Технологические требования к процессу измельчения экскавированного органогенного сырья

Определены проблемы добычи полезных ископаемых (ПИ) в осложненных горно-геологических условиях месторождений органогенных горных пород на примере торфяных месторождений, как следствие, установлена необходимость внутрикарьерной переработки органогенного сырья, в частности, торфяного. Комплексное рациональное освоение месторождений ПИ в осложненных горно-геологических условиях торфяных месторождений, достигается за счет обеспечения внутрикарьерной переработки экскавированного органогенного сырья измельчением для получения сопутствующего продукта в рамках реализации технологии IPCC (In-pit Crushing and Conveying). В статье дан анализ экскавированного торфяного сырья, определены размерно-массовые и физико-механические характеристики характерных фрагментов стружки торфяного сырья, полученных на месторождении Заозерское (№ 1021) Ломоносовского района, Ленинградской области. Определены требования к геометрическим характеристикам торфяного продукта на выходе из мобильного модуля измельчения органогенного экскавированного сырья. Выбрана теория для расчета энергозатрат на измельчение упруго-вязко-пластичного органогенного сырья с учетом размерности измельчения. Приведен анализ способов измельчения сырья и измельчающего оборудования, в котором данные способы реализованы для выбора рационального способа измельчения органогенного экскавированного сырья. На основе полученных выводов выбрано резание как способ для измельчения экскавированного органогенного сырья фрезерным барабанным рабочим органом мобильного модуля измельчения, обеспечивающий сепарацию древесных включений и диспергирование состава смеси. Обоснованы технологические требования к процессу измельчения экскавированного органогенного сырья и сформулированы положения для дальнейшего исследования. 

Казаков Ю. А., Козачков Г. С. Технологические требования к процессу измельчения экскавированного органогенного сырья // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 12-3. — С. 85—99. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_123_0_85.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (FSRW–2023–0002 Фундаментальные междисциплинарные исследования недр Земли и процессов комплексного освоения георесурсов).

Казаков Юрий Алексеевич — канд. техн. наук, ассистент, https://orcid.org/0000-0002-7040-5412, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д. 2, Россия, e-mail: Kazakov_YuA@pers.spmi.ru;
Козачков Григорий Сергеевич — аспирант, https://orcid.org/0009-0003-2764-3807, Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д. 2, Россия, e-mail: gkozachkov16@mail.ru.

Казаков Юрий Алексеевич, e-mail: Kazakov_YuA@pers.spmi.ru.

1. Drebenstedt C. The responsible mining concept — contributions on the interface between science and practical needs. Mine Planning and Equipment Selection, Springer Cham, 2014, pp. 3–24. DOI :10.1007/978—3−319—02678—7_1.

2. Литвиненко В. С., Петров Е. И., Василевская Д. В., Яковенко А. В., Наумов И. А., Ратников М. А. Оценка роли государства в управлении минеральными ресурсами // Записки Горного института. — 2023. — № 259. — С. 95–111. DOI: 10.31897/PMI.2022.100.

3. Babyr N. V. Topical Themes and New Trends in Mining Industry: Scientometric Analysis and Research Visualization. International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2024;37(02):439−51. DOI: 10.5829/IJE.2024.37.02B.18.

4. Бородко А. В., Свешников В. В. Национальный атлас России: в 4 т. — М.: Роскартография, 2004–2008. — Т. 2–496 с.

5. Арбузов С. И., Ершов В. В., Рихванов Л. П., Левицкий В. М. Золото в углях Минусинского каменноугольного бассейна // Известия ТПУ. — 2002. — № 6. — С. 143–165.

6. Myagkaya, I. N., Lazareva, E. V., Gustaytis M. A., Zhmodik S. M. (2016). Gold and silver in a system of sulfide tailings. Part 1: Migration in water flow. Journal of Geochemical Exploration. 2016;(160):16–30. DOI: 10.1016/J.GEXPLO.2015.10.004.

7. Ovsyannikova V. S., Kharanzhevskaya Yu. A., Sinyutkina A. A. Post-pyrogenic changes in the microflora and water chemistry of the drained part of the Great Vasyugan Mire (Tomsk Region). Solid Fuel Chemistry. 2024;(58):145–150. DOI: 10.3103/S0361-5219-2402009-5.

8. Savko A. D., Ovchinnikova M. Yu. Evolution of bauxite accumulation in the Phanerozoic. Doklady Earth Sciences. 2023;(513 (Suppl 2)). pp. 155–174. DOI: 10.1134/S1028334X23603280.

9. Стратегия развития производства органической продукции в Российской Федерации до 2030 года (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 4 июля 2023 г. № 1788-р.

10. Трофимов В. Т., Барабошкина Т. А., Николаева С. К. Ресурсный потенциал эколого-геологических систем массивов намывных грунтов. Вестник московского университета. Серия 4. Геология. — 2024. — №5. — С. 164–174. DOI: 10.55959/msu0579−9406−4-2024−63−5-164−174.

11. Liang Shuai-shuai, Zhang Dong-sheng, FAN Gang-wei, Kovalsky Evgeny, Fan Zhang-lei, Zhang Lei, Han Xue-sen. Mechanical structure and seepage stability of confined floor response to longwall mining of inclined coal seam [J]. Journal of Central South University, 2023, 30(9): 2948−2965. DOI:10.1007/s11771−023−5429-y.

