Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование рациональных технологий разработки маломасштабных золоторудных месторождений

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональных технологий разработки маломасштабных золоторудных месторождений"

добычи руд использованы ответственными специалистами ООО «Восточная горно-рудная компания» при разработке проекта на освоение Дурминского золоторудного месторождения».

2. Результаты выполненных научных исследований по усовершенствованию традиционной технологии открытой разработки золоторудных месторождений использованы при разработке проекта ликвидации «Карьера № 1», которым отрабатывается Хаканджинское золотосеребряное месторождение.

3. Основные научные и практические результаты выполненных исследований использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по специальности «Горное дело», в ТОГУ.

Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы и ее отдельные положения докладывались и обсуждались на научных симпозиумах: «Неделя горняка» 2009, 2010, 2011, 2012 и 2013 гг. (г. Москва); на Международных научных конференциях: на Х1У-ой конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (г. Москва, 2010 г.), II, III, IV, У-ой - «Проблемы комплексного освоения георесурсов» 2007, 2009, 2011, 2013гг. (г. Хабаровск); «Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья» (Плаксин-ские чтения -2013); на Хабаровском краевом конкурсе молодых ученых и аспирантов 2009, 2010, 2011 гг. (г. Хабаровск); на конференциях молодых ученых и аспирантов ИГД ДВО РАН «Проблемы рационального освоения георесурсов» 2008, 2009, 2010,2011 гг. (г. Хабаровск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 7 работ в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК; получено 4 патента Российской Федерации на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, 133 библиографических источников, изложена на 183 страницах, включая 33 таблицы и 39 рисунков, а также из приложений на 49 страницах.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Г.В. Секисову за высокопрофессиональное руководство и доброжелательное отношение к работе, научному консультанту д.т.н. И.Ю. Рассказову за научно-практическую помощь при установлении геомеханических условий и оценке их влияния на процессы открытых горных работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность, цель, задачи и методы исследований, основные научные положения, научная новизна, а также практическая значимость работы, личный вклад автора, апробация, реализация основных результатов работы.

В первой главе диссертационной работы изложены результаты обобщения и анализа отечественной и зарубежной практики открытой разработки золоторудных месторождений, а также ранее выполненных исследований в области обоснования технологий открытой разработки золоторудных месторождений; оценки современного состояния и перспектив развития золотодобывающей отрасли горной промышленности.

Объем эксплуатационного руднасо телам3

—•— раздельное взрывание руд и пород скважинами с! = 100 мм:

1 - при высоте добычного уступа 5 м

2 - при высоте добычного уступа 10 м

3 - при высоте добычного уступа 15 м 3 - при высоте добычного уступа 5м и ё = 200 мм:

—V—совместное взрывание руди пород и раздельная их отработка узкими экскаваторными заходками:

1 - при высоте добычного уступа 5 м

2 - при высоте добычного уступа Юм

--совместное взрывание руд и пород

раздельной экскаваторной выемки:

1 - при высоте добычного уступа 5 м

2 - при высоте добычного уступа 15 м

Рисунок 6. Зависимость показателя глубины раздельной выемки рудных тел при различных средствах, методах и параметрах

- основным и в большинстве случаев единственным средством перемещения горной массы являются автосамосвалы грузоподъемностью от 30 до 75 тонн и более; отвалообразование, как правило, — внешнее.

- специальных и эффективных мероприятий по текущему и перспективному сохранению неиспользуемых природных и техногенных минеральных объектов при проектировании и разработке месторождений не предусматривается и не осуществляется.

Все это вместе взятое предопределяет неполноценную добычу рудной массы, и прежде всего, невысокое ее качество (вследствие значительной степени фактического разубоживания — порядка 10-15 до 16-18 %) и существенные потери руды (до 10-15 %), и следовательно - недополучение определенного количества минеральной продукции и прибыли.

