CC BY
179
2010
УДК 622.271.5
С.А. Ермаков, А.М. Бураков
НОВЫЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
разработка многих россыпных месторождений Якутии осложняется рядом
-мГ горногеологических и горнотехнических особенностей.
На месторождениях в широких пределах изменяется среднее содержание металла по блокам, мощность пласта песков, гранулометрический состав металла и песков. По анализу горнотехнических условий группы месторождений Якутии установлено, что большая часть из них характеризуется значительным (в 3-5 раз) изменением мощностей пласта песков и содержания металла. Характерное соотношение параметров показано на примере россыпного месторождения золота р. Б. Куранах (рис. 1).
Также значительно изменяется глубина залегания россыпных месторождений. По проведенному анализу распределение глубин залегания имеет следующий вид (рис. 2).
Значительная часть полезного ископаемого на россыпных месторождениях Якутии представлена мелким и тонким золотом (МТЗ). Из группы рассмотренных месторождений не менее половины содержит 50% или более такого золота. Наибольшими удельными запасами мелкого золота характеризуются Южно-Якутский (80%), Куларский (50%) и Адычанский (40%) районы [1]. Основные запасы мелкого золота приходятся на Южно-Якутский район, где расположена крупная погребенная россыпь Б. Куранах, содержащая более 60% запасов россыпного золота района.
Многолетняя практика обогащения песков россыпных месторождений показывает [2], что традиционные технологии обогащения золотоносных песков с применением гравитационных методов (шлюзовые и шлюзово-отсадочные схемы) достаточно
Рис. 1. Содержание металла и мощность песков по блокам россыпи р. Б. Куранах
до 10 м 10-20 м 20-50 м более 50 м
эффективно извлекают золото "гравитационной крупности" (+0,25 мм), тогда как мелкое золото (-
0,25 мм) и тонкое (-0,1 мм) извлекается неудовлетворительно.
К настоящему времени создано различное отечественное и зарубежное оборудование для обработки труднообогатимых песков с МТЗ:
- центробежные чашевые концентраторы;
- шлюзы (шлюз-гидроциклон, виброшлюз, шлюз угловой);
- высокочастотные отсадочные машины;
- доводочные комплексы.
Исследования, выполненные Иргиредмет и ИГД ДВО РАН, показали, что большая часть этих аппаратов позволяет эффективно извлекать МТЗ.
Для обоснованного выбора типа промывочного прибора, кроме гранулометрического состава, целесообразно учитывать и другие характеристики золота [3].
Медианная крупность золота - "Ме", дает возможность сделать предварительные выводы по выбору обогатительного оборудования. Если "Ме" > 2 мм, то, для извлечения золота возможно применение простых шлюзовых приборов. Если "Ме" < 1 мм, то при обогащении песков на шлюзах глубокого наполнения неизбежны потери золота.
Уплощенность золота - "У", мг. Наиболее простой характеристикой уплощенности золота является средний вес золотин фракции 0,5-1,0 мм - "У", мг. Если "Ме" больше 2-3 мм и "У" более 4 мг, то для обогащения песков будет достаточно простого шлюза глубокого наполнения. Однако, если "У" меньше 3-4 мг, то потери золота могут быть ощутимыми, поэтому целесообразно применение прибора со шлюзами мелкого наполнения.
Сортированность золота - "С". Характеризует степень однородности частиц металла по крупности. При прочих равных условиях, чем больше "С" тем сложнее нужен прибор для обогащения. По значению "С" и "Ме" рассчитывают долю и размер самородков, которые могут встретиться в россыпи.
Опыт разведки и разработки россыпных месторождений золота Якутии и Северо-Востока России, других регионов нашей страны и мира в целом, свидетельствует о том, что абсолютное большинство россыпей характеризуется весьма неравномерным распределением полезного компонента в недрах [4]. Эта неравномерность нашла отражение в классификации россыпей по этому признаку на россыпи гнездового, ленточного, струйчатого и тому подобного строения, или на россыпи весьма постоянные, постоянные, среднего постоянства, непостоянные и гнездовые.
