Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование проектных решений при подземной разработке золоторудных месторождений комплексами малогабаритного самоходного оборудования

ВАК РФ 25.00.21, Теоретические основы проектирования горно-технических систем

Автореферат диссертации по теме "Обоснование проектных решений при подземной разработке золоторудных месторождений комплексами малогабаритного самоходного оборудования"

На правах рукописи

Шангин Семён Сергеевич

Обоснование проектных решений при подземной разработке золоторудных месторождений комплексами малогабаритного самоходного оборудовании

Специальность 25.00.21. - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

Москва 2013

005533995

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный

горный университет»

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель

Ломоносов Геральд Георгиевич, Профессор кафедры «Подземная разработка рудных месторождений»,

Московский государственный горный университет

доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Кузин Виктор Фёдорович, Академик-секретарь секции «Геологии, добычи и переработки полезных ископаемых», Российская инженерная академия

Беляев Андрей Михайлович

Доцент кафедры «Экономики и управления

в промышленности»,

Государственный университет управления

Ведущая организация:

ОАО «Гипроцветмет», г. Москва

Защита диссертации состоится 2013 г. в ^часов 20 мин, на заседании

диссертационного совета Д-212.128.03 при Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан

2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

В.В. Агафонов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Золоторудные месторождения составляют весьма важную часть минерально-сырьевой базы России, основная доля которых расположена на Урале, в Красноярском крае, Забайкалье и в других-районах Сибири и Дальнего Востока. Золото является ценным полезным ископаемым, высокая потребность в котором ощущается постоянно. Поэтому существует объективная необходимость наращивания объёмов его добычи, в том числе за счёт вовлечения в эксплуатацию маломощных месторождений, часто с более сложными условиями залегания, для чего необходимо дальнейшее совершенствование горного производства, максимально используя достижения технического прогресса. Чаще всего эти месторождения имеют относительно небольшие запасы, а потому сроки их эксплуатации сравнительно короткие и их разработка традиционно ведётся с применением Простейших средств производства (ручных перфораторов, скреперных лебёдок, деревянного крепления и пр.), что обусловливает относительно низкие производственно-экономические показатели.

В последние годы проектирование подземной разработки таких месторождений стало основываться на базе применения погрузочно-доставочных машин и другой современной техники с валовой технологией выемки золоторудных запасов. Для этого с целью увеличения фронта горных работ приходится объединять отдельные рудные тела в укрупнённые рудные зоны (штокверки). В результате существенно возрастают масштабы горного и обогатительного производств и соответственно производительность по добываемой и перерабатываемой рудной массе. Но одновременно с этим значительно увеличиваются объемы добычи и переработки непроизводительной части рудной массы, соответственно ухудшается качество добытой руды, заметно интенсифицируются негативные воздействия золоторудного производства на окружающую среду.

В диссертации предлагается альтернативное этому направление проектирования подземной разработки такого типа месторождений, основанное на применении технологических схем с комплексами малогабаритного самоходного оборудования, а также современных технических средств, обеспечивающих повышение извлечения золота из недр и улучшение качества добычи за счёт минимизации объёмов горных и обогатительных работ. В этом случае при существенно меньших масштабах горных работ и общих затратах на горнодобывающее и обогатительное производство создаются условия для более эффективного производства золота и рационального использования его запасов с меньшими нарушениями природной среды.

Таким образом, научно-техническое обоснование путей эффективного решения задач, направленных на решение проблемы совершенствования проектов золоторудных предприятий с подземным способом добычи с учётом тенденции ухудшения минерально-сырьевой базы и с использованием современных достижений технического прогресса, является весьма актуальным.

Цель работы - научно-техническое обоснование перспективных технологических схем горнодобычных работ на базе применения комплексов малогабаритного самоходного оборудования при проектировании подземной разработки маломощных золоторудных

1

месторождений, обеспечивающих повышение использования запасов недр, улучшени качества добытой руды и снижение экологической нагрузки.

Идея диссертации заключается в использовании в проектах подземных рудников разрабатывающих маломощные золоторудные месторождения, комплексе горнодобывающего оборудования, позволяющих минимизировать размеры выемочног пространства и горных выработок, с одновременным применением в этих комплексе адаптированных к горному производству технических средств зачистки золоторудно мелочи, что в совокупности создаёт условия для улучшения качества добытой рудь сокращения потерь золота при добыче и- переработке руды, а также для улучшет экологической обстановки.

Методы исследований. В работе использованы: комплекс методов, включающи" научное обобщение, анализ передового отечественного и зарубежного опыта и результате ранее выполненных исследований в данной области, методы экономико-математическог и имитационного моделирования, математические методы обработки статистичесю данных и аналитические исследования.

Основные научные положения, представляемые к защите: 1. Для современных проектов подземной разработки золоторуднь месторождений характерна тенденция формирования, с целью расширения фронта рабо для высокопроизводительного горного оборудования, рудных зон (штокверков) из маломощных рудных тел, что наряду с повышением производительности и снижение себестоимости горнодобычцых работ приводит к ухудшению качества рудной массы, снижению сквозного извлечения металла. и интенсификации нарушения окружающей среды. Альтернативное решение проблемы возможно на базе применения комплексов малогабаритного самоходного оборудования, обеспечивающего повышение темпов горнодобычных работ, значительное уменьшение габаритов очистного пространства и горных выработок, что создаёт благоприятные условия для достижения более эффективных результатов золоторудного производства.

2. Золоторудная мелочь в диапазоне крупности от 25 мкм до 1 мм обладает повышешшм содержанием металла относительно рядовой рудной массы и ее дальнейшее вовлечение в процесс обогащения позволяет улучшить качество добытой руды. Установлено, что улучшение состава золотосодержащей руды по содержанию в 2 раза (сквозное извлечение) и 6,5 раз (гравитационное обогащение) сопровождается увеличением выхода концентрата в 1,36 и 3,4 раз соответственно. Для извлечения мелких фракций рудной массы, обладающих относительно высокой концентрацией золота, наиболее рациональным и технологичным является пневмо-вакуумный способ.

3. Использование предложенных в диссертации технологических схем выемки при разработке маломощных золоторудных месторождений на основе комплексов малогабаритного самоходного оборудования в совокупности со специализированными вакуумными системами позволяет улучшить достигнутый к настоящему времени показатель качества добычи (Ка=0,66-0,83) на 3,2-6,5%.

4. В качестве основного расчетного параметра модульного вакуумного комплекса, включаемого в технологическую схему рудника, необходимо принимать

мощность его привода, определяемую в зависимости от эквивалентного диаметра частиц золоторудной мелочи и длины пневмотранспортной линии. Рациональный диапазон мощности модульных вакуумных агрегатов для сбора естественно обогащенной золоторудной мелочи с почвы очистного пространства при производительности 1,5-4 т/ч составляет от 20 до 175 кВт.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке принципиально новых технологических схем подземной разработки маломощных золоторудных месторождений на основе комплексов современного малогабаритного самоходного оборудования и других специализированных технических средств, позволяющих существенно повысить извлечение запасов золота из недр и улучшить качество добытой руды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надёжностью и представительностью исходных данных, использованием современных компьютерных средств и программных продуктов для анализа, обработки результатов и моделирования; использованием апробированных методик исследования, коэффициентом детерминации (Я2 = 0,54) полученных зависимостей.

Научное значение работы заключается в развитии и совершенствовании теоретической базы для разработки новых технических решений при проектировании нового и модернизации действующего золоторудного производства в соответствии с современным техническим и технологическим уровнем, что создаёт условия для повышения эффективности освоения маломощных золоторудных месторождений.

Практическое значение работы заключается в разработке прогрессивных видов технологических схем выемки на базе малогабаритного самоходного оборудования и других специализированных технических средств, позволяющих использовать их в проектах, что повышает эффективность освоения золоторудных месторождений малой мощности.

Личный вклад автора состоит в постановке научных и технических задач, их решении и анализе полученных результатов; в теоретическом обосновании и разработке новых технических и технологических решений по подземной разработке маломощных золоторудных месторождений; в установлении количественно-качественных зависимостей.