12. Lange I., Kotiukov P., Lebedeva Y. Analyzing Physical-Mechanical and Hydrophysical Properties of Sandy Soils Exposed to Long-Term Hydrocarbon Contamination. Sustainability. 2023; 15:3599. DOI:10.3390/su15043599.

13. Ramachandran V., Shriram M. K., Mathew E. R., et al. Oil spill remediation and valorization of oil-soaked peat sorbent to biofuel by hydrothermal liquefaction. Biomass Conversion and Biorefinery. 2023; (13):9325–9337. DOI: 10.1007/s13399−021−01887-y.

14. Bykova M. V., Alekseenko A. V., Pashkevich M. A. Thermal desorption treatment of petroleum hydrocarbon-contaminated soils of tundra, taiga, and forest steppe landscapes. Environ Geochem Health. 2021; 43:2331–2346. DOI: 10.1007/S10653-020-00802-0.

15. Михайлов А. В., Пиирайнен В. Ю., Боброва Е. М., Смирнов А. И. Анализ перспектив использования торфяных почвоулучшителей для рекультивации нарушенных земель // Горная промышленность. — 2025. — № 2. — С. 124–130. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-2-124−130.

16. Jahandari S., Tao Z., Chen Z., Osborne D., Rahme M. Coal wastes: Handling, pollution, impacts, and utilization. The Coal Handbook: Towards Cleaner Coal Utilization.

17. Vasilevich R., Lodygin E., Abakumov E. The Molecular Composition of Humic Acids in Permafrost Peats in the European Arctic as Paleorecord of the Environmental Conditions of the Holocene. Agronomy. 2022;12(9):2053. DOI: 10.3390/agronomy12092053.

18. Abbaspour H., Drebenstedt C. Truck–Shovel vs. In-Pit Crushing and Conveying Systems in Open Pit Mines: A Technical Evaluation for Selecting the Most Effective Transportation System by System Dynamics Modeling. Logistics. 2023;(7):92. DOI: 10.3390/LOGISTICS7040092.

19. Михайлов А. В., Казаков Ю. А., Козачков Г. С. Особенности размещения модуля измельчения при внутрикарьерной переработке торфяного сырья // Горная промышленность. — 2024. — № 5. — С. 94–100. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-5-94−100.

20. Osanloo M., Paricheh, M. In-pit crushing and conveying technology in open-pit mining operations: a literature review and research agenda // International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 2019, Vol. 34(6), pp. 430–457. DOI: 10.1080/17480930.2019.1565054.

21. Михайлов А. В., Федоров А. С. Анализ параметров мундштука шнекового пресса для 3D-экструзии торфяных кусков трубчатого типа // Записки Горного института. — 2021. — Т. 249. — С. 351–365. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.4.

22. Афанасьев А. Е., Чураев Н. В. Оптимизация процессов сушки и структурообразования в технологии торфяного производства. — М.: Недра, 1992. — 288 с.

23. Utenkova T. G., Kremcheev E. A., Nagornov D. O., Ivanov S. L. Mechanical dewatering of sapropel in its smallscale mining technology. Sustainable Development of Mountain Territories. 2023;15(2):308−316. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15−2-308−316.

24. Резник Н. Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппаратов. — М.: Машиностроение, 1975. — 311 с.

25. Горлов И. В., Митусов П. Е., Беляев А. М. Анализ процесса измельчения слабых горных пород // Уголь. — 2022. — № 6. — С. 44–47. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-6-44−47.

26. Горлов И. В., Митусов П. Е. Анализ эффективности процесса разрушения слабых горных пород, обладающих пластическими свойствами, при проектировании комплексного агрегата для их переработки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 4. — С. 47–58. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_4_0_47.

27. Горлов И. В., Митусов П. Е. Моделирование процесса разрушения слабых горных пород, обладающих пластическими свойствами // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. — 2023. — № 4 (20). — С. 26–36.

28. Зюзин Б. Ф., Яконовская Т. Б., Жигульская А. И. Системный подход к развитию классификации торфяных машин и оборудования. Горные науки и технологии. — 2022. — № 7(4). — С. 320–329. DOI:10.17073/2500-0632-2022-06−06.

29. Юсов Д. С., Иванова П. В., Иванов С. Л. Систематизация рабочих органов машин глубокого фрезерования // Горная промышленность. — 2024. — № 3. — С. 85–89. DOI: 10.30686/1609-9192-2024-3-85−89.

30. Патент РФ № 232986, 31.03.2025. Михайлов А. В., Казаков Ю. А., Козачков Г. С. Фрезерный барабан для измельчения сырья. 2025. Бюл. №10.

31. Шемякин С. А., Шишкин Е. А. Физико-математическая модель разрушения горных пород зубом фрезерной установки // Записки Горного института. 2021. Т. 251. С. 639−647. DOI: 10.31897/PMI.2021.5.3.

32. Аксенов В. В., Садовец В. Ю., Пашков Д. А., Захаров А. Ю. Влияние формы режущей кромки на силу резания ножевым исполнительным органом // Горное оборудование и электромеханика — 2020. — № 1 (147). — С. 30–36. DOI:10.26730/1816-4528-2020-1-30−36.

33. Опейко Ф. А. Торфяные машины. — Минск: Вышэйшая школа, 1968. — 408 с.

34. Zhang X., Yu S., Hu X., Zhang L. Study on rotary tillage cutting simulations and energy consumption predictions of sandy ground soil in a Xinjiang cotton field. Computers and Electronics in Agriculture. 2024. 217(10):108646. DOI:10.1016/J.COMPAG.2024.108646.