Систематика способов разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений

Систематика способов разупрочнения глинистых песков при разработке...

Кисляков В.Е., Никитин А.В.

УДК 622.342

Кисляков В.Е., Никитин А.В.

СИСТЕМАТИКА СПОСОБОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ПРИРАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Доля подготовительных работ в составе производственных процессов, общих для открытой разработки, составляет от 5 до 40% в зависимости от горно-геологической характеристики месторождения и принятой технологии, а также в отсутствии факторов, осложняющих работы. В случае разработки россыпных месторождений, отличающихся небольшой глубиной и производственной мощностью (относительно разработки рудных, угольных и др.), а также значительно обводненных, с большим содержанием глины, наличием сплошной или островной мерзлоты, - доля и роль подготовительных работ серьезно возрастают.

Теория разработки россыпных месторождений рассматривала подготовительные процессы, до некоторых пор, как совокупность работ по очистке полигона от леса, вскрытие торфов, предохранение поверхности от промерзания в зимнее время и оттаивание в весеннелетнее [3, 7]. Всеобще отмеченное усложнение горногеологических условий, вновь вовлекаемых в разработку месторождений, потребовало применение специальных методов подготовки массива: механическое и буровзрывное рыхление, обработка химическими реагентами, напорное и безнапорное размачивание конгломератов и песков с большим содержанием глины [6, 8].

Сегодня повсеместное содержание глины в песках россыпных месторождений и их влияние на снижение показателей разработки, а порой определяющее невозможность освоения значительного количества месторождений, совместно с отмеченной неэффективностью существующих методов подготовки массива [4], выявило необждимость создания целою комплекса мероприятий по разупрочнению глинистых песков в общей цепочке производственных процессов.

Многолетние исследования, проводимые в Университете цветных металлов и золота (ныне Сибирский федеральный университет), позволили классифицировать способы разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений [1], уточненный вариант представлен в таблице. Кроме использования эффективных способов разупрочнения глинистых песков в составе всех существующих процессов разработки, данная классификация отличается созданием дополнительного подготовительного процесса, который включает прямое физическое, химическое и другие виды воздействия на разрыхленные глинистые пески в промежуточном складе.

Рассмотрим различные способы в порядке выполнения производственных процессов.

Разупрочнение глинистых песков в массиве на стадии горно-подготовительных работ следует считать одним из важных технологических этапов. Это связано с тем, что подготовка осуществляется в месте залегания без выемки и транспортировки песков к специальным

приборам, а также в связи с развитием технологий извлечения ценною компонента непосредственно из массива. На данном этапе освоения месторождения применяются: физический, химический и специальные способы разупрочнения глинистых песков.

Физический способ включает в себя рыхление и внедрение механических частиц [2], криогенную подготовку (работы ученых Якутского филиала РАН), высушивание и водонасыщение.

Например, способ подготовки глинистых песков путем внедрения в массив частиц галечной фракции размером 50-100 мм (агрегаты и породы, полученные от про -мывки песков), отличается возможностью использования стандартного оборудования; снижением налипания песков на рабочие органы добычного оборудования в процессе их выемки, минимальным сроком ввода технологии в эксплуатацию и минимальным техногенным воздействием на окружающую среду. Предварительное внедрение частиц галечной фракции увеличивает эффективность дезинтеграции в среднем на 10%. Объясняется это тем, что внедрение частиц в глинистые пески приводит к ослаблению связей между глинистыми частицами, тем самым глинистые комья, подаваемые на промывку, разрываются по контактам частиц с глиной на более мелкие уже в первые секунды промывки. Использование в процессе промывки частиц неправильной формы позволяет дополнительно увеличить эффективность дезинтеграции глинистых песков в среднем на 3-5% [2].

Учитывая то, что основополагающим фактором прочностных характеристик глинистых песков является содержание жидкой фазы, большой интерес представляет проведение операций по их высушиванию и водонасыщению. Работы по высушиванию массива включают проведение дренажных выработок для удаления грунтовой воды и защиту поверхности от атмосферных осадков, а с целью водонасыщенияможно использовать как существующие дренажные выработки, так и специально вновь создаваемые канавы и котлованы.

Химический способ является, в настоящее время, одним из наиболее эффективных и включает значительное многообразие приёмов его использования в сложных горно-геологических условиях месторождения. В то же время обработка массива различными реагентами и их значительные утечки за установленные контуры производственного полигона отличается высокой экологической нагрузкой и низкой эффективностью использования реагентов-диспергаторов.

Бактериальный способ разупрочнения глинистых песков наждится на стадии изучения. Продукты жизнедеятельности микробов - слизь (органическое вещество) и газ. Давление газа в объеме грунта со временем возрастает. При выемке и дезинтеграции песков глинистые частицы интенсивно отделяются друг

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.

