Обоснование параметров рудничной сепарации рудничной массы при разработке медных месторождений Жезказганского региона

УДК 622

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РУДНИЧНОЙ СЕПАРАЦИИ РУДНИЧНОЙ МАССЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЖЕЗКАЗГАНСКОГО РЕГИОНА

Ю.А. Юн, Е.Н. Есина, А.Г. Рыльников, Л.А. Гаджиева

Обоснована методика выбора методов и параметров рудничной сепарации для управления качеством рудничных потоков минерального сырья на основе выполненных исследований технологических процессов разработки рудных месторождений с целью обеспечения устойчивого и эффективного освоения недр.

Ключевые слова: Жезказганское месторождение, медные руды, сульфидные руды, окисленные руды, рудничная сепарация, контрастность, рудопотоки, эффективность.

Интенсивное освоение меднорудных месторождений Жезказганско-го региона привело к количественному и качественному сокращению минерально-сырьевой базы. По содержанию ценных компонентов руда обрушенных и ослабленных участков Жезказганского месторождения с содержанием меди до 0,30 % относится к весьма бедному сырью. Экономическая целесообразность разработки таких месторождений во многом зависит от возможности применения низкозатратных и высокопроизводительных методов предварительного рудничного обогащения рудной массы, что позволяет исключить из дальнейших процессов переработки ее некондиционную часть, при этом повысить качество минерального сырья, подаваемого на дальнейший передел [1-7].

При этом следует подобрать для каждого вида технологически измененной рудной массы, для каждого уровня качества добываемой руды, подвергнутой в ходе разработки месторождения процессам выветривания, окисления, иной вторичной минерализации, разубоживанию свою эффективную технологию добычи и управления качеством рудной массы для последующего комплексного извлечения ценных компонентов при переработке. Это позволит обеспечить рентабельный уровень производства товарной продукции из бедного, труднообогатимого и техногенно измененного сырья. Для этого необходимо определить рациональный способ выемки рудной массы - селективный, валовый, приоритетный метод рудничной сепарации, способы и параметры технологии последующей переработки в раздельных технологических циклах.

Следует отметить необходимость оптимизации системы управления технологическими процессами добычи и транспортировки рудной массы от добычного забоя к пунктам рудничной сепарации. Принципиальным вопросом является выбор места расположения этих пунктов: в технологическом пространстве существующих и вновь вводимых подземных рудни-

ков, либо на поверхности, а также способа разделения рудой массы на кондиционные и некондиционные потоки в соответствии со свойствами контрастности руды и вмещающих пород. Управление качеством рудопо-токов основывается на оперативном анализе свойств добываемой руды в ковше экскаватора, как элементарном объеме, либо в конвейерном потоке при выпуске и транспортировке рудной массы. Современные компьютерные технологии позволяют решать эти задачи путем повышения оперативности и полноты использования геологической, экономической и экологической информации, осуществления в режиме реального времени мониторинга параметров и показателей технологических процессов и технического состояния объектов, оперативного управления работой горнотранспортного оборудования с позиционированием перемещения его рабочих органов, а также оперативного принятия управленческих, проектных и плановых решений [8-12].

В мировой практике наиболее широко и динамично развиваются технологии предварительного обогащения сепарации руды радиометрическими методами, основанными на взаимодействии различных видов излучений с минеральным веществом.

При радиометрической сепарации, как правило, используется неравномерность распределения ценных компонентов в кусках крупнодробленой руды. В процессе покусковой сепарации определяются свойства каждого отдельного куска, и из потока выделяются породы с повышенным содержанием ценных компонентов и отсекаются хвосты сепарации с некондиционным содержанием.

Достоинствами радиометрических методов сепарации являются: возможность обогащения материала широкого диапазона крупности - от 300 до 10 мм, низкая себестоимость процессов, возможность вовлечения в эксплуатацию руд, переработка которых ранее считалась нерентабельной, высокая производительность оборудования, возможность применения практически на всех видах твердых полезных ископаемых, снижение негативного влияния горных предприятий на окружающую среду.