Такие качественные характеристики продуктивных запасов при традиционном порядке отработки и стандартном наборе оборудования не обеспечивают стабильного количественного и качественного выхода полезного компонента. Наблюдаются резкие изменения суточных, декадных, месячных и даже сезонных объемов металла и значений содержания.
Для повышения эффективности отработки запасов сложного качественного строения на россыпи реки Б. Куранах в ИГДС СО РАН в течение ряда лет проводятся исследования характеристик распределения полезного компонента в массиве.
Месторождение характеризуется большой глубиной залегания (до 50-60 м ниже уровня грунтовых вод), тяжелыми для разработки неоднородными породами с включениями крупнообломочного материала, наличием высокого (до 60%) содержания упорных глин.
По глубине залегания месторождение условно разделено на 4 участка, с увеличением глубины от 15 м (1-й участок) до 52 м (4-й участок).
По распределению металла на площади россыпь относится к выдержанной. По вертикали золото концентрируется неравномерно. В целом количество золота по простиранию россыпи уменьшается. По данным геологических исследований высокие и низкие содержания золота встречаются вне зависимости от степени глинистости, литологического состава, глубины и удаленности от древнего русла. Среднее содержание по гравитационному опробованию 242 мг/м3.
Общепринятыми исходными данными для моделирования геометрии месторождений и подсчета запасов, являются координаты залегания продуктивного пласта, а также данные геологического опробования (скважины, интервалы отбора проб, содержание).
Для выделения и геометризации зон с различным содержанием металла ранее были разработаны алгоритм и числовая модель, позволяющие определить качественные характеристики полезного компонента в контуре россыпного месторождения.
По результатам расчета показано, что большая часть запасов золота (62%) заключена в значительно меньшем объеме песков (примерно в одной пятой части), то есть имеет место достаточно высокая селективность залегания минерального сырья (рис. 3).
Установлено, что распределение запасов, характерное для большинства россыпных месторождений, как по содержанию, так и по геометрическим характеристикам изменяется в соответствии с определенной природной закономерностью по кластерному типу.
0-0,1 0,1-0,3 0,3-0,6 0,6-1,0 1,0-8,0 г/м3
Рис. 3. Качественная характеристика запасов россыпи р. Б Куранах
Кроме этого, распределение золота характеризуется резким изменением содержания в широком диапазоне (от 0,07 до 2 г/м3) и значительным (в несколько раз) изменением размеров зон концентрации металла. Указанные закономерности наблюдаются по всему протяжению месторождения.
На разработке россыпи р. Б. Куранах в различное время применялось несколько способов отработки, в том числе дражный (250-л драги); поточная технология с роторно-конвейерным комплексом, поточная технология с роторно-ковшовым земснарядом.
Дражным способом месторождение отрабатывается на протяжении десятилетий, переработан практически весь верхний 10-12-метровый продуктивный слой, с оставлением на поверхности россыпи галечно-эфельных отвалов.
Ежегодный объём промывки этим способом в Алданском районе Якутии составлял 8-10 млн. м3. Длительность сезона драгирования доведена до 250 суток в год. В разные годы на россыпях района одновременно в работе находилось до 12 драг с ёмкостью черпака от 50 до 380 л. (В настоящее время на россыпи Б. Куранах работают три 250-л драги).
Максимальная годовая производительность драг достигала для 380-л - 1811 тыс. м3, 250-л -1484 тыс. м3, 150-л - 1279 тыс. м3. Количество дней работы в году соответственно 254, 234 и 229. Коэффициент использования драг колеблется от 0,66 до 0,84.
В 1984-1988 гг. проведена опытно-промышленная эксплуатация роторно-конвейерного комплекса в составе роторного экскаватора, ленточных конвейеров и отвалообразователя на разработке вскрышных пород. Наибольший годовой объем переработки при сезонной эксплуатации составил 820 тыс. м3, среднечасовая производительность 482 м3/час. Удельный расход электроэнергии составил 1,24 кВтч/м3.