Апробация диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на заседании кафедры «Технологии подземной разработки месторождений» Московского государственного горного университета (г. Москва, 2012-2013 г.г.), на научном симпозиуме «Неделя горняка 2013» (г. Москва, МГГУ, 2013 г.), а также на техническом совещании золотодобывающей компании «УК Золотые проекты» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 научных статьях, в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из _4_ глав, введения, заключения и 5 приложений, содержит 52 таблицы и 58 рисунков, список литературы _60_ источников

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследованию проблем комплексного и рационального использования недр посвящены труды М.И. Агошкова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, Д.Р. Каплунова и других, в частности вопросами повышения эффективности освоения золоторудных и россыпных месторождений занимались Г.В. Секисов, А.Ф. Назарчик, М.Н. Злобин, В.П. Неганов, М.А. Меретуков, В.А. Хакулов и др.

Анализ динамики производства золота в мире показал, что мировой финансово-экономический кризис 2008 года обусловил резкий спрос и, как следствие, рост цены на золото, которая достигла в сентябре 2009 года своего максимального значения - около 1000 долл./тр.унцию. В последующем пятилетии наблюдалось значительное увеличение объемов добычи золота (на 18,5%), при котором стоимость одной тройской унции возросла практически на 50%.

В среднем на долю России приходится более 7% мировой добычи золота и, не смотря на трехлетний спад в период с . 2005 по 2007 годы, в целом сохраняется положительная динамика развития отрасли, которая составила за последние 10 лег рост на 28%. Всего, по данным союза золотопромышленников России, за 10 последних лет было добыто 1795,5 тонн золота.

Несмотря на высокий потенциал золоторудных месторождений и положительную тенденцию производства, Россия находится на 4-5-м месте по объему добычи золота. С одной стороны, это обусловлено общим- ухудшением минерально-сырьевой базы — балансовые запасы крупных месторождений закономерно сокращаются, а темпы их восполнения значительно отстают - примерно на 50% от погашенных запасов.

С другой стороны, такое положение определяется особенностями применяемых технологий добычи, которые в большей степени ориентированы на валовую выемку с переработкой больших объемов бедных руд. Также необходимо отметить влияние недостаточного уровня механизации большинства предприятий, особенно тех, которые ведут отработку маломощных (жильных) месторождений традиционными технологиями. Все это в совокупности значительно ограничивает рост производственных показателей золоторудных предприятий и в перспективе может привести к замедлению роста добычи золота.

Изменения в сырьевой базе золоторудных предприятий обусловливают дальнейшее увеличите доли подземной разработай, которая сейчас составляет более 40%. Предлагаемые данным способом типовые технические решения позволяют вести наиболее рентабельную разработку мощных и средней мощности месторождений, но за последние десятки лет их доля неуклонно сокращается и недропользователь все чаще сталкивается с необходимостью вовлечения в отработку сложных по строению маломощных рудных тел.

В настоящее время более 80% запасов золота в России сосредоточено в малых залежах мощностью до 3 метров со сложной геологией (3-я или 4-я группы). При этом около 85% золоторудных месторождений находится в условиях криолитозоны, что создаёт дополнительные сложности в выборе средств производства. Изначально большинство таких месторождений представлено рудными телами - от тонких жил до залежей средней мощности. К месторождениям с наибольшим разнообразием условий залегания рудных тел относятся Березовское, Майское, Каральвиемское и некоторые другие.

Сложность геологического строения и разрозненность рудных тел обусловили в последние десятилетия тенденцию объединения небольших маломощных участков в рудные зоны (штокверки), обладающие большими запасами руд, но со сравнительно низким содержанием металла. К наиболее крупным золоторудным месторождениям со штокверковой структурой относятся Олимпиадинское, Наталкинское, Сухой Лог, Нежданинское и Маломырское, обладающие большими запасами руды с относительно невысоким содержанием металла.

Анализ проектных и технических решений ведущих золотодобывающих предприятий показывает, что на долю 44 рудников приходится более половины (около 61%) балансовых запасов РФ и около 50% производства всего золота, при этом доля месторождений отрабатываемых подземным и комбинированным способом, постепенно увеличивается (более 55%). Основная часть анализируемых предприятий отрабатывают месторождения по валовому принципу, с высокими показателями по переработке обедненной (1,5 г/т) рудной массы - 1,5-6 млн.тонн в год. Принятые на них проектные и технические решения базируются на использовании мощных и крупногабаритных горнодобывающих комплексов, что подразумевает создание больших очистных (выемочных) зон и, как следствие, снижение природного качества золотосодержащих руд и увеличение объемов переработки.

Объединение малых участков в штокверки с последующей валовой выемкой позволяет применять мощное самоходное выемочное и транспортное оборудование. За счет этого происходит интенсификация производственных процессов добычи, но при этом значительно снижается качество добытой руды и увеличивается объем переработки пустых пород, что, по сути, характерно для экстенсивного пути развития. Ввиду этого упор на технологию отработки золоторудных месторождений штокверками не обеспечивает всесторонней эффективности.

Альтернативным путем развития технологий подземной золотодобычи в таких условиях является проектирование подземного золоторудного производства на базе комплексов малогабаритной самоходной техники, которая активно развивается в последние годы. Такое направление способно обеспечить на маломощных месторождениях уменьшение параметров очистного пространства и горных выработок, и тем самым повысить содержание золота в руде с существенным уменьшением объемов рудной массы. При этом развитие горной и обогатительной технологий идет по интенсивному пути, поскольку в расчете на золото обеспечивается повышение добычи при значительном снижении непродуктивной части добытой рудной массы.

На основе анализа ряда технологических решений, как проектных, так и реализованных на конкретных рудниках,- можно сделать вывод о том, что многие действующие маломощные подземные рудники с производительностью 0,5-1 млн.тонн рудной массы в год в совокупности с низким уровнем механизации характеризуются неблагоприятными условиями труда, повышенными трудовыми и стоимостными затратами, а также низким уровнем качества горных (добычных) работ, табл. 1. Наиболее полное определение дано в учебнике «Горная квалиметрия» Г.Г. Ломоносова, где качество горных работ (Ка) определяется как комплексное понятие, включающее в себя технический, технологический и организационный уровень горных работ, определяемый степенью их соответствия геологическим и горнотехническим условиям конкретного месторождения полезного ископаемого или его участков. Для традиционных технологий добычных работ, т.е. без применения специальных решений по разделению процессов, коэффициент горных работ является определяющим и характеризует начальную стадию процесса добычи - очистную выемку.

Таблица 1. Показатели потерь и разубоживания по системам разработки различных

Система разработки Удельный вес Потери Разубоживание Коэффициент качества добычи, ед. Затраты на очистную добычу ДОЛЛ./Т

Сплошная <25% 4,512,5% : До 50% 0,64-0,83 >25-32

Камерно-столбовая

С магазинированием <35% 4-9,5% До 40% 0,72-0,8 <21,5-26

С подэтажной отбойкой 7,5-16% До 50% 0,6-0,74 < 19-20

С закладкой 15-20% 2-5% До 55% 0,66-0,78 До 40

Прочие Около 2025% До 10% До 35-40% 0,64-0,81 -

Типовые предприятия, которые обладают характерными для маломощных и тонких золоторудных месторождений геологическими и горнотехническими условиями, представлены в табл. 2. Из них к наиболее характерным в этой части, а также в плане принятых в своё время проектных технологических решений и достигнутых производственных показателей, можно отнести рудники «Каральвием», «Ирокинда» и «Кедровский», на примере которых и проводились основные исследования диссертации.

Так, в руднике «Каральвиемский» применяются три системы разработки (сплошная, камерно-столбовая и с магазинированием), при которых потери металла достигают 10%, а разубоживание 60% (в большей степени за счет вторичного). Процессы очистной выемки: бурение ручными перфораторами типа ПП; скреперная доставка 10(30)ЛС-2СМА; поддержание очистного пространства - деревянная крепь; транспортирование рудной массы -ПДМ класса ТОРЮ 151 и самосвалы Е.ГС522.

