CC BY
55
- предотвращение потери ресурсов или снижения степени доступности их освоения в будущем;
- мониторинг состояния природных сред на всех этапах освоения месторождений;
- установление параметров функционирования горных предприятий на каждом из эта -пов освоения месторождений исходя из существования пространственной и временной связи между ними в отношении всех ввдов ресурсов недр.
Применительно к проблеме формирования стратегии освоения мед но-колчеданных месторождений Южного Урала, расположенных на территории республики Башкортостан и Челябинской области, таких как Учалинское, Новоучалинское , Озерное, Узельгинское, Молодежное, Талганское, Сибайское, Бакр-Узяк, Алек-сандринское, Октябрьское, Юбилейное, Подольское, Северо-Подольское, первоочередными задачами являются:
- теоретическое обоснование геотехнологи-ческой стратегии комплексного освоения месторождений на основе изучения особенностей их техногенного преобразования, создание технологических схем и способов разработки природных и техногенных ме-сторождений на базе комбинации процессов
открытых, подземных и физико-химических способов добычи руд;
обоснование методики определения основных параметров техногенного преоб разова -ния медно-колчеданных природных месторождений и вовлечения в эффективную промышленную эксплуатацию сформированных в результате складирования отходов горно-металлургического производства техногенных месторождений; установление закономерностей минерального и химического состава, распределения полезных компонентов и физико-механических свойств минерального сырья в природных и техногенных месторождениях; исследование закономерностей процессов техногенного преобразования минерального сырья при добыче и переработке комбинированными физико-техническими и физико-химическими способами; усовершенствование существующих и разработка новых технологических процессов комплексного освоения природных и техногенных месторождений для повышения уровня и комплексности извлечения полез -ных компонентов путем снижения их потерь в недрах при добыче и переработке, а также утилизации отходов производства.
Библиографический список
1. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / РАН, АГН, РАЕН, МИА; Под ред. К.Н. Трубецкой. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 478 с.: ил. 1БВ1\1 5-7892-0008-7.
2. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы », 2003. 560 с.: ил. ІБВИ 5-8216-0046-4.
3. Проблемы геотехнолотческих процессов комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений / Под ред. акад. РАН К.Н. Трубецкого, ч.-кор. РАН Д.Р. Каплунова. М., 2005. 248 с.: ил. ІБВИ 5-201-15589-8.
УДК 622.2
А. Ф. Илимбетов, М. В. Рыльникова, Д. Н. Радченко, Д. А. Милкин
НОВЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ*
Проблема восполнения минерально-
сырьевой базы, экологизации горного производ-ства имеет актуальное значение для промышленных регионов большинства стран, являющихся основными поставщиками цветных металлов на мировой рынок. Причем, наряду с рациональным использованием полезных ископаемых недр, особое значение приобретает переработка техногенного сырья горно-металлургического ком -плекса (хвосты обогатительных фабрик и металлургические шлаки, отвалы бедных руд и
* Работа выполняется при поддержке Фонда содействия отечественной науке.
вскрышных пород, рудничные воды и др.), экономический потенциал которых весьма высок. Многие техногенные отходы характеризуются промышленно-значимым содержанием ценных компонентов и образуются в индустриальных зонах с развитой инфраструктурой, что создает предпосылки их полной утилизации на предприятиях-продуцентах этого сырья [1]. Остро эта проблема стоит в промышленных регионах, где деятельность горных и металлургических предприятий за многовековой период привела к зна-чигельному истощению запасов богатых руд, снижению содержания ценных компонентов в
эксплуатируемых запасах и накоплению крупномасштабных хранилищ отходов промышленного производства.
Дефицит и низкое качество эксплуатационных запасов природных (геогенных) месторождений обусловливают необходимость внедрения новых технологий, позволяющих существенно снизить потери при добыче, обогащении руды и в металлургическом переделе, а также изыскания новых технологических решений, позволяющих вовлечь техногенные месторождения, сформированные из промышленных отходов, в эффективную промышленную разработку.
В России добыча и обогащение медных и комплексных руд осуществляется на 15 крупных предприятиях Уральского, Норильского и Кавказского регионов. Попутную добычу ведут Сор-ский, Приморский и Солнечный горно-обогатительные комбинаты, разрабатывающие молибденовое , вольфрамовое и оловянное месторождения. Обогащение медно-цинковых руд осуществляется на восьми обогатительных фабриках.
