CC BY
76
Систематика способов разупрочнения глинистых песков при разработке...
Кисляков В.Е., Никитин А.В.
УДК 622.342
Кисляков В.Е., Никитин А.В.
СИСТЕМАТИКА СПОСОБОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ПРИРАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Доля подготовительных работ в составе производственных процессов, общих для открытой разработки, составляет от 5 до 40% в зависимости от горно-геологической характеристики месторождения и принятой технологии, а также в отсутствии факторов, осложняющих работы. В случае разработки россыпных месторождений, отличающихся небольшой глубиной и производственной мощностью (относительно разработки рудных, угольных и др.), а также значительно обводненных, с большим содержанием глины, наличием сплошной или островной мерзлоты, - доля и роль подготовительных работ серьезно возрастают.
Теория разработки россыпных месторождений рассматривала подготовительные процессы, до некоторых пор, как совокупность работ по очистке полигона от леса, вскрытие торфов, предохранение поверхности от промерзания в зимнее время и оттаивание в весеннелетнее [3, 7]. Всеобще отмеченное усложнение горногеологических условий, вновь вовлекаемых в разработку месторождений, потребовало применение специальных методов подготовки массива: механическое и буровзрывное рыхление, обработка химическими реагентами, напорное и безнапорное размачивание конгломератов и песков с большим содержанием глины [6, 8].
Сегодня повсеместное содержание глины в песках россыпных месторождений и их влияние на снижение показателей разработки, а порой определяющее невозможность освоения значительного количества месторождений, совместно с отмеченной неэффективностью существующих методов подготовки массива [4], выявило необждимость создания целою комплекса мероприятий по разупрочнению глинистых песков в общей цепочке производственных процессов.
Многолетние исследования, проводимые в Университете цветных металлов и золота (ныне Сибирский федеральный университет), позволили классифицировать способы разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений [1], уточненный вариант представлен в таблице. Кроме использования эффективных способов разупрочнения глинистых песков в составе всех существующих процессов разработки, данная классификация отличается созданием дополнительного подготовительного процесса, который включает прямое физическое, химическое и другие виды воздействия на разрыхленные глинистые пески в промежуточном складе.
Рассмотрим различные способы в порядке выполнения производственных процессов.
Разупрочнение глинистых песков в массиве на стадии горно-подготовительных работ следует считать одним из важных технологических этапов. Это связано с тем, что подготовка осуществляется в месте залегания без выемки и транспортировки песков к специальным
приборам, а также в связи с развитием технологий извлечения ценною компонента непосредственно из массива. На данном этапе освоения месторождения применяются: физический, химический и специальные способы разупрочнения глинистых песков.
Физический способ включает в себя рыхление и внедрение механических частиц [2], криогенную подготовку (работы ученых Якутского филиала РАН), высушивание и водонасыщение.
Например, способ подготовки глинистых песков путем внедрения в массив частиц галечной фракции размером 50-100 мм (агрегаты и породы, полученные от про -мывки песков), отличается возможностью использования стандартного оборудования; снижением налипания песков на рабочие органы добычного оборудования в процессе их выемки, минимальным сроком ввода технологии в эксплуатацию и минимальным техногенным воздействием на окружающую среду. Предварительное внедрение частиц галечной фракции увеличивает эффективность дезинтеграции в среднем на 10%. Объясняется это тем, что внедрение частиц в глинистые пески приводит к ослаблению связей между глинистыми частицами, тем самым глинистые комья, подаваемые на промывку, разрываются по контактам частиц с глиной на более мелкие уже в первые секунды промывки. Использование в процессе промывки частиц неправильной формы позволяет дополнительно увеличить эффективность дезинтеграции глинистых песков в среднем на 3-5% [2].
Учитывая то, что основополагающим фактором прочностных характеристик глинистых песков является содержание жидкой фазы, большой интерес представляет проведение операций по их высушиванию и водонасыщению. Работы по высушиванию массива включают проведение дренажных выработок для удаления грунтовой воды и защиту поверхности от атмосферных осадков, а с целью водонасыщенияможно использовать как существующие дренажные выработки, так и специально вновь создаваемые канавы и котлованы.
Химический способ является, в настоящее время, одним из наиболее эффективных и включает значительное многообразие приёмов его использования в сложных горно-геологических условиях месторождения. В то же время обработка массива различными реагентами и их значительные утечки за установленные контуры производственного полигона отличается высокой экологической нагрузкой и низкой эффективностью использования реагентов-диспергаторов.
