CC BY
25
Недра. 1979. - 192 с.
13. Научно-технический прогресс в асбестовой промышленности СССР / Под ред. Б. А. Сонина . -М.: Недра. 1988. -300 с.
14. Оптимизация конструктивных параметров барабанного фрикционного сепаратора / Цыпин Е.Ф.. Пелевин А.Е., Потапов B.Ä. и др. // Известия УГИ. Серия: Горная электромеханика. - 1993. - № 4.-С. 115-120.
15. Патент 2014148 РФ, МКИ ВОЗС1/Ю. Магнитный сепаратор / Пелевин А.Е., Цыпин Е.Ф., Псрмикина О. А. и др. - 4 с.
16. Патент США 3493108 МКН4 B03C1/00. Способ переработки асбестовой руды / Мартиисц Э. (США). - 4 с.
УДК 622.273:622.68:622.232.1.57
И.Ю. Илатовскин, A.A. Петере, Е.Г. Щавлев, A.B. Юлии, Г.Я. Кошев, В.А. Мальцев
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОДГОТОВКИ КАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Известняк вместе с каменной солью, углем и серой входит в «большую четверку» минерального сырья, используемого в химической промышленности |1].
К одному из крупных и достаточно сложных для отработки открытым способом относится Чаньвинское месторождение известняков.
Чаньвинское месторождение является сырьевой базой для содового производства на Березниковском содовом заводе в Пермской области. Подготовка карбонатного сырья в виде «химкамня» осуществляется Чаньвинским карьером. В состав карьера входят горно-добычной участок, ведущий разработку Костанокского участка месторождения, дробильно-сортировочная фабрика, отвал вскрышных пород и отвал отходов ДСФ (рис.1). Известняк является единственным полезным ископаемым, добываемым на карьере. Известняк очень чистый: по данным детальной разведки и доразведки центральной части карьера среднее содержание СаСОэ в известняках составляет 98,12 , MgCOj - 0.86, SiO: - 0,31, R:03 - 0,20 %.
Для Чаньвинского месторождения известняков ГКЗ СССР были утверждены следующие постоянные кондиции: СаСОз - не менее 94; MgC03 - не более 4 ; S1O2 - 2, 5, R2O3 - не более 1,5 ; бортовое содержание СаС05 - 92 %. В соответствие со стандартом предприятия известняк, поступающий на ДСФ должен иметь линейные размеры куска до 1,2 м; глинистых включений не
более 4 %. При поступлении на содовый завод массовая доля кусков размером менее 40 мм и кусков размером более 150 мм не более 5 и не менее 2 % соответственно.
Известняк также пригоден для производства строительного щебня, строительной извести класса А, известняковой муки, карбонатной крупки для подкормки скота и птицы, цемента и флюса в черной металлургии.
В целом Костанокский участок характеризуется весьма благоприятными горногеологическими условиями отработки запасов: мощность вскрыши не более 10 м при среднем ее значении 3,14 м; рельеф в пределах участка относительно ровный с углами наклона поверхности, практически не превышающими 15 градусов; продуктивная толща представлена в основном зоной аэрации; максимальный водоприток в карьер за счет атмосферных осадков - 400 000 м/год.
Самым значительным отрицательным фактором является широкое развитие глинистых образований. Подавляющая часть глинистого материала на месторождении сосредоточена в рыхлых делювиально-элювиальных отложениях и карстовых воронках. Однако этот материал довольно широко распространен и внутри массива известняков, имея четкую
генетическую связь с их трещиноватостью: чем больше плотность и раскрытие трещин, тем больше в известняке глины. К сожалению, традиционными методами разведки месторождения (буровыми скважинами) выявить и оконтурить наличие заглиненных участков было невозможно по ряду причин, которые приведены ниже. В период эксплуатации карьера сотрудниками Горного института УрО РАН (г. Пермь» выделено три формы нахождения глинистого материала в известняках месторождения.
Первая - участки развития рассеянных мелких скоплений глины в виде глинистых прожилок и небольших каверн карстового происхождения, приуроченные к согласным трещинам. Имеют небольшую мощность (2 - 10 см) и часто прослеживаются в уступах на несколько десятков
otu.iotiiu«iu(J<p •
Рис. 1. Схема размещения объектов Чаньвинского карьера
метров. Несмотря на повышенное, относительно чистых известняков, содержание глины (2-5 %), эти известняки вполне пригодны для получения кондиционного карбонатного сырья.
Вторая - зоны с повышенным и высоким (5 - 50 %) содержанием глин. Здесь глина заполняет многочисленные тектонические трещины линейных зон дроблений. Эти зоны обычно не имеют четких границ, а содержанке глины постепенно уменьшается от знутренних частей к периферии. Ширина этих зон различная и колеблется от 2 - 3 до 30 м и более. Высокая степень заглинизированности известняков в зонах дробления делает невозможным их использование в качестве химического сырья.
