CC BY
95
УДК 622.03:553.81 Т.В. Тищенко
ОБОСНОВАНИЕ ГЕОИНДИКА ТОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СОРТНОСТИ КИМБЕРЛИТОВЫХРУД ТРУБКИ «УДАЧНАЯ.»
Проведена геостатистическая оценка и установлены пространственные закономерности распределения алмазов в рудных телах кимберлитовой трубки «Удачная», выделены технологические сорта руд этого месторождения с помощью геоиндикатора, основанного на физико-механических и люминесцентных свойствах.
Ключевые слова: кимберлитовая трубка, геостатистическая оценка, геоиндикатор, алмазоносность.
Семинар № 1
настоящее время на предприяти--*'*ях алмазодобычи РФ геологомаркшейдерской службой ГОКов накоплена обширная информация по ряду качественных показателей кимберлитовых руд. В частности, это данные о крепости руды, содержании шламов, алмазов тяжелой фракции, измельчаемости, а также о наличии и свойствах люминесци-рующих минералов. С другой стороны, обогатители располагают данными об извлечении, выходе концентрата, потерях в отвальные хвосты и другой информацией о работе обогатительных фабрик. Эмпирически выявлены чисто качественные зависимости типа «шламы отрицательно влияют на флотацию», однако корреляции характеристик процессов (извлечение и т. д.) с геологоминералогическими данными руды не установлены.
Вышеприведенные сведения доказывают необходимость обследования ГОКов алмазодобычи на предмет установления связей геолого-минера-логических особенностей руды с извлечением и другими характеристиками процессов обогащения с целью установ-
ления показателей качества кимберлита, влияющих на технологию, а также выяснения допустимых пределов колебания этих показателей.
Геологическое строение кимберлитовой трубки «Удачная». Трубка «Удачная» находится в Далдыно-Алакитском районе на северо-восточной окраине Тунгусской синеклизы и выходит на поверхность на склоне долины ручья Пиропового. Вмещающими породами являются ордовикские известняки, состоит из двух сопряженных трубок («Удачная-западная» и «Удачная-восточ-ная») (рис. 1).
Они представлены тремя разновидностями: кимберлитовой брекчией, слагающей западную половину трубки, и промежуточного между ними относительно узкого участка, породы которого представляют собой сильно измененную и разрыхленную кимберлитовую брекчию. Кимберлиты базальтового облика трубки «Удачная» представляют собой плотную породу порфировидного строения от темно-зеленого до черно-зеленого цвета. В отличие от кимберлита западной части трубки, описываемые разно-
сти в большом количестве содержат не- измененный оливин,
ХХХХХ.ХХ Х Г \Х , V X X *1 X Я, X • у. *
, уркхк'хкху-1 X * * м1 X М Я Ж у < \ , •
X X X Й X К
З5 ш\-' ЮЗ* И'
Рис. 1. Геологический план и разрезы по линии АА и ББ кимберлитовой трубки «Удачная» («Удачная-западная» и «Удачная-восточная»): 1 - делювий кимберлита с почвеннорастительным слоем; 2 - глинистый кимберлит зоны интенсивного изменения; 3 - кимберлит приконтактовой зоны, карбонатизированный, желтого цвета; 4 - кимберлитовая брекчия голубовато-серого цвета; 5 - разновидность кимберлита базальтового облика; 6 - карбонатные породы мархинской свиты; 7 - скважины
а также встречаются округлые зерна пиропа и ильменита. Распространены ксенолиты пород осадочного происхождения, ксенолиты кристаллических сланцев, змеевиков, перидотитов, эклогитов и эклогитоподобных пород размером от
долей миллиметра до 10-30 см. Породы, слагающие трубку «Удачная-западная», представляют типичную брекчию с высоким (до 80 %) содержанием ксенолитов различного происхождения. Осветленные и рыхлые породы промежуточ-
ной зоны интенсивно изменены гидротермальными процессами, пронизаны густой сетью маломощных жил и прожилков с кальцитом и гипсом, в значительной степени ожелезнены за счет оксидов железа.