Бактериальный способ разупрочнения глинистых песков наждится на стадии изучения. Продукты жизнедеятельности микробов - слизь (органическое вещество) и газ. Давление газа в объеме грунта со временем возрастает. При выемке и дезинтеграции песков глинистые частицы интенсивно отделяются друг
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
13
РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
от друга, т.к. пузырьки газа, со всех сторон окружающие эти частички, уменьшают силы трения.
Способ подготовки глинистых песков управляемым движением жидкой фазы (воды, реагентов-диспергаторов, растворов органических веществ с бактериями и др.), основанный на явлении элгктроосмоса - направленного перемещения жидкой фазы относительно твердой под действием электрического поля, дает простор для формирования новых технологических схем. Так, например, при вскрытии пласта песков канавами, пройденными по границе запасов в верхней и нижней частях по падению россыпи, организуют подачу реагента-диспергатора в верхнюю канаву, а откачку из нижней канавы на поверхность. Для электроосмотического управления скоростью и направлением движения реагента во вскрывающих канавах располагают основные электроды, а в массиве песков с поверхности до почвы пласта поперечными рядами уста-навливаютпромежуточные электроды [5].
Однако технологии предварительной подготовки и дезинтеграции глинистых песков в массиве не получили широкого распространения из-за высокой энергоемкости, значительных капитальных затрат [4] и длительности разупрочнения. Сегодня эти способы не могут быть реализованы применительно к большому объему массива из-за невозможности создания и передачи больших импульсов энергии связным пескам, представленных трехфазной системой «твердое-жидкое-газ» в условиях, характерных для россыпей. Технически проще интенсифицировать процесс промывки глинистых песков, воздействуя только на жидкую фазу водной среды (в водной среде).
Разупрочнение глинистых песков в процессе выемки при использовании средств гидромеханизации достигается за счет размыва глинистых песков напорной струей воды. А при использовании выемочных машин (экскаваторов, бульдозеров, специальные аг-
Классификация способов разупрочнения (подготовки) глинистых песков при разработке россыпных месторождений
Процессы горных работ Краткое описание процесса Способ разупрочнения Структура Место разупрочнения
горно- подготовительные предварительная подготовка массива глинистых песков и техногенных россыпей к разработке физический механический рыхление внедрение частиц массив
термический вымораживание высушивание
гидравлический водонасыщение
химический реагенты-диспергаторы
специальный бактериальный электроосмотический и др.
выемка отделение глинистых песков от массива россыпи размыв напорной струей гидравлический способ разработки ёмкость выемочно-транспортирующего оборудования
выемка тонкими стружками использование фрезерных рабочих органов
транспортирование перемещение глинистых песков напорный гидротранспорт использование грунтовых насосов
специальный активация воды
подготовка к дезинтеграции (обогащению) дополнительный (вспомогательный) процесс, включающий прямое физическое, химическое и др. воздействие на промежуточный склад глинистых песков с целью повышения эффективности при их последующей дезинтеграции физический механический рыхление внедрение механических частиц промежуточный склад
термический вымораживание высушивание
гидравлический водонасыщение (избыточное увлажнение)
химический реагенты-диспергаторы
специальный бактериальный электроосмотический и др.
дезинтеграция разупрочнение (классификация) глинистых песков размыв напорной струей гидровашгерд, гидроэлеватор, дражная бочка, специальные дезинтеграторы и др. специальные аппараты
физический создание активизированных полей
обогащение извлечение полезных компонентов физический дезинтегрирующие устройства в обогатительных аппаратах
от вало-образование складирование галечных и эфельных фракций хвостов физический возврат глинистых окатышей в процесс дезинтеграции отвал, техногенные месторождения
физико-химический складирование для повторной отработки, орошение в навале
14
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
Систематика способов разупрочнения глинистых песков при разработке...
Кисляков В.Е., Никитин А.В.
регатов с фрезерными рабочими органами) необходима организация выемки тонкими стружками или изменение режима черпания (например, при дражной разработке россыпей).
При транспортировании глинистых песков наиболее эффективно, с позиции разупрочнения, применение напорного гидравлического транспорта совместно со специальной обработкой пульпы в трубопроводе (использование разрядно-импульсной активации и др.).
Подготовка к дезинтеграции (обогащению) является новым дополнительным звеном цепи технологических процессов и включает в себя физические, химические, различные специальные способы разупрочнения вынутых из массива глинистых песков в промежуточном складе.
Как уже упоминалось выше, управление содержанием жидкой фазы может явиться высокоэффективным способом разупрочнения глин. Вместе с этим, по данным ряда исследований отмечено, что капиллярные связи в несколько раз превосходят все другие значимые (молекулярные, электростатические и др.). Этот факт послужил причиной появления ряда технологических схем подготовки глинистых песков управляемым водонасыщением в промежуточном складе.
