Экологизация подземной угледобычи на основе утилизации золы для приготовления закладки

Минимизация последствий добычи и обогащения минерального сырья для окружающей природной среды обеспечивается путем утилизации отходов, в том числе в качестве компонент твердеющих смесей. Исследования включают в себя анализ отходов обогатительной фабрики, обоснование возможности замены цемента для закладки выработанного пространства золой от сжигания бурых углей, изучение эффективности использования бетонных сооружений в условиях концентрации метана в газовоздушной смеси. Экспериментально установлена зависимость интенсивности выделения метана от положения очистного забоя. Решением задачи газодинамики установлено, что в условиях шахт Донбасса увеличение пролета кровли в диапазоне 17… 80 м сопровождается ростом концентрации метана до 33% на расстоянии более 70 м. Детализированы основы использования механо-химико-активированых хвостов обогащения для получения закладочных смесей при регулировании вентиляционных потоков. Определено, что выщелачивание металлов из техногенного сырья в дезинтеграторах повышает извлечение металлов до 35%. Выявлены закономерности влияния золы уноса на параметры закладочного материала. Доказана целесообразность активационного воздействия для вовлечения золы в состав твердеющей закладки.

Конюхов В. Ю., Опарина Т. А., Матасова И. Ю., Модина М. А., Мартюшев Н. В. Экологизация подземной угледобычи на основе утилизации золы для приготовления закладки // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 10. – С. 123–135. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_10_0_123.

Конюхов Владимир Юрьевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: konyukhov_vyu@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-8700-7074,
Опарина Татьяна Александровна¹ — аспирант, e-mail: tatianaop@ex.istu.edu, ORCID ID: 0000-0001-5133-2396,
Матасова Ирина Юрьевна² — канд. геол.-минерал. наук, доцент, e-mail: semigorie@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7911-6529,
Модина Марина Александровна² — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Marishamodina@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-2482-5472,
Мартюшев Никита Владимирович — канд. техн. наук, доцент, Западно-Каспийский Университет, Азербайджан, e-mail: martjushev@tpu.ru, ORCID ID: 0000-0003-0620-9561,
¹ Иркутский Национальный исследовательский технический университет,
² Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова.

Конюхов В.Ю., e-mail: konyukhov_vyu@mail.ru.

1. Tuokuu F. X., Kpinpuo S. D., Hinson R. E. Sustainable development in Ghana's gold mines: Clarifying the stake-holder's perspective // Journal of Sustainable Mining. 2019, vol. 18, no. 2, pp. 77—84. DOI: 10.1016/j.jsm.2019.02.007.

2. Александрова Т. Н., Литвинова Н. М., Александров А. В., Корчевенков С. А., Богомяков Р. В. Анализ потерь благородных металлов и рациональные методы их снижения при разработке россыпных месторождений // Цветные металлы. — 2014. — № 5(857). — С. 11—15.

3. Bloodworth A., Gunn G. The future of the global minerals and metals sector: issues and challenges out to 2050 // Geosciences. 2012, vol. 15, pp. 90—97.

4. Parameswaran K. Sustainability considerations in innovative process development / Innovative Process Development in Metallurgical Industry. Springer International Publ. Switzerland, 2016, pp. 257—280. DOI: 10.1007/978-3-319-21599-0_18.

5. Saunois M., Jackson R. B., Bousquet P., Poulter B., Canadell J. G. The growing role of methane in anthropogenic climate change // Environmental Research Letters. 2016, vol. 11, no. 12, article 120207. DOI: 10.1088/1748-9326/11/12/120207.

6. Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Molodtsov K. V. The social and market mechanism of sustainable development of public companies in the mineral resource sector // Eurasian Mining. 2020, no. 1, pp. 36—41. DOI: 10.17580/em.2020.01.07.

7. Gendler S. G. The justification of new technique ventilation at contraction of working with two exits in soil surface // Eurasian Mining. 2016, no. 2, pp. 41—44. DOI: 10.17580/em.2016.02.10.