13

РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

от друга, т.к. пузырьки газа, со всех сторон окружающие эти частички, уменьшают силы трения.

Способ подготовки глинистых песков управляемым движением жидкой фазы (воды, реагентов-диспергаторов, растворов органических веществ с бактериями и др.), основанный на явлении элгктроосмоса - направленного перемещения жидкой фазы относительно твердой под действием электрического поля, дает простор для формирования новых технологических схем. Так, например, при вскрытии пласта песков канавами, пройденными по границе запасов в верхней и нижней частях по падению россыпи, организуют подачу реагента-диспергатора в верхнюю канаву, а откачку из нижней канавы на поверхность. Для электроосмотического управления скоростью и направлением движения реагента во вскрывающих канавах располагают основные электроды, а в массиве песков с поверхности до почвы пласта поперечными рядами уста-навливаютпромежуточные электроды [5].

Однако технологии предварительной подготовки и дезинтеграции глинистых песков в массиве не получили широкого распространения из-за высокой энергоемкости, значительных капитальных затрат [4] и длительности разупрочнения. Сегодня эти способы не могут быть реализованы применительно к большому объему массива из-за невозможности создания и передачи больших импульсов энергии связным пескам, представленных трехфазной системой «твердое-жидкое-газ» в условиях, характерных для россыпей. Технически проще интенсифицировать процесс промывки глинистых песков, воздействуя только на жидкую фазу водной среды (в водной среде).

Разупрочнение глинистых песков в процессе выемки при использовании средств гидромеханизации достигается за счет размыва глинистых песков напорной струей воды. А при использовании выемочных машин (экскаваторов, бульдозеров, специальные аг-

Классификация способов разупрочнения (подготовки) глинистых песков при разработке россыпных месторождений

Процессы горных работ Краткое описание процесса Способ разупрочнения Структура Место разупрочнения

горно- подготовительные предварительная подготовка массива глинистых песков и техногенных россыпей к разработке физический механический рыхление внедрение частиц массив

термический вымораживание высушивание

гидравлический водонасыщение

химический реагенты-диспергаторы

специальный бактериальный электроосмотический и др.

выемка отделение глинистых песков от массива россыпи размыв напорной струей гидравлический способ разработки ёмкость выемочно-транспортирующего оборудования

выемка тонкими стружками использование фрезерных рабочих органов

транспортирование перемещение глинистых песков напорный гидротранспорт использование грунтовых насосов

специальный активация воды

подготовка к дезинтеграции (обогащению) дополнительный (вспомогательный) процесс, включающий прямое физическое, химическое и др. воздействие на промежуточный склад глинистых песков с целью повышения эффективности при их последующей дезинтеграции физический механический рыхление внедрение механических частиц промежуточный склад

термический вымораживание высушивание

гидравлический водонасыщение

химический реагенты-диспергаторы

специальный бактериальный электроосмотический и др.

дезинтеграция разупрочнение (классификация) глинистых песков размыв напорной струей гидровашгерд, гидроэлеватор, дражная бочка, специальные дезинтеграторы и др. специальные аппараты

физический создание активизированных полей

обогащение извлечение полезных компонентов физический дезинтегрирующие устройства в обогатительных аппаратах

от вало-образование складирование галечных и эфельных фракций хвостов физический возврат глинистых окатышей в процесс дезинтеграции отвал, техногенные месторождения

физико-химический складирование для повторной отработки, орошение в навале

14

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.

Систематика способов разупрочнения глинистых песков при разработке...

Кисляков В.Е., Никитин А.В.

регатов с фрезерными рабочими органами) необходима организация выемки тонкими стружками или изменение режима черпания (например, при дражной разработке россыпей).

При транспортировании глинистых песков наиболее эффективно, с позиции разупрочнения, применение напорного гидравлического транспорта совместно со специальной обработкой пульпы в трубопроводе (использование разрядно-импульсной активации и др.).

Подготовка к дезинтеграции (обогащению) является новым дополнительным звеном цепи технологических процессов и включает в себя физические, химические, различные специальные способы разупрочнения вынутых из массива глинистых песков в промежуточном складе.

Как уже упоминалось выше, управление содержанием жидкой фазы может явиться высокоэффективным способом разупрочнения глин. Вместе с этим, по данным ряда исследований отмечено, что капиллярные связи в несколько раз превосходят все другие значимые (молекулярные, электростатические и др.). Этот факт послужил причиной появления ряда технологических схем подготовки глинистых песков управляемым водонасыщением в промежуточном складе.

