АЛМАЗОДОБЫВАЮЩИЙ КОМБИНАТ
DIAMOND MINING PLANT

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке кимберлитовых месторождений в районах с вечномерзлыми грунтами, характерными для Крайнего Севера и Сибири.
Целью изобретения является повышение производительности добычи алмазов и сопутствующих минералов при обеспечении экологической безопасности для окружающей среды.
Известен способ добычи кимберлита с использованием механизированного комплекса, включающего механизированную крепь со средствами для транспортировки руды, очистной комбайн и элементы для разупрочнения массива [1]. В качестве способов разупрочнения при этом используются взрывы и химическое разрушение, что связано с нарушением естественной среды обитания, опасно для персонала и приводит к повреждению алмазов и потере сопутствующих им минералов (титан, вольфрам, медь, цинк и др.) [2].
Способ открытой добычи алмазов, в результате которого образуется опрокинутый вершиной вниз конус, на поверхности которого перемещаются самосвалы с пустой породой и кимберлитом, имеет ряд недостатков, одним из которых являются затруднения, возникающие в холодную безветренную погоду из-за температурной инверсии - явления, когда холодный воздух стекает в места пониженного рельефа. Так, например, в городе Мирном в Республике Саха-Якутия при разработке алмазов в кимберлитовой трубке стала невозможной эксплуатация тяжелых самосвалов, двигатели которых глохли от собственных выхлопов [3, с.35-36].
Поэтому нами был предложен оснащенный буровым устройством алмазодобывающий комбайн, обеспечивающий: использование отрицательной температуры вечномерзлых грунтов для извлечения пара, разупрочнения массива за счет резкого перепада температур; совмещение процессов разведки, добычи алмазов, анализа добытого и обогащения кимберлита в специальной камере внутри комбайна; исключение постоянного пребывания персонала в забое и устранения доступа людей к алмазам в процессе добычи и обогащения кимберлита [4].
Однако в этом предложении не были рассмотрены вопросы комплексной добычи полезных ископаемых, учитывающие утилизацию минералов, сопутствующих алмазам, в условиях бездорожья.
В данном предложении нами предлагается целенаправленный поэтапный поиск в пределах алмазоносного поля пункта с максимальным содержанием алмазов, в идеальном случае кимберлитовой трубки, а также сепарация и обогащение извлеченного кимберлита, переработка извлеченных минералов с частичным использованием полученных минералов на месте добычи и использование скважин, оставшихся после поисково-разведочных работ, с одновременным использованием отходов производства путем заполнения ими скважин и оборудования тепловых насосов при вновь созданных заводах по выплавке минералов и других отапливаемых объектах.
Для осуществления этого предлагается создание алмазодобывающего комбината, включающего кимберлитовую трубку, сепараторную фабрику с хранилищем сопутствующих минералов, заводы по выплавке металлов из минералов, энергоблок с аккумуляторами электроэнергии, административно-бытовой корпус и вертолетную площадку.
Несмотря на сложные тектонические процессы, происходящие в земной коре, основным признаком кимберлитовой трубки является форма столба, вертикально направленного из центра Земли [5]. В то же время вокруг трубки наблюдаются россыпи алмазов. Поэтому даже сейсморазведка с высоким разрешением не может определить точное местонахождение кимберлитовой трубки.
Более надежно установить местоположение трубки можно с помощью вышеупомянутого комбайна, внутри которого происходит обогащение породы на разных уровнях бурения и определение эффективности конкретной скважины. Это позволяет провести поиск в направлении наиболее эффективных скважин и, постепенно сужая зону поиска, определить скважину с максимальным содержанием алмазов, т.е. найти трубку.
Предлагается провести разведочное бурение по контуру алмазосодержащего поля, последовательно через равные расстояния буря скважины, а затем, после анализа результатов бурения, определив зону поиска, сужая область бурения и двигаясь по спирали, найти искомую скважину, где целесообразно сосредоточить добычу алмазов.
Следующим этапом является определение способов использования оставшихся после бурения поисково-разведочных скважин. Предлагается в центре поля организовать сооружение сепараторной фабрики, где будет происходить обогащение минералов, сопутствующих алмазам, рядом с фабрикой необходимо организовать хранилище обогащенных минералов и энергоблок, а по контуру поля разместить заводы по выплавке металлов, административно-бытовой корпус и вертолетную площадку, используя при этом скважины, находящиеся от них поблизости, в качестве элемента теплового насоса для этих объектов [6].
Сложной проблемой при организации промышленных предприятий, особенно с горячими цехами, в районах вечномерзлых грунтов является изоляция этих отапливаемых объектов от грунта. Известно предложение в этих случаях создавать под такими зданиями мощную насыпь высотой 2-3 м, в нижний слой которой укладывают крупные глыбы, а в верхний - крупный щебень [3, с.162, 167-168].