Трубка «Удачная-восточная» более поздняя по времени образования. Промежуточный участок, разделяющий обе трубки, представляет собой зону интенсивного нарушения, возникшую в краевой части трубки «Удачная-западная», при ее внедрении и впоследствии, в силу ее трещиноватости, измененную гидротермальными растворами. Здесь развита столбчатая, а также шаровая отдельность и эмиссиональная отдельность.
С трещиноватостью кимберлитов связано газопроявление, причем выделяющиеся газы выходят под напором по трещинам с характерным шумом, а мелкообломочный материал трещин (дресва, щебенка) отбрасывается во все стороны. Г аз представлен в основном метаном с высоким содержанием углекислого газа.
По содержанию алмазов трубка «Удачная» является наиболее богатой из всех известных кимберлитовых трубок Далдыно-Алакитского района.
В разрезе до глубины 250 метров оба рудных тела трубки «Удачная» примыкают друг к другу, причем примыкание настолько тесное, что контакт между ними большей частью характеризуется как постепенный. Начиная с 250 м, трубки постепенно расходятся, и на глубине 1000 метров мощность перемычки между ними достигает 130 метров. Разведка месторождения была проведена в 3 этапа. На первом этапе (1958-1961 гг.) разведочными работами были охвачены верхние горизонты трубок до глубины 400 метров; второй этап разведочных
работ (1968-1972 гг.) позволил оценить запасы алмазов промышленных категорий по месторождению до глубины 830-900 метров; на основании разведочных работ третьего этапа (1996-2000 гг.) запасы алмазов промышленных категорий были утверждены до глубины 1200 м, хотя кимберлиты единичными скважинами были прослежены и опробованы до глубины 1400 метров.
Геостатистическая оценка распределения алмазов в кимберлитах трубки «Удачная». Характеристика распределения алмазов в плане месторождения приведена для горизонта +190 метров трубки «Удачная». Выбор этого сечения обусловлен тем, что оно было одним из базовых горизонтов, прошедших наиболее полное эксплуатационно-
разведочное опробование. Достаточно отметить, что западное тело здесь было опробовано 304 скважинами, восточное тело пересечено 162 керновыми пробами.
Уровни неравномерности распределения содержаний алмазов, зафиксированных пробами, соответствуют классическим представлениям о характере ал-мазоносности кимберлитовых месторождений. По западному телу коэффициент вариации содержаний алмазов относительно среднего равен VC = 25,7 %, по восточной трубке несколько ниже VC = 24,6 %.
Статистическая неравномерность распределения алмазов в плане месторождения не означает, что локализация участков с различной алмазоносностью имеет бессистемный характер. Наоборот, рельеф поверхности, построенной по данным опробования гор.+190 м трубки «Удачной», демонстрирует закономерную изменчивость содержания алмазов (рис. 2.), а также показывает
четко выраженную зональность в размещении участков разных уровней ал-мазоносности. Так, отчетливо выделяет-
а
ся рудный столб с повышенной алмазо-носностью в юго-восточной части западной трубки.
б
Рис. 2. Объемная модель распределения алмазов в кимберлите трубки «Удачная» (гор. + 190
м): а - западное тело; б - восточное тело
В южной и северо-западной частях той же трубки выделяются выдержанные зоны повышенных концентраций алмазов, разделенные между собой протяженными зонами с относительно низкими содержаниями алмазов. Разница в средних содержаниях алмазов по зонам составляет 1,5-1,6 раза. При этом следует отметить, что выраженных связей между фациальным составом кимберлитов и уровнем их алмазоносности не отмечается. Лишь в центральной части трубки полоса низких содержаний, вытянутая в северо-восточном направлении подчеркивается повышенным содержанием ксеногенного материала в кимберлите.
