Актуальность работы обусловлена статусом барита как критического минерального сырья, принятым в большинстве промышленно развитых стран.

Цель: изучение динамики товарных потоков (производства, импорта, экспорта, потребления) барита по странам мира, его мировых цен, сырьевой базы барита и перспектив его добычи и потребления.

Методы: статистический, графический, логический.

Результаты. Производство баритового сырья с 0,3 млн т в 1920 г. непрерывно растет и достигло в 2010-х годах 8,0–9,6 млн т/год. Первоначально и добывающие, и перерабатывающие баритовое сырье производства располагались непосредственно в США, Германии, Британии, Италии и Франции, на которые проходилось свыше 90 % его мировой добычи и 80–95 % мирового потребления. В 1950-х годах началось резкое увеличение потребления барита в качестве утяжелителя буровых растворов, что привело к увеличению его добычи в крупных нефтегазодобывающих странах (США, СССР, Мексика, Канада), появлению экспортных потоков (из Марокко и других стран), прекращению экспорта из Германии, Британии и Франции. Доля международной торговли баритом также возросла с 0,3–0,5 млн т/год в 1950-е годы до 4,2–6,0 млн т/год (55–70 % от его мировой добычи) в 2010-е годы. Накопленная мировая добыча барита за 1920–2020 гг. составила 550 млн т, имеющиеся мировые ресурсы барита в подготовленных для эксплуатации месторождениях оцениваются в 740 млн т. Группа критичных стран-им- портеров баритового сырья (импорт свыше 50 %) представляет 38,8 % ВВП мировой экономики (США, Европейский союз, Германия, Италия, Саудовская Аравия, Канада, Кувейт, Норвегия, Оман, Алжир, Малайзия, Индонезия, ОАЭ, Азербайджан, Аргентина). Группа стран-экспортеров баритового сырья включает 31,0 % ВВП мировой экономики (Индия, Марокко, Китай, Казахстан, Турция, Иран, Лаос, Мексика, Пакистан, Болгария). Снижение критичности обеспеченности баритовым сырьем возможно путем снижения его потребления (что и осуществляется в Японии, Франции, Италии и Чехии), увеличения мировой добычи барита с вводом в эксплуатацию других баритовых месторождений, учитывая значительные подготовленные ресурсы этого сырья в Иране, Казахстане и Пакистане, а также поиска новых месторождений барита, в том числе хемогенных морских донных осадков.

Кварцевое сырье является стратегическим ресурсом, так как обеспечивает развитие важнейших отраслей экономики. При этом необходимо учитывать, что при его добыче и переработке следует применять высокотехнологичные методы, позволяющие получить в результате обогащения этого сырья химически чистый кремний. На сегодняшний день потребность в кремнии составляет 5–6 тыс. т в год при предложении 2300 т. Анализ особенностей химизма ряда горных пород (кварцитов, кварцевых песков, жильного кварца) Республики Северная Осетия – Алания показал, что они по своим параметрическим характеристикам могут отвечать требованиям, предъявляемым к кварцевому сырью для получения кремниевой продукции. К настоящему времени учёные Северной Осетии также имеют успешный опыт выращивания монокристаллического кремния и изготовления фотоэлектрических преобразователей. Российские учёные провели первые плавки металлургического кремния в поликристаллический в вакуумных печах способом электронно-лучевого переплава. Во всех случаях результаты обнадёживающие.

Цель, задачи: провести анализ и оценку перспективных участков высококачественного кварцевого сырья на территории Северного Кавказа. Основной задачей исследований является выявление объектов высококачественного кварцевого сырья для производства кремниевой продукции, локализация, оценка их прогнозных ресурсов и выделение участков для дальнейшего изучения. Выявленные объекты должны иметь благоприятные географо-экономические положение и горнотехнические условия, способствующие возможности их открытой (карьерной) отработки.

Объекты: Фиагдонский участок Алагирского района, РСО-Алания.

Методы: Проведение лабораторных работ, опробования, исследование построенных разрезов, изучение документации горных выработок и скважин, заключений минералого-петрографических, лабораторных исследований и технологических испытаний.

Результаты. После выполнения намеченного комплекса исследовательских работ проведен анализ статистической, экономической, геологической, технологической и другой информации, необходимой для решения основных геологических задач; выделены перспективные участки для дальнейших работ; уточнены геологические карты перспективных участков масштаба 1 : 10000 с легендами и разрезами к ним; определены условия залегания, морфология и параметры продуктивных залежей; предварительно изучены качество и технологические характеристики кварцевого сырья; локализованы, оценены и апробированы прогнозные ресурсы высококачественного кварцевого сырья для производства кремниевой продукции по категории Р2 – 500 тыс. т; разработаны рекомендации для проведения геологоразведочных работ.