Несмотря на постоянное совершенствование технологического процесса и высокие показатели обогащения методом флотации (извлечение меди 80-92%, цинка 75-82%, золота 18-47%), выход хвостов по отношению к ис-ходным рудам составляет 70-90%.
Анализ существующих технологических схем обогащения медно-колчеданных руд сввде-тельсгвует, что значительная часть металлов, содержащихся в хвостах, не может быть эффективно извлечена в цикле первичной переработки.
Новым научным направлением комплексного освоения недр является целенаправленное формирование из отходов переработки руд техногенных месторождений с заданными характеристиками. При этом решаются вопросы: экономии природного минерального сырья за счет исполь-зования техногенного; получения дополнительной товарной продукции; сохранения качества отходов путем формирования техногенного ме -сторождения с заданными технологическими параметрами, обеспечивающим и возможность их освоения в будущем; сокращение площади от -чуждения земель, занимаемых под хвостохрани-лища; снижения экологического воздействия на окружающую среду.
Решению этих проблем способствует развитие комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии.
Определяющее влияние на выбор технологической схемы промышленной эксплуатации отходов переработки руд цветных металлов оказывают условия их формирования, складирования и хранения. По этому признаку все от -ходы разделены на 4 ввда [2]:
- текущие - на выходе с обогатительной фаб-
рики после завершения всех процессов обогащения;
- затопленные - находящиеся в действующем , постоянно пополняемом хвостохрани-лище под затоплением водой с изменяю -щейся концентрацией элементов, ЕЬ и pH среды, в зависимости от режима намыва и природно-климатических условий;
- осушенные - размещенные в хвостохрани-лище, в котором осуществляются процессы консервации;
- лежалые - отходы, лежалые в течение определенного времени в законсервированном хвост охра нилище и подвергшиеся процессам вторичного минералообразования и из -менению структуры массива.
Такая классификация техногенных отходов позволяет обеспечить дифференцированный под -ход к обоснованию технологии их вовлечения в эффективную промышленную эксплуатацию.
Для каждой группы отходов разработаны технологические схемы формирования и комплекс -ного освоения техногенных месторождений на основе отходов обогащения руд различными горнотехническими системами. Г орнотехническая система рассматривалась как совокупность конструктивных элементов и процессов открытых, под -земных, физико-химических технологий при их различном сочетании во времени и в пространст-ве. Открытым и подземным способами осуществляется разработка геогенных месторождений с формированием в выработанном пространстве карьера, подземного рудника и на поверхности техногенных месторождений из отходов перера-ботки руд для выщелачивания ценных компонентов с получением товарных металлов и их концентратов. При этом решаются вопросы полезного использования отходов выщелачивания для закладки выработанного пространства.
Представленная на рис. 1 горнотехническая система предполагает утилизацию текущих отходов обогащения в выработанном подземном пространстве без доизвлечения ценных компонентов. Технологическая схема предусматривает частичное обезвоживание хвостов, которое может осуществляться как на обогатительной фабрике, так и на поверхностном закладочном комплексе. Затем обезвоженные хвосты обогащения используются для заполнения вырабо-тайного пространства подземных камер гвд-равлической или твердеющей закладкой.
Хвосты, уложенные ранее в качестве гвд-равлической закладки подземных камер, после осушения массива и формирования структурных трещин могут быть подвергнуты скважин -ному подземному выщелачиванию с поверхности или карьерного пространства, а также из выработок подземного рудника.
Данная технологическая схема применима также к массивам, сформированным из текущих отходов обогащения в выработанном пространстве карьера или на поверхности в специальных технологических емкостях. В этом случае реализуется вариант кюветного выщелачивания ценных компонентов. Принципиальное отличие состоит в аппаратном оформлении данной схемы -подача растворов осуществляется не из пробуренных с поверхности скважин, а путем орошения локального массива по всей площади посредством эмиттеров или воблеров.
При подземном выщелачивании отходы раз -мещаются в подземном пространстве, остаются на месте укладки, выполняя функции закладочного массива. Материал, выщелоченный на поверхности, может быть использован в качестве гвдравлической закладки либо в качестве наполнителя для приготовления твердеющей закладочной смеси.
К недостаткам технологии выщелачивания намывных массивов следует отнести весьма низкую фильтрационную способность хвостов, представленных тонкими классами крупности Шламы закупоривают межзерновые каналы, препятствуют интенсивному проникновению выщелачивающих растворов вглубь массива.