Для восточного тела также характерна зональность в распределении алмазов. Здесь выделяются два участка повышенных концентраций полезного компонента - на западном и восточном флангах трубки, разделенные обширной полосой кимберлитов с пониженной ал-мазоносностью. Выраженной связи концентрации алмазов с вещественным составом кимберлитов также не наблюдается.
Причем, в распределении алмазов наблюдаются некоторые особенности. Во-первых, закономерность распределения алмазов имеет линейный характер. В пределах западного тела зоны повышенной и пониженной алмазоносности вытянуты в двух взаимно пересекающихся направлениях - северо-западном (простирание СЗ 305-310°) и северовосточном (простирание СВ 35-45°). Протяженность этих зон 250-300 метров при ширине 60-100 метров. В границах восточного тела зона пониженных содержаний алмазов, несколько неоднородная по своему внутреннему строению (в ней может быть выделена располо-
женная согласно с основной линейная зона 2-го порядка), пересекает всю трубку в том же северо-западном направлении, практически совпадающем с простиранием зональности западного тела. Северо-восточное направление зональности также прослеживается, но выражено не столь отчетливо. В общем, оценивая изменчивость распределения алмазов в рудных телах трубки «Удачная» можно сделать следующие выводы:
• изменчивость распределения алмазов в западном рудном теле адекватно аппроксимируется сферической моделью изменчивости с эффектом самородков (рис. 3);
• изменчивость распределения алмазов в восточном рудном теле адекватно аппроксимируется сферической моделью изменчивости без эффекта самородков (рис. 4).
Установленные закономерности пространственного распределения алмазов в рудных телах являются объективной основой выделения однородных геологотехнологических зон, т.е. технологических сортов кимберлитовых руд. Результаты выделения геолого-
технологических зон по содержанию «тяжелых» компонентов и физикомеханических свойств кимберлитов, влияющих на гравитационные методы обогащения приведены в табл. 1.
Обоснование геоиндикатора технологической сортности кимберлито-вых руд трубки «Удачная». Особенностью кимберлитовых руд является то, что руды содержат конечный продукт -кристалл, ценность которого определяется, как правило, его крупностью (линейными размерами, весом, уровнем сохранности), а также целым набором признаков, обусловливающих его даль-
нейшее использование в различных отраслях промышленности. При этом отмечается существенное отличие кимбер-литовых руд от большинства категорий руд черных и цветных металлов, состоящее в том, что качество алмазного
Объект: Западный участок; признак : С
сырья, поступающего на переработку, зависит не только от его природных свойств, но и от технологических процессов добычи и переработки руд, снижающих его. -
Направление: осредненная; ломаная - выборочная, гладкая - аппроксимированная Структура 1: Эффект самородков, коэффициент 0.17268.
Структура 2: Сферическая, коэффициент 0.76891, радиус 243.20767; анизотропия Аффинная, модуль XY 0.67012.
Рис. 3. Изменчивость распределения алмазов в западном рудном теле
Направление: осредненная; ломаная - выборочная, гладкая - аппроксимированная
Структура 1: Эффект самородков, коэффициент 0.
Структура 2: Сферическая, коэффициент 0.88392, радиус 185.61259; анизотропия Аффинная, модуль XY 1.28336.
Рис. 4. Изменчивость распределения алмазов в восточном рудном теле
ица 1
тистические характеристики геотехнологических зон по Восточному телу, гор. 190 м трубки «Удачная»
Содержание пи- Ед. изм. Зоны С о2 V, % А Э тт тах
рита знач. знач. эм.