При проектировании параметров разработки нефтяных и газовых месторождений на больших глубинах необходимо иметь представление о влиянии на поведение пород-коллекторов и вмещающих их пород таких факторов, как высокий уровень напряженного состояния пород, температурное поле окружающей среды, гидро- и газодинамические процессы в массиве. Воздействие как одного, так и комбинации данных факторов может привести к изменениям в строении, структуре, составе и свойствах породного массива и, как следствие, несоответствию реальным условиям принятых проектных решений.

Целью исследований является разработка методики лабораторных исследований влияния условий залегания коллекторов нефтяных и газовых месторождений на больших глубинах при изучении свойств образцов горных пород.

Задачи исследования: теоретический анализ и выявление основных факторов, влияющих на поведение и изменение внутренней структуры пород, разработка методики лабораторных исследований с комплексным моделированием данных факторов и проведение пробных экспериментов по оценке их влияния.

В рамках работы были выполнены испытания образцов песчаников, отобранных с глубин от 3,5 до 4 км месторождения углеводородов. Исследования проводились с моделированием термобарических пластовых условий залегания: температуры, горного и пластового давлений.

Представлены результаты экспериментов по исследованию поведения образцов горных пород с максимальным приближением к естественным условиям залегания пород коллекторов 3,5–4 км.

Установлено, что образцы пород одной литологической разности и отобранные практически с одинаковых глубин могут иметь существенные отличия в характере деформирования как в до-, так и запредельной области нагружения.

Результаты данных исследований служат исходными данными при разработке и уточнении геомеханических моделей поведения материалов, которые учитывают не только прочностные критерии разрушения, но и дилатансионные процессы на различных этапах деформирования пород. Увеличение бокового давления в интервалах от 0 до 55 МПа приводит к относительно незначительному изменению скоростей ультразвуковых колебаний (от 1 до 10 %), что не позволяет судить о необходимости использования данных результатов при косвенной оценке изменения свойств горных пород в массиве. Однако в рамках геофизических исследований учет изменения численных значений скоростей позволит повысить качество интерпретации результатов, что связано с большими геометрическим размерами изучаемых массивов.

Исследования акустической эмиссии пород в сложнонапряженном состоянии позволяют отслеживать процессы пространственного образования и развития микро- и макротрещиноватости на всей стадии нагружения образцов и дают более полное представление об изменении их внутренней структуры.

В статье рассмотрены факторы, влияющие на процессы структурного изменения горных пород нефтяных и газовых месторождений, связанных с увеличением глубины их разработки. Разработаны методические подходы, позволяющие производить исследования физико-механических свойств образцов горных пород с моделированием сложных термобарических условий. Описаны технические характеристики испытательного оборудования, обеспечивающие максимальное воспроизведение реальных условий залегания пород-коллекторов. Выявлены особенности деформирования и разрушения образцов горных пород при их испытаниях в условиях бокового давления 55 МПа, порового 30 МПа с созданием температурного поля до 100 °С.

Складирование золошлаковых материалов, удаляемых из котельных помещений ТЭЦ «Теплоэлектроцентраль» при помощи гидротранспорта, производится в золоотвалы: специально организованные участки местности, по границам которых, в зависимости от рельефа, возводятся ограждающие дамбы либо по всему периметру золоотвала, либо только на отдельных пониженных участках. Ограждающие дамбы гидротехнических сооружений должны обладать устойчивостью всего сооружения на сдвиг; устойчивостью откосов на оползание; фильтрационной прочностью грунта тела сооружения; надежностью защиты откосов от возможных разрушений в результате действия атмосферных осадков, а также от волнового воздействия воды (в пределах отстойного пруда); достаточным превышением гребня дамбы над уровнем воды пруда и т.д. Основное внимание в исследовании сконцентрировано на вопросах проектирования ограждающих сооружений золошлаковых материалов, удаляемых из котельных помещений Карагандинской ТЭЦ при помощи гидротранспорта. При проектировании золоотвала решаются многие задачи, в том числе определяются местоположение, конструктивные особенности и тип ограждающих сооружений, площадь зеркала и объем складируемых хвостов, прочность сооружений ограждающих дамб и т.д. С целью оценки состояния проектируемого золоотвала выполнен анализ устойчивости откосов ограждающей дамбы для различных сочетаний нагрузок, условий возможной обводненности дамбы, наличия «геомембраны» и порового давления. Расчетная программа, основанная на методе конечных элементов, позволяет моделировать состояние массива в соответствии с прочностными и деформационными характеристиками насыпных грунтов тела дамбы и грунтов пород основания. Коэффициент устойчивости внешних откосов гидротехнических сооружений определяется с учетом класса и конструкции сооружения, типа основания, ответственности расчетного технологического этапа и других факторов исходя из условий, обеспечивающих предупреждение наступления предельных состояний. На основании анализа геологического строения основания проектируемого гидротехнического сооружения выбраны наиболее ответственные и характерные поперечные расчетные сечения по периметру ограждающих дамб золоотвала. Согласно выполненным расчетам внешние откосы дамбы по линиям скважин № 373-19, № 381-19, которые являются характерными практически по всей длине ограждающей дамбы, являются устойчивыми для разных сочетаний нагрузок.