Таким образом, имеются немалые резервы в повышении эффективности освоения маломасштабных золоторудных месторождений региона. Их реализация (на первом этапе) обоснована нами за счет, усовершенствования применяемых традиционных технологий разработки данных месторождений.

Рациональная модернизация традиционной технологии открытой разработки маломасштабных золоторудных месторождений целесообразна и практически возможна в нескольких реальных направлениях.

Комплексное усовершенствование традиционной технологии открытой разработки месторождений данного типа нами обосновано на базе технических и организационно-технологических средств и методов:

1) рационального состава и методов получения горно-геологической ин-

рий, типов и видов минеральной продукции, получаемой в течение времени Тп

2Х,- суммарные дисконтированные затраты на сохранение временно

неосваиваемых производных минеральных объектов, включая локальные участки месторождения;

^п — суммарные дисконтированные непроизводственные затраты - пла-

тежи и отчисления на различного рода налоги, штрафы и т.д., осуществляемые за время Т„.

Интегральную величину ЧДД для оценки эффективности отработки месторождения в целом, с применением инновационной комбинированной технологии, предложено определять на основе исходной зависимости общего вида:

где п- порядковый номер рудного тела по критерию уменьшения ЧДД;

Л'-общее количество рудных тел месторождения;

Цг~ стоимость реализуемой (реализованной) продукции в /-м году;

3/— эксплуатационные затраты, произведенные в том же году без учета амортизационных отчислений;

Т— количество лет от начала строительства до ликвидации предприятия;

Е— норма дисконтирования, принимаемая на уровне приемлемой для инвестора нормы доходности или прибыльности;

Кг- капитальные вложения в /-м году.

Выполненная укрупненная оценка эффективности применения инновационной технологии освоения характерного маломасштабного золоторудного месторождения региона показывает, что обеспечивается сокращение капитальных затрат в 1,4 раза, увеличение получаемого чистого дисконтированного дохода предприятия на 40 % и снижение среднего коэффициента вскрыши более чем в 2 раза.

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно и технически обоснованные организационно-технологические средства и методы, направленные на существенное повышение эффективности разработки маломасштабных золоторудных месторождений Дальневосточного региона, реализация которых позволяет внести существенный вклад в обеспечение рационального развития его золотодобывающей отрасли горной промышленности.

Основные результаты выполненных исследований и разработок заключаются в следующем:

1. Выявлены и систематизированы основные факторы и тенденции в использовании и развитии открытого способа разработки маломасштабных золоторудных месторождений в условиях Дальневосточного региона.

2. Установлены и математически выражены закономерности:

- возрастания уровня энергозатрат на общетехнологическое разрушение горной породы с увеличением кусковатости взорванной горной массы;

Тк

Тп

(3)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Соболев, Алексей Анатольевич, Хабаровск

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК Институт горного дела Дальневосточного отделения РАН

04201453403

На правах рукописи

СОБОЛЕВ Алексей Анатольевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ МАЛОМАСШТАБНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

(на примере освоения золотосеребряных руд

месторождений Хабаровского края)

Специальность:

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Г.В. Секисов

Хабаровск-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................5

1 ОБОБЩЕНИЕ И АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРАКТИКИ, ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.....................13

1.1 Исходные положения................................................................13

1.2 Оценка состояния и перспектив добычи золота и освоения разномасштабных месторождений в России и за рубежом...........................................15

1.2.1 Оценка состояния минерально-сырьевой базы золоторудных месторождений................................................................................................15

1.2.2 Географическая структура и особенности добычи золота в мире.......17

1.2.3 Состояние и перспективы развития золотодобывающей промышленности в Хабаровском субрегионе.......................................................................26

1.3 Обобщение применяемых технологий разработки маломасштабных золоторудных месторождений................................................................29

1.4 Применяемые технологии рудоподготовки и переработки золоторудного минерального сырья.............................................................................43

1.5 Обобщение и анализ ранее выполненных исследований в области освоения маломасштабных золоторудных месторождений...................................46