В последовательности процессов разработки россыпного месторождения транспортирование глинистых песков, после их выемки из массива, осуществляется в промежуточный склад в выработанном пространстве на почве пласта песков. После заполнения склад ограничивается плотинами и заполняется водой. Время нахождения глинистых песков под водой определяется степенью разупрочнения и производительностью добычного комплекса, который осуществляет вторичную выемку подводным способом с подачей непосредственно на обогащение.

Кроме того, возможна комбинация способов подготовки в промежуточном складе. Например, технологическая схема подготовки глинистых песков к обогащению вымораживанием и водонасыщением в промежуточном складе с последующей подводной выемкой включает как криогенную подготовку, так и размачивание в воде технологического бассейна. Работы по данной схеме ведутся в два основных этапа -в зимний (жлодный) сезон и в добычной (теплый) весенне-летний. Во время первого этапа производят первичную выемку песков из массива и их складирование на лёд технологического бассейна таким образом , чтобы создать открытые поверхности для интен-

Список литературы

1. Кисляков В.Е. Технология разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений // Золотоносные коры выветривания Сибири: Сб. науч. тр. Красноярск: КНИИГиМС, 2002. С. 110-114.

2. Кисляков В.Е., Карепанов А.В. Экологически чистые технологии подготовки глинистых песков к обогащению // Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание: Сб. материалов IV Всерос. науч.-практ. конф. Пенза, 2004. С. 151-152.

сификации таяния льда в весеннее время. В теплое время при таянии льда глинистые пески погружаются в воду бассейна, откуда производится повторная их выемка подводным способом с подачей на обогащение и дальнейшее отвалообразование.

Операция по дезинтеграции песков часто совмещается с процессом классификации. На данном этапе используют: энергию высокэнапорных струй (гидровашгерд, оросительная система дражных бочек, гидроэлеваторы и др.); активную энергию напорной воды (грунтовые насосы, гидравлические дезинтеграторы, гидроциклоны и др.); механическое разупрочнение (скрубберы, корытные мойки, вибрационные дезинтеграторы и др.); специальные методы разупрочнения (акустические, с применением электромагнитной активации и др.).

При обогащении песков наиболее эффективны методы механического воздействия. Например, вибрация улавливающей поверхности или движение дезинтегрирующих звеньев непосредственно в процессе обогащения песков.

Отвалообразование, с точки зрения эффективности отработки глинистых россыпей, подразделяется на два направления: улавливание глинистых окатышей для повторной дезинтеграции и целенаправленная организация размещения отвалов для эффективной повторной отработки (целенаправленное создание техногенной россыпи).

В результате можно заключить:

• разработка глинистых россыпных месторождений требует специальных способов разупрочнения песков, а последовательное их применение в каждом звене цепи производственных процессов позволит максимально сократить технологические потери ценного компонента;

• способы подготовки глинистых песков с последующим извлечением ценного компонента в границах массива без перемещения горной массы являются наиболее перспективными, но на современном этапе характеризуются высокими капитальными и энергозатратами;

• управление содержанием жидкой фазы в глинистых песках в комплексе с различными физическими, химическими и специальными способами интенсификации дезинтеграции на промежуточном этапе современной технологии разработки россыпей предполагает создание множества новых способов разупрочнения глин и технологических схем подготовки песков в промежуточном складе.

List of literature

1. Kislyakov V.E. The technology of the loamy sand softening in the gravel deposit exploitation // Gold-bearing residual soils in Siberia: Collecton of scientific works Krasnoyarsk: KNIIGiMS, 2002. P.110-114.

2. Kislyakov B.E., Karepanov A.v. Ecologically clean technologies of the loamy sand development for enrichment // Natural environment and ecological education and upbringing: Collecton of materials of Russian scienttc and practical conference IV, Pensa, 2004. P.151-152.

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.

15

РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

3. Пешков В.Г. Разработка россыпных месторождений: Учебникдля вузов. М.: Горная книга, 2007. 906 с.

4. Мязин В.П. Повышение эффективности переработки глинистых золотосодержащих песков: Учеб. пособие. Ч. 1. Чита: ЧГТУ. 1995. С. 18-19.

5. Пат. 2310746 Российская Федерация. Способ добычи металлов выщелачиванием из россыпных месторождений / Кисляков В.Е., Кливоченко С.А., Шепунов Д.В.

6. Потемкин С.В. Разработка россыпных месторождений: Учебникдля вузов. М.: Недра, 1995. С. 128.

7. Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разработки россыпных месторождений. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: Недра, 1973. 768 с.