В последовательности процессов разработки россыпного месторождения транспортирование глинистых песков, после их выемки из массива, осуществляется в промежуточный склад в выработанном пространстве на почве пласта песков. После заполнения склад ограничивается плотинами и заполняется водой. Время нахождения глинистых песков под водой определяется степенью разупрочнения и производительностью добычного комплекса, который осуществляет вторичную выемку подводным способом с подачей непосредственно на обогащение.
Кроме того, возможна комбинация способов подготовки в промежуточном складе. Например, технологическая схема подготовки глинистых песков к обогащению вымораживанием и водонасыщением в промежуточном складе с последующей подводной выемкой включает как криогенную подготовку, так и размачивание в воде технологического бассейна. Работы по данной схеме ведутся в два основных этапа -в зимний (жлодный) сезон и в добычной (теплый) весенне-летний. Во время первого этапа производят первичную выемку песков из массива и их складирование на лёд технологического бассейна таким образом , чтобы создать открытые поверхности для интен-
Список литературы
1. Кисляков В.Е. Технология разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений // Золотоносные коры выветривания Сибири: Сб. науч. тр. Красноярск: КНИИГиМС, 2002. С. 110-114.
2. Кисляков В.Е., Карепанов А.В. Экологически чистые технологии подготовки глинистых песков к обогащению // Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание: Сб. материалов IV Всерос. науч.-практ. конф. Пенза, 2004. С. 151-152.
сификации таяния льда в весеннее время. В теплое время при таянии льда глинистые пески погружаются в воду бассейна, откуда производится повторная их выемка подводным способом с подачей на обогащение и дальнейшее отвалообразование.
Операция по дезинтеграции песков часто совмещается с процессом классификации. На данном этапе используют: энергию высокэнапорных струй (гидровашгерд, оросительная система дражных бочек, гидроэлеваторы и др.); активную энергию напорной воды (грунтовые насосы, гидравлические дезинтеграторы, гидроциклоны и др.); механическое разупрочнение (скрубберы, корытные мойки, вибрационные дезинтеграторы и др.); специальные методы разупрочнения (акустические, с применением электромагнитной активации и др.).
При обогащении песков наиболее эффективны методы механического воздействия. Например, вибрация улавливающей поверхности или движение дезинтегрирующих звеньев непосредственно в процессе обогащения песков.
Отвалообразование, с точки зрения эффективности отработки глинистых россыпей, подразделяется на два направления: улавливание глинистых окатышей для повторной дезинтеграции и целенаправленная организация размещения отвалов для эффективной повторной отработки (целенаправленное создание техногенной россыпи).
В результате можно заключить:
• разработка глинистых россыпных месторождений требует специальных способов разупрочнения песков, а последовательное их применение в каждом звене цепи производственных процессов позволит максимально сократить технологические потери ценного компонента;
• способы подготовки глинистых песков с последующим извлечением ценного компонента в границах массива без перемещения горной массы являются наиболее перспективными, но на современном этапе характеризуются высокими капитальными и энергозатратами;
• управление содержанием жидкой фазы в глинистых песках в комплексе с различными физическими, химическими и специальными способами интенсификации дезинтеграции на промежуточном этапе современной технологии разработки россыпей предполагает создание множества новых способов разупрочнения глин и технологических схем подготовки песков в промежуточном складе.
List of literature
1. Kislyakov V.E. The technology of the loamy sand softening in the gravel deposit exploitation // Gold-bearing residual soils in Siberia: Collecton of scientific works Krasnoyarsk: KNIIGiMS, 2002. P.110-114.
2. Kislyakov B.E., Karepanov A.v. Ecologically clean technologies of the loamy sand development for enrichment // Natural environment and ecological education and upbringing: Collecton of materials of Russian scienttc and practical conference IV, Pensa, 2004. P.151-152.
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
15
РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
3. Пешков В.Г. Разработка россыпных месторождений: Учебникдля вузов. М.: Горная книга, 2007. 906 с.
4. Мязин В.П. Повышение эффективности переработки глинистых золотосодержащих песков: Учеб. пособие. Ч. 1. Чита: ЧГТУ. 1995. С. 18-19.
5. Пат. 2310746 Российская Федерация. Способ добычи металлов выщелачиванием из россыпных месторождений / Кисляков В.Е., Кливоченко С.А., Шепунов Д.В.
6. Потемкин С.В. Разработка россыпных месторождений: Учебникдля вузов. М.: Недра, 1995. С. 128.
7. Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разработки россыпных месторождений. 2-е изд., пере-раб. и доп. М.: Недра, 1973. 768 с.
