Обоснование эксплуатационных и технологических потерь при добыче песчано-гравийных смесей землесосными снарядами

Милютин, Иван Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование эксплуатационных и технологических потерь при добыче песчано-гравийных смесей землесосными снарядами
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование эксплуатационных и технологических потерь при добыче песчано-гравийных смесей землесосными снарядами"

На правах рукописи

005013300

Милютин Иван Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ПРИ ДОБЫЧЕ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНЫХ СМЕСЕЙ ЗЕМЛЕСОСНЫМИ СНАРЯДАМИ

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 її к?

Екатеринбург - 2012

005013300

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Багазеев Виктор Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гальянов Алексей Владимирович - профессор кафедры маркшейдерского дела ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

кандидат технических наук Симакова Елена Михайловна - главный специалист управления промышленной безопасности и охраны труда ООО «Уральская горно-металлургическая компания «УГМК-Холдинг»»

Ведущая организация - Институт горного дела Уральского отделения РАН

Защита состоится 12 апреля 2012 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус, ауд. 2142

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Автореферат диссертации разослан 11 марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Багазеев В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Добыча песчано-гравийных смесей (ПГС) землесосными снарядами по экономической эффективности значительно выше по сравнению с другими способами извлечения и транспортирования нерудных ископаемых. Большое значение при этом имеет обоснование потерь, связанных с принятой технологией разработки месторождения и последующей переработки минерального сырья. Обоснование потерь и разубоживания минерального сырья является одной из первоочередных задач рационального природопользования.

Особую важность имеет обоснование потери по конкретным местам их образования и по отдельным процессам технологии разработки месторождения землесосными снарядами. Обоснование производится при проектировании горных работ и уточняется при подготовке ежегодных планов развития в зависимости от горно-геологических условий, применяемых схем, способов и систем разработки участка месторождения, планируемого к разработке. При отсутствии утвержденных нормативов потерь все фактические потери считаются сверхнормативными. Теоретическое и экспериментальное обоснование потерь ПГС является актуальной задачей проектирования при разработке месторождения землесосными снарядами.

В условиях истощения запасов россыпного золота особое значение имеет оценка возможности его попутной добычи при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами. Золотоносность песчано-гравийных месторождений в руслах рек установлена в районах Пермской, Челябинской, Оренбургской областей, Республики Башкортостан и Республике Коми. Новые возможности и перспективы попутной добычи золота открывает современное обогатительное оборудование.

Определение величины потерь золота при попутной добыче ПГС особенно важно при экспериментальных работах и для целей геологоразведки.

Объект исследования - технология разработки песчано-гравийных месторождений.

Предмет исследования - зависимости потерь полезного ископаемого от процессов и технологии добычи и переработки ПГС.

Цель исследования - обоснование величины эксплуатационных и технологических потерь в зависимости от технологии выемки и переработки при разработке месторождений песчано-гравийных смесей землесосными снарядами.

Идея работы - на основе закономерностей геомеханики пород и гидродинамики потоков установить потери запасов при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами.

. Тема исследования , соответствует паспорту специальности 25.00.22 -«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)» (пп. 4, 5).

Задачи исследования:

1. Анализ современного состояния определения эксплуатационных и технологических потерь при земснарядной разработке месторождений ПГС.

2. Физико-механическое обоснование величины эксплуатационных потерь при разработке месторождений ПГС земснарядами.

3. Гидродинамическое обоснование величины технологических потерь при переработке ПГС.

4. Оценка возможности попутного извлечения золота при размещении оборудования обогащения на землесосном снаряде.

Методы исследования. Теоретическое обобщение и анализ образования эксплуатационных и технологических потерь, математическое моделирование и исследование на физической модели. Использованы методы статистического и вероятностного анализа.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Оптимизировать подсчет эксплуатационных потерь позволяет их обоснование по прочностным свойствам ПГС.

2. Технологические потери обусловливаются динамикой потока пульпы и определяются по установленным зависимостям:

- при классификации в коническом грохоте - от выхода воды и твердых частиц в подрешетный продукт;

- при намыве штабеля - от гранулометрического состава ПГС и консистенции пульпы.

3. Технологические потери при извлечении из ПГС попутного золота в напорном пульповоде соответствуют потерям на шлюзах при разработке россыпных месторождений.

Достоверность научных результатов и выводов обосновывается хорошей их сходимостью с данными исследований других авторов; результатами экспериментальных работ в лабораторных условиях, достаточным объемом работ и наблюдений в промышленных условиях.

Научная иовизна результатов исследования:

- установлена зависимость эксплуатационных потерь запасов от прочностных характеристик (угла внутреннего трения и сцепления) ПГС;

- установлена зависимость технологических потерь продукции от гидродинамики потока пульпы в коническом грохоте и на откосе штабеля намыва;

- обосновано соответствие извлечения металла в трубных обогатителях, установленных в напорный пульповод, извлечению золота на шлюзах.

Практическая значимость работы

Использование результатов исследования рекомендуется для определения потерь запасов песчано-гравийной продукции по конкретным местам их образования и по отдельным процессам технологии разработки месторождения при проектировании и уточнении ежегодных планов развития горных работ.