В рудниках «Ирокинденском» и «Кедровском» согласно проекту приняты сплошная и камерно-столбовая системы разработки, при которых потери составляют 5-6% и разубоживание до 30%. Процессы очистной выемки: бурение ручными перфораторами

6

типа ПП; скреперная доставка 10(30)ЛС-2СМА; поддержание очистного пространства -деревянная крепь; откатка рудной массы и пустых пород - электровозами типа 4К.

Мощность рудного тела, м Угол наклона рудного тела, 0 Технология разработки Примеры подземных рудников Коэфф. потерь, % Коэфф. разубо-живания,% Произв. труда, м/чел-смену

До 0,8 Менее 50 Сплошная Саралинский 11,8 39,8 1,9

До 50 Кедровский 5,5 11,2 -

Со льдопородной закладкой Бадран 3,4 24,1 -

40-55 Сплошная Каральвием 4,5 59,7 4,26

Свыше 50 С магазинированием РУДЫ Дарасунский 6,9 31,7 3,1

Каральвием 9,5 47,5 7,0

Березовский 19,3 86,5 4,5

Центральная 5,0 65,0 2,2

маломощных золоторудных месторождений подземным способом сформулировано первое защищаемое научное положение: Для современных проектов подземной разработки золоторудных месторождений характерна тенденция формирования, с целью расширения фронта работ для высокопроизводительного горного оборудования, рудных зон (штокверков) из маломощных рудных■ тел, что наряду с повышением производительности и снижением себестоимости горнодобычных работ приводит к ухудшению качества рудной массы, снижению сквозного извлечения металла и интенсификации нарушения окружающей. среды. Альтернативное решение проблемы возможно на базе применения комплексов .малогабаритного самоходного оборудования, обеспечивающего повышение темпов горнодобычных работ, значительное уменьшение габаритов очистного пространства и горных выработок, что создаёт благоприятные условия для достижения более эффективных результатов золоторудного производства.

Коренные золоторудные месторождения, как правило, сложены крепкими скальными породами, что предопределяет' применение буровзрывного способа отбойки руды, сопровождаемого значительным переизмельчением руды и образованием богатой рудной мелочи.

Установлена зависимость в распределении золота по фракциям разной крупности материала (рис. 1). Общий тренд характерен тем, что меньшей крупности кускам руды соответствует большее в них содержание золота. Соотношение классов крупности материала по массе: частицы крупных фракций (+1 мм) составляют 65-70% общей массы рудной мелочи со средним содержанием 21 г/т и несут в себе 50-56% металла. На более мелкие фракции (0,1 - 1 мм), масса которых не превышает 20-25%, с относительно высоким содержанием (до 40 г/т), приходится порядка 41% от общего количества металла, теряемого в рудной мелочи. Выход мелкодисперсных фракций менее 0,07 мм составляет 510% от общей массы рудной мелочи со средним содержанием 10 г/т, при распределении металла 2-4%.

Распределение золота по классам различной крупности: частицы крупных фракций (+1 мм) составляют около 80% общего количества рудной мелочи с относительно невысоким содержанием металла, но при этом содержат его основную часть (до 80%). В мелких фракциях (-1 мм), масса которых не превышает 20%, содержание золота более высокое, но на них приходится 20-30% от общего количества металла, теряемого в рудной мелочи (рис. 2).

На протяжении 2-х месяцев на руднике «Кедровский» анализировался материал, представленный рудной мелочью, различной по фракционному составу, в объеме 300 тонн, при этом было выделено два класса крупности: -5 мм (47,8%) и 5-7 мм (52,2%). Анализ проб по распределению золота в собранной рудной мелочи показал, что класс -5 мм обладает повышенным (в 1,9-2,8 раза по сравнению с классом 5-7 мм) содержанием золота - в среднем 15,4 г/т (максимальное 53,2 г/т).'

Оценка количества теряемой руды в виде рудной мелочи показала, что основная ее часть остается на поверхности почвы очистных выработок в виде слоя 0,05 - 0,1 м. В этом случае в среднем на 1 м2 площади будет сосредоточено 0,12 т рудной мелочи с высоким содержанием металла.

Рис. 1. Распределение золота в рудной мелочи рудника «Каральвием»

■ Выход, %

-0.025 мм -0,047мм -0,094мм -0,1ЯВчм -0.375 мм -0.75 мм -1.5 мм -3 мм -Омм -8 мм

Какхрикп

Рис. 2. Распределение золота в рудной мелочи рудника «Ирокинда»

При увеличении в отбитой руде содержания более богатой рудной мелочи выполнение последующих производственных процессов сопровождается интенсивной сегрегацией ее мелких фракций и свободных частиц золота, их оседанием и аккумуляцией

' 8

в неровностях лежачего бока подготовительно-нарезных и очистных выработок, а также в других разного рода звеньях технологического процесса. Невозможность полного их извлечения в процессе добычи предопределяет потери металла, что является одной из причин несоответствия результатов геологического и товарного опробования.

В связи с существенными потерями золота в рудной мелочи в рудниках стремятся производить дополнительную зачистку очистного пространства. Для этого используют имеющееся выемочно-погрузочное оборудование (скреперы или погрузочно-доставочные машины, устанавливают разного типа настилы, производят смыв наиболее мелких фракций руды и др. Однако результативность этих мероприятий обычно недостаточно высокая, так как она зависит от многих факторов, в том числе от типа и рабочих параметров выемочного оборудования - чем оно крупнее, тем менее эффективен процесс зачистки. Создание настилов, включая деревянные, металлические или бетонные не достаточно технологично, так как снижает темп горных работ и увеличивает трудоёмкость, а гидравлический способ в условиях многолетней мерзлоты практически неприемлем.

Тем не менее попытки использовать имеющийся резерв снижения эксплуатационных потерь золота продолжаются. Наиболее перспективным для сбора мелкодисперсных фракций золоторудной- мелочи представляется пневмо-вакуумный способ, который стали экспериментально применять в рудниках «Каральвием» (Чукотка), «Ирокинда» (Бурятия), «Кедровский» (Бурятия) и на некоторых других золоторудных предприятиях.

В золотодобывающем руднике «Каральвием» для сбора рудной мелочи в отработанных очистных блоках начали использовать вакуумный комплекс ОигоУас (Канада). За два года опытной эксплуатации из отработанных блоков было собрано 5380 тонн пылевидного рудного материала, из которого извлечено 123,8 кг золота. Объемы собранной рудной мелочи в период 2010 - начало 2012 года на руднике «Каральвием» отображены в табл. 3.

Таблица 3. Объемы дополнительного извлечения золота в руднике «Каральвием»

Год Горизонт №№ бл. Средняя мощность жилы, м Кол-во рудной мелочи, т Среднее содерж. Аи, г/т Кол-во Аи в рудной мелочи, кг Доля от общих запасов руды по блоку, %

2010 Шт 15, 16 бл. 12,14,16 0,80 305 26,85 8,19 2,93%

2011 Шт 8,16,18,19 бл. №35,3645 0,99 3920 21,96 86,07 4,41%

2012 Шт 12,15,16 №36,44,46 1,21 1155 25,59 29,56 1,20%

Регрессионный анализ по типовым рудникам «Кедровский» (вариант А) и «Каральвием» (вариант Б) показал следующее результаты:

- улучшение качества исходной руды за счет увеличения содержания золота (аАи) по варианту (А) - с 4 г/т до 26 г/т - улучшает качество концентрата с 9050 г/т до 21390 г/т, т.е.