В течение 1988-2001 гг. на террасовой части россыпи применялась технология с подачей песков роторно-конвей-ерным комплексом на береговую обогатительную фабрику (БОФ). Добыча песков осуществлялась роторным экскаватором послойным методом, горизонтальными стружками. Средняя производительность по пескам - до 200 м3/час, удельный расход электроэнергии 2,3 кВтч/м3. Объемы переработки песков на БОФ составили от 270 до 490 тыс. м3 при мощности отработки от 4 до 12,4 м. Средний коэффициент извлечения 87-88%. Общий выполненный объём составил 5046 тыс. м3 песков с добычей 2210,8 кг золота.
Отработка этого участка россыпи показала значительные колебания среднего содержания металла в добытых песках, причем более стабильные цифры наблюдались на террасе. Так, в зоне деятельности берегового обогатительного комплекса, сезонные колебания содержания металла находились в пределах 3 - 30%, в то время как в зоне деятельности драги № 73 они изменялись в 2-3 раза.
В 2001-2005 гг. на террасовой части данной россыпи осуществлялась эксплуатация комплекса поточной технологии на базе роторно-ковшового земснаряда РКЗС 350-16Е фирмы "Ньюман".
Комплекс, кроме земснаряда, включал дражную бутарную бочку, грунтовые насосы, магистральный пульповод на береговую фабрику.
Рыхление грунта производилось многоковшовым роторным колесом диаметром 2,4 м с мощностью привода 220 кВт и переменной скоростью вращения - от 1 до 14 об/мин; транспортировка грунта - центробежным насосом Warman с мощностью привода 450 кВт. Все механизмы, за исключением центробежных насосов, имели гидропривод.
Первичная сортировка песков в дражной бочке позволяла выделить из них класс +30 мм, что на 2535% сократило объем твердой фракции, транспортируемой на обогатительную фабрику.
За 2000-2005 гг. переработано около 500 тыс. м3 золотосодержащих песков при средней производительности от 40 до 90 м3/час, т.е. 30-70% паспортной (130 м3/час). Основными причинами простоев были низкая надёжность гидросистемы земснаряда и поломки ковшей и зубьев при попадании на крупные валунистые включения.
В результате ухудшения эксплуатационных показателей, связанных с накоплением на дне дражного котлована галечно-валунной фракции, роторно-ковшовый земснаряд в 2006 г. был выведен из эксплуатации.
В настоящее время в условиях Якутии дражный способ является практически единственным, используемым на разработке крупных глубокозалегающих россыпных месторождений золота и алмазов. Этот способ характеризуется высокой загрязненностью водоисточника, существенными сложностями при разработке высокоглинистых и валунистых пород, относительно малой глубиной (12-15 м) отработки (на используемом в настоящее время оборудовании).
Основным недостатком дражного способа является необходимость уборки галечно-эфельных отвалов после каждого отработанного слоя. Практикой работы установлено резкое возрастание объемов переэкскавации вскрышных (отработанных) пород уже при переходе на 2-й слой (24-25 м), и практическая невозможность перехода на 3-й слой (36-37,5 м). Таким образом, дражный способ практически не позволяет эффективно отрабатывать глубокозалегающие россыпные месторождения. Устранить этот недостаток можно путем применения драг с повышенной глубиной черпания (до 30 м), что позволит отрабатывать месторождения (или участки месторождений) с соответствующей глубиной залегания.
По опыту эксплуатации, анализу горнотехнических условий, качественных характеристик минерального сырья можно заключить, что россыпное месторождение р. Б. Куранах, являясь уникальным по своим геометрическим размерам, запасам песков и металла, не может быть эффективно освоено одним из традиционных для россыпных месторождений способом и требуется принципиально новый подход к выбору способов и технологий его освоения.
Этот подход в своей основе имеет знание горнотехнических условий месторождений, качественных параметров запасов, свойств металла и песков, характеристик выемочного пространства. Он должен основываться на применении высокопроизводительных, экологически безопасных технологий и оборудования, позволяющих вести отработку по селективному принципу, с возможностью оперативного перенаправления потоков горной массы при изменении их кондиционных характеристик, реализуя принцип дифференцированных эксплуатационных кондиций. Его реализация предопределяет применение информационных технологий для решения комплекса геологических, прогнозно-металлогенических и технологических задач.
