CC BY
34
------------------------------------ © В.Н. Аллилуев, С.Г. Лейзерович,
2005
УДК 622:553.3
В.Н. Аллилуев, С.Г. Лейзерович
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОБВОДНЕННЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Семинар № 13
ш ш рактически половина запасов железо-
-И.-1 содержащего сырья сосредоточена в крупных глубокозалегающнх месторождениях богатых железных руд (БЖР) КМА - Гости-щевском, Больше-Троицком, Шемраевском, Яковлевском и других. Руды залегают в сложных горно-геологических условиях (большая глубина, обводненность, малая прочность и др.). Рудные тела протяженные или плащеобразные, вертикальная и горизонтальная мощность достигают сотен метров. Руды качественные, характеризуются высоким содержанием железа (60-68 %) и минимумом примесей. Надрудная толща представлена осадочными породами мощностью 400-600 м.
Освоение по традиционной подземной технологии Яковлевского месторождения БЖР, являющегося типичным для КМА, длится более 30 лет. При традиционной технологии разработки требуется выполнить значительные объемы горно-капитальных и горно-
подготовительных работ, которые могут быть уменьшены при других подходах.
Учитывая величину запасов БЖР КМА (более 70 млрд т), создание новой технологии для освоения этих месторождений является актуальной задачей. На основе выполненной декомпозиции существующих схем вскрытия, подготовки и систем разработки подземным способом выявлены основные элементы технологии добычи, которые следует совершенствовать либо заменить новыми, и выработаны требования к технологическим схемам разработки глубокоза-легающих месторождений БЖР КМА.
Технические решения по предлагаемой технологии добычи и переработки БЖР, представлены на блок-схеме (рис. 1) и заключаются в следующем. Очистной комплекс с использованием воды и газожидкостной смеси осуществляет механогидравлическое разрушение и измельчение полезного ископаемого, дезинтегра-
цию (отделение) примесей от полезных компонентов на забое очистной камеры с образованием пульпы и доставляет ее из очистного забоя на рабочий горизонт, например, эрлифтом. После предварительного сгущения рудная пульпа выдается гидравлическим подъемом на поверхность и попадает на установку мокрого грохочения и гидроклассификации по сортам для получения концентрата. Затем концентрат направляется в рудонакопитель, где обезвоживается, перегружается на склад и отгружается потребителям. Шламы, образуемые после гидроклассификации, направляются в шламоотстойник и затем, после их накопления, отправляются на установку по переработке, а продукция, получаемая из них, реализуется потребителям. Вода из ру-донакопителей и после естественного удаления избыточной влаги из концентрата на складе поступает в шламохранилище (отстойник), осветляется и далее используется в замкнутом водообороте.
Принципиальная схема технологических процессов от добычи до отгрузки представлена на рис. 2. Очистной комплекс 1 располагается над границей прочных и слабых руд на единственном рабочем (откаточном) горизонте. Комплекс монтируется в специально сооружаемой монтажной камере. Он предназначен для разрушения и дезинтеграции руды, образования и доставки рудной пульпы из очистного забоя на рабочий горизонт. Очистная камера формируется добычным комплексом в виде вертикального цилиндра сверху вниз от рабочего горизонта с забоем, располагаемым (по аналогии с бурением скважин большого диаметра). По трубопроводу 2 на рабочем горизонте пульпа самотеком либо остаточной энергией эрлифта транспортируется к стволу. После сгущения гидравлическим подъемом 3 рудная пульпа выдается
по стволу (скважине) на поверхность, поступает на технологический комплекс рудопоготов-ки, включающий установку грохочения и классификации 4 рудного сырья на сорта для получением концентрата (например, а, б, в сортов), рудонакопители 5 и склад 6. Концентрат из установки 4 направляется в рудонакопитель 5 и после удаления излишней воды перегружается на склад 6.
Удаляемая из рудонакопителя вода насосом 7 по трубопроводу 8 направляется на очистной комплекс 1 или в отработанную камеру 9. После отработки первичных очистных камер при необходимости производится их закладка. С закладочного комплекса 10 закладочная смесь поступает по скважине 11 и по закладочному трубопроводу 12 в закладываемую камеру 13. Очистная и монтажная камеры 14 закладыва-
Рис. 1. Блок-схема технологии добычи и переработки БЖР
ются полностью до кровли, образуя искусственный целик, поддерживающий потолочину.
При реализации возможен вариант подземного размещения рудоподготовительного комплекса или его части.
Основная идея новой технологии состоит в применение комбинированного способа разрушения, при выборе которого учтены водно-физические и физико-механические свойства
БЖР, закономерности взаимодействия технических систем с массивом горных пород, а также возможность реализации процесса измельчения рудной массы на очистном забое и дезинтеграции ее до отдельных минералов. Применяется механогидрав-лическое разрушение, сочетающее механическое бурение шарошечным долотом с гидравлическим разрушением струей воды или газожидкосной смесью (ГЖС) высокого давления. Для снижения энергоемкости процесса разрушения и создания усилия подачи инструмента на забой используется щелевая схема разрушения, реализованная в существующих шарошках, в которых венцы, армированные твердым сплавом, при работе образуют параллельные канавки, целики между которыми разрушаются сколом или раздавливанием корпусом шарошки. Дополнительным средством для измельчения и дезинтеграции руды на забое служит гидравлическое разрушение струей воды высокого давления. Эффективность способа разрушения характеризуется затратами энергии, отнесенной на единицу массы добываемого полезного ископаемого. Удельная энергоемкость при сколе составит 0,61 (квт.ч)/т, при взрывном способе - 0,17 (квт.ч)/т (без учета энергозатрат на буровые работы). Удельная энергоемкость при гидравлическом разрушение - 9,7
(квт.ч)/т.