Устранение данного недостатка возможно с использованием специальной подготовки массива к реализации физико-химической геотехноло-гии. Подготовительные операции предусматривают предварительное окомкование отходов обогащения для увеличения крупности структурных
геотехнологии, предусматривающая утилизацию текущих отходов обогащения в пространстве подземного рудника:
1 - обогатительная фабрика; 2 - поверхностный закладочный комплекс подземного рудника; 3-7 - выработки подземного рудника с расположенными в них закладочным трубопроводом, дренажных узлов и системы сбора и циркуляции растворов выщелачивания; 8 - формируемый массив гидравлической закладки; 9 - оросительная система для выщелачивания специально подготовленного массива 10; 11 - направление циркуляции растворов выщелачивания на откаточном горизонте; 13, 14 - участковые водосборники для сбора соответственно дренажных вод и продуктивных растворов
элементов массива и повышения его пористости. В окомкованном массиве процессы циркуляции раствора и, как следствие, выщелачивание ценных компонентов протекают весьма интенсивно.
Реализация горнотехнической системы, представленной на рис. 2, предполагает обезвоживание текущих хвостов обогащения на обогатительной фабрике, либо в технологическом комплексе под -готовки сырья к выщелачиванию, расположенном на промплощадке рудника. При этом применяют -ся традиционные процессы и аппараты сгущения, фильтрации и сушки Обезвоженный материал подается на шихтовку с вяжущими веществами и окомкование. Целью последнего является получение прочных, пористых и устойчивых в выще -лачивающих растворах окатышей
Подготовленные таким образом окатыши транспортируются на полигон кучного выщела-чивания, где укладываются в штабели и выдерживаются в случае необходимости до набора требуемой прочности. Сформированный техногенный массив подвергается выщелачиванию до достижения максимальной степени извлечения ценных компонентов. Продуктивные растворы пере -рабатываются методами гвдрометаллургии на горно-перерабатывающем комплексе. Конечной продукцией данной технологической схемы являются товарные металлы, концентраты цветных, благородных и других металлов, а также пром-продукты, такие как элюаты сорбции, цементная медь. В варианте, представленном на рис. 2, после отработки каждого штабеля окатыши направляются на закладочный комплекс для приготовления твердеющей закладочной смеси либо их используют в качестве сыпучей закладки вторичных камер или локализации иных пустот.
К достоинствам данной технологической схемы следует отнести возможность оперативного контроля и управления процессом выщелачивания. К недостаткам - отчуждение значительных площадей земель.
В представленной на рис. 3 горнотехнической системы формирование техногенного массива на основе окомкованных текущих отходов обогащения осуществляется в выработанном пространстве карьера с целью сохранения изъятия дополнительных площадей земель.
Окатыши, выдержанные на временном складе до набора требуемой прочности, подаются в выработанное карьерное пространство и размещаются на отработанных, временно нерабочих бортах карьера либо в его основании. Орошение осуществляется системой гибких шлангов и разбрызгивателей. Сбор продуктивного раствора - как посредством прудков и ка -нав, так и из подземных выработок, пройденных в бортах и в основании карьера. Отработанные окомкованные хвосты могут быть ос -
тавлены в карьере в качестве внутренних отвалов либо использованы как заполнитель закла-дочных смесей.
Выщелачивание техногенных массивов, формируемых на поверхности или карьере, характеризуется рядом недостатков, основным из которых является сезонность ведения работ в суровых климатических условиях, а также влияние атмосферных осадков на состав и качество выщелачивающих и продуктивных растворов.
Устранение таких недостатков достигается при размещении оком -кованного сырья в выработках под -земного рудника (рис. 4). Для этого подготовленные и выдержанные окатыши транспортируются по клетьевому либо наклонному стволу в шахту, перепускаются на рабочий горизонт и размешдются в выработанном пространстве специально подготовленных вторичных камер.
Орошение массива производится с вышележащего горизонта, а сбор растворов - из выработок, расположенных в нижележащем горизонте. Циркуляция растворов осуществляется путем их перекачки с раствороприемного (откаточ-ного) на оросительный (вентиляционно-закладочный) горизонт до насыщения ионами промышленнозначимых элементов. Насыщенные растворы подвергаются пере работ -ке либо в условиях подземного рудника, либо откачиваются на поверхность с дальнейшей переработкой в технологическом комплексе. Массив окатанного материала после глубокого комплекс -ного извлечения ценных компонентов остается во вторичных камерах, которые заполняются под кровлю твердеющей смесью.
