CC BY
18
© В.Н. Морозов, Е.Л. Морозова, Р.М. Шагеев, Т.А. Чашина, 2002
В.Н. Морозов, ЕЛ. Морозова, Р.М. Шагеев,
Т.А. Чашина
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ СПОСОБОВ РАЗУПРОЧНЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ НА ОСНОВЕ ИХ РЕАГЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ
При оценке различных способов обработки песков учитывается содержание глины в массиве россыпи, которое обусловливает фильтрацию раствора реагента. Преимущественное значение в изменении фильтрационной способности глин имеет слой рыхлосвязной воды или диффузный слой, который и определяет возможность разупрочняемо-сти глины. Образование диффузного слоя в значительной степени обусловлено гидратацией глинистых частиц у их поверхности в результате поверхностной диссоциации глинистых минералов в водной среде [1]. Критерием диссоциации глинистых минералов является активность (А) или активная концентрация обменных катионов в воде в конкретных условиях глина-вода-ионы [2]. Степень поверхностной диссоциации (а ) глинистых минералов показывает отношение активности обменных катионов к общему их количеству на поверхности глинистых минералов, т.е. к емкости обмена (Е).
Следовательно, А= а * Е. Чем больше концентрация катионов в воде, тем значительнее диффузный слой и тем меньше фильтрация в глинах. Анализ эффективности способов обработки песков реагентом показывает, что снижение фильтрации глинистых песков вызывает необходимость применения способов более сложных в технологическом и организационном отношении.
Коэффициент фильтрации связан с проницаемостью пород соотношением [3]
У
(1)
Кф = Кп хМ м
где Кп - коэффициент проницаемости, мкм2; у, Ц -плотность и вязкость фильтрующей жидкости.
Коэффициент проницаемости, в свою очередь, определяется из выражения
Кп = ¿2 х 8 (п0 Х 8) (2)
где Кп - коэффициент проницаемости, мкм2; ^ -эффективный диаметр частиц, слагающих пористую среду, мкм; Б1 - безразмерный коэффициент (число Слихтера), зависящий от пористости породы и структуры пористого пространства.
Пористость п является основным параметром, определяющим число Слихтера и коэффициент проницаемости в целом. Число Слихтера зависит и от структуры порового пространства, характеризуемой безразмерным параметром 8. Этот параметр, в свою очередь, зависит от формы слагающих породу
частиц и от так называемого «коэффициента извилистости», под которым понимается отношение кратчайшего расстояния между двумя точками в направлении потока к длине извилистого пути частицы раствора реагента через поровые каналы. Следовательно, коэффициент фильтрации является комплексным параметром, отражающим как свойства породы (через коэффициент проницаемости Кп), так и свойства фильтрующейся жидкости (через ее плотность и вязкость).
Закономерность изменения коэффициента фильтрации от содержания глины в массиве россыпи (рис. 1) может служить основанием для определения необходимой продолжительности контакта реагента с песками. Анализ рис. 1 показывает, что при уменьшении коэффициента фильтрации от 0,8 до 0,2 м/сут содержание глины в песках увеличивается до 30%, а коэффициент проницаемости уменьшается до 0,34 мкм2. С учетом этого очевидно, что при Кф<0,2 м/сут необходимо использовать способы обработки песков, позволяющие сократить фильтрационный путь реагента в массиве россыпи, например, скважинный или канавный способы.
В соответствии с коэффициентом фильтрации, содержанием глины в россыпи и мощностью обрабатываемых песков все способы обработки глинистых песков реагентом по условиям применения предлагается регламентировать по продолжительности реагентной обработки (таблица). Коэффициент фильтрации Кф учитывает содержание глины в массиве россыпи и, что самое главное, через коэффициент проницаемости - величину диффузного слоя. Вследствие этого показатель Кф дает возможность объективно оценивать массив россыпи по трудности его разупрочнения и может быть принят в качестве отличительного признака. Поскольку каждому интервалу значений Кф соответствует свой способ введения реагента в россыпь, определяющий основные параметры технологии разупрочнения, то предлагаемое регламентирование условий применения может служить основанием для выбора способа. По расчетам коэффициентов фильтрации можно определить продолжительность обработки полигонов с учетом мощности песков. Продолжительность фильтрации реагента через массив песков находим из предпосылки о том, что режим фильтрации стационарный, а градиент потока одинаковый по всей площади полигона.