кг/т I 0,45 0,29 121 1,15 0,33 0 2,1 38
II 0,13 0,03 136 1,35 1,52 0 0,7 17
ш 1,1 1,44 110 1,34 0,57 0 4,1 18
Содержание кг/т I 4,89 0,33 12 -0,58 0,64 3,4 5,8 20
магнетита и ильменита II 3,71 0,19 12 -0,47 0,82 2.8 4,3 18
Ш 5,37 8,13 11 -0,66 1,02 1.4 12,0 14
Объемный вес т/м3 I 2,58 0,001 1,6 -0,67 -0,63 2,37 2,68 2
II 2,61 0,005 2,6 -1,08 2,03 2,36 2,72 11
Ш 2,50 0,009 3,0 0,33 -0,67 2,5 2,69 13
Коэффициент по Пр. I 5,07 0,09 5,9 0,15 -1,26 4,6 5,6 6
крепости II 6,12 1,14 6,0 -0,003 -1,25 5,48 6,76 10
Ш 4,11 0,68 16,0 0,63 -0,51 2,95 6,13 6
Коэффициент усл. ед. I 1,93 0,1 17 -0,28 -0,86 1,28 2,49 5
измельчаемо- сти II 1,83 0,08 15 0,46 -0,8 1,36 2,45 3
Ш 2,68 0,68 27 0,85 0,67 1,2 4,79 4
Известно, что кристаллы алмазов разрушаются в процессе буровых и взрывных работ, а также при дроблении и измельчении руд, снижающих ценность сырья (общие потери среднего веса кристаллов составляют 40-60 %).
Обогащение кимберлитов производится по технологической схеме, включающей процессы рудоподготовки, рентгенолюминесцентной сепарации, отсадки, жировой сепарации и флотации. Эффективность каждого из этих процессов, как показывает опыт работы обогатительных фабрик, зависит от качества руд, поступающих на переработку.
Так, например, при подаче кимбер-литовых руд с повышенным содержанием люминесцентных минералов происходит снижение извлечения алмазов на 2-3 %. Увеличение содержания в руде минералов, близких по плотности к плотности алмазов, влечет за собой снижение извлечения ценного компонента при обогащении гравитационными методами. Основным в технологии кимберлитовых руд является процесс рентгенолюминесцентной сепарации. Он включает облучение потока минерального сырья рентгеновским излучением, идентификацию полезного компонента по характеристикам его люминесценции и отделение порции материала, содержащей идентификационный компонент, в концентрат. Кроме алмазов, в кимберлитах содержатся минералы, люминесцентные характеристики которых близки к характеристикам свечения алмазов. Люминесцирующие минералы в кимберлитах представлены кальцитом, доломитом, полевыми шпатами, плагиоклазами.
Эффективность работы рентгенолюминесцентного сепаратора характеризуется уровнем извлечения полезного компонента и степенью сокращения обогащаемого материала.
При постоянном значении количества частиц, направляемых в концентрат (#к), степень сокращения обогащаемого материала (5) определяется содержанием в руде алмазов (№а) и люминесци-рующих минералов (^) и вероятностью их обнаружения (Р).
Вероятность обнаружения при распознавании алмазов и минералов кимбер-литовых руд по двум характеристикам люминесцентного излучения (силе излучения и постоянной времени) определяется из выражения
Р = Л М Ц, t Щей ,
I V )| (t)
где !¥(/', t) - двумерное распределение характеристик излучения алмазов и минералов; Щ) - функция, которая разделяет плотность характеристик излучения на области алмазов и минералов; 1(э) -сила излучения эталона, по которому настраивается уровень разделения системы обнаружения сепаратора.
Таким образом, извлечение алмазов зависит от вероятности их обнаружения, которое, в свою очередь, определяется содержанием люминесцирую-щих минералов. При обогащении ким-берлитовой руды с повышенным содержанием люминесцирующих минералов на входе рентгенолюминесцентных сепараторов резко возрастает число срабатываний (что и является единственным сигналом об изменении качества руды), т.е. степень сокращения
уменьшается и увеличивается выход концентрата.
В соответствии с действующей схемой управления процессом рентгенолюминесцентной сепарации для поддержания допустимой степени сокращения (5) после регистрации изменения качества руд производится корректирование режима работы сепаратора. Цель корректирования состоит в уменьшении вероятности отсечки лю-минесцирующих минералов (Жг). Это влечет за собой неизбежное снижение извлечения алмазов.