1.6 Объект, предмет, цель и задачи исследований.................................50

2 УСТАНОВЛЕНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ МАЛОМАСШТАБНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РЕГИОНА КАК ОБЪЕКТОВ ОСВОЕНИЯ.....................53

2.1 Исходные положения................................................................53

2.2 Обоснование системы классификационных признаков и принципов.....54

2.3 Установление системы классификаций маломасштабных золоторудных месторождений..................................................................................57

2.3.1 Геологические классификации маломасштабных золоторудных месторождений .........................................................................................58

2.3.2 Экономические классификации маломасштабных золоторудных месторождений .....................................................................................65

2.3.3 Технологические классификации маломасштабных золоторудных месторождений ......................................................................................67

2.4 Установление главных факторов и основных особенностей условий разработки золоторудных месторождений Дальневосточного региона..................72

Выводы.....................................................................................80

3 ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МАЛОМАСШТАБНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ....................82

3.1 Исходные положения...............................................................82

3.2 Установление основных параметров системы разработки усовершенствованной традиционной технологии .....................................................83

3.3 Обоснование основных параметров рыхления горных пород..............87

3.4 Обоснование усовершенствований процессов рудоподготовки..........95

3.5 Основные направления повышения эффективности выемочно-погрузочных и транспортных работ ...........................................................................106

3.6 Обоснование усовершенствования технологии добычных работ на основе глубокой селективной выемки..........................................................113

Выводы...................................................................................119

4 РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ...........................122

4.1 Исходные положения..............................................................122

4.2 Обоснование инновационной технологии открытой разработки маломасштабных золоторудных месторождений с использованием мобильного подготовительно-перерабатывающего комплекса.............................................123

4.3 Установление технологических схем и последовательности реализации основных технологических процессов....................................................130

4.4 Обоснование инновационных технических средств, технологических процессов, методов и параметров разработки маломощных крутопадающих рудных месторождений............................................................................138

4.5 Установление основных параметров инновационного открытого подземного способа освоения Дурминского золоторудного месторождения................143

Выводы...................................................................................148

5 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ...........................................................................150

5.1 Обоснование состава эффективности технологии освоения.............150

5.2 Техническая оценка применяемых технологий, средств и методов выемки руд.............................................................................................151

5.3 Методика количественной оценки полноты использования руд месторождений..........................................................................................153

5.4 Разработка методики укрупненной оценки экономической эффективности технологий освоения......................................................................157

5.5 Установление уровня эффективности наиболее рациональных технологий освоения....................................................................................162

Выводы...................................................................................165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................167

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................171

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................184

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

Экономическое и социальное развитие страны, особенно ее Дальневосточного региона, связано с эффективным вовлечением в освоение минерально-сырьевых ресурсов, и прежде всего - золоторудных.

Дальневосточный регион России занимает одно из ведущих мест в золотодобыче страны и располагает значительными ресурсами рудного золота, основная часть которых успешно осваивается. Ранее, главная роль отводилась крупным и средним по масштабам золоторудным месторождениям. Однако за годы интенсивной отработки их ресурсный потенциал существенно снизился. В связи с этим все большее внимание привлекает к себе освоение маломасштабных золоторудных объектов, сосредоточенных практически во всех золотоносных областях и провинциях Дальневосточного региона и Забайкалья.

За последние 7-10 лет в освоение было вовлечено более 20 таких месторождений. В ряде крупных зарубежных золотодобывающих стран (США, Австралия, Канада и др.) освоение подобных месторождений интенсивно развивается с 70-х годов минувшего столетия.

Значительная часть запасов золотосодержащих руд этих месторождений сосредоточена в крутопадающих жилах и жилообразных телах, характеризующихся сложной структурой и наличием нескольких типов руд. Их разработка связана с высоким разубоживанием руды и коэффициентами вскрыши, что предопределяет относительно высокие эксплуатационные затраты при использовании традиционных технических средств и технологических методов их разработки и освоения в целом.