Личный вклад автора состоит в разработке методик проведения экспериментальных работ и теоретических изысканий, проведении наблюдений в промышленных условиях, статистической обработке результатов исследова-

ний, разработке научных положений, выводов, рекомендаций по определению потерь ПГС.

Реализация результатов работы

Результаты исследования внедрены в практику проектирования горных работ в ОАО «Уралсибгидромеханизация».

Апробация результатов исследования. Результаты исследования докладывались на Международных научно-практических конференциях УГГУ «Уральская горная школа - регионам» в 2009, 2010, 2011 гг.

В целом диссертация обсуждалась и получила одобрение в ОАО «Гео-техпроект» (г. Екатеринбург), на техническом совете ОАО «Уралсибгидро-механизация».

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4 работах, в т.ч. 1 статья в журнале, определенном ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложена на 119 страницах, содержит 16 таблиц, 32 рисунка и список использованных источников из 90 наименований.

Основное содержание диссертации

1. Анализ современного состояния определения потерь при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами

Гидромеханизация получила широкое применение при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Из общего числа карьеров нерудных строительных материалов около 40 % приходится на долю карьеров, разрабатывающих песчано-гравийные месторождения. Трудность разработки ПГС зависит от физико-механических свойств грунтов: плотности частиц грунта и плотности грунта в массиве, гранулометрического состава, пористости, влажности, сцепления, угла внутреннего трения, пластичности связных грунтов.

В общем случае «Строительными нормами ...» предусмотрены виды и места потерь, в то.м числе:

- эксплуатационные потери (потери первой группы) на дне карьера при недоборе продуктивного пласта до подстилающих пород;

- технологические потери (потери второй группы) при обогащении грунта и при сбросе технологической воды через водосбросные сооружения.

Для определения величины эксплуатационных потерь необходимо специальное обоснование. Потери ПГС на дне карьера Пнд (м3) связаны с оставлением предохранительного слоя (недобора) Ит (м) для исключения разрыхления и разработки подстилающей толщи Пнд = 5К -кт, где 5К - площадь дна карьера (отработанного участка), м2.

Мощность недобора принимается равной глубине воронки размыва Ир (глубине разрыхления). Глубина воронки определяется по величине размывающей скорости потока ир (м/с). Размывающая скорость считается основной физико-механической характеристикой грунта, зависит от крупности частиц и для песка находится в пределах 1-5 м/с.

Второй причиной потерь на дне карьера являются межшаговые целики, остающиеся при переносе грунтозабора в новое положение. При разработке несвязных грунтов применяют следующие основные способы рабочих перемещений (способы папильонирования): траншейный, параллельный, отдельными воронками.

По справочным материалам максимальные потери связаны с выемкой ПГС отдельными воронками. Извлечение по такой схеме составляет 20-25 %, при значительной мощности залежи (при некотором уменьшении производительности) извлечение достигает 50 %. При траншейном способе продвижения снаряда вдоль прорези потери остаются в гребнях между траншеями, извлечение ПГС достигает 50 %. Более эффективное извлечение ПГС достигается при параллельном и веерном папильонировании. ПГС остается в приза-бойных гребнях. Величина потерь зависит от величины подачи на забой (величина шага переноса сосуна) и мощности разрабатываемого слоя.

Свайно-канатный способ перемещений в основном применяют при производстве вскрышных работ в карьерах и образовании выемок.

Основным видом технологических потерь, для которых необходимо специальное обоснование, являются потери при грохочении ПГС на коническом грохоте и потери при сбросе воды через водосбросные сооружения. Конические грохоты (КГ) обеспечивают выделение из песчано-гравийной смеси и отходов дробления крупных фракций +5 (+3) мм. При выделении гравия скорость выхода пульпы на грохот составляет 2,5-3,5 м/с. Диаметр отверстия сита в 2,5-3,5 раза больше граничного зерна классификации. По технической характеристике при таких скоростях, размерах отверстий и содержании гравия до 30 % засоренность крупного продукта мелким (потери мелкого продукта) составляет 9-23 %, в среднем 17 %, а засоренность песка гравием 1,36,4 %, в среднем 3,7 %.

Широкое распространение для отделения илисто-глинистых фракций при намыве штабелей продукции получил их сброс в шандорный колодец. Вместе с илисто-глинистыми частицами теряются и более крупные песчаные фракции. Величина потерь зависит от технологии намыва и гранулометрического состава намываемых ПГС и устанавливается как норма отмыва (НО) в пределах от 0,15 (для фракции -0,25+0,1 мм) до 1,0 для частиц менее 0,01 мм без достаточного теоретического обоснования.

При производстве работ земснарядом обогатительное оборудование для попутного извлечения золота можно разместить на землесосном снаряде и на месте складирования (до карты намыва).

