CC BY
31
© В.Е. Кисляков, A.B. Карепанов, 2008
УДК 622.271.1
В.Е. Кисляков, A.B. Карепанов
ТЕХНОЛОГИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ ПРИ БУЛЬДОЗЕРНОЙ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В настоящее время разработка глинистых россыпных месторождений осуществляется с использованием мощных выемочно-транспор-тирующих машин, увязанных в цикле горных работ с промывочными обогатительными установками различного типа. В качестве промывочных установок в основном используются скрубберные установки в комплексе с гидровашгердом. На них происходит дезинтеграция глинистых включений и классификация материала по крупности. Однако использование данной схемы дезинтеграции на месторождениях с содержанием глины более 10 % приводит к потерям драгоценного металла с образованными на вышеприведенном оборудовании глинистыми окатышами.
Предлагаемый к использованию способ подготовки глинистых песков к разработке основан на внедрении в массив глинистых песков частиц галечной фракции (далее - частиц) размером 50-100 мм [1, 2]. В качестве частиц галечной фракции могут использоваться агрегаты и породы, полученные от ранее промытых песков. Преимущества перед известными разработками: использование традиционного оборудования; снижение налипания песков на рабочие органы добычного оборудования в процессе их выемки, минимальный срок ввода
технологии в эксплуатацию и минимальное техногенное воздействие на окружающую среду. Эти обстоятельства легли в основу проведения более детальных теоретических и экспериментальных исследований в данном направлении.
Для установления оптимального количества, размеров, формы частиц и технологии подготовки глинистых песков перед подачей их на промывочную установку проведены лабораторные исследования.
В результате математической обработки экспериментальных данных выявлено, что с увеличением соотношения размера частиц галечной фракции к размеру глинистых комьев наблюдается рост эффективности дезинтеграции глинистых песков (рис. 1).
Важным фактором, влияющим на промывку, является соотношение массы частиц галечной фракции к массе глинистых комьев (рис. 2). При увеличении соотношения более чем 1:1-2:1 интенсивность роста дезинтеграции снижается из-за потерь полезной энергии (используемой на разупрочнение глинистых включений) на трение и соударения частиц между собой. При меньшей массе добавляемых частиц эффективность дезинтеграции ниже из-за недостатка контакта частиц с глинистыми песками, причем эффективность дезинтеграции
изменяется от соотношения массы частиц к массе глинистых комьев по логарифмической зависимости
(
Э =
-11,03
+11,01 -1^4.
+2,38 - 1п +19,5
-4,66 -|
^2
тгл
1п(1) -
-3,861 ^ч_
+6,61 - 1п I 1 + 20,38, %
(1)
К
к
&
н
к
к
со
А
Н
О
о
к
и
к
Ё
о
90
75
= 60
45
30
□
□ 1=5 с Я 1=10 с Х1=15 с Ж 1=20 с 01=25 с
0 0.5 1
Соотношение размеров частиц к
глинистым комьям
Рис. 1. Зависимость эффективности дезинтеграции глинистых песков от соотношения размеров частиц к глинистым комьям при соотношении массыI частиц к массе глинистых комьев 3:5 (1-продолжительность промывки)
л
н
о
о
д
М
в
<и
■е
■е
со
100
=^80
«
«
Цб0
Л
и
§40
м
о
20
где 1 - продолжительность промывки, с; <1ч, dгл - соответственно размеры частиц и глинистых комьев, м; тч, тгл - соответственно масса частиц и масса глинистых комьев, кг.
При использовании модели следует учитывать, что при получении значения Э<0 принимать Э=0 %, если Э>100 принимается Э=100 %.