Одним из направлений повышения эффективности процессов обогащения алмазосодержащих кимберлитов является применение технологии, способствующей извлечению слабо и аномально люминесцирующих алмазов в процессе рентгенолюминесцентной сепарации с применением люминофорсодержащих реагентов. Задача исследований заключалась в выборе рационального состава реагентов-модификаторов спектральных характеристик минералов и режима их применения. Основным условием эффективности процесса является интенсивное закрепление реагентов-модификаторов на кристаллах алмазов без аналогичного закрепления на поверхности кимберлита, что обеспечивается применением органических коллекторов оптимального состава, характеризующихся способностью как адгезионно закрепляться на поверхности алмазов, так и удерживать зерна неорганических люминофоров. Оценка эффективности закрепления люминофоров выполнена с использованием методики визиометрического анализа в УФ излучении. Оценка способности алмазов удерживать на поверхности капли или пленки коллектора с люминофорами выполнена с использованием методики измерения величины трехфазного краевого угла смачивания. Спектрально-кинетические характеристики алмазов и их извлечение в процессе рентгенолюминесцентной сепарации были определены на сепараторе «Полюс-М». В результате проведенных исследований установлена возможность целенаправленного модифицирования спектральных характеристик слабо и аномально светящихся алмазов люминофорсодержащими композициями на основе сульфидов цинка и ортосиликата цинка. С использованием критерия селективности закрепления люминофорсодержащей эмульсии на алмазах и минералах кимберлита, рассчитываемого по величинам измеренных поверхностных концентраций люминофоров на минералах, определены оптимальные соотношения между массами неорганического люминофора, органического коллектора и водной фазы применяемой эмульсии. Выбраны реагенты-диспергаторы, обеспечивающие селективное закрепление люминофоров на алмазных кристаллах. Установлены рациональные параметры состава органического коллектора. Определены границы температурного режима процесса обработки алмазосодержащего материала. В результате стендовой апробации реагентов модификаторов выбранного состава и режимов их применения в цикле обработки алмазосодержащего материала перед процессом РЛС установлена возможность достижения извлечения аномально и слабо люминесцирующих алмазов более чем на 90 % при значениях выхода кимберлита в концентрат, не превышающих 1 %.

Загрязнение природных экосистем тяжелыми металлами и металлоидами (HMM) – это главным образом результат антропогенной деятельности. Именно поэтому в настоящее время разрабатываются технологии, направленные на ограничение подвижности HMM и уменьшение сроков протекания химических реакций по переводу поллютантов из подвижной в неподвижную форму. Решение проблемы рекультивации всегда предполагает выбор наиболее перспективного и эффективного вида рекультивационных работ, а также обоснование приоритизации земель, подлежащих рекультивации. В части эффективности и перспективности популярность приобретает сорбент-ориентированный метод, основанный на принципе «зеленой» утилизации техногенных отходов в качестве сырья для создания композитных сорбентов нового типа в целях рекультивации нарушенных земель. Зарубежная практика в качестве обоснования необходимости и приоритизации рекультивационных работ использует различные методики оценки экологических рисков. Цель текущего исследования – апробировать имеющиеся распространенные методики оценки рисков причинения экологического ущерба и оценить эффективность и «экологичность» разрабатываемых авторских композитных сорбентов с позиции оценки и сравнения уровней возникновения потенциальных экологических рисков/рисков нанесения экологического ущерба после их (сорбентов) применения.

Задачи: 1) рассмотреть теоретические аспекты HMM: сформулировать определение, рассмотреть генезис HMM, исследовать вопрос токсичности HMM и выявить наиболее распространенные методики оценки экологических рисков HMM; 2) апробировать имеющиеся методики оценки экологических рисков HMM; 3) оценить эффективность и «экологичность» разрабатываемых авторских композитных сорбентов с позиции оценки и сравнения уровней возникновения потенциальных экологических рисков/рисков нанесения экологического ущерба после их (сорбентов) применения.

Объект исследования: горный отвод Левихинского рудника (зона экологического бедствия) как экосистема нарушенных земель, в составе которой присутствуют промышленные отвалы, содержащие HMM.