При размещении обогатительного оборудования на площадке складирования ПГС применим весь комплекс типового оборудования обогащения, используемый при разработке россыпных месторождений (шлюзы, отсадочные машины, концентрационные столы), и оборудование доводки концентратов. Размещение обогатительного оборудования на земснаряде прерывает технологическую цепь добычи ПГС, значительно усложняет конструкцию и нарушает остойчивость типовых земснарядов, резко снижает их производитель-

ность. В нашем исследовании рассматривается вопрос извлечения золота в трубчатых обогатителях (ТО), устанавливаемых в напорный пульповод в пределах земснаряда.

Задачи исследования:

1. Физико-механическое обоснование величины эксплуатах\ионных потерь при разработке месторождений ПГС земснарядами.

2. Гидродинамическое обоснование величины технологических потерь при переработке ПГС.

3. Обоснование технологических потерь при извлечении из ПГС попутных полезных ископаемых.

2. Физико-механическое обоснование величины эксплуатационных потерь при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами

Для геомеханического обоснования величины недобора проведем аналогию между воронкой предельного размыва и зоной предельного напряженного состояния при осесимметричной нагрузке и равенстве давлений активного давления на грунт и пассивного давления (отпора грунта) (рис. 1)

Рис. 1. Схемы: а - воронки размыва; б - зоны предельного равновесия при осесимметричной нагрузке на грунт; У-вакуум во всасывающей трубе; Р - предельная нагрузка; 1 - линии тока воды; 2 - линии скольжения в сыпучем материале

Принимаем глубину воронки предельного размыва равной глубине зоны предельного равновесия, тогда по решению Березанцева В. Г. ■

(О

где а - радиус всасывающей трубы, м; ф - угол внутреннего трения грунта, рад.

Физико-механические характеристики (ср, с) устанавливаются по результатам измерений, принимаются по СНиП или рассчитываются по эмпирическим зависимостям по результатам определения гранулометрического состава и физических свойств фунта (методика ДальНИПС, 1989 г.).

Для установления связи размывающей скорости ир с прочностными характеристиками грунтов приравняем величину разрушающего давления струи Р и предельную нагрузку на грунт по Прандтлю - Рейснеру:

Р = p-\)r-sina; Pnp=c-ctg<p

tg'

45 + £|e"-tg?>_l 2

(2)

где Р - среднее осевое давление струи, Па; р - плотность струи, кг/м3; Рпр -предельная нагрузка для невесомого фунта, приложенного на поверхности, Па; с - удельное сцепление, Па; ср - угол внутреннего трения, фад; иг - скорость вылета струи из насадки, м/с; а - угол наклона насадки к плоскости дна, фад.

При Р = Р„р размывающая скорость ир = ипр (м/с)

UP =

С • Ctg (р

45 + —

,7t-tg <р i

(3)

p(l - cosa)

Оптимизация параметров выемки ПГС земснарядом производится по критерию достижения максимальной производительности. Интенсификация фунтозабора направлена на возможно большее насыщение потока воды твердым материалом: QJB = Ко5 ■ Qn, где QTB, Q„ - производительность земснаряда по твердому и по пульпе (м3/ч); /C„fi - консистенция пульпы (соотношение Т: Ж).

Выемка ПГС отдельными воронками является простейшим способом разработки несвязных пород. В этом случае земснаряд устанавливается неподвижно и постепенным опусканием сосуна разрабатывается воронка, глу-

бина которой определяется мощностью разрабатываемого слоя или предельной глубиной по условиям всасывания. Выделяют размещение воронок по квадратной сетке, при которой расстояние между рядами воронок 5=2 г, где г - радиус воронки, и размещение в шахматном порядке, при котором расстояние между рядами (0,6-0,7) 5. Расчетами установлено, что при обеспечении максимальной производительности величина потерь ПГС постоянная: при размещении воронок по квадратной сетке составляет 73,9 %; при размещении воронок в шахматном порядке - 68,7 %.

При значительной мощности залежи сближением центров воронок (при некотором уменьшении вследствие этого производительности земснаряда) потери могут быть снижены. Аналитически величину извлечения и потерь можно рассчитать по формулам:

И = 0,33-(0,26Кщ-1,1Кш + 2,з)'100; п = 100-И, (4)

где кш = —; И - извлечение, %; П - потери, %; Кш - коэффициент сближе-гв ■

ния воронок; В - шаг передвижения всасывающего наконечника, м. Расчетное значение потерь П при Кш = 1,2 составляет 55,4 %. Траншейная выемка заключается в непрерывном продвижении земснаряда вперед при помощи переднего станового троса, закрепленного якорем по оси прорези. Эта схема применяется при затопленном забое и глубинах разработки более 3-4 м. Схема обеспечивает хорошую производительность земснаряда, так как грунт к свободному всасу поступает одновременно как с лобовой, так и с боковых сторон забоя.

Величина извлечения и потерь рассчитывается по формулам, %:

И = —П = 100-И, (5)

2+ Щ

где а - временный угол откоса траншеи (до выполаживания), град.; (3 - угол откоса траншеи после выполаживания, град.

Величины аир устанавливаются в лаборатории экспериментально или по аналогии.