на 58%; по варианту (Б) - с 4 г/т до 8 г/т - улучшает качество концентрата с 2020 г/т до 3245 г/т, т.е. на 38% (рис. 3);

- в зависимости от изменения исходного качества руды аАи по варианту (А) - от 4 г/т до 26 г/т - увеличивается извлечение золота от 73,6 до 94,1%; по варианту (Б) - от 4 г/т до 8 г/т - извлечение золота изменяется от 80,2 до 87,0% (рис. 4);

- увеличение содержания золота в руде для варианта (А) - с 4 г/т до 26 г/т - влечет за собой увеличение выхода продукта производства с 0,035 до 0,121%, т.е. приводит к увеличению продукции в 3,4; для варианта (Б) - с 4 г/т до 8 г/т - повлечет увеличение выхода продукта с 0,16 до 0,216%, т.е. в 1,36 раза (рис. 5).

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 20 Содержание Ли в руде, г/т

Рис. 3. Изменение качества концентрата от содержания золота в руде

V = 0,681х0И8

Яг = 0.274

65,№ ■ 60,0% -

4 Э 6 7 3 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2в 26 27 28 Содержание Аи а руде, г/т

Рис. 4. Изменение извлечения золота от его содержания в руде

0,1004 0.050% 0.000%

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2 3 24 25 2 6 27 28 Содержание Аи й руде, г/т

Рис. 5. Изменение выхода концентрата от содержания золота в руде

10

Поскольку данные вакуумные комплексы не предназначены для использования в условиях подземного рудника, прежде всего из-за больших габаритов силовых агрегатов и пневматических циклонов, то для эффективной и безопасной эксплуатации необходимо адаптировать данные комплексы в направлении минимизации габаритов, повышения производительности и мобильности, а также максимальной автоматизации основных рабочих процессов по сбору и выгрузке золоторудной мелочи.

В результате сформулировано второе защищаемое научное положение: Золоторудная мелочь в диапазоне крупности от 25 мкм до 1 мм обладает повышенным содержанием металла относительно рядов.ой рудной массы и ее дальнейшее вовлечение в процесс обогащения позволяет улучшить .качество добытой руды. Установлено, что улучшение состава золотосодержащей руды по содержанию в 2 раза (сквозное извлечение) и 6,5 раз (гравитационное обогащение) сопровождается увеличением выхода концентрата в 1,36 и 3,4 раз соответственно. Для извлечения мелких фракций рудной массы, обладающих относительно высокой концентрацией золота, наиболее рациональным и технологичным является пневмо-вакуумный способ.

Как отмечено выше, применение мощной выемочной техники при разработке тонких и маломощных месторождений позволяет повысить количественные показатели производства и улучшить условия труда за счет увеличения очистного пространства, но при этом значительно снижается качество добытой руды и увеличивается объем переработки пустых пород, что характерно для экстенсивного пути развития горнорудного производства.

Один из путей максимального улучшения качества добываемой руды - за счёт уменьшения габаритов очистных выработок - снижение производительности труда (по горной и рудной массе), но её рост по металлу, поскольку использование малогабаритной техники снижает параметры очистного пространства и горных выработок, что влечёт уменьшение потерь природного качества руды и рост извлечения золота из недр. Тем самым создаются благоприятные условия сделать разработку маломощных месторождений, которые не представляют: промышленного интереса при традиционном подходе к их проектированию, рентабельной.

Такие комплексы из малогабаритного горного оборудования реально могут формироваться на базе уже существующей горной техники, используемой в практике рудников в основном на вспомогательных операциях, и могут пополняться новыми техническими средствами по мере усложнения решаемых горно-технологических задач при дальнейшем совершенствовании разработки маломощных золоторудных месторождений.

Применение механизированной доставки на основе пневмоколесных машин ограничено углом наклона трассы горной выработки до 17°. Для отработки маломощных месторождений с углами наклона до 30° возможно применение самоходных машин на гусеничном ходу, особенно в сочетании со взрыводоставкой в качестве дополнительного агрегата для зачистки почвы очистного пространства. Для этого может использоваться низкопрофильный гусеничный бульдозер, управляемый дистанционно. Наиболее технологичным для этих целей является шахтный бульдозер ЬгЮОЬ 8ап<Мк.

И

Эксплуатационная производительность шахтного бульдозера 1.7.1 ООЬ при длине перемещения отбитой руды 10-30 м и объеме отвала 0,33 м3 составляет 8,1-27,0 м3/ч.

Основные технические характеристики современных малогабаритных буровых установок приведены в табл. 4. Основные, технические характеристики существующих мини-ПДМ Агагшпе ЫЗОБ приведены в табл. 5.

Наряду с основными процессами очистной выемки важную роль играет процесс зачистки почвы очистных выработок, который при отработке тонких и маломощных месторождений особо ценных руд приобретает статус самостоятельного процесса, от качества выполнения которого в значительной мере зависит полнота выемки полезного ископаемого из недр.

Производител ь АгашГпе (Франция) БапсМк (Финляндия) Atlas Copeo (Швеция) НИПИГОРМАШ (Россия)

Модель изо МшМИ 001201. Boomer SI L УБШ222

Привод две или эл. эл. две эл.

Мощность привода, шт. хкВт 1x43 2x30 1x58 45

Ориентировочно гшп/тах площадь забоя, м2 2,2/11,2 3,6/4,2 4,6/39,7 3,3/17

Модель перфоратора НС20 2 х НЬХ1 COP 1638 ОР528

Диаметр бурения, мм 27-45 27-45 от 45 32-45

Габарита ДхШхВ, м 6,7x1,06x2,03 4,2x2,2x0,82 13,06x2,4x1,7 8,7x2,0x1,4

Масса, кг 5350 6500 12500 6500

Таблаблица 5. Технические характеристики мини-ПДМ Aramine L130D

Финляндия Канада Франция Канада Финляндия

Производитель Sandvik Támrock Aramine MTI Secoma

Модель TORO 151 EJC65 L130D LT-70 Microscoop ÎOOD

Грузоподъемность, т 3,5 2,9 1,2 0,7 1

Объём ковша, мЗ 1,5 1,3 0,7 0,4 0,54

Мощность двигателя, кВт 52 52 43 29,3 33

Ср. скорость, км/ч 9,4 7,5 . 5,5 5,5 5,5

Габариты дхщхв, м 6,9x1,5x1,7 5,5x1,45x2, : 1 5,3x1,0x2, 0 3,6x0,87x1 ,8 4,6x1,0x2,0 5

Производительность при длине доставки 100 м, т/ч 85,5 58,9 24,4 14,0 18,8

В качестве основного комплекса мер по увеличению извлечения золота из недр предлагается производить вакуумный сбор обогащенной рудной мелочи с почвы очистного пространства и доставочных горных выработок.

В комплекс входит вакуумный агрегат, который за счет насоса Рута создает достаточное разряжение в трубопроводе для сбора частиц крупностью до 50 мм; пре-сепаратор для отделения крупной фракции, оставшаяся неотделенная от воздушного потока пыль улавливается фильтром-сепаратором. Разгрузка элементов вакуумного комплекса (пре-сепаратора и фильтра-сепаратора) происходит автоматически по мере заполнения.

Таблица 6. Основные технические характеристики типовых промышленных

вакуумных агрегатов

Технические характеристики

Мощность двигателя, кВт Макс, вакуум, мбар Пропускная способность по воздуху, м3/ч Уровень шума, дБ Габариты дхщхв, мм Масса, кг

55 500 3120 67 1830x1650x1940 3130

75 4200 72 3260

90 5100 75 3400

Рис. 6. Модель очистного забоя

Использование систем каротажа класса в

комплексе с системами экспресс-анализа бурового шлама в процессе бурения позволит получить более детальную информацию как о механических свойствах пород и строении золоторудной жилы, так и ориентировочном содержании золота п конкретном забое, что после обработки и анализа позволит более точно скорректировать коэффициент рудоносности. На рис. 6 представлена модель очистного забоя, где в процессе бурения взрывных скважин малого диаметра 52 мм буровой установкой класса Агатте МтШгШ Ы30 осуществляется параллельный сбор данных о свойствах массива и ориентировочном содержании золота в каждом веере (ряду) скважин с целью дальнейшего определения качественных показателей рудной массы. Критерием оценки изменения природного качества руды в забое (блоке) могут служить два взаимодополняющих показателя: отношение суммарных длин скважин по рудным и породным интервалам в ряду (веере) скважин, а также отношение содержания золота в буровом шламе смежных рядов (вееров) скважин.