В результате экспериментальных исследований установлено, что предварительное вдавливание частиц галечной фракции дополнительно повышает эффективность дезинтеграции в среднем на 10 %
(рис. 3). Объясняется это тем, что предварительное вдавливание частиц в глинистые пески, приводит к ослаблению энергетических связей между глинистыми частицами, тем самым глинистые комья, подаваемые
0
г О. Ж —X |1| |'| Т|
1 М □
5—*—°
► ' 4
□ 1=5 с Я 1=10 с Х1=15 с Ж1=20 с 01=25 с
0 12 3
Соотношение массы частиц к глинистым пескам
Рис. 2. Зависимость эффективности дезинтеграции глинистых песков от соотношения массы частиц к массе глинистых комьев при соотношении размеров частиц к глинистым комьям 1:5
на промывку, разрываются по контактам частиц с глиной на более мелкие уже в начальной стадии промывки. Использование в процессе промывки частиц неправильной формы позволяет дополнительно увеличить эф
90
Й °>0 ^ а §и 70 « й к л т 4 Ь 60 и й
•ей 50
•е (я п 40
30
20
■ 5 □
° Без вдавливания о С предварительным _ вдавливанием Линия тренда
10 20 Продолжительность дезинтеграции, с
фективность дезинтеграции глинистых песков в среднем на 3-5 %.
Использование способа предварительной подготовки массива глинистых песков к отработке основанного на искусственном изменении гранулометрического состава исходного материала в массиве возможно, например, при бульдозерной разработке россыпных месторождений (рис. 4).
На первом этапе разработки проходится аккумулирующая канава. Проходка канавы осуществляется на борту полигона послойными смежными слоями. Причем, проходится она на всю мощность песков и по всей длине блока. Перед снятием каждого слоя блок предварительно подготавливается путем доставки и внедрения частиц в массив глинистых песков. Распределение и внедрение частиц осуществляется бульдозером с навесным оборудованием. Бульдозер набирает частицы из специально организованного отвала и при движении по полигону поднимает отвал на высоту, равную крупности внедряемых частиц, при этом следом за ним происходит внедрение частиц траками или навесным оборудованием (катками или специальными рыхлителями).
Рис. 3. Влияние предварительного внедрения частиц галечной фракции в глинистые пески на эффективность дезинтеграции
На втором этапе разработки, подготовленные глинистые пески подаются в аккумулирующую канаву, откуда они транспортируются к приемному бункеру промывочной установки. Подготовка песков осуществляется послойно путем вдавливания частиц в массив. Соотношение массы частиц к массе глинистых песков определяется следующей формулой: тч + т„
т„,
(2)
удельная масса частиц рас-
тгл
где тв
четной крупности внедряемых в массив глинистых песков, кг/м3; те -удельная масса частиц расчетной крупности в исходных песках, кг/м3; т;^ - удельная масса песков в 1 м отрабатываемого массива без учета те, кг/м3.
При этом удельная масса частиц расчетной крупности в исходных песках и вдавливаемых в массив глинистых песков определяется по формуле (кг/м3)
(те) тв = (Уе) Ув-рч-1000, (3)
где Уе - удельный объем частиц расчетной крупности в исходных песках (принимается по данным гранулометрического состава исходных песков), Ув - удельный объем частиц
33
м /м
расчетной крупности вдавливаемых в массив глинистых песков, м3/м3; р, -плотность частиц, т/м3.
Удельный объем внедряемых в массив глинистых песков (м3/м3) частиц расчетной крупности
Рис. 4. Технологическая схема подготовки глинистых песков при бульдозерной:
1 - отвал частиц; 2 - аккумулирующая канава; 3 - галечный отвал; 4 - защитная дамба; 5 - отвал торфов; 6 - эфельный отвал; 7 - канава для транспортирования технологической воды в отстойник; 8 - шлюз; 9 - промывочная установка
V = Ыч • V1
(4)
где N - количество частиц внедряемых в 1 м3 песков, ед/м3; Уц1 - объем
одной частицы, м
Величина N (ед/м3) находится
исходя из условия размещения частиц
13
м песков
* 4
N = I-------^-к, (5)
И - п- а,.
О Без гидрофобизации поверхности внедряемых частиц
□ При применении частиц с
гидрофобизированной поверхностью
£
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Соотношение объема частиц галечной фракции к объему глинистых песков в вале
Рис. 5. Влияние соотношения объемов частиц галечной фракции и глинистых песков в бульдозерном отвале на крупность глинистых комьев образующихся при выюмке
где Ьсл - толщина срезаемой бульдозером стружки, м; <1ч - расчетная крупность частиц, м; к - плотность укладки частиц на поверхности полигона (зависит от крупности вдавливаемых частиц и изменяется от 0,50,9).