При параллельном и веерном папильонировании ПГС остается в приза-бойных гребнях треугольного сечения. Шаг подачи земснаряда 5 должен быть таким, чтобы фреза была заглублена в грунт по всей длине ножа, но не глубже опорного кольца. На практике ^ =(1,0...1,2)/ф, где /ф - длина фрезы.

Величина извлечения и потерь зависит от величины подачи на забой (величины шага) и мощности разрабатываемого слоя и рассчитываются по формулам, %:

Н Н

где 5=2Вт- величина подвижки всасывающего наконечника (фрезы) на забой, м; В - ширина прорези, м; (3 - угол наклона рамы (град.), Р = 22-45°;

8|пр = —; Н - глубина опускания рамы, м; £р - длина рамы, м; ЬР

т = — ~ о 056 - 0 088; 6 - расстояние между сваями, м.

I ЬР

Процесс разрушения пород при грунтозаборе свободным всасыванием и с гидравлическим рыхлением аналогичен процессу разрушения пород при действии сосредоточенной нагрузки на грунт и зависит от прочностных характеристик, которые обусловливаются гранулометрическим составом ПГС.

Эксплуатационные потери от недобора продуктивного пласта при выемке воронками и при максимальной производительности составляют:

- при размещении воронок по квадратной сетке - 74 %;

- при размещении воронок в шахматном порядке - 68,7 %. Величина потерь определяется по аналитическим зависимостям:

- от сближения центров воронок;

- от разности угла откосов траншеи до и после выполаживания при траншейной выемке;

- от величины шага подвижки на забой при выемке с механическим рыхлением.

3. Гидродинамическое обоснование величины технологических потерь при переработке ПГС

Динамика потока пульпы на коническом гидрогрохоте обусловливается силами тяжести и центробежной силой. Скорость прохождения потока ищ через щели, м/с

=1,41-\|/, Л

' 2 "т | Ч

эта

(7)

где ф - коэффициент скорости; к - высота потока над щелью, м; 1)т - тангенциальная скорость потока, м/с; г - радиус свободной поверхности потока над щелью, м; ц = 9,81 м/с; а - угол наклона конической части грохота к горизонту, град.

Расход пульпы через <2Ш (м3/с) щели грохота после некоторых упрощений

вщ =Мщ =1,41-ц-

Щ тС'ср

' 2

Vrcp

(8)

где ц - коэффициент расхода; 5,,, - суммарная площадь щелей, м2; и = ит -скорость потока на входе в КГ, м/с; /гср - средняя высота потока над щелью, м; гср - радиус свободной поверхности в середине конической части КГ, м.'

Коэффициент расхода ц учитывает коэффициент скорости и коэффициент сужения потока в щели о: (Д. - \\1-СУ, где с = —; т - ширина потока; Ь -

ширина щели (рис. 2).

Рис. 2. Схема к определению коэффициента сужения (сжатия) потока: Ь - ширина щели, а - ширина колосника; т - ширина потока; И - высота потока

Величина коэффициента сужения струи не зависит от начальной толщины потока и размера щели и с учетом коэффициента скорости находится в пределах ст = 0,15-0,36.

Площадь поперечного сечения щели зависит от конструктивных параметров грохота:

= ^"об ' >

где 50г, - общая площадь поверхности грохота; Кщ - коэффициент соотношения площади щелей и общей поверхности грохота (коэффициент живого се-

чения), Кш =-

а + Ь

(см. рис. 2).

В работах Ивановой Л.Е., Кизевальтера Б.В. получена формула выхода воды под решето дугового грохота. По аналогии для конических грохотов

л2

7 = 1

(9)

где у = ^ - коэффициент выхода воды под решето; ()0б - общий расход

Роб

воды через КГ, м3/с; Я - радиус грохота.

Извлечение твердых частиц е, в подрешетный продукт с учетом принятых нами допущений

Ь-ЄІ;

£,=1-0-7)

(10)

где (¿1 - средняя крупность г'-й фракции, мм; е, - извлечение г-й фракции, доли ед.

Для целей исследования целесообразно ввести определение коэффициента потерь Кп - отношение мелких частиц, не прошедших через решето в подрешетный продукт, к общей величине мелких частиц, поступивших в грохот, тогда

Кп/ =1-8/. (11)

Закономерности распределения частиц по крупности на откосе намыва нами устанавливались по результатам определения гранулометрического состава намытых пород, которые были получены в ходе выполнения научно-исследовательских работ на кафедре разработки месторождений открытым способом при намыве песков Юшалинского месторождения. По результатам измерений были построены графики изменения крупности частиц по длине откоса намыва. Анализ графиков показал:

- на откосе намыва происходит прямое фракционирование частиц (от крупных частиц к мелким), наиболее мелкие выносятся потоком технологической воды в водосбросный колодец;

- кривые прямого фракционирования можно аппроксимировать функцией нормального распределения вероятностей.

Потери частиц крупных и средней крупности, выносимых с откоса штабеля вместе с мелкими, рассчитываются по формуле П(- = 8• (¡¡?г-, где е, -

выход фракции г-й крупности в намываемых песках; ср, - коэффициент выноса частиц г-й крупности.