Третья - компактные тела глинистого состава с содержанием глины более 50 % мощностью до 2 - 3 м, расположенные во внутренних частях зон повышенной трещиноватости. Размер этих тел весьма различен: по простиранию они прослеживаются на несколько десятков (иногда первые сотни) метров, а в глубину - на несколько десятков метров. Вторая и третья формы нахождения глин названы зонами повышенного и высокого содержания глины (ГТВСГ).
Знание геологического строения Костанокского участка, полученное уже в процессе его разработки, и анализ технологии бурения разведочных скважин дают основание говорить о двух причинах, вследствие которых при проведении детальной разведки и доразведки не были выявлены зоны ПВСГ.
Первая причина - несоответствие плотности сети разведочных скважин размерам зон ПВСГ Зоны ПВСГ, как отмечалось выше, представляют собой вытянутые в субмеридиональном направлении крутопадающие тела, средняя ширина которых, с учетом проекции на горизонтальную плоскость, составляет 10 м (рис. 2). Сеть доразведки для запасов категории А составила 100 х 50 м, причем короткая сторона ячейки сети ориентирована поперек простирания зон. Следовательно, вероятность попадания разведочной скважины в зону ПВСГ составляет 20 %. Еще меньше вероятность обнаружения закрытых карстовых воронок, диаметр которых в среднем составляет 20 м (6.3 %).
Расчеты показали, что для выявления 90 % карстовых воронок с диаметром 10 м необходимая сеть скважин должна сэставлять 9,5 х 9,5 м, а плотность - 11080 скв./км2. Следует отмстить, что такая карстовая воронка приводит к непригодности около 8000 т кондиционного известняка Кроме этого, для оконтуривания каждой обнаруженной карстовой воронки необходимо пройти еще несколько скважин. Все это однозначно говорит о бесперспективности поисков и оконту ривания зон ПВСГ только посредством бурения скважин.
Вторая причина - избирательное разрушение керна - недостаток, который присущ принятой при детальной разведке и доразведке технологии колонкового бурения (2]. Как уже отмечалось, бурение скважин осуществлялось «всухую» с подливом воды. При бурении глина, заполняющая трещины в известняках, перемешиваясь с водой, образовывала глинистый раствор. Расгвор размазывался по стенкам скважины, частью уходил в полые трещины, а чаше всего при подъеме снаряда он просто оставался в стволе скважины. Кроме того, после извлечения керна из
колонковой трубы керн обязательно промывался водой. Таким образом, керновая проба, которая шла на химический анализ, характеризовала чистый известняк, а не массив. Проведенный каротаж некоторых скважин, основной целью которого было уточнение интервалов развития карста, вследствие несовершенства комплекса методов и методики интерпретации его результатов, оказался неэффективным. В тех случаях когда, скважина вскрывала компактное тело глины, времени и подливаемой воды было недостаточно для перехода всего объема глины в глинистый раствор, так как бурение осуществлялось короткими рейсами. В результате глина попадала в колонковую трубу в виде керна, а данный интервал характеризовался как карстовая полость, заполненная глиной или смесью глины с обломками известняка.
Разработка месторождения осуществляется с применением транспортной системы в нисходящем порядке горизонтальными слоями с высотой уступа 15 м
Вскрытие запасов ведется в три этапа. На первом этапе бульдозером осуществляется сбор почвенно-растительного и потенциально плодородного слоев мощностью до 0,2 м. На втором этапе экскаватором удаляется основная часть вскрыши с размещением се на внешнем отвале. На третьем этапе, в целях исключения примешивания к добываемому полезному ископаемому глинистого материала, удаляется верхняя часть массива известняков на глубину 1,5 м. Рыхление пород осуществляется взрывом.
Подготовка запасов осуществляется по траншейной схеме Траншеи зарезаются на западном склоне водораздела Чаньва - Костанок, забой которых продвигается в восточном направлении до границы участка первоочередной отработки (см.рис.2). Подготовка верхних
С
XI»
ш*
Рис. 2. Карта прогноза зон ПВСГ: 1 - чистые известняки, 2 - зоны с содержанием глины 5-50 %, 3 - компактные тела глин, 4 - площади влияния техногенных помех, 5 - уступы, осыпи, отбитая порода,
6 - номера зон ПВСГ
горизонтов осуществляется горизонтальными траншеями, а более глубоких горизонтов -внутренними наклонными траншеями со стороны западного борта карьера.