Рис. 2. Принципиальная схема технологических процессов добычи и переработки БЖР
Качество железорудного концентрата, получаемого из кондиционных железистых кварцитов, зависит от степени измельчения рудного сырья. На обогатительной фабрике ОАО «Лебединский ГОК» (ЛГОКа) при измельчении 90-92 % до крупность класса -0,045 мм получают концентрат с содержанием железа 68,5 %. При последующем измельчение кварцитов 95-97 % до крупности класса - 45 мкм и магнитной сепарации содержание железа доводят до 70 %. Расход электроэнергии на обогатительной фабрике при производстве из железистых кварцитов 1 т концентрата с содержанием железа 68,5 % и 70 % составляет соответственно 70,6 и 93,1 (квтч)/т.
Как показывают исследования, гранулометрический состав БЖР по пробам рыхлых разностей, отобранным из проходческих забоев подготовительных выработок при вскрытии рудного тела на Яковлевском руднике горизонта -425 м, весьма неоднороден, содержание фракций -0,05 мм составляет 2030 %. Содержание железа общего составляет соответственно 64 и 69 %. Грансостав по пробам, отобранным из рудного отвала на поверхности, т.е. руды полученной после взрывного разрушения, также неоднороден, причем крупных фракций больше по сравнению с рудой в проходческом забое. Содержание железа общего составляет соответст-
венно 58 и 65 %. В руде, добытой методом СГД на Шемраевском месторождении, содержание класса крупности -0,05 мм составляет более 50 %, а содержание фракций -0,1 мм достигает 85 %, при содержании железа 68 %. Для БЖР установлено, что наибольшее содержание железа находится в классе крупности -0,1+0,05 мм и составляет более 67%, а примесей БЮг - 0.7-0.9 %; Л12О3 - 0.4-0.5 %; Б - 0.03-0.01 %; Р2О5 - 0.04-0.05 %; п.п.п. -0.06-0.30 %. Взрывное разрушение не позволяет получать рудную массу гранулометрического состава подобного или близкого по крупности к рядовому концентрату. Поэтому для получения высококачественных продуктов из БЖР потребуются дополнительные технологические процессы и затраты энергии.
Таким образом, несмотря на более высокие удельные затраты энергии на разрушение по сравнению с взрывным, комбинированный механогидравлический способ разрушения позволит решить ряд важных технологических и системных проблем: обеспечить измельчение руды на забое, исключив стадии крупного, среднего, мелкого дробления, а возможно часть измельчения при обогащении и получить более высококачественный продукт, обеспечить условия для применения гидротранспортирования, а также открывает возможность управлять качеством непосредственно в процессе выемки, снизить затраты на транспортирование.
Применение механогидравлического способа добычи руды позволяет повысить технологическую безопасность ведения горных работ, сократить объемы взрывных работ, осуществить комплексную механизацию и автоматизацию добычных работ, не требующую присутствия людей непосредственно в очистном пространстве, улучшить вентиляцию рабочих мест и условия труда, обеспечить точное соблюдение поперечного сечения очистной камеры, повысить их устойчивость за счет исключения негативного влияния взрывного воздействия на массив горных пород и целики, снизить затраты на крепление и поддержание очистных выработок, осуществить экологически чистую поточную технологию добычи и переработки БЖР.
Новая технология является альтернативным направлением применению традиционных подземных технологий при освоении крупных глубокозалегающих месторождений БЖР КМА, обеспечивая повышение качества добываемой руды при существенном снижении энергоемкости горного производства, захоронение отходов в техногенном пространстве, более полное использование запасов месторождений, экологическую безопасность и в конечном итоге долговременную конкурентоспособность железорудной продукции.
Технические решения, положенные в основу принципиальной схемы технологических процессов, позволили создать сквозную поточную технологию добычи и переработки БЖР от очистного забоя до отгрузки продукции потребителю.
— Коротко об авторах -----------------------------------------
Аллилуев В.Н - кандидат технических наук; вед. научный сотрудник, Лейзерович С.Г. - зав. лабораторией технологии подземных горных работ; ОАО «НИИКМА»
------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГАЛИНОВ Вячеслав Юрьевич Повышение эффективности открытых горных работ на угольных разрезах в сложных горногеологических условиях 25.00.22 к.т.н.
НИКОНОВ Евгений Андреевич Применение имитационного моделирования для выбора и предпроектного обоснования технологических схем обогащения минерального сырья 25.00.13 к.т.н.
ЯКИМОВ Алексей Алексеевич Обоснование рациональной технологии открытой разработки месторождений комплексных железосодержащих руд (на примере Чи-нейского месторождения титаномагнетитовых руд) 25.00.22 к.т.н.