Принимаем вероятность выноса частиц гр, равной коэффициенту выноса

(р„ обозначим также соотношение г _ ^от , где Лот - суммарный выход час' " я,

тиц граничной крупности (%); Л, - суммарный выход частиц 1-й крупности в поступающей пульпе.

Тогда при г1 =1 I//, = 0,5;

^ = 4,2^+1,8^-5,4^-0,1;

при Л/

г. = ^ <1 ш. = 5,4Г:2 -1,8Г:3 - 4,2г. +1,1.

при ' /?•

(12)

Технологические потери зависят от динамики потока пульпы в коническом грохоте и на откосе штабеля намыва. Величина потерь в коническом грохоте определяется по зависимости выхода воды и твердых частиц в под-решетный продукт от скорости потока пульпы на входе, от соотношения крупности частиц и размеров щелей, от угла конусности грохота.

Распределение твердых частиц на намываемом откосе штабеля носит вероятностный характер, а функция распределения частиц на откосе подобна нормальному распределению вероятностей. Вероятностная величина выноса мелких частиц с откоса штабеля зависит от гранулометрической характеристики ПГС.

4. Обоснование технологических потерь при извлечении из ПГС попутных полезных ископаемых

Установка трубных обогатителей в напорный пульповод земснаряда имеет существенные достоинства:

- поточность - процесс обогащения протекает без каких-либо разрывов в общей технологической цепи аппаратов;

- обогащение происходит при напорном гидравлическом транспорте.

Недостаток трубного обогащения - дополнительные потери напора при

гидротранспортировании пульпы, что повлечет увеличение мощности грунтового насоса и расхода электроэнергии.

Экспериментальный опыт разработки россыпного месторождения (19411942 гт.) показал извлечение золота в ТО от 40 до 70 %. Испытывались три конструкции ТО, отличающиеся в основном конструктивными размерами и выпуском концентрата (рис. 3).

Рис. 3. Трубный обогатитель (а); вид сбоку (б): 1 - пульповод; 2 - серповидные диафрагмы; 3 - грохот; 4 - коллектор; 5 - разгрузочный люк; Д - диаметр пульповода; В - диаметр обогатительной трубы; 5- расстояние между диафрагмами; ¿-размер перфорации грохота; I - длина трубного обогатителя

В принципе обогащение в трубах аналогично гравитационному обогащению на шлюзах с лестничными трафаретами, с перфорированным грохотом (типа шлюз-ірохот), с камерным поддоном и разгрузочным люком.

В зависимости от диаметра пульповода Д, по аналогии со шлюзами глубокого наполнения, принимается:

- высота диафрагм (0,15-0,25)Д;

- диаметр обогатительной трубы В = (1,6-1,8)Д;

- расстояние между диафрагмами 5 = Д.

Для оценки возможности извлечения золота в напорном пульповоде изготовлена лабораторная установка (рис. 4).

Рис. 4. Схема лабораторной установки:

1 - водовод; 2 - насадка; 3 - загрузочная воронка; 4 - цилиндр ТО; 5 - диафрагма;

6 - осадок; 7 - пульповод; Д - диаметр пульповода; В - диаметр цилиндра ТО

Геометрический масштаб моделирования 1:20, однако скорость потока в пульповоде принималась примерно равной ик критической скорости транспортирования пульпы. Скорость потока в ТО выдерживалась 0,5 до 0,8 м/с. Консистенция пульпы Т:Ж= 1 - (10 ... 25).

На рис. 5 приводится график извлечения металла в ТО. Графики зависимостей показателей обогащения нами аппроксимированы формулами:

7 6 5 4 3 2 1

(7 \ ч * \

(13)

где ИА„ - извлечение золота на шлюзах, доли ед.; И„, Пм - извлечение металла и потери в ТО, доли ед.; с/, - крупность частиц, мм.

Рис. 5. Извлечение металла: I - золота по данным других авторов; 2 - меди, бронзы на модели: + - измеренные значения; • - для свинцовой дроби

При разработке месторождений ПГС возможно попутное извлечение золота в трубных обогатителях (ТО), устанавливаемых в напорном пульповоде непосредственно на земснаряде. Принципиально обогащение в ТО аналогично гравитационному обогащению на шлюзах глубокого наполнения при разработке россыпей. Для расчета извлечения и потерь золота в ТО применимы зависимости извлечения золота от его крупности. Характер зависимостей подтвержден результатами исследования на модели.

Заключение

В диссертации дается решение научно-практической задачи определения потерь полезного ископаемого в зависимости от технологии выемки и переработки ПГС при разработке месторождений песчано-гравийных смесей землесосными снарядами, имеющее важное значение для промышленности нерудных строительных материалов.

По результатам исследования сделаны следующие выводы:

1. Величина эксплуатационных потерь имеет недостаточное геомеханическое обоснование и не увязана с прочностными характеристиками и технологией выемки песчано-гравийных смесей (ПГС) землесосными снарядами.