Отработка запасов. Продвиганис фронта очистных работ осуществляется заходками с севера на юг (см.рис.2). Отбойка известняков производится методом скважинных зарядов. Расстояние между скважинами в ряду 6,3 - 7.3 м. Расстояние между рядами скважин 5,0 - 5,8 м. Бурение скважин ведется станком СБШ - 250, диаметр скважин 246,5 мм. Удельный расход ВВ составляет 0,65 кг/м3. Отбитая масса погружается экскаватором ЭКГ - 5А и транспортируется автосамосвалами на ДСФ (кондиционные известняки) или на внешний отвал (породы вскрыши) (рис Ъ,а). Негабаритные куски известняка размером более 1200 мм подвергаются вторичному дроблению накладными зарядами.
ГШб%
ЛТТ
* «Л * £
л •А
40-150 , I 20-40 1
20-60
10
Г.1ИИ> МЙ» иа ДСФ
♦300
Рис. 3. Структу рный состав карьера и баланс полезного ископаемого:
а - фактическое состояние: 1- карьер; 2 - отвал вскрынлак пород; 3 - корпус крупного дробления, 4 - среднее дробление; 5 - корпус сортировки, 6 - бункер отходов крупного дробления; 7 - бункер отходов корпуса сортировки, 8 - отвал отходов; 9 - склад химкамня; 10 - склад щебня; 11 - склад флюсового известняка; б - предлагаемая технологическая схема: I - карьер; 2 - отвал; 3 - перегрузочный комплекс по очистке известняка от глины
Техническим проектом разработки определены эксплуатационные потери известняка в пределах 3,0 % и засорение - 3,5 %. Производительность карьера по известняку' до 5 млн т/год. Эксплуатационный коэффициент вскрыши 0,039 м3/т (0,0991 м3/м3). Для изучения качества известняка предусмотрена эксплуатационная разведка-колопкоъос бурение скважин диаметром 146 -92 мм «всухую» буровым станком СБУ ДМ - 150 - 34 В по сетке скважин 50 х 50 м. Предполагалось, что на площади годовой отработки попадет одна карстовая воронка. Дтя её оконтуривания предусматривается 5 буровых скважин глубиной по 40 м. Всего на карьере планировалось пробурить 1045 м скважин эксплуатационной разведки в год. Дтя уменьшения •засорения известняков при выемке карстовых полостей проектом предусмотрена селективная отработка карстового материала верхних горизонтов и зачистка кровли известняков с применением драглайна Э - 203.
Переработка известняка на ДСФ. Переработка известняка производится по двум технологическим линиям цепей и аппаратов ДСФ. Одна линия является резервной. По проекту переработка заключается в следующем: известняк последовательно дробится на щековой и конусной дробилках, а затем рассеивается на фракции 0 - 10, 10 - 20. 20 - 30, 30 - 90 и 90 - 150 мм. Таким образом, товарными продуктами переработки известняков на ДСФ являются: известняковый камень («химкамснь» фр. 30-90 и 90-150 мм), щебень 1-го класса (фр. 20 - 30 мм) и 2-го (фр. 10-20 мм), щебень 3-го сорта (фр. 0-10 мм, которая по существу является отходами). Выход товарных продуктов составляет: «химкамснь» - 65 %, щебень 1-го и 2-го сортов - 20,8 %, отходы (щебень фр. О - 10 мм) - 12,7 %. Механические потери сырья при его переработке на ДСФ составляют 1,5 % [41.
В связи с изложенными выше фактами при эксплуатации месторождения ряд положений проекта осуществить не представляется возможным: вся толща известняков отрабатывается валовым способом, качественная селективная выемка не ведется, эксплуатационная разведка, предусмотренная проектом, не введена в действие, шпуровая отбойка при отработке контактных зон не производится. Трещиноватость пород при принятом паспорте БВР приводит к переизмельчению известняка. При технологических испытаниях не было уделено внимание изучению степени зависимости трещиноватости на выход классов фракции 40 - 120 мм. Полученная при испытаниях информация о выходе готовой продукции («химкамня») 65 % не является достоверной и может быть отнесена только к участкам массивных известняков, не засоренных глинистым материалом. Средний показатель выхода «химкамня» по месторождению должен быть принят не выше 55 %. В настоящее время выход товарной продукции ДСФ: известняковый камень («химкамень» фр. 40 - 150 мм), выход 52 - 55 %; строительный щебень и флюсовый известняк (фр. 20 - 40 и 20 - 60 мм, часто эта фракция реализуется как породы карбонатные) - выход 13 - 15 %. Размер фракций отходов производства при этом составляет 0 -65 мм, выход 30 - 33 % (см.рис.З.а).
Недостаточная изученность зон трещиноватости и недостоверные данные детальной разведки и доразвсдки о наличии карстов и заглиненности продуктивной толщи Костанокского участка привели к необоснованному отнесению раздробленных и выветрглых известняков к балансовым запасам, а потери известняков в процессе добычи были на порядок заниженны. Практика не подтвердила наличие утвержденных запасов на горизонтах 290, 275. 260 м. Объемы вскрыши оказались значительно выше проектных (см таблицу).