Отсутствие классификации кимберлитов по содержанию в них люми-несцирующих минералов не позволяет оптимизировать управление процессом рентгенолюминесцентной сепарации в условиях высокой изменчивости качества перерабатываемого минерального сырья.
Исследование люминесцентных характеристик с целью определения рациональных режимов работы процесса рентгенолюминесцентной сепарации позволили выделить сорта руд, характеризующихся различным содержанием люминесцирующих минералов и отличающихся качественным составом. В результате исследований люминесцентных характеристик алмазов и минералов кимберлитовых руд (силы излучения и постоянной времени, характеризующей скорость изменения интенсивности люминесценции алмазов и минералов) получены распределения плотности вероятности силы излучения и постоянной времени (рис. 5, 6).
На основании установленных зависимостей выделены два типа люминес-цирующих минералов, отличающихся величиной постоянной времени. К пер-
итО) Рис. 5. Графики распределения плотноСтиВероятности силы излучения минералов (1) и алмазов (2)
Рис. 6. Графики/распределения плотности/вероятности постоянной времени излучения алмазов (2) и минералов типа Мг (1)и типа М2 (3)
ю'
10'
М-‘ Ьг-ср-'7р/с)"'
вому типу М1 отнесены минералы, постоянная времени которых менее 1,0-10-3 с. Ко второму типу М2 - минералы, имеющие значение постоянной времени, равное 1,010-3 - 15,010-3 с. К минералам первого типа относятся альбит и оли-гоклаз, а к минералам второго - андезин и анортит. К первому сорту (С1) относятся руды, содержание в которых лю-минесцирующих минералов составляет менее 0,01 %. Ко второму (С2) и третьему (С3) сортам - руды, содержание лю-минесцирующих минералов в которых более 0,15 %. Различие между этими сортами руд заключается в вещественном составе содержащихся в них лю-минесцирующих минералов. Сорт руды С2 содержит преимущественно минералы типа М1, а сорт С3 - минералы типа М2 (табл.
Таблица 2
Характеристики технологических сортов кимберлитовых руд
Сорт руды Наименование минералов Люминесцентные характеристики минералов Содержание люминес- Режим работы сепаратора,
І10-11 р у1 М0-3 центных минералов, % /10-11 у1
С1 Тип М1+М2 - - < 0,01 ,0 2, і ,5
С2 Тип М1 (альбит, олигоклаз) О, т" I о, сч 0,01 - 1,0 > 0,15 ,0 - ,0 2,
Сз Тип М2 (андезин, анортит) 1,0 - 8,0 1,0 - 18,0 > 0,15 ,0 5, - ,0 2,
С4 Тип М1+М2 - - 0,01 - 0,15 ,0 2, 1 ,5
2). При обогащении руд сорта С1 для получения заданного показателя сокращения пороговое значение уровня разделения устанавливают равным
/п=1,5-2,0 • 10
,11 Вт ( Р
С IС
При этом вероятность обнаружения алмазов крупностью -10+5 мм составит Р = 98,5 - 99%, т.е. обеспечиваются наивысшие показатели работы процесса рентгенолюминесцентной сепарации.
Заданный показатель сокращения при подаче руд второго сорта достигается путем увеличения порогового уровня разделения силы излучения до величины
1р = 2,0 - 4,0 • 10-11 | С
Вероятность обнаружения алмазов для руд сорта С2 составит Р = 96 - 97 %. Обогащение сорта С3 до
В (Р 4 1 1р = 2.0 - 5.0 • 10-11 I — р С ^ С
Р = 95,5 - 97 % (табл. 2).
В соответствии с геологией кимберлитовых трубок на долю руд, содержащих более 0,15 % люминесцирующих минералов, приходится порядка 15-20 % общего объема руды. При этом повышение эффективности рассматриваемого процесса обогащение может обеспечиваться путем поддержания содержания люминесци-рующих минералов на уровне не более
0,15 %.