Пояснение к рис. 1: 1. Ряды (расстояние между рядами веерных или параллельных взрывных скважин, диаметр 52 мм; 2. Участок рудного блока (параметры блока Ь=50 м, Н=60 м); 3. Контур рудного тела, мощностью (М) 1 - 3 м; 4. Буровая

установка Aramine MiniDrill L130; 5. Буровой штрек; 6. Сечение золотосодержащей

кварцевой жилы, f=14-16; 7. Рудный интервал скважины длиной 1р,; 1р2;.......; 1рп, м; 8.

Породный интервал скважины длиной lni; 1п2;.......; 1п„, м.

Основным вектором совершенствования транспортных машин в наши дни является применение дистанционных систем управления, например, система, разработанная Atlas Copeo RRC (Remote Rig Control system), : которая создает более комфортные условия оператору, практически снимает необходимость в присутствии человека в очистном пространстве и опасных зонах.

Новейшее горно-шахтное оборудование, выпускаемое передовыми зарубежными производителями способно в какой-то мере решить основное техническое противоречие «качество - производительность», что особенно актуально при отработке запасов ценных руд (например, золотосодержащих) с весьма сложной геологией.

Малогабаритная и автоматизированная буровая, выемочно-погрузочная и транспортирующая техника способна не только обеспечивать высокие темпы выемки, но и быть источником первичной информации о свойствах массива, подвергающегося выемке. Применение такого класса техники в практике рудников как основного горного оборудования пока - в силу сложившегося подхода к разработке маломощных месторождений - довольно редко. Но чтобы использовать этот ресурс с максимальной эффективностью необходима соответствующая теоретическая база для формирования из малогабаритных горных машин (существующих и вновь создаваемых) наиболее результативных технологических схем горнодобычных работ.

Технологическая схема горнодобывающего производства - это концептуальное отражение технологии горных работ, совокупности производственных процессов добычи полезных ископаемых во взаимосвязи с необходимыми для их выполнения горными выработками (очистным пространством) и техническими средствами. В технологической схеме выделяются ее составляющие: техническая - средства комплексной механизации и автоматизации; технологическая - производственные процессы; горная - очистное пространство и горные выработки. Обобщённые технологические схемы горнодобычных работ с учетом ещё во многом существующего уровня механизации в сравнении с современным, а также реально достижимым в ближайшей перспективе уровнем комплексной механизации на основе малогабаритной техники, представлены на рис. 7, рис. 8 и табл. 7.

При разработке золоторудных месторождений весьма важно повышение эффективности зачистки очистного пространства и прилегающих горных выработок. Для отечественных золоторудных предприятий, расположенных в основном в условиях многолетней мерзлоты, наиболее технологичным способом зачистки является пневмовакуумный сбор и транспортирование рудной мелочи. Вакуумный способ сбора и транспортирования рудной мелочи расширяет также возможность использования технологии выбуривания маломощных жил как в условиях криолитозоны, так при пологом и слабонаклонном залегании рудного тела, когда использование водяной промывки в качестве гидротранспорта затруднено. Структуры комплексной механизации на основе малогабаритной самоходной и вакуумной техники позволяют осуществить переход на

14

новый уровень очистных работ как в плане производительности и улучшения условий труда, так и в плане повышения качества очистных работ в целом на 3,2-6,5%.

С существующим уровнем механизации

Бурение шпуров ручными перфораторами типа ПП54(бЗ) 1

Зарядка шпуров УЗМ-1, взрывная отбойка простейшси ВВ типа гранулит, СИ - Нояель

I

Доставка отбитой рудной массы скреперами установками УСП-1И, Е-0,5-0,8 м3

Поддержание очистного пространств а, деревянная крепь

Ру дничное транспортирование шахтные вагонетки ВГ-2

Крупное дроблекие шоковыми дробилками и подъем

С современным уровнем мехавнзацвп

Буренке шт-ров .малогабаритными установками класса' Ахаттс МшШп11 и ЭеЦшапп-Натие! В ПИ. до 220 м см

Зарядка шпуров "Джет-Анол », взрывная отбойка простейшими ВВ типа гранулит. системное псимеиение СИ - Нонель 1

Доставка малогабаритным самоходным оборудование* на гусеничном ходу или колесном типа Агагшпе Мшй-оаёег

Е-0.5 -0.75 м3 ;

Поддержание очистного пространства, система крепления С ПАК или гидравлические стойки

Зачистка почвы выработок эксперимент вакуумными агрегатами. 1,5-» т ч

С перспективным уровнем механизации

Н «формами о ево&етмхм»(хм11 ■ сол*рхавп вв.тояаго комвом*г>

- У прилик* ичесжом

- У прилет* покатегааш Еп«гмруа

■ У арамея** шраи*тра101

1ф«ПЛ«ЯИЛ очногшего

оростралсти.

- Повыаихш ¿фф^сгнсикш проаесса ачнеп»

Дистжи

|фОВКС»ЫВ

а

3» числа вочаы выработок алоппероватымя вод условия поличного П']«аи вакуумным»

моиомисамж. ло $ тч

Рудничное транспортирование самосвалами типа Аташше МтШилюег З.бтилнвагонеткиВГ-2

Склад рудной мелочи Дробление шоковыми дробилками н подъем

Рис. 7. Технологические схемы горно-добычных работ

Буроаяа уом»*» Лгажом

ХВжфгШШО

Диаи б>гриав45-52 мм. _ Проняюдятвгалветьао I ~3и ей: Система каротыло го оурмпик лкспркс аждлязасоэдсгни'. Система зхстаа&иошвго уприлежжж.

ьуроаай уставом Агат»«

\fruDrinU30

Дяам оур*шв4245 мм

Промодмт«лывстъао 150м см

Саст«и1 лсспр*гс ажа.-зш

сод«ржмда

Сжс-ггыа днетшпноннегго уорилеюи

ПДМ Ами».\fiwLoa«»*'ЫЗО 05мм гогша 0,5-0." м'. Прошгозит«»»ст* 120-2 Ют см при лмстаюаш 50-100 м-. Сн спид вшшшхш руля он массы в кокос. Система дис таена иии сто

аааа система жаформашш ■ уираалваа» оромссамя

- Харапержстики миопии

руд»оготв.-т.

- Сол*рзи*яо и*таллз ■» бяоы ,'ВГ.ОЖВр®Г*ОМ яоое):

- Контроль вослап.-.ек проило днтетышет* мала»

- Дисташяаомюе управление

блоков) к траксоорпфесиоа о о ог «пейс« рузиой мел очи проигодитслж>ст»»до4 т 1 Свстеиа дкегашшоинего \тгоавл«яид _

Рис. 8. Технологическая схема очистных работ на основе достижимого в будущем уровня механизации

Таблица 7. Принципиальные технологические схемы горнодобычных работ, на основе современного и достижимого уровня механизации

Угол наклона очистное выроботк

Технологи нес кие схемы горно-добымных робот (тонкие и маломоцные золоторудные месторождения)

а. действующий уровень мехонизоции

А. Технологическая схема горно-доьычных действующий уровень механизации!_

Описа

комплекса

Самотечная доставка 45° - 90° Скоеперноя доставка 0°- 50° Пневмоколесная доставка 0°- 18°

ЯО 50 10-12

I. Перфоратор ПП54/63 - 67 м/см;

II. Пневмозорядчик БВ УЗМ-1 - 1 мЗ/uocj

III. Скреперная установка УСП1И - до

40 т/нас при длине скреперования 40 м, Крепление кустовой крепью;

IV. Погрузка в шахтный транспорт.

V. Крупное дровление руды.

Б. Современный уровень механизации

Б Технологическая схема горно-доьычных робот современный уровень механизации:_

Потеои <30

Описание комплекса

Самотечная доставка 45°- 90° Гусеничная доставка о- 3i

Пневмоколесная доставка 0°- !8° Пневмодос тавка 0° - 50°

ДО 50

?-з

1. Буровая установка Aranine MiniDrilt L130D - 170-220 м/см;