Л /

Уа

/1 / /

/ / у

} /

н ■+

0,05 ОД 0,15 0,25 0,5 1 :

КруПЯОСПа . 1Ш

2. Процесс разрушения пород при грунтозаборе свободным всасыванием и с гидравлическим рыхлением аналогичен процессу разрушения пород при действии сосредоточенной нагрузки на грунт и зависит от прочностных характеристик, которые обусловливаются гранулометрическим составом ПГС. Приводятся расчетные формулы для определения угла внутреннего трения и удельного сцепления.

3. Величина потерь при выемке воронками обусловливается расположением воронок и составляет при максимальной производительности:

- при размещении воронок по квадратной сетке - 74 %;

- при размещении воронок в шахматном порядке - 68,7 %.

При снижении производительности за счет сближения центров воронок (перекрытия воронок) потери уменьшаются. Получена расчетная формула величины потерь от величины перекрытия воронок.

4. Установлены аналитические зависимости величины потерь:

- при траншейной выемке от разности углов откоса траншеи до и после выполаживания;

- при выемке с механическим рыхлением - от величины подвижки (шага) на забой.

5. Установлена аналитическая зависимость выхода воды и твердых частиц в подрешетный продукт при грохочении ПГС в коническом грохоте от скорости потока пульпы на входе, от соотношения крупности частиц и размеров щелей решета от диаметра угла конусности грохота.

6. Распределение твердых частиц на намываемом откосе штабеля носит вероятностный характер, а функция распределения частиц на откосе подобна нормальному распределению вероятностей. Получен^ вероятностная зависимость выноса мелких частиц с откоса штабеля от гранулометрической характеристики ПГС.

7. При разработке месторождений ПГС возможно попутное извлечение золота в трубных обогатителях (ТО), устанавливаемых в напорном пульповоде непосредственно на земснаряде. Принципиально обогащение в ТО ана-

логично гравитационному обогащению на шлюзах глубокого наполнения при разработке россыпей.

8. Для расчета извлечения и потерь золота в ТО применимы зависимости извлечения золота от их крупности. Характер зависимости подтвержден результатами исследования на модели.

9. При установке ТО на землесосном снаряде увеличиваются местные потери напора в 1,5 раза), что соответствует увеличению общих потерь 4-5 % на один ТО.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

- в ведущем рецензируемом научном журнале, определенном ВАК

1. Милютин И. А., Багазеев В. К. Физико-механическое обоснование потерь при разработке месторождений песчано-гравийных смесей земснарядами // Изв. вузов. Горный журнал. - 2010. - № 3. - С. 21-24.

- в прочих изданиях

2. Милютин И. А. Определение эксплуатационных потерь при разработке месторождений песчано-гравийных смесей земснарядами // Междунар. науч.-промышленный симпозиум «Уральская горная школа - регионам», г. Екатеринбург, 21-28 апреля 2009 г. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ. - С. 49,51.

3. Милютин И. А., Багазеев В. К. Расчет потерь напора в трубных обогатителях // Материалы междунар. науч.-промышленного симпозиума «Уральская горная школа - регионам», г. Екатеринбург, 12-21 апреля 2010 г. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ. -2010. - С. 192-194.

4. Милютин И. А., Багазеев В. К. Размещение оборудования извлечения золота при разработке песчано-гравийных месторождений // Материалы междунар. конференции «Уральская горнопромышленная декада», 4-12 апреля 2011 г. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ. - 2011. - С. 243-244.

Подписано в печать 06.03.2012 Бумага офсетная Печ.л. 1,0.

Формат 60x84 1/16 Печать на ризографе . Тираж 100 экз.

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники издательства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Милютин, Иван Александрович, Екатеринбург

61 12-5/2229

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

На правах рукописи

МИЛЮТИН Иван Александрович

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая

и строительная)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Багазеев Виктор Константинович

Екатеринбург - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................... 4

1. Анализ современного состояния определения потерь при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами.................. 9

1.1. Классификация горных пород по трудности разработки земснарядами........................................................................... 9

1.2. Основные потери, технологически связанные со схемой и технологией разработки месторождений песчано-гравийных смесей землесосными снарядами............................................................ 12

1.2.1. Общая классификация потерь нерудных строительных материалов.............................................................................. 12

1.2.2. Эксплуатационные потери (потери первой группы).............. 15

1.2.3. Технологические потери (потери второй группы)................ 20

1.2.4. Анализ попутного извлечения золота при разработке месторождений ПГС.................................................................. 23

1.3. Особенности определения потерь при разработке месторождений ПГС. Цель и задачи исследования............................ 27

2. Физико-механическое обоснование величины эксплуатационных потерь при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами ... 29

2.1. Физико-механическое обоснование величины недобора на дне карьера................................................................................... 29

2.1.1. Грунтозабор без предварительного рыхления (грунтозабор свободным всасыванием)............................................................ 29

2.1.2. Определение физико-механических характеристик ПГС....... 32

2.1.3. Грунтозабор с предварительным гидродинамическим рыхлением.............................................................................. 35

2.2. Определение величины потерь в межходовых целиках и призабойных гребнях при выемке ПГС.......................................... 37

2.2.1. Условия оптимизации параметров грунтозабора................. 37

2.2.2. Выемка отдельными воронками..............................................................................40

