СПОСОБ ПОДЗЕМНОГО БЛОЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
METHOD FOR UNDERGROUND BLOCK LEACHING OF USEFUL MINERALS

Изобретение относится к горному делу, а именно к добыче полезных ископаемых методом блочного подземного выщелачивания.
Известен способ подземного блочного выщелачивания металлов из руд, включающий проходку в нижней и верхней частях эксплуатационного блока горизонтальных выработок, а по флангам - восстающих, бурение вееров взрывных скважин, отбойку и магазинирование руды, орошение замагазинированной руды выщелачивающим раствором из выработок, верхнего горизонта, улавливание и сбор продуктивных растворов (см. Лунев и др. Подземное выщелачивание урановых руд. Атомиздат, 1974, с.37-41).
Недостатком данного способа являются значительные потери полезного ископаемого в междуэтажных целиках в случае многоэтажной схемы отработки запасов.
В практике описан способ, при котором выщелачивающим раствором заполняли камеру с отбитой рудой, для чего на уровне сборного горизонта блок полностью гидроизолировали, формируя перемычку, в которой оборудовали (запорную систему) - трубу с вентилем, для откачки продуктивного раствора (см. Кротков В.В. и др. Горно-химическая технология добычи урана. М. ГЕОС, 2001)
Данный способ также обладает весьма существенным недостатком, заключающийся в том, что при затоплении растворителем камеры с выщелачиваемой рудой удаляется кислород воздуха, который является окислителем, интенсифицирующим скорость растворения. По этой причине значительно замедляется процесс извлечения металла и увеличивается расход реагентов.
Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков к заявленному способу является способ блочного подземного выщелачивания при многоэтажной отработке залежей полезных ископаемых, при котором для подачи выщелачивающих растворов бурят восходящие оросительные скважины в верхнюю часть замагазинированной в блоке руды через надштрековый целик, оставляемый над выработками сборного горизонта (см. авт. св. СССР №705819)
Недостатком данного способа являются значительные потери полезных ископаемых в переуплотненных участках отбитой руды из-за недостаточного контакта выщелачивающего раствора с замагазинированной рудой в переуплотненных участках, а также отсутствие надежной технологии бурения, обсадки и поддержания в рабочем состоянии дренажных скважин. Что обусловливается необходимостью подавать выщелачивающий раствор в замагазинированную руду сверху путем дождевания в пульсационном режиме.
Задачей изобретения является создание способа подземного блочного выщелачивания полезных ископаемых, обеспечивающего существенное повышение степени извлечения полезных ископаемых из руд, сокращение продолжительности выщелачивания, снижение расхода выщелачивающих реагентов.
Задача решена путем создания способа подземного блочного выщелачивания полезных ископаемых, включающего проходку в днище блока выработок дренажного горизонта для сбора продуктивных растворов, отбойку и магазинирование руды с оставлением над выработками дренажного горизонта предохранительного целика, бурение восстающих закачных скважин из выработок дренажного горизонта через предохранительный целик, подачу через восстающие закачные скважины выщелачивающего раствора в замагазинированную руду, сбор продуктивных растворов в выработках дренажного горизонта, отличием которого, согласно изобретению, является то, что восстающие закачные скважины из выработок дренажного горизонта бурят через предохранительный целик до нижней границы (подошвы) замаганизированной руды, а выщелачивающий раствор подают в замагазинированную руду в смеси с воздухом в режиме гидродинамической кавитации.
Желательно, в смесь выщелачивающего раствора с воздухом добавлять поверхностно активные вещества в виде жидкой присадки, обеспечивая устойчивое пенообразование и снижая одновременно поверхностное натяжение выщелачивающих растворов, вследствие чего растет концентрация металла в продуктивном растворе и сокращается продолжительность периода выщелачивания.
Целесообразно, дополнительно подавать выщелачивающий раствор в замагазинированную руду сверху путем дождевания в пульсационном режиме.
При осуществлении заявленного способа достигается технический результат, заключающийся в максимальном обеспечении контакта выщелачивающего раствора с замагазинираванной рудой, т.е. полное насыщение всего объема замагазинированной руды выщелачивающим раствором, подвод на поверхность растворения кислорода воздуха, ускоряющего скорость растворения, рациональная скорость просачивания раствора при меньшей величине показателя отношения жидкость -растворяемая руда (Ж:Т).
Благодаря достижению указанного технического результата и присутствию в водо-воздушной смеси углеродных радикалов, содержащихся в поверхностно-активном веществе, исключается процесс повторного переотложения ионов металла в процессе движения растворителя до дренажной выработки, повышается концентрация металла в продуктивном растворе, снижается расход растворителя.
Создается водовоздушная смесь, которая заполняет межкусковое пространство, содержащее все необходимые компоненты для растворения полезных компонентов, которое образовано в результате разрыхления выщелачиваемой руды. Рациональное соотношение кислород воздуха -растворитель и скорость просачивания этой смеси в межкусковом пространстве обеспечивается с помощью вихре-кавитационного устройства и дополнительной подачей в нее пенообразователя, например, соответствующим поверхностно-активным веществом.