После подстановки выражения (5) в уравнение (4) формула примет вид
Ч = (6)
3 • Ьсл
Удельный объем частиц расчетной крупности в исходных песках (м3/м3) может быть определен как
Уе=(1- Ув)-Се, (7)
где Се - содержание частиц расчетной крупности в исходных песках, дол. ед. 3
Удельная масса песков в 1 м3 отрабатываемого массива без учета те находится из уравнения (кг/м3)
mlM = V
• 1000,
(8)
Для изучения влияния наиболее существенных факторов на размеры образующихся при выемке тинистых комьев была разработана и создана модель отвала бульдозера. За анало! модели отвала было принято оборудование бульдозера фирмы "Komatsu" D375A-3.
Исследования показали, что при выемке iлинистых песков без частиц, даже при толщине срезаемой стружки равной в натуральных условиях 100 мм, разрыва тинистых комьев на отдельные куски в вале породы практически не происходит.
Внедрение частиц галечной фракции в массив iлинистых песков позволяет уменьшить размеры тинистых комьев в вале в 1,4-3,3 раза (рис. 5) [3]. Средневзвешенная крупность комьев в транспортируемом вале (м) при послойной выемке песков бульдозером
где Угл - удельный объем глинистых песков в 1 м3 отрабатываемого массива без учета те, м3/м3; ргл - плотность песков, т/м3.
Удельный объем глинистых песков в 1 м3 отрабатываемого массива без учета те рассчитывается по формуле:
(
а + в • е
V
(10)
Vi^l-Ve^
3/3 , м /м .
(9)
где а, в - эмпирические коэффициенты (а=2,61 и в= -2,31 - при применении частиц с гидрофобизированной поверхностью; а=1,56 и в= -1,26 -без гидрофобизации поверхности внедряемых частиц); Уч, Угл - соответ-
ственно объем частиц и песков в транспортируемом вале, м3.
Применение частиц с гидрофоби-зированной поверхностью позволяет снизить крупность глинистых комьев на 18-37 %.
Для комьев имеющих шарообразную форму при выемке глинистых песков без предварительной подготовки массива условный диаметр (м) может быть определен из уравнения
= і
где V,
(11)
пр.в
объем призмы волочения,
м
Между объемом призмы волочения (м3) и мощностью бульдозера (N5, кВт) существует экспоненциальная взаимосвязь:
Vпр.в.=2,8951•е0’0035'Nб. (12)
Тогда, крупность глинистых комьев в транспортируемом бульдозером вале, при предварительной подготовке массива песков путем вдавливания в него частиц галечной фракции определится по формуле
(
агл = агч
к - т • е
Ув+Vе
УП
м,
(13)
разрезается поперечными перегородками, которые жестко закреплены на нем от нижней до верхней его кромок перпендикулярно продольной оси. Расположение и форма поперечных перегородок позволяет разрезать вынимаемую стружку по всему объему с минимальными усилиями, поэтому нижняя кромка перегородок выполнена горизонтальной, а верхняя под углом к ней, причем площадь перегородок увеличивается от периферии к центру отвала.
В качестве критерия для оценки трудоемкости работ связанных с внедрением частиц в глинистые пески использовалась норма времени на подготовку массива.
Исследования показали, что норма времени на вдавливание частиц в пески траками бульдозеров, специальным навесным оборудованием или прицепными катками (в машино-часах) зависит от среднего расстояния транспортирования частиц на блоке и мощности применяемого оборудования:
Нбр =(6 • 10-4 • Ёч + 0,015) •
(110-6 Ёч-0,0053)
где к, т - эмпирические коэффициенты (к=8,56 и т=7,56 - при применении частиц с гидрофобизированной поверхностью; к=5,12 и т=4,12 - без гидрофобизации поверхности внедряемых частиц).
Для дополнительного снижения крупности глинистых кусков при выемке и транспортировании предложено техническое решение по модернизации отвала бульдозера [5].