Горно-технологические условия сложноструктурных, глубокозалегающих месторождений типа р. Б. Куранах предопределяют главное требование к стратегии их освоения - разработка должна осуществляться на всю глубину и целесообразно - по всему поперечному сечению, с обеспечением возможности эффективной вторичной переработки.
Проведенными в ИГДС СО РАН исследованиями установлено что наиболее отвечающей этим требованиям является поточная технология добычи и переработки полезного ископаемого, на базе роторно-конвейерных комплексов, земснарядов, позволяющая существенно повысить производительность труда и снизить затраты на разработку.
Основными ее достоинствами являются:
- повышение производительности труда в 1,5 раза;
- снижение энерго- и металлоемкости на 30%;
- уменьшение объемов вредных выбросов в окружающую среду;
- обеспечение рекультивации земель и угодий в процессе добычных работ;
- осуществление раздельной выемки полезного ископаемого по сортам, качеству и содержанию сырья.
Технология обеспечивает поточность (непрерывность) процессов выемки, транспортировки, отвалообразования, рекультивации за счет применения оборудования с непрерывным циклом действия (роторные экскаваторы, конвейеры, отвалообразователи, драги). При этом существует возможность производства горных работ как выше уровня водоносного горизонта (роторные экскаваторы), так и ниже его (земснаряды, драги). Для выемки пород, как правило, не требуется предварительная буровзрывная подготовка.
Область применения поточной технологии на базе роторных экскаваторов в условиях качественной неоднородности массива песков ограничивается только техническими возможностями работы выше уровня водного горизонта.
В соответствии с основным требованием к технологии горных работ, для сложноструктурных месторождений могут быть предложены следующие схемы разработки, на примере оборудования и условий россыпи р. Б. Куранах.
На вскрышных работах: роторный комплекс с экскаватором среднего класса типа ЭР-1250 с высотой черпания до 16 м, шагающие экскаваторы ЭШ-6/45, ЭШ-11/70.
На добычных работах: роторный комплекс с подачей песков на береговую фабрику, драга 250 л с глубиной черпания до 12,5 м, драга 380 л с глубиной черпания до 30 м.
Отработка вскрышных пород:
1. До 16 м - роторным комплексом.
2. Более 16 м, до 22 м - шагающим экскаватором типа ЭШ-6/45.
3. Более 22 м - шагающим экскаватором ЭШ-10/70 либо роторным экскаватором двумя уступами.
По предварительному расчету, распределение объемов по участкам месторождения составит:
Участок №4. Роторный комплекс - 57%; ЭШ-6/45 - 37,4%; ЭШ-10/70 - 5,6%.
Участок №3. Роторный комплекс - 100%.
Участок №2. Роторный комплекс - 94,6%; ЭШ-6/45 - 3,2%; ЭШ-10/70 - 2,2%.
Участок №1. Роторный комплекс - 100%.
(Участки №№4-1 расположены сверху вниз по простиранию россыпи).
Отработка песков:
1. До 12,5 м - 250-л драгой одним уступом.
2. Более 12,5 м, до 30 м - 380-л драгой.
3. Более 30 м - верхний слой 16 м роторным комплексом, остальные объемы 380-л драгой.
4. До 28,5 м возможен вариант отработки верхнего уступа 16 м роторным комплексом и 12,5м уступа - драгой 250 л.
5. На самых мощных блоках 11-В (52 м) и 12-В (46 м) отрабатывать верхние 25 м двумя уступами роторным комплексом, остальные объемы 380-л драгой глубокого черпания.
По предварительному расчету, распределение объемов по участкам составит:
Участок №4. 250-л драга - 1,2%; 380-л драга - 75,8%; роторный комплекс - 23%.
Участки №№1-3 могут быть полностью отработаны дражным способом, 250-л и 380-л драгами.
В перспективе на самых крупных участках, после соответствующего обоснования, нельзя исключать также применение традиционных цикличных технологий, например бульдозерногидравлического или экскаваторно-автотранс-портного способов.