II Пневмозарядиик ВВДжет-Анол -до 2,3 мЗ/uac на ыасси Aranine;

III. Мини-ПДМ Aranine L130D - дальность транспортирования .50 м до 49,5 т/час. Крепление гидростоикоми, Сбор рудной мелочи вакуумным комплексом - до 14 т/см;

IV. Погрузка виьропитотелями в шахтный транспорт ВГ-Р или самосвалы Aranine MiniDumper 3,6 т, аккумуляция оьогаиеннои рудной мелочи в Фильтре-сепараторе;

V. Крупное дровление руды.

. Достижимыи Рове*нь механизации

нологииескоя схема горно-доьычных робот кимыи в вудуием уровень механизации:

Розаьоживоиир ОО

Описоние комплекса

Сомотечноя доставка 45° 90° Гусеничная досIавка 0е- 3* Пневмоколесная доставка 0°- 18° Пневмодос т авка 0° V)0°

2-3

I. Буровая установка Aranine MiniDnll L130D

- 120-170 м/см;

II. Пневмозарядиик ВВДжет-Анол -до ?,3 мЗ/мас на ыасси Aranine, временное крепление гидростоикоми;

III. Мини-ПДМ Aranine L13QD - дальность транспортирования 50 м до 40 т/мае. Сбор рудной мелочи вакуумным комплексом

- до 10 т/см;

IV. Погрузко виьропитотелями в шахтный транспорт ВГ-2 или самосвалы Aranine MiniDunper 3.6 т, аккумуляция овогаш.е1 ¡ной рудной мелочи в Фильтре-сепараторе]

V. Крупное дровление руды.

В результате сформулировано третье защищаемое положение: Использование предложенных в диссертации технологических схем выемки при разработке маломощных золоторудных месторождений на основе■ комплексов малогабаритного самоходного оборудования в совокупности со специализированными вакуумными системами позволяет улучшить достигнутый к настоящему времени показатель качества добычи (0,66-0,83)

на 3,2-6,5%. ______ ■

В диссертации был_ выполнен теоретический расчет параметров систем пневмотранспорта на основе всасывающих (вакуумных) установок, а также анализ влияния характеристик рудной мелочи на мощность комплекса. В качестве исходных данных для расчетов были приняты режимы и условия работы типового золотодобывающего рудника «Каральвием», дальность транспортирования 200 м. При этом за основу расчётов принят сыпучий материал со средней плотностью 2700 кг/м3 и гранулометрическим составом, представленным в рис. 1. Результаты расчетов отражены на рис. 9.

Производительноеть вакуумного комплекс«, г/ч

Рис. 9. Зависимость параметров вакуумной системы

Рекомендуемые диапазоны мощностей вакуумных агрегатов, для сбора и транспортирования золоторудной мелочи крупностью до 60 мм с различным фракционным составом на расстояние 100-300 м, представлены в табл. 8. Исходя из предоставленных расчетов можно сделать вывод, что при среднем увеличении расстояния транспортирования в 3 раза для поддержания заданной производительности требуется увеличение мощности вакуумной системы 2-2,5 раза, что повлечет за собой увеличение массы и габаритов агрегата и, как следствие, снижение его мобильности. Ввиду особенности ведения работ в стесненных условиях подземных горных выработок рациональнее использовать несколько мобильных и мачогабаритных вакуумных установок мощностью до 55 кВт (площадь зачистки до 10000 м2) в совокупности с полустационариым пневмотранспортным комплексом повышенной производительности 45 т/ч С мощностью привода 120-175 кВт, вариант типовой технологической схемы комплекса представлен на рис. 10.

Таблица 8. Диапазоны мощностей вакуумных систем для различных условий

Производительность комплекса 1,5-2,5 т/ч 3,0 - 4,0 т/ч

Концентрация Т:Г 0,7 кг/кг 100 м 200 м 300 м 100 м 200 м 300 м

1. Порошкообразная рудная мелочь -0,5мм >50% 20 - 35 кВт 35 - 50 кВт 55 - 75 кВт 35-50 кВт 60 - 75 кВт 80 - 100 кВт

2. Мелкозернистая рудная мелочь -0,5мм <30% 30 - 45 кВт 55 - 75 кВт 75 - 100 кВт 50 - 70 кВт 85- 105 кВт 115- 145 кВт

3. Крупнозернистая рудная мелочь -0,5мм <10% 40 - 55 кВт 65 - 90 кВт 90 - 125 кВт 65 - 85 кВт 105- 130 кВт 140- 175 кВт

Производительность комплекса 1,5-2,5 т/ч 3,0 - 4,0 т/ч

Концентрация Т:Г 1,4 кг/кг 100 м 200 м 300 м 100 м 200 м 300 м

1. Порошкообразная рудная мелочь -0,5мм >50% 20 - 30 кВт 35 - 50 кВт 50 - 70 кВт 30-40 кВт 55 - 65 кВт 80 - 90 кВт

2. Мелкозернистая рудная мелочь -0,5мм <30% 30 - 40 кВт 50 - 70 кВт 75 - 95 кВт 40 - 50 кВт 70 - 90 кВт 100- 125 кВт

3. Крупнозернистая рудная мелочь -0,5мм <10% 30 - 45 кВт 55 - 75 кВт 80 - 105 кВт 50-60 кВт 85- 100 кВт 125 - 140 кВт

Производительность комплекса 1,5-2,5 т/ч 3,0 - 4,0 т/ч

Концентрация Т:Г . . . 2,1 кг/кг. 100 м . . 200 м . . 300 м . 100 м . . 200 м . . 300 м .

1. Порошкообразная рудная мелочь -0,5 мм >50% 20 - 30 кВт 35 - 50 кВт 50 -74 кВт 30 - 40 кВт 55 - 65 кВт 80 - 95 кВт

2. Мелкозернистая рудная мелочь -0,5мм <30% 25 - 35 кВт 50 - 65 кВт 70 - 90 кВт 40 - 50 кВт 70 - 85 кВт 105 -120 кВт

3. Крупнозернистая рудная мелочь -0,5мм <10% 30 - 45 кВт 60 - 70 кВт 85- 110 кВт 45 - 60 кВт 85-100 кВт 120 - 145 кВт

Рис, 10. Принципиальная схема модульного вакуумного комплекса для зачистки очистных блоков

В результате сформулировано четвертое защищаемое положение:

В качестве основного расчетного параметра модульного вакуумного комплекса, включаемого в технологическую схему рудника, необходимо принимать мощность его привода, определяемую в зависимости от эквивалентного диаметра частиц золоторудной мелочи и длины пневмотранспортной :'линии. Рациональный диапазон мощности модульных вакуумных агрегатов для сббра естественно обогащенной золоторудной мелочи с почвы очистного пространства при производительности 1,5-4 т/ч составляет от 20 до J 75 кВт. '

Использование малогабаритных добычных комплексов на основе универсальных шасси Aramine позволяет в значительной мере (на 20-25%) снизить себестоимость добычи на тонну руды. Применение вакуумных систем для зачистки очистных выработок позволяет повысить эффективность освоешм маломощных золоторудных месторождений за счет снижения эксплуатационных потерь (в среднем на 57%), а также повысить производственно-экономические показателей предприятия, по средствам улучшения качества добываемых руд.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой дано теоретическое обоснование технических и горно-технологические решений при проектировании подземной разработки маломощных золоторудных месторождений, направленных на повышение извлечения запасов недр, улучшения качества добытой руды и снижение негативного воздействия золоторудного производства на окружающую среду.

В результате выполненных исследований лично автором получены следующие результаты:

1. Показано, что существующие технологии отработки маломощных золоторудных месторождений ориентированы на валовую выемку с применением мощного горного оборудования, что обусловливает тенденцию ухудшения качества добываемых руд и приводит к снижению извлечения запасов золота при добыче и переработке руды и недоиспользованию потенциала месторождения. Решение проблемы возможно за счет

Г19

применения комплексов малогабаритного самоходного оборудования в совокупности со специализированными техническими средствами.