При движении бульдозера с заглубленным в массив глинистых песков режущим ножом вынимаемая стружка перемещаясь по внутренней поверхности отвала, одновременно
Нвр =(4 • 10-4 • Ёч + 0,0039) • е-
(16)
(17)
где Нр - норма времени на вдавливание частиц в глинистые пески траками бульдозера, машино-час; Н™ -
норма времени на вдавливание частиц специальным навесным оборудованием или прицепными катками (ширина катков принималась равной ширине отвала бульдозера), машино-час; Ёч - среднее расстояние транспортирования частиц на блоке, м; N - мощность бульдозера, л.с.
Исследования показали, что использование оборудования для вдав-
ливания с шириной, равной ширине отвала бульдозера позволяет снизить трудоемкость работ по сравнению с применением траков бульдозера на 30-60 %. Для определения рациональных параметров оборудования для вдавливания выявлена взаимосвязь ширины отвала бульдозеров (м) от их мощности
N
Ь =----------^-----------. (18)
16,6421 + 0,1641 • N
Предварительная подготовка массива глинистых песков к выемке путем предварительного вдавливания галечной фракции в пески ведет к увеличению затрат и уменьшению производительности по пескам. Однако при этом снижается выход продуктов неполной дезинтеграции и потерь ценного компонента с глиной, поэтому для оценки возможности применения предлагаемой технологии проведен технико-экономический анализ.
Для определения области применения способа отработки можно использовать показатель, позволяющий сравнивать различные варианты по всему комплексу отработки и выбирать такой, которому соответствует максимальный дополнительный доход (руб/м3) с учетом планируемой рентабельности предприятия:
Д = Т - Т -
пр тр
( - з„)(1°° + Рп.) ч • (19)
100
внедрения частиц галечной фракции в массив, руб/м3; Зтр - затраты связанные с разработкой песков при технологии без предварительной подготовки песков, руб/м3; Рпр -планируемая рентабельность предприятия, %.
Для применения вышеприведенного показателя необходимо чтобы выполнялось условие
(20)
(Т -3 )>0.
^ пр ^пр) ' ^
где Тпр - стоимость товарной продукции при технологии подготовки песков путем внедрения частиц галечной фракции в массив, руб/м3; Ттр - стоимость товарной продукции при технологии без предварительной подготовки песков, руб/м3; Зпр - затраты связанные с разработкой песков при технологии подготовки песков путем
Результаты предварительных расчетов показали, что на примере предприятия ООО «Северо-Енисейское ГМЛ» возможна эффективная разработка высокоглинистого россыпного месторождения золота «Плато» в Красноярском крае с содержанием глины 30 %, при толщине срезаемого слоя 0,3 м обеспечивается максимальная эффективность, при этом дополнительный доход на 1 м составит 19,8 руб. при планируемой рентабельности 18 % и содержании золота 0,913 г/м3.
Выводы
1. Повышение эффективности бульдозерной разработки глинистых россыпных месторождений с искусственным изменением гранулометрического состава исходного материала в массиве обеспечивается путем использования хвостов обогащения галечной фракции.
2. Для достижения максимальной эффективности дезинтеграции необходимо чтобы в процессе выемки глинистых песков соотношение размеров частиц галечной фракции к размерам образующихся глинистых комьев должно быть в пределах 1:102:5. Математическая модель при этом имеет полиномиальный вид второго порядка.
3. Увеличение соотношения массы частиц галечной фракции к глинистым пескам более чем 1:1-2:1 при-
водит к снижению интенсивности роста дезинтеграции из-за потерь полезной энергии (используемой на разупрочнение глинистых включений) на трение и соударения частиц между собой. При меньшей массе добавляемых частиц эффективность дезинтеграции ниже из-за недостатка контакта частиц с глинистыми песками, причем эффективность дезинтеграции изменяется от соотношения массы частиц галечной фракции к глинистым пескам по логарифмической зависимости.