2.2.3. Траншейная выемка ПГС..............................................................................................46

2.2.4. Выемка ПГС с механическим рыхлением при параллельном и веерном папильонировании..................................................................................................................50

Выводы по главе 2..............................................................................................................................52

3. Гидродинамическое обоснование величины технологических потерь при переработке ПГС..............................................................................................................54

3.1. Анализ динамики потока воды в коническом грохоте..........................54

3.2. Извлечение твердых частиц под решето конического грохота ... 62

3.3. Определение выноса мелких частиц при намыве штабеля ПГС 65

3.3.1. Схематизация процесса фракционирования частиц по крупности при намыве..............................................................................................................................65

3.3.2. Параметры растекания потока гидросмеси на откосе намыва. Определение удельного расхода......................................................................................................69

3.3.3. Исследование распределения частиц ПГС по крупности на откосе намыва....................................................................................................................................................73

3.3.4. Функция распределения частиц на откосе намыва. Определение коэффициента выноса мелких частиц с откоса........ ................79

Выводы по главе 3 ..............................................................................................................................83

4. Обоснование технологических потерь при извлечении из ПГС попутных полезных ископаемых......................................................................................................84

4.1. Трубчатые обогатители для извлечения золота и размещение их

на земснаряде......................................................................................................................................................84

4.2. Динамика потока в напорном пульповоде и осаждения твердых частиц в трубных обогатителях........................................................................................................85

4.3. Обоснование параметров попутного извлечения золота из ПГС вТО..............................................................................................................................................................................90

4.4. Обоснование параметров модели ТО....................................................................94

4.5. Исследование на модели извлечения металла в ТО..................................97

4.6. Определение потерь напора в трубных обогатителях............................99

Выводы по главе 4............................................................................................................................102

Заключение................................................................................................................................................104

Список использованной литературы................................................................................106

Приложения..............................................................................................................................................114

ВВЕДЕНИЕ

Многолетний опыт нормирования потерь при разработке ПГС землесосными снарядами по существующим СНиПам свидетельствует о больших расхождениях фактических и нормативных показателей. Отклонения достигают 50-60 %.

Особую важность имеет обоснование потери по конкретным местам их образования и по отдельным процессам технологии разработки месторождения землесосными снарядами. Обоснование производится при проектировании горных работ и уточняется при подготовке ежегодных планов развития в зависимости от горно-геологических условий, применяемых схем, способов и систем разработки участка месторождения планируемого к разработке. При отсутствии утвержденных нормативов потерь все фактические потери считаются сверхнормативными. Теоретическое и экспериментальное обоснование потерь ПГС является актуальной задачей проектирования при разработке

месторождения землесосными снарядами.

В условиях истощения запасов россыпного золота особое значение имеет оценка возможности его попутной добычи при разработке месторождений ПГС землесосными снарядами. Наиболее перспективными для попутной добычи золота являются косовые месторождения ПГС. Так при опытной добыче золота при очистке фарватера р. Енисей содержание составило 126 мг/м , в пробах косовых месторождений песка р. Надым содержание золота от 175 до 247 мг/т. Золотоносность песчано-гравийных месторождений в руслах рек

установлена в районах Пермской, Челябинской, Оренбургской областей, Башкортостане и республики Коми. Новые возможности и перспективы попутной добычи золота открывает современное обогатительное оборудование [40].

Объект исследования - технология разработки песчано-гравийных месторождений.

Задачи исследования:

3. Гидродинамическое обоснование величины технологических потерь при переработке ПГС.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Оптимизировать подсчет эксплуатационных потерь позволяет их обоснование по прочностным свойствам ПГС.

- при классификации в коническом грохоте - от выхода воды и твердых частиц в подрешетный продукт;

- при намыве штабеля - от гранулометрического состава ПГС и консистенции пульпы.

Научная новизна результатов исследования:

Практическая значимость работы

Реализация результатов работы

Результаты исследования внедрены в практику проектирования горных работ в ОАО «Уралсибгидромеханизация».

В целом диссертация обсуждалась и получила одобрение в ОАО «Гео-техпроект» (г. Екатеринбург), на техническом совете ОАО «Уралсибгидромеханизация».

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, изложена на 121 странице, содержит 16 таблиц, 32 рисунка и список использованных источников из 90 наименований.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПГС ЗЕМЛЕСОСНЫМИ СНАРЯДАМИ

1.1. Классификация горных пород по трудности их разработки земснарядами

Гидромеханизация получила широкое применение при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, для сооружения котлованов и каналов, при возведении насыпей (под строительные площадки), плотин, при углублении дна рек и озер, для очистки золохранилищ больших ТЭЦ и хвостохранилищ обогатительных фабрик. Песчано-гравийные смеси (грунты) относятся к нерудным (минеральным) строительным материалам.

Из общего числа карьеров нерудных строительных материалов около 40 % приходится на долю карьеров, разрабатывающих песчано-гравийные месторождения. Песчано-гравийными месторождениями называются плато-образные залежи, состоящие из смеси песка, гравия и валунов. Месторождения, содержащие более 50 % песка, относятся к песчано-гравийным, а менее 50 % гравия - гравийно-песчаным. К песчаным относят месторождения, которые не содержат гравия или содержат его в небольшом количестве (не более 10%).