В этой связи научные обоснования и исследования по разработке, а также радикальному усовершенствованию применяемых и созданию инновационных тех-

нологий освоения маломасштабных золоторудных месторождений ныне являются весьма актуальными.

Работа основана на результатах исследований, выполненных при непосредственном участии автора по плановым темам НИР Института горного дела ДВО РАН: «Разработка научных основ создания высокоэффективных геотехнологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых Дальневосточного региона России» (№ ГР 01200953152), а также инициативных научных проектов ДВО РАН № 12-Ш-А-08-179 «Создание физической модели процесса агломерации дисперсных благородных металлов при лазерном воздействии», РФФИ № 13-05-00586 «Исследование нелинейных эффектов при взаимодействии лазерного излучения с горными породами и минеральными средами с целью интегрирования волоконных лазеров в технологии горного производства», в рамках проекта фундаментальных исследований молодых ученых ДВО РАН № 12-Ш-В-08-177 «Разработка эффективной технологии освоения маломасштабных золоторудных месторождений».

Объект исследований — технологии открытой и нетрадиционных комбинированных разработок маломасштабных золоторудных месторождений.

Предмет исследований - основные горно-геологические особенности маломасштабных золоторудных месторождений Дальневосточного региона и технологические процессы их разработки.

Общая цель работы - научно-техническое обоснование рациональных технологий разработки маломасштабных золоторудных месторождений, позволяющих существенно повысить эффективность их освоения.

Основная идея работы заключается в том, что обеспечение эффективной разработки маломасштабных золоторудных месторождений может быть достигнуто на основе широкого применения научно-технически обоснованных усовершенствований традиционных и инновационных технологий их освоения, базируясь при этом на комплексном использовании горно-геологических особенностей, дифференциа-

ции руд и рудной массы (качественной и количественной) в процессах эксплуатационной разведки, взрывного (преимущественно) рыхления горных пород, глубокой селективной выемки, рациональной сквозной минеральной подготовки и переработки, мобильных технических средств и значительного сокращения объемов вскрышных работ, а также автоматизированного управления технологическими процессами.

Основные задачи исследований:

1. Обобщить, выполнить анализ и систематизацию применяемых и ранее предложенных технологий разработки маломасштабных золоторудных месторождений.

2. Систематизировать маломасштабные золоторудные месторождения Дальневосточного региона и установить их основные особенности.

3. Обосновать рациональное усовершенствование традиционных технологий открытой разработки маломасштабных золоторудных месторождений региона.

4. Обосновать инновационные технологии, их методы и параметры разработки маломасштабных золоторудных месторождений, и в частности, - крутопадающих малой мощности.

5. Осуществить оценку эффективности рациональных технологий разработки (на примере одного из типовых золоторудных месторождений региона).

Методы исследований. В процессе выполнения диссертационной работы использованы в комплексе основные методы, включая: обобщение и анализ практики проектирования и разработки рудных месторождений, исходной информации, содержащейся в опубликованных и фондовых материалах, патентной деятельности; системный анализ полученных аналитических и фактических данных по работе горно-обогатительных предприятий и эксплуатации золоторудных месторождений; классифицирование минеральных объектов; экспериментальные исследования; экономико-математическое и компьютерное моделирование; усовершенствование методики оценки.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Рациональное усовершенствование применяемых технологий разработки маломасштабных месторождений золотосеребряных руд региона достигается в комплексе на основе научно-технического обоснования: эффективных методов эксплуатационной разведки, производства вскрышных и добычных работ, селективной выемки руд, технологических схем с использованием современной буровой, экскавационной и транспортной техники, отличающейся меньшей массой, большей мобильностью и производительностью, позволяющих на 15-25 % повысить основные технико-экономические показатели горно-добычных работ.

