СПОСОБ АКУСТИКОГИДРОИМПУЛЬСНОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ И ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ВЫСОКОПЛАСТИЧНЫХ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ЗОЛОТОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ
METHOD OF ACOUSTIC AND HYDRAULIC PULSE SOFTENING AND DISINTEGRATION OF HIGHLY PLASTIC CLAY SANDS OF GOLD-BEARING PLACERS

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота.
Известен способ разрушения горного массива, согласно которому на массив воздействуют породоразрушающим инструментом, и ультразвуковыми колебаниями в месте контакта последнего с массивом, предварительно определяют направление максимального сжимающего напряжения в массиве, причем направление ультразвуковых колебаний ориентируют перпендикулярно направленности максимального сжимающего напряжения с опережением относительно воздействия породоразрушающим инструментом /1/.
Принцип, заложенный в основе выполнения способа, предназначен для разрушения горных пород рудного типа при подземной разработке и не может быть использован для разрушения средне и высокопластичных глинистых песков россыпей открытым способом.
Известен способ управления процессом трансформации золотосодержащей породы, включающий разупрочнение породы механическим воздействием с последующим периодическим инициированием упругих колебаний в ультразвуковом диапазоне с постоянной частотой в системе песчано-глинистая порода - вода, инициирование упругих колебаний ведут при постоянном внешнем давлении, различных временных интервалах и мощностях, и при предварительном выборе контролируемого диапазона размеров частиц, определяют оптимальное время воздействия, при котором обеспечивается стабильность осадка глинистых частиц в системе с постоянным объемом, затем рассчитывают условные коэффициенты трансформации, строят график изменения указанных коэффициентов трансформации от времени, из которого определяют увеличение контролируемой исходной величины удельной поверхности разупрочняемых частиц на порядок, при котором понижают мощность ультразвукового излучения вдвое /2/.
Данный способ не включает интенсификацию объемных участков уплотненных и водонасыщенных песков и может применяться для активизации гидросмеси и ее контроля.
Наиболее близким по технической сущности является способ разупрочнения и дезинтеграции глинистых песков россыпных месторождений, включающий вскрытие россыпи, проходку водозаводной траншеи с уклоном по направлению падения пласта месторождения и водосборной траншеи глубиной с разностью отметок дна в траншеях от 1,5 до 3 м, заполнение водой водозаводной траншеи с одновременным заполнением разрабатываемого участка россыпи водой на глубину, обеспечивающую монтаж и установку оборудования в плавучем состоянии, и поддержанием этого уровня в последующем для первичного разупрочнения глинистых песков с помощью подачи воды через регулируемый затвор, процесс естественной фильтрации воды в массив, монтаж установки напорного гидротранспортирования. В конце напорного пульповода устанавливают вихреобразователь и гидродинамический кавитатор /3/.
Недостатком способа является то, что основной процесс дезинтеграции осуществляется путем воздействия кавитирующего механизма на гидросмесь. Однако на первой стадии естественной фильтрации воды в массив процесс не инициируется и поэтому развивается достаточно медленно, так как коэффициент фильтрации глины составляет величину от четвертого до шестого порядка малости - 0,0005-0,000005 см/с.
Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности разрушения и дезинтеграции глинистых песков россыпей путем сочетания ультразвукового и импульсного гидродинамического воздействий.
2
Технический результат достигается за счет того, что в способе акустикогидроимпульсного разупрочнения и дезинтеграции высокопластичных глинистых песков золотоносных россыпей, включающем вскрытие россыпи, формирование накопителя, разупрочнение глинистых песков с помощью подачи воды и последующего фильтрационного процесса, монтаж установки напорного гидротранспортирования гидросмеси, производят гидроразмыв песков с последующей безнапорной подачей гидросмеси в накопитель и последующее напорное гидротранспортирование гидросмеси к системе размыва и классификации, которая сопрягается посредством подающего классифицированную гидросмесь механизма с дополнительным накопителем, осуществляют периодическое акустическое воздействие направленным излучением частотой 20 кГц и интенсивностью от 5 до 10 Вт/см на крупнокусковую твердую составляющую гидросмеси в дополнительном накопителе до и после периодического гидродинамического воздействия импульсных нагрузок, образующихся при высоковольтном электрическом пробое и создающих напряжение с превышением предельной прочности твердой составляющей гидросмеси в зависимости от ее водонасыщения, при этом количество разрядов определяется из расчета характерного размера наибольшего куска.
Совокупность новых существенных признаков позволяет решить новую техническую задачу - активизировать процесс дезинтеграции глинистых песков золотоносных россыпей посредством сочетания ультразвуковых и импульсных гидродинамических воздействий.
На чертеже - общий вид системы разработки россыпи, обеспечивающий выполнение способа.
Способ выполняется с помощью добычного гидромеханизированного комплекса, который включает гидромонитор 1, накопитель 2, установки напорного гидротранспортирования гидросмеси 3, 4, 5, систему размыва и классификации 6, которая сопрягается посредством подающего классифицированную гидросмесь механизма 7 с дополнительным накопителем 8, обогатительный комплекс 9, систему подачи воды 10 и отвалообразовательный комплекс 11, установку ультразвукового воздействия 12 и установку электрогидродинамического воздействия 13 на твердую составляющую гидросмеси. Установка напорного гидротранспортирования гидросмеси 5 содержит накопитель 14 с регуляцией подачи гидросмеси на обогатительный комплекс 9.