Однако в условиях Сибири и Крайнего Севера не везде можно найти такие глыбы, а доставлять их издалека сложно из-за отсутствия благоустроенных дорог. Кроме того, в таком здании трудно обеспечить надежную устойчивость, поскольку мелкие фракции щебня могут со временем в результате вибрации осыпаться в щели между глыбами [7].
Поэтому нами предложено над продуваемым подпольем оборудовать основание из пилонных фундаментов, включающих реакторы, заполненные водой, и где в качестве верхнего слоя использовано масло, описанных в [8], которые устанавливают по периметру здания, а под тяжелым оборудованием и внутри основания здания размещать пилоны, включающие реакторы цилиндрической формы, установленные кольцеобразно, объединенные масляными и водяными торами, при этом реакторы со стороны отапливаемой части здания покрыты утеплителем, а внутри содержат нагреватель и выполнены с возможностью заполнения водой нижней части и маслом в верхней части реактора, причем при замерзании воды и создании высокого давления в реакторе масло попадает в верхний масляный тор с низким давлением, откуда его откачивают насосом в нижний масляный тор с постоянным высоким давлением, откуда по трубе масло попадает в гидромонитор, где вырабатывается электроэнергия, при этом отработанное масло из верхнего масляного тора при размораживании воды в реакторе откачивают в верхнюю часть реактора для пополнения запасов масла, находящегося над распределительным поддоном, перемещение которого фиксируется ограничителями, при этом размораживание воды в реакторах осуществляют поочередно по кольцу, в пределах пилона, обеспечивая устойчивость пилона, расположенного соосно со стойками каркаса здания, причем под пилоном установлена подпилонная подушка, которая опирается на стакан фундамента, стоящий на утрамбованном слое гравия, а на пилоне покоится надпилонная подушка, в которую вставлена стойка. На подпилонную подушку опираются также плиты нижнего перекрытия, под которым образуется холодное, благодаря уложенному на этом перекрытии утеплителю, которым снаружи укрыт и сам пилон, проветриваемое пространство. На надпилонной подушке покоится верхнее перекрытие, на котором установлено оборудование, в том числе и плавильная печь. Аналогично обустроены и ленточные фундаменты из поставленных впритык друг к другу по контуру здания реакторов.
Каждое отапливаемое здание комбината или его отапливаемый отсек оборудованы тепловым насосом, для чего использованы скважины, в которых уложены трубы, заполненные водой с добавлением антифриза и засыпанные гравийной подсыпкой, включающей также породу и шлаки. Вода закачивается из скважины через ввод в тепловом пункте и, попадая в испаритель, воздействует на находящийся там аммиак, который в виде пара попадает в компрессор, откуда переносится в конденсатор, где нагревает воду, циркулирующую на внешней поверхности конденсатора, после чего через сбросной вентиль направляется в испаритель, а нагретая вода попадает в тепловой аккумулятор, при этом все насосы, задействованные в этом процессе, являются струйными перистальтического типа, они снабжены светочувствительной пленкой на своей поверхности, позволяющей расширяться под воздействием лазерного луча с лазерной установки, размещенной на поворотном столике, связанном с вертикальным валом электрогенератора [9].
Тяжелое оборудование на комбинате транспортируют грузовые вертолеты, а легкое, в том числе и руду, автокарами по дорогам, выполненными из сборных конструкций и накрытых светопрозрачными сводами с использованием оргстекла. Полотно дорог устанавливают на основание, покоящееся на гравийной подсыпке и подошве, при изготовлении которой использованы композиции с содержанием криогелей [10], которые при частом перепаде температур становятся более прочными.
Использование полученных металлов связано с потребностью их на комбинате. Например, медь - это основа для электропроводов, цинк - кровельных материалов, титан - несущих конструкций зданий и линий электропередач.
В административно-бытовом корпусе установлена автоматизированная система управления, которая обеспечивает синхронизацию технологических процессов и рациональное использование энергоресурсов. Хотя комбинат расположен в регионе, располагающем богатыми запасами природных ресурсов, предпочтение целесообразно отдавать возобновляемым источникам энергии. Определенную долю должны внести тепловые насосы и гидромониторы, установленные у пилонов. С целью экономии энергоресурсов предлагается использовать в зданиях двойные тамбуры, тройное остекление и теплоизоляцию ограждающих конструкций на основе аэрогелей [11].