4. Использование процесса внедрения частиц галечной фракции в массив глинистых песков ведет к вещественному и структурному преобразованию состава песков в процессе подготовки их к выемке и ведет к ослаблению энергетических связей между глинистыми частицами, тем самым глинистые комья, подаваемые бульдозером на промывочную установку разрываются по контактам частиц с глиной на более мелкие уже в первые секунды промывки и тем самым наблюдается рост эффективности дезинтеграции в среднем на 10 %. Использование частиц неправильной формы позволяет дополнительно увеличить эффективность дезинтеграции глинистых песков в среднем на 3-5 %.
5. Внедрение частиц галечной фракции в массив глинистых песков
1. Патент 2212945 РФ, МКИ В 03 В 7/00. Способ извлечения полезных компонентов из песков //В.Е. Кисляков, А.В. Карепа-нов. № 2002122676; заявлено 22.08.2002; Опубл. 27.09.2003, бюл. № 27.
2. Кисляков В.Е., Карепанов A.B. Подготовка глинистых песков россыпных месторождений к обогащению // В сб.: Современные технологии освоения минеральных ресурсов: Сб. науч. трудов. - Гос. обра-зоват. учреждение «ГАЦМиЗ».- Красноярск. - 2003. - с. 109-112.
позволяет уменьшить размеры глинистых комьев в транспортируемом бульдозером вале в 1,4-3,3 раза, а применение частиц с гидрофобизи-рованной поверхностью позволяет дополнительно снизить размер образуемых при выемке глинистых комьев на 18-37 %.
6. Использование схемы промывки глинистых песков с улавливанием глинистых окатышей и частиц галечной фракции и последующим их возвратом в технологический процесс позволяет максимально снизить потери драгоценных металлов с глинистыми окатышами. При этом производительность всего выемочного оборудования на блоке должна быть уменьшена относительно технической производительности промывочной установки обратно пропорционально выходу окатышей за один цикл промывки.
7. Предварительная подготовка массива глинистых песков к выемке путем предварительного внедрения частиц галечной фракции в пески ведет к увеличению затрат и уменьшению производительности по пескам, однако снижение при этом выхода продуктов неполной дезинтеграции позволяет использовать предлагаемую технологию на россыпных месторождениях золота при содержании глины 20-50 %.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Кисляков В.Е., Карепанов A.B., Никитин И. В. Исследования кусковатости глинистых комьев в транспортируемом вале при послойной выемке пород бульдозером // В сб.: Современные технологии освоения минеральных ресурсов: Сб. науч. Трудов. -Гос. образоват. учреждение «ГУЦМиЗ».-Красноярск. - 2006. - с. 207-212.
4. Патент 2191633 РФ, МКИ В 03 В 5/02. Устройство для промывки глинистых песков // В.Е. Кисляков, С.В. Катарев, А.В. Карепанов, Ю.В. Шакина, С.А. Кливоченко.
№ 200128617; заявлено 16.11.2000;
Опубл. 27.10.2002, бюл. N° 30.
5. Патент 55801 РФ, МКИ Е 02 Р 3/76. Устройство для выемки глинистых песков при разработке россыпных месторождений полезных ископаемых //
В.Е. Кисляков, А.В. Карепанов, А.И. Пташник, А.В. Кузубов, Д. В. Шепунов;
заявлено 18.04.2006; опубл. 27.08. 2006, бюл. № 24.
6. Карепанов А.В., Кисляков В.Е. Технико-экономическая оценка применения новой технологии при разработке высокоглинистых песков золота и платины // Фундаментальные исследования. - 2005. -№ 1. -
С. 51-52. ЕШ
— Коротко об авторах----------------------------------------------
Кисляков В.Е. - ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», Карепанов A.B. - ЗАО «Полюс».
Статья представлена Сибирским федеральным университетом.
---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им. О.Ю. ШМИДТА РАН
КУЗИКОВ Сергей Иванович Структурный анализ горизонтальных скоростей по данным GPS и характер современной деформации земной коры Центральной Азии 25.00.10 к.ф.-м.н.
ТАЙМАЗОВ Джамалудин Гаджиевич Некоторые тектонофизические и аппаратурно-методические проблемы повышения эффективности геофизических наблюдений 25.00.10 к.ф.-м.н.