Выбор метода предварительного обогащения определяется вещественным составом руды, содержанием в ней ценных компонентов, гранулометрическим составом, контрастностью кускового материала по содержанию полезных компонентов, соответствием интенсивности проявления признака разделения содержанию полезного компонента на основе выбора одного из свойств контрастности.

Для выбора предпочтительного метода рудничной сепарации тех-ногенно измененных руд Жезказганского месторождения был выполнен комплекс научных исследований различными методами сепарации: оптическим (фотометрическим), индукционным радиорезонансным, рентгено-радиометрическим (рентгено-флуоресцентным), рентгено-абсорбционным.

В результате выполненных исследований был обоснован полный цикл рудничной сепарации.

Полный цикл предварительного обогащения руд включал следующую последовательность операций. Отбитая руда из забоя подается на ру-доконтрольную станцию, где происходит крупнопорционная сортировка в транспортных емкостях (самосвалы, вагонетки, ковши погрузчика и т.п.), в результате которой выделяются три потока:

- богатая руда, которая направляется непосредственно на обогатительную фабрику;

- пустая порода, которая направляется в отвалы;

- промежуточный продукт в самосвалах с бедной или забалансовой рудой направляется на покусковую сепарацию на рудосортировочном комплексе (РСК) для выделения балансового концентрата из общей массы промежуточного продукта и отсева РСК, направляемого в отвал.

Промежуточный продукт направляется в приёмный бункер РСК, который имеет наклонные расходящиеся колосники, где происходит отделение негабаритов +600 мм и их дополнительное дробление. Затем дробленная руда возвращается в приёмный бункер. Из приёмного бункера руда подается на конвейер по двум направлениям: класс -200+0 мм - через колосники питателя на грохот; класс +200 мм - на дробление в щековую дробилку, с шириной щели 120...130 мм. Далее конвейер с металлоотдели-телем подаёт всю массу (-200+0 мм) на трёхситный грохот, где происходит разделение ее на следующие классы: -200+100 мм; -100+50 мм; -50+25 мм; -25+0 мм.

Классы -200+100 мм, -100+50 мм, -50+25 мм (машинные классы крупности) раздельно подаются в бункера, под которыми расположены се-парационные модули (сепараторы) различного типа, специально подобранные под каждый класс крупности. Немашинный класс, крупностью -25+0 мм, в зависимости от содержания ценного компонента, определяемого анализатором, сразу из-под грохота отправляется либо на общий конвейер концентрата, либо в отвал.

На сепараторах штуфы раскладываются на конвейерной ленте в виде единого «ручья» в одну линию с примыканием друг за другом (рис. 1), и проходят между облучательно-измерительными устройствами - ОИУ (рис. 2). Каждый штуф (кусок) облучается, и реакция на это облучение фиксируется и обрабатывается. По результатам обработки каждый кусок идентифицируется к классу кондиционных «рудных» или «пустых» пород с подачей соответствующего сигнала на исполнительное устройство, с помощью которого кусок сбрасывается либо на конвейер концентрата, либо в отвальный продукт. Каждая фракция по течкам направляется на одноимённые магистральные конвейеры.

Рис. 1. Раскладка материала в одну линию - «ручей»

При этом система автоматизации процессов сепарации полностью исключает участие и влияние человеческого фактора, что позволяет обеспечить надежную потоковую стабилизацию качества рудной массы, так как объемы добываемых, перевозимых и отгружаемых потоков, так же, как и их качественные показатели, проходят многократную проверку со стороны различных автоматических систем.

Теы<$ Л» провукмм сепзрвцм

ОИУ

а/Ия

торой?

О

с_2

I

йй

ОИУ

Рис. 2. Схематичный принцип действиярентгенорадиометрического сепаратора с разделением продуктов на ленте конвейера

Последовательность проведения технологических испытаний по рудосортировке на мобильном транспортном комплекте состоит в следующем. На конвейерную ленту мобильного комплекта, движущуюся со скоростью 1 м/с, вручную устанавливались куски руды, которые двигались мимо двух измерительных устройств. Рентгенорадиометрический метод позволяет производить разделение исходной руды на несколько продуктов с последующим распределением их на «хвосты» и «концентрат» в зависимости от принятых границ кондиционного содержания ценных компонентов в руде.

