Теоретические предпосылки модернизации геотехнологий разработки россыпных месторождений

Проблемы освоения месторождений " в условиях Крайнего Севера

УДК 622.342

Теоретические предпосылки модернизации геотехнологий разработки россыпных месторождений

С.А. Ермаков, А.М. Бураков

Дается качественная и количественная характеристика распределения запасов для уникального россыпного месторождения золота р. Б. Куранах. Результаты анализа являются основой для определения новых направлений развития горных работ и технологических решений по месторождению.

Executed the differentiation ofpattern of reserves to a quantitative and qualitative for Kuranax of the buried reservoir placer ofgold. The results of the analysis are the base for realization ofthe new approach to a choice ofways and technologies of mining of a field.

Повышение геолого-технологического потенциала сложнострукгурных месторождений, в том числе россыпных, в процессе их освоения должно основываться на положениях ресурсосбережения, эффективности эксплуатации и полноты выемки продуктивной области залегания полезного ископаемого.

Выбор рациональной стратегии и тактики освоения сложнострукгурных россыпных месторождений производится на основе:

- анализа баланса технологических видов золота;

- расчета количественных и качественных характеристик распределения металла в массиве;

- выбора параметров и определения рациональных характеристик выемочного пространства до-бывающе-обогатительного комплекса;

- дифференцированного анализа распределения полезного компонента (ПК) согласованно с границами и развитием выемочного пространства.

Новым направлением в повышении потенциала сложнострукгурных месторождений является исследование и технологическое использование особенностей залегания полезного компонента в массиве на предмет селективности отработки выемочных областей с повышенным и высоким со-

ЕРМАКОВ Сергей Александрович, зав. лабораторией ИГДС СО РАН, к.т.н.;

БУРАКОВ Александр Михайлович, с.н.с. ИГДС СО РАН, к.т.н. 6 _

держанием металла. В связи с этим возникает необходимость анализа больших массивов геологической информации, что предопределило активное использование компьютерных технологий для решения всего комплекса геологических и прогноз-но-металлогенических задач.

Общепринятыми параметрами, принимаемыми в качестве исходных данных для моделирования месторождений и подсчета запасов, являются геометрические координаты залегания продуктивного пласта, а также данные геологического опробования, включающие координаты скважин, интервалы отбора проб, значения содержания.

На сложноструктурном месторождении россыпного золота реки Б. Куранах уже в течение ряда лет проводятся исследования по определению рациональной стратегии отработки запасов, основанной на исследовании особенностей распределения полезного компонента в массиве. Горно-геологические особенности объекта характеризуются большой глубиной залегания (до 50-60 м ниже уровня грунтовых вод), тяжелыми для разработки неоднородными породами с включениями крупнообломочного материала, наличием высокого (до 60%) содержания упорных глин. В целом по месторождению преобладают породы с содержанием глины от 16 до 67%, причем вниз по течению реки намечается увеличение глинистости пород.

По составу отложений на месторождении выделяются несколько литологических разностей, каждая из которых отличается физико-механичес-кими свойствами. Суглинки составляют порядка 65% разреза, супеси с галькой и гравием - 20%, гравийно-галечниковые отложения - 15%. Все эти литологические разновидности чередуются друг с другом или замещаются.

По распределению золота долина р. Б. Куранах характеризуется высокой его концентрацией в современном аллювии. В настоящее время современные аллювиальные отложения полностью переработаны драгами и представляют расклассифицированный верхний галечниковый слой и нижний эфельный отвальный продукт.

В прибортовых участках долины, особенно в верхней и средней частях месторождения, золотоносный погребенный аллювий перекрыт делювиальными отложениями, представленными щебени-сто-глинистыми породами. Эти отложения слабо золотоносны.

Массив песков, представляющий собственно глубокую погребенную россыпь и распространяющийся до устья реки Б. Куранах, имеет промышленную золотоносность на всю глубину до плотика и на всю длину (20 км) по простиранию. Золотоносность древнего аллювия в значительной степени повторяет общую картину распределения металла верхнего яруса.

По распределению металла на площади россыпь относится к выдержанной. По вертикали золото концентрируется неравномерно. В целом количество золота по простиранию россыпи уменьшается. По данным геологических исследований высокие и низкие содержания золота встречаются вне зависимости от степени глинистости, литоло-гического состава, глубины и удаленности от древнего русла. Среднее содержание по гравитационному опробованию - 242 мг/м3.