Способ акустикогидроимпульсного разупрочнения и дезинтеграции высокопластичных глинистых песков золотоносных россыпей выполняется следующим образом.
2
Осуществляется вскрытие россыпи, формирование накопителя 2 и дополнительного накопителя 8, монтаж установок напорного гидротранспортирования гидросмеси 3, 4, 5, системы размыва и классификации 6, подающего классифицированную гидросмесь механизма 7, отвалообразовательного комплекса 11. С помощью гидромонитора 1 производят гидроразмыв песков с последующей безнапорной подачей гидросмеси в накопитель 2. В накопителе 2 происходит разупрочнение глинистых песков посредством фильтрационного процесса. Из накопителя 2 с помощью установки напорного гидротранспортирования гидросмеси 3 гидросмесь подается на систему размыва и классификации 6, которая связана с системой подачи воды 10. После классификации через подающий классифицированную гидросмесь механизм 7 гидросмесь направляется в дополнительный накопитель 8. С помощью установки ультразвукового воздействия 12 осуществляют акустическое воздействие направленным излучением частотой 20 кГц и интенсивностью от 5 до 10 Вт/см на крупнокусковую твердую составляющую гидросмеси в дополнительном накопителе 8 (таблица).
Таблица
Расчетные данные нормальных составляющих напряжения сжатия-растяжения при ультразвуковом воздействии на высокопластичные пески золотоносных россыпей в водонасыщенном состоянии
Эквивалентная расчетная плотность высокопластичных водонасыщенных песков ρ<sub>э</sub>·10<sup>3</sup>, кг/м<sup>3</sup>
Константы Ламе
Расчетная величина нормальной составляющей напряжения (сжатия-растяжения) σ, кгс/см<sup>2</sup>
µ·10<sup>9</sup>, кг/м·с<sup>2</sup>
λ·10<sup>9</sup>, кг/м·с<sup>2</sup>
при деформации |S|=10<sup>-4</sup> м
Пористость 26%, среднее содержание воды 15%
2,198-2,232
3,176-3,203
3,176-3,204
12,7-12,81
Пористость 26%, среднее содержание воды 1,5%
2,389-2,428
6,4-6,534
6,427-6,54
25,65-26,15
Пористость 33%, среднее содержание воды 25%
2,057-2,087
2,38-2,379
2,378-2,384
9,52-9,53
Пористость 33%, среднее содержание воды 3%
2,368-2,406
5,745-5,846
5,747-5,848
22,98-23,39
Пористость 40%, среднее содержание воды 30%
1,987-2,015
2,034-2,045
2,03-2,046
8,13-8,12
Пористость 40%, среднее содержание воды 4%
2,354-2,392
5,379-5,466
5,376-5,463
21,51-21,86
Временной интервал воздействия может составлять от 5 до 15 минут. Посредством установки электрогидродинамического воздействия 13 производят периодические гидродинамические воздействия импульсами, образующимися при высоковольтном электрическом пробое и создающими напряжение с превышением предельной прочности твердой составляющей гидросмеси в зависимости от ее водонасыщения. Количество разрядов n определяется из расчета характерного размера h наибольшего куска [4]
,
кр
м
где Е и ρ - модуль Юнга и плотность разрушаемой породы; τ - время действия разряда; σ - напряжение, обеспечивающее критическое состояние разрушаемого куска в водонасыщенном состоянии; σ - максимальное напряжение, создаваемое в куске давлением импульсного разряда.
2
После этого производят дополнительное акустическое воздействие направленным излучением частотой 20 кГц и интенсивностью 5 Вт/см. Диспергированную гидросмесь подают с помощью установки напорного гидротранспортирования гидросмеси 5 в накопитель 14, из которого путем регулирования гидросмесь подается на обогатительный комплекс 9.
Процесс активной дезинтеграции глинистых песков с использованием ультразвука и импульсного гидродинамического воздействий может осуществляться при разработке глубокозалегающих россыпей открытым способом. Способ обеспечивает эффективную экологическую безопасность и позволяет осуществлять эффективное направленное преобразование как высокопластичных, так и слабопластичных глинистых песков при открытой разработке россыпей.
Источники информации
1. А.С. 1666707, РФ. Способ разрушения горного массива / Л.М.Цинкер и др. - 30.07.1991. - Бюл. №28.
2. Пат. 2276727, РФ. Способ управления процессом трансформации золотосодержащей породы / Н.П.Хрунина, Ю.А.Мамаев. - 20.05.2006. - Бюл. №14.
3. Пат. 2288361, РФ. Способ разупрочнения и дезинтеграции глинистых песков россыпных месторождений / A.M.Пуляевский и др. - 27.11.2006. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.fips.ru.
4. Гаманович В.И., Райзман В.А., Стрельцов В.А. Разрушение горных пород импульсными нагрузками // Электрический разряд в жидкости и его применение: сб. науч. тр. - Киев: «Наукова думка», 1977. - С.161-165.