8. ЯлтанецИ.М. Технология и комплексная механизация открытых горных работ. Ч. 3. Гидромеханизация и подводные горные работы. Кн. 1: Разработка пород гидромониторами и землесосными снарядами: Учебник для вузов. М.: Горная книга, 2006. 546 с.
3. Leshkov V.G. The cpa/el deposit exploitation: course book for institutes of higher education. M.: Mining book, 2007. 906 p.
4. Myazin B.P. Increase in processing of the loamy goldbearing sands: course book, Part I.Chita: Chitinsky State Technical University. 1995. P. 18-19.
5. Patent 2310746 Russian Federation. Metal mining through leaching from the gravel deposits / Kislyakov V.E., Klivochenko S.A., Shepunov D.V.
6. Potemkin S.V. The gravel deposit exploitation: course book for institutes of higher education. M.: Nedra, 1995.P.128.
7. Shorokhov S.M. The technology and intergrated mechanization of the gravel deposit exploitation . 2nd edition, new edition, M.:Nedra, 1973. 768 p.
8. Yaltanets I.M. The technology and intergrated mechanization of open cast mining. Part III. Hydromechanization and submarine mining. Book I: Rock exploitation through hydromonitors and suction dredge: course book for institutes of higher education.M.: Mining book, 2006. 546 p.
УДК 622.273
Аглюков Х.И., Лаврик В.Д., Бакилов У.А.
ГИДРОЗАКЛАДКА НА ЖГМК
В настоящее время гидрозакладочные работы на ЖГМК осуществляются с помощью автоматизированного гидрозакладочного комплекса. Годовая производительность закладочного комплекса по принятому гранулометрическому составу - 1392 тыс. м3, среднесуточная - 3813 м3, среднечасовая производительность -190 м3 при круглосуточной работе (20 ч чистого времени). Гидрозакладочные работы производятся на трёх рудниках - Южном (ЮЖР), Западном (ЗЖР) и Восточном (ВЖР). Схема доставки закладки включает поверхностную распределительную сеть, из магистрального (0 273 мм) и участковых (0 219 мм) трубопроводов (стальные цельнотянутые), разделенных 9 распределительными устройствами (РУ), управляемыми автоматически с закладочного комплекса. Поверхностный трубопровод периодически поворачивается на 120° после транспортировки от 1000 тыс. м3. Перепуск гидрозакладки с поверхности - по скважинам, пробуренных диаметром 320 мм, обсаженных трубами.
Максимальное давление на вжде магистральною трубопровода составляет до 13 бар. Наиболее близко к комплексу расположены панели ВЖР - до 500 м, аналогичные панели ЮЖР удалены - до 10 км и ЗЖР - 7 км. В качестве гидрозакладки используются хвосты обогащения, пульпа содержит 40-45% твёрдого с гранулометрическим составом минус 0,14 мм не более 65%. С увеличением дальности транспортировки снижается плотность пульпы - наибольшая, до 1600 кг/м3, для панелей ВЖР и 1500 кг/м3 (40% твёрдого в смеси) - ЗЖР и ЮЖР. Текущие хвосты ОФ №3 дешламируются в одну стадию двумя батареями гидроциклонов на закладочном комплексе.
Значительная часть месторождений ЖГМК наждит-
ся в охранных целиках, ЗЖР - пос. Жезказган; ЮЖР -территория кладбища, ВЖР - закладочный комплекс «Анненский-1», автодороги, ЛЭП, водоводы.
Месторождение представлено пологопадающими рудными телами. Мощность рудных тел колеблется от 0,5 до 30-40 м, при этом более половины запасов концентрируется на залежах средней мощностью 8-10 м, на мощных участках сосредоточено не более 15% запасов. Среди других особенностей Жезказганского месторождения: многоярусность, или многоэтажность, оруденения при различной степени перекрытия залежей и различной мощности междупластия, разобщенность рудных тел и сравнительно небольшое разнообразие литологического состава пород. На месторождении широко распространены: серый песчаник (рудный, безрудный), красный песчаник и алевролит. Обводнённость месторождения невысокая, приток воды в действующих шахтах не превышает 18-26 м3/с. Для поддер-жания налегающей толщи пород в выработанном пространстве регулярно по сетке 20x20 м оставлены междукамерные целики.
Красный песчаник относится к группе мелкозернистых песчаников с бурыми гидроокислами железа с примесью глинистого и слюдяного материала, количество которого не превышает 15-20%. В составе обломочного материала преобладают осадочные породы: глинистые и филлитовые сланцы. После обогащения значительная часть глинистой породы попадает в хвосты обогащения (в хвостах от 12 до 25%).
Состояние выработанного пространства под пос. Жезказган оценивается по результатам регулярных визуальных наблюдений, по данным инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности по
16
Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2009. № 1.