Приведены показатели добычных работ за первые годы эксплуатации карьера
Годы Извлтор. массы, тыс. м* Добито известняка Скальная вскрыша, тыс. м* Выхол КОНДИЦИОННОГО И1веслика
тыс. т тыс.ы'
1 2 3 4 5 6
1987-1992 2690 4063 1560 1090 0,59
1993 1035 1373 540 495 0,52
1994 481 640 252 229 0,52
1995 967 1583 623 344 0,64
Таким образом, отсутствие достоверной геологической информации о структуре месторождения на стадии проектирования не позволило принять оптимальное решение по технологии подготовки карбонатного сырья, в результате часть запасов, определенная проектом как кондиционная, при эксплуатации переведена в категорию «внутренняя (скальная) вскрыша» и транспортируется в отвал вскрышных пород, потери полезного ископаемого при этом составляют 33 - 55 %.
Анализ результатов исследований, проведенных специалистами Горного института УрО РАН (г. Пермь), Уральской государственной горно-геологической академии, научно-исследовательских и проектных институтов «Уралмеханобр» и «Недрахим» (г. Москва) позволил наметить ряд направлений в разрешении проблемной ситуации на Чаньвинском карьере:
1. Изменить направление фронта работ с запада на восток, то есть разрезные траншеи рабочих горизонтов проводить по простиранию зон ПВСГ.
2. Селективную разработку сложных забоев и карстов выполнять на основе типичных блочных паспортов буровзрывных и погрузочно-транспортных работ, разработанных на основе погоризонтных планов и геофизическсй информации о структуре блока (см.рис. 2).
3. К основным условиям при проектировании технологии, кроме общих требований, предъявляемых к известняку, следует отнести учет гранулометрического состава исходной горной
массы (ГМ) в результате БВР в карьере, а также содержание в ней глинистой фракции и продуктов карста.
При исследовании фракционного состава взорванной горной массы на добычных горизонтах было установлено, что после БВР глинистые включения в основном содержатся во фракциях 0, 00 - 0, 30 м, а во фракциях 0, 30 - 1, 20 м присутствуют в основном в виде примазок (прилипания) на крупных кусках. Комовая глина в составе ГМ сохраняется при отрицательных температурах. В результате БВР объем фракций вместе с глиной и карстом 0,00 - 0,30 м составляет 30 % от общего объема ГМ. Следовательно, если ту часть подготовленных к выемке запасов, которые содержат 5 - 20 % глинистого материала, разделить с достаточной степенью вероятности по классам плюс - минус 0,30 м, то класс +0,30 м можно направить как кондиционный известняк на ДСФ. Такое решение обусловливает изменение технологии. Реализация такой схемы возможна: в перспективе - путем реконструкции одной нитки цепи аппаратов ДСФ; в настоящее время - путем введения дополнительных технологий в карьере. При ведении добычных и погрузочных работ в карьере необходимо разделять потоки ГМ по качественному составу с организацией их раздельного складирования и отватообразования. Для этой цели разработать паспорт отвала. Разделение ГМ производить по следующим признакам: известняк с содержанием глинистого материала и продуктами карста до 4 % с отгрузкой на ДСФ; известняк с содержанием глины 5 - 20 % на комплекс дополнительного разделения и очистку от глины; известняк с содержанием карстового материала и глины 20 - 50 % - в специальный отвал (см.рис 3,Ь).
4. При любой ситуации в карьере должна быть обеспечена качественная эксплуатационная разведка. Исследования, выполненные Горным институтом УрО РАН (г. Пермь), показали, что достоверность информации обеспечивается при введении разведочного комплекса на основе геофизических методов [3], позволяющих более точно оконтурить карстовые полости и зоны Г1ВСГ (см.рис. 2).
Расчеты показали, что в результате предлагаемых мероприятий объем потерь товарного известняка снизится до 34 %. В настоящее время на карьере некоторые предложения уже приняты к реализации: разработана и опробована методика эксплуатационной разведки геофизическими методами, составлена карта прогноза зон ПВСГ (см.рис.2) на ближайшие три - четыре года отработки, что позволило вести селективную выемку; разработаны блоковые паспорта БВР, завершается строительство комплекса по очистке известняка от глины. Внедрение предложенных технологий отработки способствовало снижению коэффициента скальной (внутренней) вскрыши на 8 - 10 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Брейте Р. Геология неметаллических полезных ископаемых. - М.: Мир, 1965.
2. Временное положение о порялкс проведения геологоразведочных работ по этапам и стадиям (твердые полезные ископаемые). -М., 1998.
3. Кудряшов А.И., Фомин Ф.Н., Колесников В.П. Чаньвинскос месторождение известняков. -Пермь. 1999.
4. Чаньвинскос месторождение известняков. Технология производства. Проектные решения /
НПО "Карбонат". - Харьков, 1992.