8. ЯлтанецИ.М. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. Ч. 3. Гидромеханизация и подводные горные работы. Кн. 1: Разработка пород гидромониторами и землесосными снарядами: Учебник для вузов. М.: Горная книга, 2006. 546 с.

3. Leshkov V.G. The cpa/el deposit exploitation: course book for institutes of higher education. M.: Mining book, 2007. 906 p.

4. Myazin B.P. Increase in processing of the loamy goldbearing sands: course book, Part I.Chita: Chitinsky State Technical University. 1995. P. 18-19.

5. Patent 2310746 Russian Federation. Metal mining through leaching from the gravel deposits / Kislyakov V.E., Klivochenko S.A., Shepunov D.V.

6. Potemkin S.V. The gravel deposit exploitation: course book for institutes of higher education. M.: Nedra, 1995.P.128.

7. Shorokhov S.M. The technology and intergrated mechanization of the gravel deposit exploitation . 2nd edition, new edition, M.:Nedra, 1973. 768 p.

8. Yaltanets I.M. The technology and intergrated mechanization of open cast mining. Part III. Hydromechanization and submarine mining. Book I: Rock exploitation through hydromonitors and suction dredge: course book for institutes of higher education.M.: Mining book, 2006. 546 p.

УДК 622.273

Аглюков Х.И., Лаврик В.Д., Бакилов У.А.

ГИДРОЗАКЛАДКА НА ЖГМК

В настоящее время гидрозакладочные работы на ЖГМК осуществляются с помощью автоматизированного гидрозакладочного комплекса. Годовая производительность закладочного комплекса по принятому гранулометрическому составу - 1392 тыс. м3, среднесуточная - 3813 м3, среднечасовая производительность -190 м3 при круглосуточной работе (20 ч чистого времени). Гидрозакладочные работы производятся на трёх рудниках - Южном (ЮЖР), Западном (ЗЖР) и Восточном (ВЖР). Схема доставки закладки включает поверхностную распределительную сеть, из магистрального (0 273 мм) и участковых (0 219 мм) трубопроводов (стальные цельнотянутые), разделенных 9 распределительными устройствами (РУ), управляемыми автоматически с закладочного комплекса. Поверхностный трубопровод периодически поворачивается на 120° после транспортировки от 1000 тыс. м3. Перепуск гидрозакладки с поверхности - по скважинам, пробуренных диаметром 320 мм, обсаженных трубами.

Максимальное давление на вжде магистральною трубопровода составляет до 13 бар. Наиболее близко к комплексу расположены панели ВЖР - до 500 м, аналогичные панели ЮЖР удалены - до 10 км и ЗЖР - 7 км. В качестве гидрозакладки используются хвосты обогащения, пульпа содержит 40-45% твёрдого с гранулометрическим составом минус 0,14 мм не более 65%. С увеличением дальности транспортировки снижается плотность пульпы - наибольшая, до 1600 кг/м3, для панелей ВЖР и 1500 кг/м3 (40% твёрдого в смеси) - ЗЖР и ЮЖР. Текущие хвосты ОФ №3 дешламируются в одну стадию двумя батареями гидроциклонов на закладочном комплексе.

Значительная часть месторождений ЖГМК наждит-

ся в охранных целиках, ЗЖР - пос. Жезказган; ЮЖР -территория кладбища, ВЖР - закладочный комплекс «Анненский-1», автодороги, ЛЭП, водоводы.

Месторождение представлено пологопадающими рудными телами. Мощность рудных тел колеблется от 0,5 до 30-40 м, при этом более половины запасов концентрируется на залежах средней мощностью 8-10 м, на мощных участках сосредоточено не более 15% запасов. Среди других особенностей Жезказганского месторождения: многоярусность, или многоэтажность, оруденения при различной степени перекрытия залежей и различной мощности междупластия, разобщенность рудных тел и сравнительно небольшое разнообразие литологического состава пород. На месторождении широко распространены: серый песчаник (рудный, безрудный), красный песчаник и алевролит. Обводнённость месторождения невысокая, приток воды в действующих шахтах не превышает 18-26 м3/с. Для поддер-жания налегающей толщи пород в выработанном пространстве регулярно по сетке 20x20 м оставлены междукамерные целики.

Красный песчаник относится к группе мелкозернистых песчаников с бурыми гидроокислами железа с примесью глинистого и слюдяного материала, количество которого не превышает 15-20%. В составе обломочного материала преобладают осадочные породы: глинистые и филлитовые сланцы. После обогащения значительная часть глинистой породы попадает в хвосты обогащения (в хвостах от 12 до 25%).

Состояние выработанного пространства под пос. Жезказган оценивается по результатам регулярных визуальных наблюдений, по данным инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности по

16

Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.