В результате реализации такой схемы и испытания медных проб месторождений Жезказганского региона были рассортированы продукты сепарации: хвосты; промпродукт; концентрат. Полученные показатели позволили построить зависимости коэффициента обогащения концентрата от его выхода (рис. 3, 4).

Выполненные исследования позволили установить, что крупнопорционная сортировка в транспортных емкостях рентгенофлуоресцентным методом с использованием подземных рудоконтрольных станций принципиально возможна для проведения предварительного обогащения сульфидных медных руд Жезказганского месторождения.

1.7 т «1.6 31.5

21 .4 о

о1,з ;

I-

аЦ.2 |1.1 : р.о

о

0.8

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Выход конце ктрато

Рис. 3. Зависимость коэффициента обогащения от выхода концентрата для балансовой руды

V- -0.051бхг- 1 0185х ♦ 2.0702

=

х

и

J

Г5

О о О к х V S

S

п О

2.4 2.2 2.0 1,8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8

N

\

±- х

\

Ч

у = 0-701S*2' 2.64lSx+ 2.929Í

Тим i i i i 1 1 1 1 i i i i NN

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Выход концентрата

Рис. 4. Зависимость коэффициента обогащения от выхода концентрата для забалансовой руды

В ходе исследований были определены параметры признака разделения для каждого метода и произведена оценка их производительности и эффективности. Результаты исследований эффективности методов сепарации представлены в таблице.

Испытаниями различных методов сепарации для предварительного обогащения руд доказано, что для выделения наибольшего объема крупнокусковых вмещающих пород (серого безрудного песчаника и бурых алевролитов) с наименьшими потерями металлов наиболее эффективен метод рентгено-флуоресцентной сепарации. Он характеризуется максимальным по сравнению с другими методами выходом хвостов 60...74 % с относительно невысоким содержанием в них Си - 0,026.0,039 %.

Выполненные на Анненском руднике испытания способа поточного опробования содержания меди в объеме ковша погрузчика по данным опробования поверхности руды в ковше на рудоконтрольной станции позволили установить, что между оценкой содержания меди на поверхности руды, насыпанной в ковш, и содержанием в объеме этого ковша существует высокая корреляционная связь. При этом содержание меди на поверхности руды оценивалось на основе рентгенорадиометрических измерений, а содержание меди в объеме ковша определялось по данным химического анализа пробы, отобранной из этого объема стандартным методом.

Полученные результаты имеют важное практическое значение, так как позволяют использовать технологии рентген-радиометрической сортировки для оценки содержаний меди в емкостях - ковшах погрузчиков, в автосамосвалах, вагонетках, для предварительного обогащения руд в процессе их добычи, для входного и выходного контроля содержания меди на обогатительной фабрике и т.д.

Результаты испытаний методов сепарации для предварительного обогащения руд, добытых с обрушенных и ослабленных участков Жезказганского месторождения

Содержание Си в исследуемой пробе, % Класс крупности, мм Метод сепарации Эффективность Показатель-признак разделения Выход хвостов, % Си в хвостах, % Потери Си с хвостами, % Си в концен цен-трате сепарации, %

0,16 -40+20 Фотометрический 0,66 0,78 44,4 0,032 8,7 0,27

Ближнеинфра-метический 0,60 0,72 30,80 0,01 1,40 0,23

Рентгено-флуоресцентный 0,94 1,12 73,7 0,039 17,7 0,51

Рентгено-абсорбционный 0,28 0,33 3,00 0,04 0,60 0,17

Индукционно радиорезонансный Признак разделения не обнаружен

0,20 -80+40 Фотометрический 0,55 0,58 30,6 0,037 5,5 0,28

Ближнеинфра-метический 0,52 0,55 22,70 0,01 0,90 0,26

Рентгено-флуоресцентный 0,98 1,03 59 0,026 7,7 0,46

Рентгено-абсорбционный 0,30 0,32 6,80 0,10 3,30 0,21

Индукционно радиорезонансный Признак разделения не обнаружен

Для проведения полупромышленных испытаний рекомендовано сочетание вышеописанного флуоресцентного метода крупнопорционной сортировки в транспортных сосудах и покусковой сепарации в конвейерном потоке на основе фотометрического метода, как наиболее простых и производительных, которые могут быть эффективно использованы в усло-

виях размещения подземной автоматизированной рудоконтрольной станции для предварительного обогащения руд из обрушенных и ослабленных участков, имеющих в своем составе большое количество разубоженной бурыми алевролитами рудной массы.