Тогда общее время обработки песков реагентом составит
(3)
где То - оптимальная продолжительность обработки То = 45-50 суток; Тф - продолжительность фильтрации раствора реагента в массиве россыпи, сут.
Время Тф определяется по формуле
2
Т р.о. =Т ф+Т о •.
Т = По Х т ф = Чо
1п -
2пХ go
Х П (1 + Х I
2
п)
(4)
где п0 - активная пористость породы, м3; т - коэффициент, определяемый по опытным данным; цо -дебит, затрачиваемый на заполнение скважины или восполнение утечки из нее воды, м3/сут; О - расход раствора реагента. м3/сут; 1п - величина влияния скважины или диаметр распространения раствора реагента, м.
Для оперативного расчета параметра Тф разработана номограмма (рис. 2).
По результатам широкомасштабного промышленного внедрения технологии разупрочнения глинистых песков на объектах объединений «Запсиб-золото», «Енисейзолото» и «Якутзолото» установлена область применения различных способов обработки
песков реагентом. При скважинной обработке песков бурение осуществлялось с помощью строительного ямобура при мощности песков до 6 м, что значительно снижает стоимость работ. Поэтому одним из основных факторов при выборе способа введения реагента является мощность песков.
Разработанные теоретические основы технологии разупрочнения позволяют повысить степень дезинтеграции глинистых песков до 70-97 % в зависимости от содержания глины и могут быть использованы при открытой разработке россыпей. Наибольший эффект достигается при внедрении предлагаемой технологии на россыпях с содержанием глины более 30%.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кульчицкий Л.И., Гольдберг В.М. Влияние минерализации воды на фильтрационные свойства песчаноглинистых пород// Гидрогеологические вопросы подземного захоронения промышленных сточных вод: Сб.
научн. тр. ВСЕГИНГЕО.- М., 1969.-С. 6-23.
2. ГольдбергВ.М, Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. - М.: Недра, 198б.- 161 с.
3. Аравин В.И., Нумеров С.Н.
Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде .- М.: Изд-во технико-теоретической литературы, 1953.- 616 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------------
Морозов В.Н, Морозова ЕЛ, Шагеев Р.М, Чащина Т.А. - Красноярская государственная академия цветных металлов и золота.
© В.И. Емельянов,
И.А. Шерстобитов, 2002
УЛК 622.271
В.И. Емельянов, И.А. Шерстобитов
ВЛИЯНИЕ ПРИРОЛНЫХ ФАКТОРОВ НА ТЕХНОЛОГИЮ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Э
ффективность разработки месторождений полезных ископаемых во многом определяется степенью изученности их горногеологических условий. Оценка физико-механических свойств и состояния массива горных пород позволяет более обоснованно выбирать параметры схем вскрытия и подготовки месторожде-
ния, систем разработки и технологии ведения горных работ.
Угольные месторождения характеризуются значительным разнообразием структурного характера и изменчивостью свойств пород в пределах даже одного разреза.
Так, например, на большинстве угольных разрезов Кузбасса четвертичные отложения представлены суглинками и глинами различного состава мощностью до 65 м. Коренные породы пред-
ставлены песчаниками, алевролитами и аргиллитами с переслаиванием этих типов пород.
В породах, залегающих в верхних слоях массива, часто встречаются твердые включения в виде галечника и гравия размерами до 0,4-0,7 м. Содержание этих твердых включений оказывает существенное влияние на силовые и энергетические характеристики рабочего процесса и производительность экскаваторов (рис. 1).
Как видно из графика, резко изменяется сопротивление пород копанию в сторону увеличения и производительность экскаватора в сторону уменьшения при наличии твердых включений от 5 до 20%.
Значительное влияние на технологию вскрышных и добычных работ оказывает проч-