Для выделения и геометризации зон повышенного содержания металла создана программа компьютерного моделирования и подсчета запасов, основанная на использовании данных геологического опробования. Требуемая исходная информация включает данные трех типов: база первичного опробования по данным детальной разведки, координаты дневной поверхности, границы геологических зон (разрезов) - условно однородных участков, выделенных по геологическим признакам.

Разработаны алгоритм и числовая модель, позволяющая определять структуру качества запа-

сов песков и структуру запасов металла в контуре россыпного месторождения и соответствующих каждому диапазону содержания объёмов извлекаемой из массива горной массы. В модели разработаны и реализованы элементы строения сложноструктурных месторождений, включающие:

- способ задания геометрических координат продольных и поперечных сечений рудного тела;

- методик}' описания контура рудного тела, реализуемую путем обхода контура по часовой стрелке;

- способ задания качественных характеристик селективной отработки рудного тела;

- методику поблочной и послойной блокировки рудного тела по заданным координатам послойной отработки.

Введено условие возможности разбивки на диапазоны по пределам содержаний металла, задаваемым пользователем. Алгоритм и программа расчета количества металла в массиве месторождения реализуются по заданному набору диапазонов содержания (мг/м3). Набор диапазонов задается на основании технологических требований к качеству минерального сырья.

Выполнен вариант расчета запасов, с получением промежуточных данных в виде запасов на погонный метр, площадей, занимаемых тем или иным диапазоном и среднего содержания по диапазонам. Обработка массива данных опробования производилась путем двумерной линейной интерполяции на специальную пространственную сетку, интегрирования на сетке по заданным поперечным сечениям, дополнительного интегрирования вдоль продольной оси.

По результатам расчета сделан анализ структурных характеристик распределения полезного компонента в локальных зонах россыпного месторождения золота р. Б. Куранах, уточнена и подтверждена неоднородность распределения запасов, установлены ее характеристики. В качестве критерия для сравнения структурных характеристик запасов металла на локальных участках месторождения предложены показатели неоднородности распределения металла в массиве месторождения.

Первый показатель выражается через кривую Лоренца, где по оси абсцисс откладываются декады песков с возрастающим содержанием металла, а по оси ординат - доля золота в декадах с нарастающим итогом (рис. 1).

Декады песков с возрастающим содержанием золота Рис. 1. Показатель общей концентрационной неоднородности запасов

Он показывает, например, что всего в 20% запасов самых богатых песков две последние декады (десятые части) содержат более 70% запасов металла, и позволяет через заданное граничное содержание определять долю некондиционных песков в их общем объеме.

С:/С

Второй показатель представляет собой отношение текущего содержания в интервале к среднему содержанию (С/С) в локальной области месторождения и отражает степень неоднородности распределения металла по месту расположения песков (рис. 2).

10 г/м

I уч. 10 м

II уч. Юм

I уч. 15 м

II уч. 15 м

Рис. 2. Относительное содержание в интервале

Выполнены исследования показателей неоднородности по участкам месторождения. Определено, что значения С/С изменяются в достаточно широком диапазоне. В условиях установившегося характера распределения полезного компонента малые значения С/С, как правило, наблюдаются в диапазонах невысокого содержания и влекут за собой выполнение больших объемов горных работ (рис. 3).

Увеличение С/С закономерно влечет за собой повышение качества полезного компонента, т.е. более высокое содержание. Проведены исследования С/С при различных высотах разрабатываемого слоя на участках месторождения р. Б. Куранах с мощностью песков до 45 м (участок I) и до 30 м (участок II) (рис. 2). Получены закономерности изменения показателей неоднородности при различной высоте разрабатываемого слоя для различной

60 50 40-30 20-10 0

И 1С

I уч. 10 м II уч. 10 м I уч. 15 м II уч. 15 м

Рис. 3. Изменение объемов горных работ в относительных единицах

мощности продуктивной толщи, позволяющие оптимизировать объемы горных работ и качественные характеристики полезного компонента в условиях дифференцированных эксплуатационных кондиций.

Установлено, что для россыпи р. Б. Куранах оптимальной является высота разрабатываемого слоя в диапазоне 10-15 м, значение С/С в котором практически не изменяется для участков с различной мощностью продуктивной толщи. Это обоснованно позволяет рекомендовать к применению варианты мобильных геотехнологий с высотой разрабатываемого уступа 12-15 м.

По характеру изменения показателей неоднородности можно сделать выводы об изменении объемов горных работ, а следовательно, о потребном количестве и характеристиках горно-транспор-тного оборудования, размерах отвальных емкостей и т.п.