Комплексное вовлечение в эксплуатацию всех видов медьсодержащего сырья обеспечит компенсацию выбывающих мощностей действующих рудников Жезказганского месторождения в условиях истощения минерально-сырьевой базы региона. Эффективность освоения запасов в данных условиях обеспечивается выбором дифференцированных для каждого вида сырья технологий добычи руд с предварительной рудничной ру-доподготовкой для переработки в раздельных технологических циклах.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ№18-05-00114.

Список литературы

1. Горные науки, освоение и сохранение недр земли / под ред. акад. К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 475 с.

2. Трубецкой К.Н. Развитие ресурсосберегающих и ресурсовоспро-изводящих геотехнологий комплексного освоения месторождений полезных ископаемых. М.: ИПКОН РАН, 2014. 196 с.

3. Трубецкой К. Н., Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Принципы обоснования параметров устойчивого и экологически сбалансированного освоения месторождений твердых полезных ископаемых // Условия устойчивого функционирования минерально-сырьевого комплекса России. 2014. Вып. 2. № 12. С. 3-10.

4. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н. Расширение сырьевой базы горнорудных предприятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений // Горный журнал. 2013. №12. С. 86-90.

5. Рыльникова М. В., Федотенко В. С., Есина Е. Н. Совершенствование нормативно-правовой базы обеспечения экологической и промышленной безопасности горных работ как основа внедрения инновационных геотехнологий // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2018. №5. С. 4-13.

6. Рыльникова М. В., Юн А. Б., Терентьева И. В. Перспективы и стратегия освоения Жезказганского месторождения // Горный журнал. №5. 2015. С.44-49.

7. Восполнение выбывающих мощностей действующих рудников на стадии доработки балансовых запасов месторождения - условие экологически сбалансированного развития Жезказганского региона/ М.В.Рыльникова, А.Б.Юн, И.В.Терентьева, Е.Н. Есина // Маркшейдерский вестник. 2016. №5. С.6-10.

8. Трубецкой К.Н., Пыталев И.А., Рыльников А.Г. Автоматизированные системы управления качеством рудопотоков на карьерах // Маркшейдерский вестник. 2013. №6. С. 5-10.

9. Клебанов Д. А., Макеев М.А. Роботизированные технологии добычи полезных ископаемых рождаются в недрах инновационного центра Сколково // Горная промышленность. 2012. №4. С. 132.

10. Трубецкой K.H., Клебанов А.Ф., Владимиров Д. Я. Геоинформационные системы в горном деле // Вестник ОГГГГН РАН. 1998. № 3.

11. Применение интеллектуальных систем и технологий при открытой разработке угольных месторождений с высокими вскрышными уступами / М.В. Рыльникова, Д.Я. Владимиров, В.С. Федотенко, Е.Н. Есина // Горный журнал. 2018. № 1. С. 18-21.

12. Роботизированные геотехнологии как путь повышения эффективности и экологизации освоения недр / М.В. Рыльникова, Д.Я. Владимиров, И.А. Пыталев, Т.М. Попова // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 1. С. 92-101.