Гипотеза исследования: доказать возможность «зеленой утилизации» техногенных отходов в качестве сырья для композитных сорбентов, используемых для рекультивации нарушенных земель, без увеличения рисков причинения экологического ущерба природной среде. В результате проведённых экспериментов наибольшую эффективность продемонстрировали сорбенты торф/осадки водоподготовки (пропорция при естественной влажности: 20/80, %), торф/диатомит/осадки водоподготовки (пропорция при естественной влажности: 5/15/80, %), где суммарная эффективность превышала 89 %. У сорбента торф/диатомит (пропорция при естественной влажности: 25/75, %) наблюдается суммарная эффективность 67,7 %. Оцениваемые риски ER и EH после применения авторских композитных сорбентов, в состав которых входят осадки водоподготовки, снижались в среднем на 89,5 и 88 % соответственно.

Добыча угля, его транспортировка и переработка сопровождаются образованием и поступлением в воздушную среду значительных объемов твердых частиц, в том числе угольной пыли. Наиболее распространенной технологией борьбы с угольной пылью в воздухе является гидрообеспыливание. Эта технология основана на способности воды смачивать пылевые частицы и связывать их между собой и с поверхностями, на которые осаждается пыль. Существенное ограничение данной технологии заключается в гидрофобности поверхности угля, которая препятствует смачиванию водой частиц угольной пыли. Для увеличения смачиваемости гидрофобной поверхности угольных частиц в воду добавляют поверхностно-активные вещества. В настоящей работе нами предложен состав для пылеподавления на основе олеиновой кислоты, гидроксида натрия и льняного масла в воде, изучены его свойства и оценена способность улучшать смачиваемость угольной пыли. Найдена наиболее эффективная концентрация, которая позволяет рабочему раствору улучшить смачиваемость угольной пыли на 187 % относительно воды, что превышает смачивающую способность большинства известных реагентов. Предлагаемый состав содержит 140 мг/л олеиновой кислоты, 100 мг/л гидроксида натрия, 70 мг/л льняного масла в воде. Простота состава, отсутствие вредности для окружающей среды и человека, незначительное влияние на дальнейшую эксплуатацию угольного сырья делают предлагаемый состав смачивателя перспективным для применения в технологиях гидрообеспыливания в угольной промышленности.

Оценка и управление аэрологическими рисками аварий в угольных шахтах основываются на создании информационно-аналитической системы данных, включающей в себя проектные значения показателей разных уровней и подсистем угольных шахт, эксплуатационные значения показателей, отслеживаемых системой мониторинга в реальном времени с использованием различных датчиков и устройств. В настоящем исследовании представлена методология мониторинга аэрологических рисков. На основании горно-геологических и горнотехнических условий отработки пластов, статистических данных по элементам вентиляционных и дегазационных систем угольных шахт приведены результаты оценки аэрологических рисков по отдельным уровням функциональной структуры угольных шахт, а также по отдельным факторам риска. По уровням аэрологических рисков выполнено ранжирование восьми угольных шахт. Установлено, что минимальное значение аэрологического риска I ранга составляет 0,0769, максимальное – 0,5698. Наименьшие значения аэрологического риска II ранга (0,1135–0,3873) относятся к шахтам II категории. Минимальное значение аэрологического риска III ранга составляет 0,057, максимальное – 0,595. Ранжирование угольных шахт по уровням аэрологических рисков позволяет выявить шахты с низким уровнем аэрологической безопасности и для каждой шахты определить направления технических, технологических и организационно-технических мероприятий по повышению аэрологической безопасности.

Одним из способов экономии энергии в горной промышленности и обеспечения необходимой величины давления сжатого воздуха в воздухопроводных сетях подземных добычных предприятий является уменьшение удельного расхода энергоносителя потребителями, в частности, погружными пневмоударниками. Цель настоящей работы – обоснование системы воздухораспределения пневмоударника, обеспечивающей снижение удельного расхода сжатого воздуха. Предложена система, включающая две камеры с постоянной подачей сжатого воздуха, две управляемые камеры, два упругих клапана на ударнике и клапан для отсечки подачи сжатого воздуха в камеру прямого хода, управляемые от положения ударника. На основе предложенной конфигурации разработаны два варианта конструкции пневмоударника. Рабочий цикл разработанного устройства исследован численно с привлечением программного обеспечения SimulationX и экспериментально на лабораторном стенде. Расчеты показали, что предложенная система воздухораспределения в версии с управляемым впуском в камеру обратного хода обеспечивает достижение поставленной цели. По сравнению с серийным пневмоударником М29Т, при практически одинаковых с ним габаритах, ударной мощности, расходе сжатого воздуха на продувку забоя скважины, разработанный пневмоударник имеет удельный расход энергоносителя на 53 % меньше, а потребление электрической мощности на его питание сжатым воздухом в 2 раза ниже. Расчетные данные соответствуют опытным, полученным в эксперименте и из литературных источников, что подтверждает корректность результатов расчета.