2. Низкий уровень механизации является сдерживающим фактором для роста производственных показателей золотодобывающих предприятий, как из-за низкой производительности очистных работ, так и недоизвлечения металла (в объеме 2,53,5%) в процессе очистных работ.

3. Мелкие фракции отбитой руды характеризуются повышенным содержанием золота относительно рядовой рудной массы, и ее дальнейшее вовлечение в процесс обогащения позволяет пропорционально улучшить качество добытой руды.

4. Установлено, что технологические схемы процессов очистных работ на основе применения малогабаритных самоходных машин и специализированных пневмовакуумных систем обеспечивают повышение показателя качества добычных работ на 3,2-6,5%.

5. Интенсификация процесса зачистки очистных блоков от остатков золоторудной мелочи в объеме до 1,5-4 т/ч возможна за счет применения адаптированных под условия рудника вакуумных комплексов в диапазоне их мощности 20-175 кВт, задействованных по модульной схеме. ■

6. Внедрение результатов исследования 6 практику проектирования и модернизацию отечественных золотодобывающих рудников позволит улучшить их технико-экономические показатели - повысить качество добытой руды, снизить потери металла при добыче и переработке, а также уменьшить экологические проблемы в золотопромышленных районах.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях автора:

1) Ломоносов Г.Г., Шангин С.С., Юсимов Б.В. Повышение извлечения мелких фракций золотосодержащих руд при подземной разработке маломощных месторождений // Горный информационно-аналитический ' бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений - 2013, №5. - С. 12-18.

2) Шангин С.С. Современное комплексное техническое оснащение очистных работ при разработке маломощных месторождений золота // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений — 2013, №5. — С. 97-106.

3) Шангин С.С., Юсимов Б.В. Апробация технологии вакуумного сбора и транспортирования рудной мелочи на золотодобывающем руднике Каральвием // Недропользование 21 Век - 2013, №3. - С. 24-27.

4) Шангин С.С. Вакуумная техника на помощь золотодобыче // Золотодобывающая промышленность - 2010, №5. - С. 24-25.

Подписано в печать 18.09.2013. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 1,0 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 2692

ИЗДАТЕЛЬСТВО »»МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Лицензия на издательскую деятельность ЛР № 062809 Код издательства 5X7(03)

Отпечатано в типографии Издательства Московского государственного горного университета

Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛДКя 53-305

119991 Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6; Издательство МГГУ; тел. (499) 230-27-80; факс (495) 737-32-65

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шангин, Семён Сергеевич, Москва

Московский государственный горный университет

На правах рукописи 04201363159 _

- (У\ЛЛС1^

Шангин Семён Сергеевич

Обоснование проектных решений при подземной разработке золоторудных месторождений комплексами малогабаритного самоходного оборудования

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 25.00.21. - «Теоретические основы проектирования горнотехнических систем»

Научный руководитель проф., д.т.н., Ломоносов Г.Г.

Москва - 2013 г.

Оглавление

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

1. Проблема повышения извлечения золота при подземной разработке..................................................................................10

1.1 Анализ золотодобывающего производства, тенденции его развития и проектирования..........................................................................10

1.2 Проблема повышения извлечения золота из недр при подземной добыче

РУД............................................................................................18

1.3 Состояние изученности вопроса и практики снижения эксплуатационных потерь в подземных рудниках.......................................................23

1.4 Основные факторы, влияющие на изменение качественно-количественных показателей добываемой руды......................................................29

1.5 Типовые золотодобывающие рудники с характерными для маломощных месторождений горно-геологическими и горнотехническими условиями.37

1.5.1 Рудник «Ирокинда», тенденции изменения количественных показателей золотосодержащих руд............................................................37

1.5.2 Рудник «Каральвеем», повышение извлечения мелких фракций золотосодержащих руд............................................................43

1.6 Влияние качества золотосодержащих руд на показатели производства..............................................................................52

Вывод по главе 1.............................................................................60

2. Анализ проектных и технических решений при подземной разработке маломощных золоторудных месторождений..................................61

2.1 Изучение типовых золоторудных месторождений..............................61

2.2 Оценка состояния технологии разработки тонких и маломощных золоторудных месторождений.......................................................71

2.3 Современные возможности комплексного технического оснащения при разработке тонких и маломощных месторождений золотосодержащих РУД........................................................................................107

2.3.1 Анализ существующего уровня механизации очистных работ при разработке тонких и маломощных золоторудных месторождений......107

2.3.2 Оценка возможности повышения уровня технического оснащения очистных работ при разработке тонких и маломощных золоторудных месторождений......................................................................113

2.3.3 Взрыводоставка, как одно из средств альтернативной разработки

маломощных золоторудных месторождений................................145

♦

2.3.4 Анализ возможности применения технологии выбуривания при разработке тонких и маломощных золоторудных месторождений....152

2.3.5 Предлагаемые структуры и технологические схемы комплексной механизации очистной выемки при разработке тонких и маломощных месторождений золота............................................................157

Вывод по главе 2..........................................................................167

3. Обоснование рабочих параметров вакуумных систем и их адаптация под условия золотодобывающего подземного рудника.....................168

3.1 Общие положения вакуумной системы......................................168

3.2 Расчет оптимальных характеристик вакуумных агрегатов и дополнительного оборудования...............................................176

3.3 Анализ возможности адаптации промышленных вакуумных систем под специфические условия подземного рудника..............................190

Вывод по главе 3..........................................................................196

4. Экономическая оценка принятых проектных и технических решений.

Апробация элементов комплексной механизации..............................197

4.1 Экономическое обоснование выемочного комплекса на основе универсальных шасси Агатте и вакуумных систем.......................197

4.2 Апробация элементов комплексной механизации на золотодобывающем руднике «Кедровский»...................................202

Вывод по главе 4............................................................................210

Заключение..................................................................................211

Литература..................................................................................213

Приложения................................................................................218

Введение

Актуальность работы. Золоторудные месторождения составляют весьма важную часть минерально-сырьевой базы России, основная доля которых расположена на Урале, в Красноярском крае, Забайкалье и в других районах Сибири и Дальнего Востока. Золото является ценным полезным ископаемым, высокая потребность в котором ощущается постоянно. Поэтому существует объективная необходимость наращивания объёмов его добычи, в том числе за счёт вовлечения в эксплуатацию маломощных месторождений, часто с более сложными условиями залегания, для чего необходимо дальнейшее совершенствование горного производства, максимально используя достижения технического прогресса. Чаще всего эти месторождения имеют относительно небольшие запасы, а потому сроки их эксплуатации сравнительно короткие и их разработка традиционно ведётся с применением простейших средств производства (ручных перфораторов, скреперных лебёдок, деревянного крепления и пр.), что обусловливает относительно низкие производственно-экономические показатели.

В последние годы проектирование подземной разработки таких месторождений стало основываться на базе применения погрузочно-доставочных машин и другой современной техники с валовой технологией выемки золоторудных запасов. Для этого с целью увеличения фронта горных работ приходится объединять отдельные рудные тела в укрупнённые рудные зоны (штокверки). В результате существенно возрастают масштабы горного и обогатительного производств и соответственно производительность по добываемой и перерабатываемой рудной массе. Но одновременно с этим значительно увеличиваются объемы добычи и переработки непроизводительной части рудной массы, соответственно ухудшается качество добытой руды, заметно интенсифицируются негативные воздействия золоторудного производства на окружающую среду.

В диссертации предлагается альтернативное этому направление проектирования подземной разработки такого типа месторождений, основанное на применении технологических схем с комплексами малогабаритного самоходного оборудования, а также современных технических средств, обеспечивающих повышение извлечения золота из недр и улучшение качества добычи за счёт минимизации объёмов горных и обогатительных работ. В этом случае при существенно меньших масштабах горных работ и общих затратах на горнодобывающее и обогатительное производство создаются условия для более эффективного производства золота и рационального использования его запасов с меньшими нарушениями природной среды.