Трудность разработки ПГС зависит от физико-механических свойств грунтов: плотности частиц грунта и плотности грунта в массиве, гранулометрического состава, пористости, влажности, сцепления, угла внутреннего трения, пластичности связных грунтов. Выделяется 8 групп (категорий) грунта. Группа пород определяется по среднему гранулометрическому составу (Приложение, табл. П.1). Средний гранулометрический состав пород определяется без учета глинистых прослоев. При послойной разработке пород их группа

устанавливается отдельно для каждого однородного слоя. При разработке пород II и III групп, в ранее намытых сооружениях, группу следует относить к ближайшей низшей. Отнесение грунтов к той или иной группе по трудности разработки земснарядами дополнительно ставится в зависимость от их производительности (по пульпе).

Требования к продукции регламентируются ГОСТами, Техническими условиями (в том числе: ГОСТ 25607-94 «Смеси щебеночно-гравийные песчаные для покрытий и оснований ...»; ГОСТ 26633-91 «Бетон тяжелый. Технические требования к заполнителям»; ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ» [32] и др.).

Характерными показателями гранулометрического состава ПГС являются:

- размер частиц, соответствующий выходу 10 % (эффективный диаметр - ¿ю);

- размер частиц, соответствующий выходу 60 % (контролирующий диаметр - <1йо);

- коэффициент неоднородности смеси К = ——.

Пески с коэффициентом неоднородности Кн > 3 считают неоднородными (разномерными), пески Кн < 3, а также мелкие пески с содержанием частиц размером 0,1 ... 0,25 мм в количестве 90 % по массе и более - однородными (одноразмерными).

Для оценки крупности песка обычно используют сита крупностью 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм. Частицы крупностью более 5 мм и менее 0,16 мм не учитываются и нормируются как вредные примеси для продукции «песок». Обозначим суммарный выход частиц на ситах (остаток) ^1,25 ••• то-

гда величина М,

^2,5 +^1,25 + ^0,63 +^0,315 +^0,16 100

называется мо

дулем крупности песка (табл. 1.1).

Классификация песка по крупности

Таблица 1.1

Группа песка Модуль крупности Мк Полный остаток на сите № 063, % по массе

Крупный св. 2,5 св. 45

Средний 2,0-2,5 30-45

Мелкий 1,5-2,0 10-30

Очень мелкий 1,0-1,5 до 10

Если при определении группы песка он отвечает по модулю крупности одной группе, а по полному остатку на сите № 063 - другой, то определение группы песка производится по модулю крупности Мк.

Расход воды на разработку и транспортирование 1 м породы (д) определяется в зависимости от категории трудности разработки и составляет от 6,5 доЗОм3/ м3 (табл. П.1).

Годовая производительность предприятия Аг (м ) определяется по формулам:

4г =вг-и-Уг.п-О-Яп);

2г = 2т • Тг ' ^В '

д + (1-тУ & =

е.

Рп

где Qг - годовая производительность землесосного снаряда по песчано-гравийным материалам (ПГМ в естественном состоянии), м ; Кр - коэффициент разрыхления ПГМ;

п - число землесосных снарядов; уг.п - выход готовой продукции, доли ед.;

- часовая техническая производительность землесосного снаряда по грунту, м3/ч;

Тг - годовой фонд календарного времени, ч;

Кв - коэффициент использования рабочего времени;

Кп - коэффициент потерь готовой продукции;

ц - удельный расход воды, м / м ;

<2п, вв - производительность землесосного снаряда (грунтового насоса) по пульпе и по воде, м3/ч;

К3 - коэффициент, учитывающий высоту забоя, при малой высоте забоя;

К3 = 0,9;

т - пористость грунта, доли единиц;

рп - плотность пульпы, т/м3.

1.2. Основные потери, технологически связанные со схемой и технологией разработки месторождений песчано-гравийных смесей землесосными снарядами

1.2.1. Общая классификация потерь нерудных строительных материалов при добыче

Согласно «Единой классификации потерь твердых полезных ископаемых при разработке месторождений» [33] потери полезного ископаемого это часть балансовых запасов, не извлеченная при разработке месторождения или утраченная в процессе добычи и переработки. По отношению к месторождениям нерудных материалов потери это - часть балансовых запасов, не извлеченная из недр при разработке нерудных строительных материалов, добытая и оставленная в карьере, на промплощадке, в местах складирования, на транспортных путях горного производства или вывезенная в породные отвалы [7].

Потери нерудных материалов характеризуются коэффициентом потерь (Кп), который выражается отношением количества потерянных запасов (П) к количеству погашенных балансовых запасов (Б)

г п

= (1-1)

Пот

Информация о работе

Милютин, Иван Александрович
кандидата технических наук
Екатеринбург, 2012
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование эксплуатационных и технологических потерь при добыче песчано-гравийных смесей землесосными снарядами - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы