Ni и Zn приведет к росту доли их подвижных форм. В палево-карбонатных и криоземах в большей степени подвижен Cd. Рассчитан региональный фоновый уровень тяжелых металлов для данных типов почв, который может быть использован в будущих работах при увеличении интенсивности горнодобывающих работ.

В области проектирования систем электроснабжения карьеров важная роль отводится вопросам анализа надежности элементов, которые могут быть решены в ходе проведения комплексного применения различных методов расчета отдельных видов электрооборудования и сетевых устройств в системах электроснабжения. Целью работы является установление оптимальных параметров электроснабжения рудника открытых горных работ горно-обогатительных комбинатов, проведение исследований, позволяющих создать технико-экономическую модель системы. Установлено, что математическая статистика дает ряд методов установления однородности (или разнородности) совокупности значений случайной величины. При анализе данных аварийной статистики электрооборудования наиболее приемлемым является метод сравнительной оценки двух выборочных средних (по сравнению с методом сравнения эмпирического распределения с нормальным или методом скользящей средней). В работе приведены обработанные на основе данных аварийности электрооборудования рудничных подстанций и сетевых устройств карьера, также представлены соотношения между надежностью схемы и ее элементами и показано влияние надежности защиты на надежность схемы. Представлены методы оптимизации систем электроснабжения карьеров, заключающиеся в применении градиентных методов первого порядка, методов второго порядка или так называемых квадратичных методов оптимизации, методов случайного поиска. В качестве наиболее распространенных для решения задач нелинейного программирования используется группа градиентных методов, среди которых в первую очередь следует рассматривать метод наискорейшего спуска. Сочетание случайного поиска с методом штрафных функций дает возможность определять условные экстремумы для задачи оптимизации режима работы электрической сети и системы. Также рассматривается метод случайного спуска, заключающийся в определении минимума целевой функции по соответствующему алгоритму, при котором направление движения в общем случае задается случайным вектором, равномерно распределенным по гипосфере.