Рассмотренные горнотехнические системы, представленные на рис. 1-3, позволяют вовлечь текущие отходы обогащения в промышленную эксплуатацию путем целенаправленного формирования техногенных месторождений, их отработки физико-химическим ме-тодом и использования отходов выщелачивания в подземной технологии для управления состоянием массива.
Действующие хранилища отходов обогаще -ния полиметаллических руд представляют собой наиболее сложный объект освоения, так как большая часть отходов, залегающих в них, нахо-
Рис. 2. Горнотехническая система, предусматривающая формирование из текущих отходов обогащения массива окомкованного материала на полигоне кучного выщелачивания, его выщелачиваниес использованием отработанных окатышей в качествезакладочного материала:
1 - склад компонентов шихты для окомкования; 2 - доставка компонентов шихты в дозирующие бункера 3 окомкователя 4; 5 - система конвейеров и консольный штабелеукладник 6; 7 и 8 - соответственно формируемый и выщелачиваемый штабель окатанного материала; 9 - прудки продуктивного и маточного растворов; 10 - комплекс переработки продуктивного раствора; 11 - склад отходов выщелачивания (после извлечения ценных компонентов); 12 - поверхностный закладочный комплекс; 13-16 - выработки подземного рудника; 17 - твердеющий массив отходов выщелачивания
Рис. 3. Горнотехническая система, предусматривающая формирование из текущих отходов обогащения массива окомкованного материала, его выщелачивание с использованием отработанных окатышей в качествезакладочного материала:
1 - склад компонентов шихты для окомкования; 2 - доставка компонентов шихты в дозирующие бункера 3 окомкователя 4; 5 - система конвейеров;
6, 7 - временный склад окатышей; 8 - приемный бункер; 9 - консольный штабелеукладник; 10 - штабель окатанного материала; 11 - система орошения; 12 - скважины для сбора продуктивного раствора; 13 - выработки для сбора продуктивного раствора; 14 - комплекс переработки продуктивного раствора
Рис. 4. Технология формирования массиваокатанного материала в отработанных камерах второй очереди:
1, 2 - выработки вентиляционно-закладочного горизонта;
3 - массив окатышей; 4 - постель из кварцевого песка;
5 - скважины для сбора продуктивного раствора;
6 - откаточный штрек; 7 - расгвороприемный орт
дигся под затоплением. Для разработки таких техногенных массивов наиболее перспективным представляется гвдродобыча ранее складированного сырья с последующей реализацией одной из схем переработки текущих отходов обогащения. Горнотехническая система, представленная на рис. 5, предусматривает добычу отходов обога-щения, залегающих под затоплением земснарядом . Добытая из действующего хвостохранили-ща пульпа поступает в технологический комплекс подготовки сырья к выщелачиванию, расположенный на промплощадке рудника. В ком -плексе осуществляется обезвоживание хвостов путем сгущения в радиальных сгустителях или гидроциклонах, фильтрация, сушка до требуемой
влажности и окомкование с добавлением вяжущих материалов.
Окомкованные хвосты поступают на временный склад окатышей, где хранятся до набора требуемой прочности. Окатыши требуемых кондиций подаются на пром площадку подземного рудника, затем по клетьевому стволу и системе рудоспусков на вентиляционно-закладочный горизонт, с которого самоходным транспортом отсыпаются с заездов во вторичные камеры. Сформированный таким образом массив разрабатывается методами физико-химической геотехнологии Растворы перерабатываются методами цементации, сорбции, осаждения с получением товарных металлов и их соединений.
Необходимо отметить, что принципиальным требованием реализации технологии добычи отходов обогащения из действующего хранилища является прекращение поступления в данное хвостохранилище текущих отходов с самостоятельной переработкой их на выходе с обогатительной фабрики по схемам, представленным на рис. 1-5.
В случае отказа от складирования текущих отходов обогащения в хранилище целесообраз-но проведение технологических операций по их консервации и осушению. После этого добыча и переработка техногенного сырья могут производиться по технологической схеме, представленной на рис. 6.
Схема предусматривает валовую выемку отходов из осушенного хранилища механизированными комплексами, окомкование усредненной фазы хвостов, кучное выщелачивание массивов , сформированных из окомкованного сырья на территории ложа хвосто-хранилища, освобождаемой
от отходов. По завершению выщелачивания производится расформирование штабелей, транспортирование отрабо-
танного сырья на закладочный комплекс подземного рудника для использования отходов выщелачивания в качестве компонента закладочной смеси с формированием на их основе твердеющих или сыпучих массивов. Отработанное методами физикохимической геотехнологии сырье может быть использовано также для погашения накопленных пустот.