8. Зиновьева О. М., Колесникова Л. А., Меркулова А. М., Смирнова Н. А. К вопросу оценки экологического состояния окружающей среды для достижения устойчивого развития угледобывающих регионов России // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 35—43. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-1-35-43.

9. Кабанов Е. И. Анализ риска аварий на угольных шахтах с учетом человеческого фактора // Горный журнал. — 2023. — № 9. — C. 48—54. DOI: 10.17580/gzh.2023.09.07.

10. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Комплексная оценка геотехнических рисков в шахтном и подземном строительстве // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 7—16. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-1-7-16.

11. Tananykhin D., Grigorev M., Korolev M., Solovyev T., Mikhailov N., Nesterov M. Experimental evaluation of the multiphase flow effect on coal production process // Energies. 2022, vol. 15, article 4657. DOI: 10.3390/en15134657.

12. Litvinenko V., Bowbriсk I., Naumov I., Zaitseva Z. Global guidelines and requirements for professional competencies of natural resource extraction engineers: Implications for ESG principles and sustainable development goals // Journal of Cleaner Production. 2022, vol. 338, article 130530. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.130530.

13. Gendler S. G., Rudakov M. L., Kuznetsov V. S. Evaluation principles of the dust influence of mining enterprises on the environment // Latvian Journal of Physics and Technical Sciences. 2019, vol. 56, no. 3, pp. 62—69. DOI: 10.2478/lpts-2019-0020.

14. Cherkasova T. G., Cherkasova E. V., Tikhomirova A. V., Gilyazidinova N. V., Klyuev R. V. Study of matrix and rare elements in ash and slag waste of a thermal power plant // Metallurgist. 2022, vol. 65, pp. 1324—1330. DOI: 10.1007/s11015-022-01278-2.

15. Комащенко В. И., Воробьев Е. Д., Разоренов Ю. И. К концепции извлечения металлов при утилизации отходов обогащения руд // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2017. — Т. 328. — № 10. — C. 18—24.

16. Golik V. I., Klyuev R. V., Martyushev N. V., Kondratiev V. V., Tynchenko V. S., Gladkikh V. A., Iushkova L. V., Brigida V. Reuse and mechanochemical processing of ore dressing tailings used for extracting Pb and Zn // Materials. 2023, vol. 16, article 7004. DOI: 10.3390/ma16217004.

17. Chen G., Chen J., Peng J. Effect of mechanical activation on structural and micro-wave absorbing characteristics of high titanium slag // Powder Technology. 2015, vol. 286, pp. 218—222. DOI: 10.1016/j.powtec.2015.08.021.

18. Гембицкая И. М., Гвоздецкая М. В. Трансформация зерен технологического сырья при получении мелкодисперсных порошков // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — С. 401—407. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.9.

19. Юсупов Т. С., Кириллова Е. А., Шумская Л. Г., Исупов В. П., Ляхов Н. З. Совершенствование флотационного обогащения медноникелевых руд на основе селективного разрушения минеральных сростков высокоэнергетическими ударными воздействиями // Химия в интересах устойчивого развития. — 2017. — Т. 4. — С. 457—464. DOI: 10.15372/CSD20170413.

20. Юшкова О. В., Ясинский А. С., Поляков П. В., Юшков В. В. Использование механоактивации для повышения эксплуатационных характеристик материала анодного покрытия // Цветные металлы. — 2020. — № 1. — С. 54—59. DOI: 10.17580/tsm.2020.01.08.

21. Khayrutdinov A., Paleev I., Artemov S. Replacement of traditional components of the backfill mixture with man-made waste // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 904, no. 1, article 012005. DOI: 10.1088/1755-1315/942/1/012005.

22. Malyukova L. S., Martyushev N. V., Tynchenko V. V., Kondratiev V. V., Bukhtoyarov V. V., Konyukhov V. Y., Bashmur K. A., Panfilova T. A., Brigida V. Circular mining wastes management for sustainable production of Camellia sinensis (L.) O. Kuntze // Sustainability. 2023, vol. 15, article 11671. DOI: 10.3390/su151511671.