Таким образом, научно-техническое обоснование путей эффективного решения задач, направленных на решение проблемы совершенствования проектов золоторудных предприятий с подземным способом добычи с учётом тенденции ухудшения минерально-сырьевой базы и с использованием современных достижений технического прогресса, является весьма актуальным.

Цель работы - научно-техническое обоснование перспективных технологических схем горнодобычных работ на базе применения комплексов малогабаритного самоходного оборудования при проектировании подземной разработки маломощных золоторудных месторождений, обеспечивающих повышение использования запасов недр, улучшение качества добытой руды и снижение экологической нагрузки.

Идея диссертации заключается в использовании в проектах подземных рудников, разрабатывающих маломощные золоторудные месторождения, комплексов горнодобывающего оборудования, позволяющих минимизировать размеры выемочного пространства и горных выработок, с одновременным применением в этих комплексах адаптированных к горному производству технических средств зачистки золоторудной мелочи, что в совокупности создаёт условия для улучшения качества добытой руды сокращения потерь

золота при добыче и переработке руды, а также для улучшения экологической обстановки.

Задачи исследования:

- анализ состояния сырьевой базы золоторудных месторождений России, тенденции её развития и проблемы повышения использования запасов;

- анализ проектных и технических решений ведущих предприятий золотодобывающей отрасли РФ;

- исследование изменения качественных характеристик добываемых золотосодержащих руд и их последующее влияние на показатели обогащения;

горно-технологическая оценка типовых систем разработки и анализ уровня механизации основных процессов очистной выемки при отработке маломощных золоторудных месторождений;

- разработка перспективных технологических схем комплексной механизации очистных работ на основе малогабаритной самоходной техники;

- экономическое обоснование предложенных технологических и технических решений;

- апробация элементов технологических решений на горных предприятиях.

Методы исследований. В работе использованы: комплекс методов,

включающий научное обобщение, анализ передового отечественного и зарубежного опыта и результатов ранее выполненных исследований в данной области, методы экономико-математического и имитационного моделирования, математические методы обработки статистических данных и аналитические исследования.

Основные научно-технические положения, представляемые к защите: 1. Для современных проектов подземной разработки золоторудных месторождений характерна тенденция формирования, с целью расширения фронта работ для высокопроизводительного горного оборудования, рудных зон (штокверков) из маломощных рудных тел, что наряду с повышением производительности и снижением себестоимости горнодобычных работ приводит к ухудшению качества рудной массы, снижению сквозного извлечения металла и интенсификации

нарушения окружающей среды. Альтернативное решение проблемы возможно на базе применения комплексов малогабаритного самоходного оборудования, обеспечивающего повышение темпов горнодобычных работ, значительное уменьшение габаритов очистного пространства и горных выработок, что создаёт благоприятные условия для достижения более эффективных результатов золоторудного производства.

2. Золоторудная мелочь в диапазоне крупности от 25 мкм до 1 мм обладает повышенным содержанием металла относительно рядовой рудной массы и ее дальнейшее вовлечение в процесс обогащения позволяет улучшить качество добытой руды. Установлено, что улучшение состава золотосодержащей руды по содержанию в 2 раза (сквозное извлечение) и 6,5 раз (гравитационное обогащение) сопровождается увеличением выхода концентрата в 1,36 и 3,4 раз соответственно. Для извлечения мелких фракций рудной массы, обладающих относительно высокой концентрацией золота, наиболее рациональным и технологичным является пневмо-вакуумный способ.

3. Использование предложенных в диссертации технологических схем выемки при разработке маломощных золоторудных месторождений на основе комплексов малогабаритного самоходного оборудования в совокупности со специализированными вакуумными системами позволяет улучшить достигнутый к настоящему времени показатель качества добычи (7^=0,66-0,83) на 3,2-6,5%.

4. В качестве основного расчетного параметра модульного вакуумного комплекса, включаемого в технологическую схему рудника, необходимо принимать мощность его привода, определяемую в зависимости от эквивалентного диаметра частиц золоторудной мелочи и длины пневмотранспортной линии. Рациональный диапазон мощности модульных вакуумных агрегатов для сбора естественно обогащенной золоторудной мелочи с почвы очистного пространства при производительности 1,5-4 т/ч составляет от 20 до 175 кВт.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке принципиально новых технологических схем подземной разработки маломощных золоторудных месторождений на основе комплексов современного малогабаритного самоходного оборудования и других специализированных технических средств, позволяющих существенно повысить извлечение запасов золота из недр и улучшить качество добытой руды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются надёжностью и представительностью исходных данных, использованием современных компьютерных средств и программных продуктов для анализа, обработки результатов и моделирования; использованием апробированных методик исследования коэффициентом детерминации полученных зависимостей (Я =0,54).

Научное значение работы заключается в создании системной базы для новых технических решений при проектировании нового и модернизации действующего золоторудного производства в соответствии с современным техническим и технологическим уровнем, отличающихся от существующих подходов и связанных с этим тенденций в золотодобыче, что создаёт условия для повышения эффективности освоения маломощных золоторудных месторождений.

Практическое значение работы заключается в разработке прогрессивных технологических схем выемки на базе малогабаритного самоходного оборудования и других специализированных технических средств, позволяющих использовать их в проектах, что позволяет повысить эффективность освоения золоторудных месторождений малой мощности.

Личный вклад автора состоит в постановке научных и технических задач, их решении и анализе полученных результатов; в теоретическом обосновании и разработке новых технических и технологических решений по

подземной разработке маломощных золоторудных месторождений; в установлении количественно-качественных зависимостей.

Апробация диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на заседании кафедры «Технологии подземной разработки месторождений» Московского государственного горного университета (г. Москва, 2012-2013 г.г.), на международной конференции «Неделя горняка 2013» (МГГУ, 2013 г.), а также на техническом совещании золотодобывающей компании «УК Золотые проекты» (г. Москва, 2013 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 4 научных статьях, в том числе 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1) Ломоносов Г.Г., Шангин С.С., Юсимов Б.В. Повышение извлечения мелких фракций золотосодержащих руд при подземной разработке маломощных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений - 2013, №5. - С. 12-18.

2) Шангин С.С. Современное комплексное техническое оснащение очистных работ при разработке маломощных месторождений золота // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск). Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений -2013,№5.-С. 97-106.

3) Шангин С.С., Юсимов Б.В. Апробация технологии вакуумного сбора и транспортирования рудной мелочи на золотодобывающем руднике «Каральвеем» // Недропользование 21 Век - 2013, №3. - С. 24-27.

4) Шангин С.С. Вакуумная техника на помощь золотодобыче // Золотодобывающая промышленность -2010, №5. - С. 24-25.

1. Проблема повышения извлечения золота при подземной разработке.

1.1 Анализ золотодобывающего производства, тенденции его развития и проектирования.

Золото принадлежит к ведущим стратегическим полезным ископаемым. Оно является базовым элементом мировой финансовой системы и служит источником крупных валютных поступлений, широко используется в базовых отраслях промышленности, так как имеет широкий спектр применения и сохраняется в долгосрочной перспективе с ростом потребления во всех сферах использования. Золото никогда не теряло свою ценность, это наглядно показывает тот факт, что независимо от колебаний в обществе и проявления всевозможных исторических катаклизмов, происходило постоянное накопление золотого запаса и в данный момент времени общемировые банковские резервы золота оцениваются в 32 тыс. тонн.

Анализ (рис. 1) динамики добычи золота в мире [9] показал, что в период с 2005 по 2008 годы объемы добычи снижались на 1,8-2% за год и достигли минимального значения - 2409 тонн. Мировой финансово-экономический кризис 2008 года обусловил резкий спрос и, как следствие, рост цены на золото, которая достигла в сентябре 2009 своего исторического уровня - примерно 1000 долл./тр.унцию, при этом добыча впервые за 5 лет приблизилась''к показателям 2000-2003 гг. - 2572 тонны или 6,8% роста в сравнении с предыдущим периодом. Последующие 5 лет наблюдается значительное увеличени