Принципиальное отличие технологических схем освоения массива хранилища отходов прошлых лет - старогод-
Рис. 5. Горнотехническая систем ар аз работки действующего хвостохранилища путем гидродобычи сырья, переработки его физикохимическими методами с последующем использованием в качестве наполнителя закладочных смесей:
1 - земснаряд; 2 - пульповод; 3 - обогатительная фабрика; 4 - гидроциклоны;
5 - вакуум-фильтры; 6 - система конвейеров; 7 - обезвоженные хвосты;
8 - склад компонентов шихты для окомкования; 9 -бункер-дозатор; 10 - окомкователь; 11, 12 - временный склад окатышей; 13 - копер; 14 - комплекс переработки продуктивного раствора; 15, 16, 17, 19, 20 - выработки подземного рудника; 18 - массив окатышей
1
Рис. 6. Горнотехническая система, предусматривающая разработку консервируемого хранилища отходов обогащения, кучное выщелачиваниеокомкованного сырья натерритории, освобождаемой от хвостов с использованием отходов выщелачивания для погашения подземных пустот:
1 - хвосгохранилище; 2 - цепной экскаватор; 3 - система конвейеров; 4 - склад компонентов шихты для окомкования; 5 - бункер-дрзатор; 6 - окомкователь;
7 - консольный отвалообраэователь; 8 и 9 - соответственно формируемый и выщелачиваемый штабель окатанного материала; 10 - система орошения;
11 - прудки продуктивного и маточного раствора; 12 - комплекс переработки продуктивного раствора; 13 - склад отходов выщелачивания (после извлечения ценных компонентов; 14 - поверхностный закладочный комплекс; 15-17 - выработки подземного рудника; 18 - закладочные скважины
него связано с особенностями строения и специфическими горно-геологическими условиями залегания различных по вещественному составу и физикомеханическим свойствам элементов техногенного массива. Обоснованию технологии вовлечения лежалых отходов обогащения в промышленную эксплуатацию должно предшествовать гвдро-геологическое, геомеханическое и геотехнологическое изучение состава, строения и свойств техногенного месторождения. Технологические схемы его разработки должны предусматривать специальные операции по разделению техногенных отходов на характерные фракции различного качества для переработки в отдельных циклах.
Разнообразие технологиче-ских схем комплексного освоения техногенных массивов, представленных отходами обогащения полиметаллических руд, основанных на сочетании процес-сов физико-технических и физико-химических геотехнологий, позволяет выбрать рациональный способ переработки отходов с уче-том условий их формирования и хранения в пространстве подземного рудника, карьера, на поверхности, принятого способа и систем разрабог-ки геогенного месторождения для эффективной промышленной эксплуатации отходов обогаще-ния руд цветных металлов.
В случае, если применение процессов физи-
ко-химической геотехнологии к техногенному массиву из текущих отходов обогащения в краткосрочной перспективе нецелесообразно, необходимо предусматривать технологические решения по целенаправленному формированию из них техногенных месторождений на поверхности и в выработанном пространстве карьера и подземного рудника для обеспечения возможности их освоения в будущем.
Библиографический список
1. Технологии в едином комплексе: О стратегии освоения медно-колчеданных месторождений Южного Урала / Рыль-никова М.В., Илимбетов А.Ф., Абдрахманов И.А., Маннанов Р.Ш. // Металлы Евразии. 2006. № 5. С. 40-42.
2. Магюшенко ГА. Разработка технологии формирования и комплексного освоения техногенных месторождений на основе отходов переработки медно-колчеданных руд: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск, 2006. 18 с.
УДК 532.546, 628.36
К. Ч. Кожогулов, М. Д. Джаманбаев, С. Б. Омуралиев
ЗАВИСИМОСТИ ГЛУБИНЫ И СКОРОСТИ ИР ОМАЧИВАНИЯ ГРУНТОВ ОТ ВРЕМЕНИ ПРИ РАЗЛИЧНОМ МЕХАНИЧЕСКОМ СОСТАВЕ ОБРАЗЦОВ ПОРОД И ИНТЕНСИВНОСТИ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
Природ ные и природно-техногенные катает -рофы в ввде оползней происходят в мире ежегодно и часто приводят к значительному материальному ущербу и человеческим жертвам.
Природно-климатические условия Кыргыз-стана резко отличаются от условий других республик Центральной Азии. Это связано в первую очередь с тем, что большую часть терриго-