Юн Юрий Александрович, асп., rylnikov@vistgroup.ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук,

Есина Екатерина Николаевна, канд. техн. наук, доц., ст. науч. сотр., esina555@list.ru, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук, Российский университет дружбы народов,

Рыльников Алексей Геннадьевич, канд. техн. наук, директор по работе с ключевыми заказчиками, rylnikov@vistgroup.ru, Россия, Москва, АО ««ВИСТГрупп»,

Гаджиева Луиза Абду-Самадовна, асп, gadzhilH@gmail.com, Россия, Москва, Институт проблем комплексного освоения недр им. академика Н.В. Мельникова Российской академии наук

SUBSTANTIATING MINING SEPARATION PARAMETERS OF MINING MASS BY THE DEVELOPMENT OF ZHEZKAZGAN REGION COPPER DEPOSITS

Yu.A. Yun, E.N. Esina, A.G. Rylnikov, L.A. Hajiyeva

The methodology of the selection of methods and parameters of mine separation for managing the quality of mine flows of mineral raw materials on the basis of studies of technological processes for the development of ore deposits in order to ensure sustainable and efficient development of the subsoil is substantiated.

Key words: Zhezkazgan deposit, copper ores, sulfide ores, oxidized ores, mine separation, contrast, ore flows, efficiency.

Yun Yuryi Alexandrovich, postgraduate, rylnikova@mail.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources, Russian Academy of Science,

Есина Екатерина Николаевна, candidate of technical sciences, docent, senior scientist, esina555@list.ru, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources, Russian Academy of Science,

Rylnikov Alexei Gennadievich, candidate of technical sciences, key account director, rylnikov@vistgroup.ru, Russia, Moscow, YSC "VISTGrupp",

Hajiyeva Luiza Abbu-Samadovna, post-graduate, gadzhilu@,gmail.com, Russia, Moscow, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources, Russian Academy of Science

Reference

1. Mining science, development and conservation of the earth / ed. Acad. K. N. Tru-betskoy. M.: Publishing house of the Academy of mining Sciences, 1997. 475 p.

2. Trubetskoy K. N. Development of resource-saving and resource-reproducing geo-technologies of complex development of mineral deposits. M.: - IPKON RAS, 2014. 196 C.

3. Trubetskoy K. N., Kaplunov D. R., Ryl'nikova, M. V., Principles of substantiation of the parameters of a sustainable and ecologically balanced development of deposits of solid minerals // the Conditions for sustainable functioning of mineral-raw material complex of Russia. 2014. Issue. 2. No. 12. S. 3-10.

4. Kaplunov D. R., Ryl'nikova M. V., Radchenko D. N. Expanding the raw material base of mining enterprises on the basis of complex use of mineral resources deposits // Mining magazine. 2013. No. 12. Pages 86-90.

5. Ryl'nikova M. V., Fedotenko S. V., Esina E. N. Improving the regulatory framework to ensure environmental and industrial safety of mining operations as a basis for the implementation of innovative geotechnologies // news of higher educational institutions. Mining journal. 2018. No. 5. S. 4-13.

6. Ryl'nikova M. V., young A. B., Terent'eva I. V. Prospects and strategy for development of Zhezkazgan deposits // Mining magazine. No. 5. 2015. P. 44-49.

7. Ryl'nikova M. V., Young A. B., Terent'eva I. V., Esina E. N. Replenishment of retired capacities of the existing mines in the finalization of balance sheet reserves - a condition of the ecologically balanced development of the Zhezkazgan region // mine Surveying Bulletin. 2016. No. 5. P. 6-10.

8. Trubetskoy K. N., Pytalev I. A., A. G. Rylnikov of Automated bathrooms, the quality management system of ore line in quarries // mark-sadurski Herald. 2013. No. 6. S. 510.

9. Klebanov D. A., Makeev M. A. Robotic technologies of mineral resources are born in the depths of the innovation center SKOLKOVO // Mining. 2012. No. 4. P. 132.

10. Trubetskoy K. H., Klebanov A. F., Vladimirov D. J. geographic information systems in mining // journal oggggn wounds. 1998. No. 3.

11. The application of intelligent systems and technologies in open coal mines with high overburden benches / M. V. Ryl'nikova, D. J. Vladimirov, V. S. Fedotenko, E. N. Esin // Mining journal. 2018. No. 1. P. 18-21.

12. Robotic Geotechnology as a way to increase efficiency and greening mineral exploration / M. V. Ryl'nikova, D. Y. Vladimirov, I. A. Pitalev, T. M. Popov // Physical-technical problems of mining. 2017. No. 1. S. 92-101.