23. Yushina T. I., Krylov I. O., Valavin V. S., Toan V. V. Old iron-bearing waste treatment technology // Eurasian Mining. 2018, no. 1, pp. 16—21. DOI: 10.17580/em.2018.01.04.

24. Tananykhin D., Korolev M., Stecyuk I., Grigorev M. An investigation into current control methodologies taking into account geomechanical, field and laboratory data analysis // Resources. 2021, vol. 10, article 125. DOI: 10.3390/resources10120125.

25. Босиков И. И., Клюев Р. В., Майер А. В., Стась Г. В. Разработка метода анализа и оценки оптимального состояния аэрогазодинамических процессов на угольных шахтах // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 97—106. DOI: 10.21177/1998-45022022-14-1-97-106.

26. Shishkin P. V., Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Qi M. Mathematical logic model for analysing the controllability of mining equipment // Mathematics. 2024, vol. 12, no. 11, article 1660. DOI: 10.3390/math12111660.

27. Кузнецов Ю. Н., Стадник Д. А., Стадник Н. М., Шадыжева Э. Б. Методические основы синтеза моделей развития горных работ для управления процессом воспроизводства очистного фронта угольных шахт // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 685—694. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-685-694.

28. Литвиненко В. С., Двойников М. В. Методика определения параметров режима бурения наклонно прямолинейных участков скважины винтовыми забойными двигателями // Записки Горного института. — 2020. — Т. 241. — С. 105—112. DOI: 10.31897/PMI.2020.1.105.

29. Li Y., Wu S., Nie B., Ma Y. A new pattern of underground space-time Tridimensional gas drainage. A case study in Yuwu coal mine, China // Energy Science and Engineering. 2019, vol. 7, no. 4, pp. 399—410. DOI: 10.1002/ese3.282.

30. Hou X., Liu S., Zhu Y., Yang Y. Evaluation of gas contents for a multi-seam deep coalbed methane reservoir and their geological controls: In situ direct method versus indirect method // Fuel. 2020, vol. 265, article 116917. DOI: 10.1016/j.fuel.2019.116917.

31. Босиков И. И., Клюев Р. В., Хетагуров В. Н. Анализ и комплексная оценка газо-динамических процессов на угольных шахтах с помощью методов теории вероятности и математической статистики // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 461—467. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-461-467.

32. Kusimova E., Saychenko L., Islamova N., Drofa P., Safiullina E., Dengaev A. Application of machine learning methods for predicting well disturbances // Journal of Applied Engineering Science. 2023, vol. 21, no. 1, pp. 76—86. DOI: 10.5937/jaes0-38729.

33. Elbendary A., Aleksandrova T., Nikolaeva N. Influence of operating parameters on the flotation of the Khibiny Apatite-Nepheline Deposits // Journal of Materials Research and Technology. 2019, vol. 8, no. 6, pp. 5080—5090. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.08.027.

34. Моркун В. С., Моркун Н. В., Тронь В. В., Грищенко С. Н., Суворов А. И., Паранюк Д. И., Сердюк А. Ю. Снижение размерности пространственно-временных моделей нелинейных динамических процессов обогащения железорудного сырья // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330. — № 12. — С. 151—167. DOI: 10.18799/24131830/2019/12/2416.

35. Palaniandy S. Impact of mechanochemical effect on chalcopyrite leaching // International Journal of Mineral Processing. 2015, vol. 136, pp. 56—65. DOI: 10.1016/j.minpro.2014.10.005.

36. Minagawa M., Hisatomi S., Kato T., Giuseppe G., Chiharu T. Enhancement of copper dissolution by mechanochemical activation of copper ores: Correlation between leaching experiments and DEM simulations // Advanced Powder Technology. 2018, vol. 29, pp. 3, pp. 471—478. DOI: 10.1016/j.apt.2017.11.03.

37. Basturkcu H., Achimovičová M., Kaňuchová M., Acarkan N. Mechanochemical pretreatment of lateritic nickel ore with sulfur followed by atmospheric leaching // Hydrometallurgy. 2018, vol. 181, pp. 43—52. DOI: 10.1016/j.hydromet.2018.08.016.