Для эффективного обогащения песков со значительным количеством мелкого и тонкого золота необходимо применение комбинированной многостадийной технологии разработки-сортировки-обогащения-дообогащения, использующей эффект гравитационного разделения частиц различной плотности за счет значительной разницы скоростей падения минералов в воде.
Технология включает в себя:
- выемку песков роторным экскаватором;
- сухую или гидравлическую сортировку горной массы вблизи от места добычи, что позволяет примерно на 30% снизить транспортируемые и перерабатываемые объемы.
- разделение на два потока, один из которых направляется непосредственно на обогащение, а второй - в промежуточную емкость, где происходит естественное разделение материала по удельному весу с уходом наиболее мелких глинистых фракций в слив;
- использование промежуточной емкости в качестве резервного источника материала для обогащения.
Регулирование параметров стружки в процессе экскавации песков роторным колесом позволяет подобрать оптимальную крупность материала, подаваемого на промывку.
Управляя процессом осаждения, представляется возможным создавать своего рода техногенные месторождения, в том числе с целью их отработки в будущие периоды времени. Это позволит не перерабатывать (не вовлекать в процесс обогащения) пески с низким содержанием металла и наличием мелкого и тонкого золота. Принимая во внимание, что на большинстве россыпных месторождений золота, и особенно - на погребенной россыпи долины р. Б. Куранах -залегание золотоносных песков имеет выраженный неравномерный характер, причём содержание металла и размеры зон золотоносности изменяются зачастую в несколько раз, применение технологий, использующих этот способ, является перспективным.
Для обоснования эффективных геотехнологий освоения сложноструктурных месторождений требуется дифференциация структуры запасов по количественному и качественному признаку, координация направлений и порядка разработки таких объектов с условиями, определяемыми характером распределения полезного компонента, как на всем месторождении, так и на его отдельных участках.
Анализ качественных характеристик распределения запасов, закономерностей распределения полезного компонента в объеме месторождения, статистическая и геостатистическая обработка информации, моделирование геологических объектов и поверхностей и в целом проектирование открытых горных работ - задача горно-геологических информационных систем.
На мировом рынке программного обеспечения в настоящее время предлагается свыше 10 интегрированных систем, которые содержат примерно одинаковый стандартный набор функций управления базами данных, обработки информации, моделирования, проектирования и планирования горных работ.
Созданный в ИГДС СО РАН первоначальный вариант электронной базы данных по россыпи р. Б. Куранах является, после соответствующей модификации, основой для решения геологотехнологических задач в целях эффективного освоения месторождения.
Таким образом, новый подход к выбору рациональных способов и технологий освоения сложноструктурных россыпных месторождений должен производиться на основе:
- анализа баланса технологических видов золота;
- расчета количественных и качественных параметров распределения металла в массиве;
- определения рациональных параметров и характеристик выемочного пространства добывающе-обогатительного комплекса;
- дифференцированного анализа распределения полезного компонента согласованно с границами и развитием выемочного пространства;
- создания и оформления электронных баз данных опробования для проведения геостатистического анализа, расчета кондиционных характеристик, построения контуров рудных тел (пластов), решения технологических и организационных задач в ходе освоения месторождений.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оксман В.С., Черосов А.М., Дыбин Д.А. Мелкое золото в месторождениях Республики Саха (Якутия) // Горный журнал. - 1998. - № 5. - С. 17-20.
2. Федотова Н.В. Экономические аспекты добычи и обогащения золота в современных условиях // Горный журнал. - 1998. - № 5. - С. 44-46.
3. КавчикБ.К. Выбор промывочного прибора на основе расчетов потерь золота с эфелями // Золотодобыча. - 2008. -апрель. - С. 11-16.
4. Батугин С.А., Черный Е.Д. Теоретические основы опробования и оценки запасов месторождений. -Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. - 344 с. ЕШ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------
Ермаков С.А. - кандидат технических наук, заведующий лабораторией, s.a. ermakov@,igds .vsn.ru,
Бураков А.М. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, [email protected],
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, г. Якутск.