Стабилизация качества руды достигается выбором порядка и направления отработки рудных блоков на основе прогнозирования изменчивости качественных показателей руд или усреднением руды (внутри карьера и на усреднительном складе). В результате усреднения кимберлитовых руд на вход рентгенолюминесцентных сепараторов подается минеральное сырье, содержание люми-несцирующих минералов в котором составляет 0,01-0,15 %. Руда с таким качеством отнесена к четвертому сорту С4 (табл. 2).
В случае, если указанными способами не обеспечивается получение руды сорта С4, то целесообразно производить селективную выемку руд по сортам.
При обогащении руды сорта С2 и сорта С3 получение заданного показателя сокращения материала в первую очередь должно осуществляться снижением производительности сепараторов. Это позволяет сохранить уровень извлечения, но требует вовлечения в работу дополнительных мощностей. При отсутствии резерва мощности по рентгенолюминесцентной сепарации производится увеличение порогового значения уровня разделения в рекомендуемых пределах. На основе предложенной классификации кимберли-товых руд на технологические сорта
1. Анистратов К.Ю., Волков А.М., Ермолов В.А., Сельменев А.И. Обоснование технологических сортов кимберлитовых руд // Проблемы горнопромышленной геологии (Материалы первых Ершовских чтений по горнопромышленной геологии). - М. - 1990. - С. 73-78.
2. Бобриевич А.П., Бондаренко М.Н., Гне-вушев М.А. и др. Алмазные месторождения Якутии / Под ред. Соболева М.А. - М.:
Г осударственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1959. - 527 с.
3. Зинчук Н. Н., Котиль В.И., Борис Е.И. Основные аспекты разномасштабного райони-
по содержанию люминесцирующих минералов разработана схема управления качеством руд, включающая определение в массиве люминесцирую-щих минералов при опробовании, выделение
однородных зон по комплексу показателей, выбор способа стабилизации качества рудопотока, прогнозирование качества рудопотока на входе обогатительной фабрики, передачу информации о параметрах рудопотока на управление процессом рентгенолюминесцентной сепарации.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
рования территорий по типоморфным особенностям алмазов (на примере Сибирской платформы, Россия) // Геология рудных месторождений. - Том 41. - 1999. - № 6. - С. 516-526.
4. Меньшиков Н.А. Специфика геологотехнологического картирования кимберлитовых месторождений на стадии эксплуатации // Проблемы горнопромышленной геологии (Материалы первых Ершовских чтений по горнопромышленной геологии). — М. - 1990. - С. 116-120. ШШ
і— Коротко об авторе
Тищенко Т.В. - кандидат технических наук, доцент, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
Д________
---------------------------------------- РУКОПИСИ,
ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Мельник В.В., д.т.н., профессор кафедры ПРПМ,
Кайдо И.И., к.т.н., доцент кафедры ПРПМ,
Хрисанов П.Е., аспирант кафедры ПРПМ,
Московский государственный горный университет,
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОД ЗАВАЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ НА ОПОРНОЕ ДАВЛЕНИЕ В КОРОТКИХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ (744/03-10 от 23.12.09 г.) 6 с.
Дано научное геомеханическое обоснование влияния подзавальных целиков на опорное давление в коротких очистных забоях.
Ключевые слова: короткий очистной забой, подзавальные целики, опорное давление.
Melnik V. V., T.D., the professor of UDBD subdepartment,
Kajdo I.I., candidate of technics, the associate professor of UDBD subdepartment,
Hrisanov P.E., the post-graduate student of UDBD subdepartment,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
GEOMECHANICAL SUBSTANTIATION OF UNDER-BLOCKAGE PILLARS INFLUENCE ON BEARING PRESSURE IN SHORT CLEARING FACES
It is given the scientific geomechanical substantiation of under-blockage pillars influence on bearing pressure in short clearing faces.
Key words: short clearing face, under-blockage pillars, bearing pressure.