В соответствии с характером распределения запасов минерального сырья по сложноструктур-ному россыпному месторождению реки Б. Куранах требуется принципиально новый подход к выбору способов и технологий его освоения.

Новый подход к выбору способов и технологий освоения сложноструктурных россыпных месторождений должен основываться на применении высокопроизводительных, экологически безопасных технологий и оборудования, позволяющих вести отработку продуктивного контура россыпи по селективному принципу, с возможностью оперативного перенаправления потоков горной массы при изменении их кондиционных характеристик.

Россыпное месторождение р. Б. Куранах, явля-

ясь уникальным по своим геометрическим размерам, запасам песков и металла, не может быть эффективно освоено традиционными для россыпных месторождений способами.

Анализ структуры запасов песков и металла совместно с параметрами геометрического строения месторождения показывает, что эффективная отработка запасов на месторождении с кластерным типом их распределения, таких, как россыпь Б. Куранах, возможна только при комбинации нескольких типов геотехнологий. Эти геотехнологии должны иметь в своем составе различные сочетания наименований оборудования, наиболее приспособленного к селективной выемке полезного ископаемого.

По критерию малой единичной производительности и существенного объема вредных выбросов в окружающую среду, например, не могут быть использованы бульдозерно-гидравлический либо экскаваторно-автотранспортный способы.

На протяжении десятилетий это месторождение отрабатывалось дражным способом, переработан практически весь верхний 10-12-метровый продуктивный слой, с оставлением на поверхности россыпи галечно-эфельных отвалов.

В настоящее время в условиях Якутии дражный способ является практически единственным, используемым на разработке крупных глубокозале-гающих россыпных месторождений золота и алмазов. Этот способ характеризуется высокой загрязненностью водоисточника, относительно малой глубиной (12-15 м) отработки, существенными сложностями при разработке высокоглинистых и валунистых пород. Но основным недостатком

дражного способа является необходимость уборки галечно-эфельных отвалов после каждого отработанного слоя. Практикой работы установлено резкое возрастание объемов переэкскавации вскрышных (отработанных) пород уже при переводе на 2-й слой и практическая невозможность перехода на 3-й слой. Таким образом, дражный способ практически не позволяет эффективно отрабатывать глубокозалегающие россыпные месторождения.

Горно-технологические условия месторождения р. Б. Куранах предопределяют главное требование к стратегии его освоения - разработка должна осуществляться на всю глубину и целесообразно — по всему поперечному сечению, с обеспечением возможности эффективной вторичной переработки.

В результате многолетних исследований установлено и доказано, что наиболее отвечающей этим требованиям является поточная технология добычи и переработки полезного ископаемого, позволяющая существенно повысить производительность труда и снизить затраты на разработку.

Технология обеспечивает поточность (непрерывность) процессов выемки, транспортировки, отвалообразования, рекультивации за счет применения оборудования с непрерывным циклом действия (роторные экскаваторы, конвейеры, отвало-образователи, роторно-ковшовые земснаряды). При этом существует возможность производства горных работ как выше уровня водоносного горизонта (роторные экскаваторы), так и ниже его (ро-торно-ковшовые земснаряды). Для выемки пород, как правило, не требуется предварительная буровзрывная подготовка.

На россыпи р. Б. Куранах, впервые в условиях Крайнего Севера, проведена опытно-промышленная эксплуатация роторно-конвейерного комплекса в составе роторного экскаватора, ленточных конвейеров и отвалообразователя при разработке вскрышных пород и золотосодержащих песков.

В настоящее время оборудование поточной технологии сконцентрировано на террасовой части россыпи, и здесь производится отработка блока с высоким содержанием металла. До 2000 г. применялась технология с роторно-конвейерным комплексом на подаче песков и береговой обогатительной фабрикой (БОФ) на обогащении. По итогам оаботы на этом участке отмечена относительная стабильность среднесезонного содержания металла по сравнению с отработкой песков в основном контуре россыпи дражным способом.

Добыча песков осуществлялась роторным экс-

ю _

каватором послойным методом, горизонтальными стружками. Наблюдалось повышение извлечения золота на БОФ за счет предварительной дезинтеграции песков на стадии добычи и транспортировки конвейерами. Разработка участка осуществлялась в основном выше уровня воды.

Технологические возможности добывающе-транспортной цепи комплекса поточной технологии позволяют в производственных условиях осуществить принцип селективной отработки массива с кластерным строением путем сортировки горной массы не на стадии выемки, а на стадии отгрузки на переработку.