2. Значительное повышение эффективности освоения маломасштабных золоторудных месторождений региона достигается на базе комплексного научного обоснования, разработки, материализации и широкого применения патентно защищенных инновационных технологий освоения, включая открытые и комбинированные.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается корректной постановкой и решением основных задач с использованием современных методов исследований; использованием представительного объема статистических данных основных технико-экономических показателей работы золотодобывающих предприятий; использованием научно-обоснованных подходов и методов оценки экономической эффективности применения обоснованных технологий разработки месторождений; экономико-математического моделирования; логической непротиворечивости и сходимости результатов моделирования; положительными результатами использования рекомендаций и выводов диссертационного исследования при проектировании и разработке золоторудных месторождений Хабаровского края; апробацией результатов исследований на международных и российских конференциях и научных семинарах.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены и систематизированы научные принципы и признаки, предо-

пределяющие главные элементы создаваемой системы классификаций маломасштабных золоторудных месторождений, и технологических методов.

2. Выявлены и систематизированы основные особенности маломасштабных золоторудных месторождений региона (с позиций их эффективного освоения) по количественным, качественным, геологическим, геоморфологическим, минералогическим, генетическим, инженерно-геологическим и некоторым другим признакам.

3. Установлены основные тенденции в использовании и развитии распространенного способа разработки маломасштабных золоторудных месторождений.

4. На основе научно-технического обоснования усовершенствована традиционная технология открытой разработки небольших и малых рудных месторождений, использование которой на текущем этапе их освоения позволит существенно повысить ее экологическую, экономическую и социальную эффективность.

5. Выявлен и математически выражен ряд закономерностей:

- динамика объемов добычи золотосодержащих руд и благородного металла;

- изменения уровня энергозатрат на разрушение горной породы в зависимости от кусковатости взорванной горной массы;

- увеличения массы основного горного оборудования с ростом его параметров;

- снижения среднего содержания золота в рудах разведываемых и отрабатываемых запасах.

6. Дальнейшее развитие получила методика оценки экономической эффективности применения прогрессивной технологии освоения маломасштабных золоторудных месторождений, заключающаяся в комплексной оценке на основе предложенного интегрального показателя эффективности, и отражении последствий сохранения временно неиспользуемых природных и техногенных минеральных объектов.

Практическая значимость результатов работы заключается, главным образом, в следующем:

1. Обосновано усовершенствование традиционной технологии открытой раз-

работки отдельных маломасштабных золоторудных месторождений Хабаровского края, практическая реализация которых на современном этапе позволяет существенно (в 1,15-1,25 раза) повысить экологическую, экономическую и социальную эффективность их освоения.

2. Разработана высокоэффективная технология открытого способа разработки маломасштабных золоторудных месторождений с использованием мобильного внутрикарьерного технического комплекса и переработки рудной массы по типам и сортам, включающего минерально-подготовительный и минерально-перерабатывающий агрегаты.

3. Предложена прогрессивная комбинированная технология освоения маломасштабных крутопадающих месторождений золотосодержащих руд жильного типа, при которой верхняя часть месторождения отрабатывается траншееподоб-ным способом, а нижняя (основная) - открытым подземным, базирующимся на панельной разработке отдельных рудных тел месторождения с минимальным коэффициентом вскрыши и закладкой выработанного пространства вскрышными породами и отходами переработки руд.

4. Обоснованы рациональные методы раздельной выемки руд и горных пород в целом (при выделении типов, подтипов и сортов), использование которых позволяет значительно повысить (в 1,2-1,5 раза) уровень извлечения руд из недр и полезных компонентов из минерального сырья.

5. На базе осуществленного развития методики оценки установлен уровень эффективности усовершенствованной и инновационной технологий разработки представительного маломасштабного золоторудного месторождения субрегиона, который в 1,6 раза выше уровня экономической эффективности традиционной технологии, предусмотренной рабочим проектом.

Личный вклад автора заключается в следующем:

- определены цель, задачи и методы исследований;

- осуществлено обобщение, анализ и систематизация отечественного и зару-

бежного опыта разработки маломасштабных золоторудных месторождений;

- выполнено усовершенство