Таким образом, исключается недостаток, отмеченный в аналоге, касающийся неравномерным насыщением уплотненных участков выщелачиваемым раствором по причине инфильтрационного режима подачи. Полностью исключен также недостаток, описанный во втором аналоге, вследствие которого снижается скорость извлечения металла в продуктивный раствор. Наконец, устраняется и третий недостаток, поскольку отпадает необходимость бурения и управления процессом выщелачивания, изложенный в прототипе.
Указанный технический результат повышает эффективность добычи полезных ископаемых заявленным способом вследствие повышения степени извлечения полезных ископаемых из руд, с одновременным сокращением продолжительности выщелачивания и снижением расхода выщелачивающих реагентов. Причем выдача продуктивных растворов может осуществляться как с нижнего (дренажного) горизонта, так и откачиваться через верхний рабочий горизонт.
На фиг.1 показан вертикальный разрез блока подземного выщелачивания, подготовленный к выщелачиванию, на фиг.2 - закачная скважина и расположение в них вихре-кавитационного устройства.
Способ реализуется следующим образом.
Месторождение или рудная залежь отрабатывается сверху вниз этажами, после вскрытия этажными штреками 1. Затем производится разделение на эксплуатационные блоки подземного выщелачивания фланговыми восстающими 2. На нижнем горизонте под блоком подземного выщелачивания проходят дренажные выработки 3. Выше нее по рудному телу проходят подэтажные выработки (на чертеже не показаны) на определенном расстоянии одна от другой, из которых производят отбойку и магазинирование выщелачиваемой руды. Между выработками 3 дренажного горизонта и нижней подэтажной выработкой (на чертеже отсутствует) оставляют предохранительный целик 4 толщиной около 5 м, через который бурят дренажные скважины 5 и восстающие закачные скважины 6 до замагазинированной выщелачиваемой руды 7. В выработках 3 дренажного горизонта с помощью бетонных перемычек, образуемых по границам блока, формируют растворосборник 8 продуктивных растворов. В нижней части бетонная гидроизоляционная перемычка снабжается патрубком с запорной системой (на чертеже не показана) для периодического выпуска продуктивных растворов из блока.
Подачу выщелачивающего раствора в замагазинированную выщелачиваемую руду 7 производят снизу вверх по восстающим закачным скважинам 6, в которые устанавливают вихре-кавитационные устройства 9 и гибкие нагнетательные шланги 10. Пространство между вихре-кавитационным устройством 9 и стенкой восстающей закачной скважины 6 заполняют бетоном. Вихре-кавитационные устройства 9 подключают с помощью гибких нагнетательных шлангов 10 к распределительным емкостям, расположенным за пределами блока.
Приготовленный выщелачивающий раствор в смеси с воздухом и жидкой присадкой поверхностно-активного вещества из установки для переработки растворов (на чертеже не показана) подается в насосную камеру (на чертеже не показана), а оттуда - в распределительные емкости, расположенные под каждым блоком подземного выщелачивания. Из каждой такой распределительной емкости может быть запитано одно или больше вихре-кавитационное устройство 9, с помощью которых по гибким нагнетательным шлангам 10, герметично забетонированным в восстающих закачных скважинах 6, полностью до верху в кавитационном режиме заполняют (подтапливают) замагазинированную руду 7 смесью выщелачивающего раствора с воздухом и поверхностно-активным веществом в виде жидкой присадки. В результате затопления замагазинированной руды 7 смесью выщелачивающего раствора с воздухом и пенообразующим поверхностно-активным веществом обеспечивается полное заполнение открытых трещин и всего свободного пространства между кусками замагазинированной руды 7 с заданной скоростью и соотношением жидкого и воздуха. Нагнетание вместе с выщелачивающим раствором поверхностно-активного вещества, обладающего способностью солюбилизации, понижения поверхностного натяжения выщелачивающего раствора, пенообразования и предотвращения переосаждения металла, обеспечивает интенсификацию процесса выщелачивания. Причем необходимый объем воздуха и пены в закачиваемой смеси устанавливается экспериментально, по нашим данным, этот объем должен составлять не менее 50% от объема пустот замагазинированной руды.
Предлагаемый способ не исключает дополнительную подачу выщелачивающего раствора сверху вниз путем дождевания по пульсационной схеме.
В случае если за время «подтапливания» раствор не успел набрать необходимую концентрацию, он может выстаиваться внутри замагазинированной руды 7 до набора необходимой концентрации, тогда на следующей стадии следует увеличить скорость подтапливания при меньшем расходе растворителя либо повышать концентрацию реагента в выщелачивающем растворе.
После окончания процесса выщелачивания и демонтажа вихре-кавитационных устройств 9 дренажные скважины 5 используют в качестве взрывных для погашения надштрекового предохранительного целика 4.
Предлагаемый способ блочного подземного выщелачивания позволяет повысить степень извлечения полезных ископаемых из руд, сократить время выщелачивания в 5-6 раз и продолжительность орошения до 3-4 месяцев, при этом скорость понижения горных работ увеличивается в 2-3 раза, повысится в несколько раз производительность труда на подземных работах и безопасность рудоподготовки.