Технически достаточно просто реализуется оперативное перенаправление потока горной массы на переработку (при кондиционных характеристиках песков) или на складирование в сохранный отвал для последующей переработки (при некондиционном содержании). Необходимость наличия отвальных емкостей, по-видимому, не составит большой проблемы в условиях значительных геометрических параметров россыпи.

Таким образом, область применения комплекса поточной технологии в условиях кластерного строения массива песков ограничивается только необходимостью (по техническим возможностям) работы выше уровня водного горизонта, что и показала эксплуатация в условиях террасового участка.

Одним из перспективных способов выемки песков ниже уровня воды является способ разработки с применением устройств подводной добычи (с открытым выемочным пространством), с переработкой песков на береговой обогатительной фабрике. Он позволяет, без необходимости уборки отвалов с полигона отработки, перейти на нижележащий слой. Это дает возможность отработки глу-бокозалегающих месторождений на всю глубину, со значительным снижением затрат по сравнению с дражным способом, создать свободное выемочное пространство с последующей выкладкой в него вскрышных пород.

В русле реализации основного требования к отработке россыпи целесообразной является многоуступная схема отработки, включающая отработку первого и второго уступов роторно-конвейерным комплексом, третьего уступа - шагающим экскаватором или драгой, четвертого уступа - также драгой.

Отработка вышележащих горизонтов террасового участка была произведена в течение 1988-2001 гг. роторно-конвейерным комплексом.

С 2001 г., впервые в подобных условиях, на террасовой части данной россыпи осуществляется эксплуатация комплекса поточной технологии на базе роторно-ковшового земснаряда РКЗС 350-16Е фирмы «Ньюман» с подачей песков на БОФ.

Достаточно высокие показатели использования роторно-конвейерного комплекса и роторно-ковшового земснаряда, в сочетании с качественной реализацией основных ресурсосберегающих положений эксплуатации россыпи, дают основание утверждать. что данное сочетание оборудования можно квалифицировать как успешно адаптируемую к условиям крупного россыпного месторождения мобильную геотехнологию.

В результате укрупненного анализа основных

используемых и перспективных способов отработки сложноструктурных глубокозалегающих обводненных россыпных месторождений определены возможные направления конструирования и обоснования рациональных сочетаний применяемых геотехнологий для многоуступной отработки месторождения со схемами выемки как выше, так и ниже уровня воды.

Реализация технологии ресурсосберегающего освоения месторождений Севера позволит резко повысить их геолого-технологический потенциал, кратно поднять производительность труда, добиться существенного снижения объемов вредных выбросов в окружающую среду, уменьшить потребление земельных и водных ресурсов.

УДК 55:622.345

Применение геоинформационных технологий в практике проектирования горных работ на алмазосодержащих месторождениях АК «АЛРОСА»

В.Ф. Колганов, А.Н. Акышев, В.И. Хон

В институте «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» разработана геоинформационная система, позволяющая создавать базу данных, проводить геостатистический анализ и геолого-математическое моделирование, на основе созданных моделей производить оценку месторождения и геологических блоков, оптимизировать параметры карьера с определением конечной глубины отработки, а также производить оценку технико-экономического риска на этапе проектирования. Одним из возможных применений созданных моделей кимберлитовых месторождений по физико-механическим свойствам является возможность оптимизации параметров буровзрывных работ.

The Research and Development Institute "Yakutniproalmaz" ofALROSA Co. Ltd., has designed a geoinformation system. The system allows developing database, carrying out geostatistical analysis and geological and mathematical modeling and on a basis of developed models it gives an opportunity to evaluate deposits and geological blocks, optimize the open pit's parameters with the defining of a final mining depth, and evaluate technical and economic risks at the design stage. The possible application ofkimberlite deposits' models on the basis of physical-mechanical characteristics is an optimization of the drilling and blasting operations.

В течение последних лет в АК «АЛРОСА» успешно внедряются новые компьютерные технологии, позволяющие более качественно проводить работы при оценке месторождений, проектировании, оптимизации конечных контуров карьера,

КОЛГАНОВ Виталий Федорович, зав. лабораторией института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», к.г.-м.н.; АКИШЕВ Александр Николаевич, нач. отдела института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», к.т.н.;

ХОН Вячеслав Иванович, зав. сектором института «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА»

планировании работ и оценке экономической эффективности отрабатываемых и планируемых к отработке месторождений. Особенно важной задачей является достоверная оценка всех параметров месторождения, дающих возможность надежно проводить геолого-математическое моделирование.

В институте «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» разработана геоинформационная система, позволяющая создавать базу данных, проводить геостатистический анализ и геолого-математическое моделирование, на основе созданных моделей