На фиг.1 показана схема размещения скважин на алмазоносном поле; на фиг.2 - схема дислокации объектов комбината на этом поле; на фиг.3 - разрез здания плавильного завода по А-А на фиг.4; на фиг.4 - то же по В-В на фиг.3; на фиг.5 - разрез пилонной опоры по В-В на фиг.3; на фиг.6 - общий вид теплового насоса (аксонометрия); на фиг.7 - схема работы струйного насоса; на фиг.8 - план пилона на уровне С-С (II) и D-D (I) на фиг.10; на фиг.9 - разрез реактора по Е-Е на фиг.8; на фиг.10 - разрез пилона по Е-Е на фиг.8; на фиг.11 - поперечный разрез дороги (фрагмент); на фиг.12 - продольный разрез дороги (фрагмент).
На фиг.1 приведен контур алмазоносного поля 1 с указанием последовательности бурения скважин 2 и кимберлитовая трубка 3; на фиг.2 - объекты алмазодобывающего комбината: сепарационная фабрика 4, хранилище минералов 5, энергоблок 6, плавильные заводы 7, административно-бытовой корпус 8, вертолетная площадка 9, дороги 10 и кимберлитовая трубка 3; на фиг.3-5 - гравийная подсыпка 11, фундамент стаканного типа 12 под пилоном 13, реакторы 14, включенные в пилонную опору, а также установленные по периметру плавильного завода в виде сплошной ленты, подпилонная подушка 15, надпилонная подушка 16, нижнее перекрытие 17, верхнее перекрытие 18, стойки 19, утеплитель 20, плавильная печь 21, фермы 22, тепловой насос 23, ограждающие конструкции 24, а также элементы теплового насоса 23, включающие скважину 2, гравийную подсыпку 11; на фиг.6-7 - трубы 25, заполненные водой, которая закачивается через ввод 26 в тепловой насос 23 и, попадая в испаритель 27 воздействует на находящийся там хладагент-аммиак, который в виде пара попадает в компрессор 28, откуда переносится в конденсатор 29, где нагревает воду, циркулирующую на внешней поверхности конденсатора, после чего направляется в испаритель 27, а нагретая вода попадает в тепловой аккумулятор 30. При этом все насосы 31, задействованные в этом процессе, являются струйными перистальтического типа и снабжены участком 32 со светочувствительной пленкой на своей поверхности, позволяющей расширяться под воздействием лазерного луча 33 с лазерной установки 34, размещенной на поворотном столике 35, связанном через трансмиссию с центральным вертикальным валом электрогенератора; на фиг.8, 9 и 10 приведены пилоны 13 основания, включающие реакторы 14 цилиндрической формы, установленные кольцеобразно, объединенные верхним 36 масляным, водяными 37 и нижним 38 масляным торами. При этом реакторы со стороны отапливаемой части здания покрыты утеплителем 20, а внутри содержат нагреватель 39 и выполнены с возможностью заполнения водой нижней части и маслом в верхней части реактора 14, причем при замерзании воды и создании высокого давления в реакторе масло попадает в верхний масляный тор 36 с низким давлением, откуда его откачивают насосом в нижний масляный тор 38 с постоянным высоким давлением, откуда по трубе масло попадает в гидромонитор 40, где вырабатывается электроэнергия, при этом отработанное масло из верхнего масляного тора 35 при размораживании воды в реакторе откачивают в верхнюю часть реактора для пополнения запасов масла, находящегося над распределительным поддоном 41, перемещение которого фиксируется ограничителями 42. При этом размораживание воды в реакторах осуществляют поочередно по кольцу, в пределах пилона 13, обеспечивая устойчивость пилона, расположенного соосно со стойками 19 каркаса здания.
На фиг.11 и 12 приведены фрагменты внутрикомбинатной дороги с указанием основания 43, сводов 44 и полотна 45 дороги.
Источники информации
1. RU 2136887, С1, 1999.
2. Олейников О.Б., Корнилова В.П., Ятнышев Б.С., Сафранов А.Ф. Вещественный состав и поисковые признаки немагнитных кимберлитовых тел/ Методы прогноза и поиск алмазов на юге Восточной Сибири. - Иркутск: Вост.-Сиб. НИИГГиМС. 1990. С.31-33.
3. Алексеева Т.И. Региональные особенности градостроительства в Сибири и на Севере. - Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1987. - 208 с.; ил.
4. RU 2426879, С2, 2011.
5. Юный эрудит, 2010, №6, стр.2.
6. Васильев Г.П. Геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения и эффективность их применения в климатических условиях России // АВОК. - 2007. - №5. - С.22-27
7. Технология металлов и конструкционные материалы/ Кузмин Б.А., Авраменко Ю.Е., Ефремов В.К. и др. - М.: Машиностроение, 1981.
8.RU 2312956, С2, 2006.
9. US 6,999,221 В1, 2006.
10. RU 2321607, 2008
11. Ренальдо Р. «Замерзший дым» и его сверхвозможности// Юный эрудит, 2008, №4, с.14-18.