Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование способа подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию при комбинированной разработке месторождений

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование способа подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию при комбинированной разработке месторождений"

контрольный ЭКЗЕМПЛЯР На правах рукописи

/

А - ■ ■ ,/

СТАРОСТИН ЕВГЕНИИ ПЕТРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОДГОТОВКИ МАССИВА ВКРАПЛЕННЫХ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ РУД К ПОДЗЕМНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ден 2009

Магнитогорск 2009

003487022

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Рыльникова Марина Владимировна Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Зотеев Олег Вадимович Кандидат технических наук Доможиров Дмитрий Викторович

Ведущая организация ОАО «Гайский горно-обогатительный комбинат»

Защита диссертации состоится «17» декабря 2009 г. в 1400 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

Тел./факс: (3519) 29-84-26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова»

Автореферат разослан "_16" ноября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

_—.—

Корнилов С.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сокращение балансовых запасов, отмеченное в настоящее время на многих разрабатываемых рудных месторождениях, ведет к истощению минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий. На рудниках практически не отрабатываются бедные и труднообогатимые руды, а также маломощные рудные залежи, отдалённые локальные рудные тел& и запасы, залегающие в сложных горно-геологических условиях. На медноколчеданных месторождениях Южного Урала эта проблема стоит особенно остро. В недрах оставляются от 20 до 40% запасов разрабатываемых месторождений. Вместе с тем, достижения фундаментальных исследований последних лет в области геологии, физики, химии, комбинированной геотехнологии обеспечивают реальную возможность повышения полноты и комплексности освоения месторождений за счет вовлечения бедных руд в промышленное использование методами выщелачивания.

Учитывая то, что большинство медноколчеданных месторождений в настоящее время находятся в стадии доработки, перспективным направлением расширения минерально-сырьевой базы действующих предприятий является освоение запасов вкрапленных руд методом подземного выщелачивания. Отсутствие эффективных технологических решений по взрывной подготовке рудных залежей, обеспечивающей равномерный доступ активного растворителя к минералам окисленных, смешанных и вкрапленных руд, является основным препятствием к внедрению физико-химической геотехнологии. В этой связи, изыскание новых технологических решений, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения месторождений, представленных рудами сложного вещественного состава и непостоянного качества, требует разработки нового подхода к процессу подготовки рудных массивов к выщелачиванию на месте залегания и является актуальной научной и практической задачей.

Цель работы. Разработка технологических схем подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полноты и комплексности освоения месторождений.

Идея работы заключается в повышении полноты и комплексности освоения месторождений медноколчеданных руд вовлечением вкрапленных руд в промышленное освоение методом подземного выщелачивания с применением специальных методов взрывной подготовки рудного массива для создания системы площадного орошения и раскрытия трещин, формированием гидрозатвора в скважинном заряде.

Основные задачи исследований:

- обобщение опыта разработки рудных месторождений сочетанием физико-технических и физико-химических способов добычи;

- исследование структурно-текстурных особенностей вкрапленных руд;

- разработка, конструирование и систематизация технологических схем подготовки рудного массива к эксплуатации комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологией;

- определение зависимостей влияния основных факторов выщелачивания на показатели физико-химических процессов извлечения ценных компонентов из вкрапленных медноколчеданных руд;

- изыскание новых технологий взрывания, позволяющих создать наведенную трещиноватость и оросительные перфорационные каналы в массиве вкрапленных медноколчеданных руд;

-разработка методики расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию;

- разработка технологических рекомендаций и экономическая оценка эффективности освоения залежей вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения физико-химической геотехнологией.

В качестве объекта исследований выбраны вкрапленные руды Октябрьского и Александринского медноколчеданных месторождений как типичные для месторождений Уральского типа медноколчеданной формации.

Положения, представленные к защите:

1. Специфика геологического строения и минерального состава вкрапленных медноколчеданных руд с локализацией рудных минералов по естественным трещинам определяет вовлечение их в эксплуатацию методом подземного выщелачивания со специальной гидровзрывной подготовкой массива.

2. В горнотехнических системах комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии схемы взрывной подготовки массива вкрапленных руд зависят от их структурно-текстурных особенностей, вещественного состава и пространственного расположения ранее пройденных открытых и подземных выработок в едином технологическом пространстве.

3. Технология подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию включает три стадии: раскрытие трещин в выщелачиваемом массиве путем взрывания скважинных зарядов с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устьях скважин; формирование площадной оросительной системы в виде наведения перфорационных каналов в кровле выщелачиваемой камеры взрыванием систем кумулятивных зарядов; создание системы сбора продуктивного раствора веерами скважин в основании камеры.

4. Технология взрывного разупрочнения массива вкрапленных медноколчеданных руд скважинными зарядами с гидрозатвором устья скважин и водяным кольцевым зазором обеспечивает повышение трещиноватости рудного массива за счет формирования гидроудара в скважине и раскрытия трещин при динамическом инерционном воздействии воды на рудный массив, что обеспечивает прохождение взрывной волны без погашения гидростатического давления и, как следствие, исключает развитие канального эффекта.

Научная новизна работы:

• Систематизация способов подготовки рудного массива при комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии освоения месторождений медноколчеданных руд по признаку образования рабочего пространства, подготовки массива к извлечению полезного компонента и соблюдению требований к сохранности гидроизоляционного барьера.

• Способ подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию с помощью взрывов в условиях минимального рассредоточенного компенсационного пространства, направленного на раскрытие в массиве естественных трещин за счет гидростатического давления воды, создаваемого взрыванием скважинных зарядов с гидрозатвором устья скважин и формированием кольцевого водяного зазора по всей длине скважины.

• Методика расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, предусматривающая учет коэффициента раскрытия естественных трещин при взрывогидравлическом способе разрушения.

При выполнении работы использован комплексный метод исследований, включающий: минералографический анализ руд исследуемых месторождений, физическое моделирование, лабораторный и опытно-промышленный эксперименты, планирование и обработку результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики и их сходимостью с результатами теоретических изысканий, а также использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологии и методики расчета параметров подготовки массива вкрапленных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полнота и комплексности освоения рудных месторождений невысокой ценности и сложного минеральногахостава.

Реализадияцекалгендаций. Результаты исследований внедрены в проект опытно-промышленных^лспытаний технологии подземного выщелачивания вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения.

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах; Из них-2 в изданиях, аннотированных ВАК.

Личный—вклад—автора состоит в разработке методик исследований, организации и выполнении лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, анализе и обобщении результатов экспериментальных и теоретических изысканий.

Апробация диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2004; 2005; 2006; 2007), ежегодных научно-практических конференциях (Магнитогорск, 2003; 2004; 2005; 2006; 2007), «Молодежной научно-практической конференции» (Екатеринбург, 2005), «Уральской горнопромышленной декаде» (Екатеринбург, 2004), Ш Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск - Учалы, 2005), IV Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Развитие физико-химических способов добычи» (Магнитогорск - Сибай, 2007).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 107 наименований, приложения и содержит 170 страниц, 24 таблиц, 73 рисунков.

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Исследования, представленные в диссертации, выполнялись при поддержке научной школы акад. РАН К.Н. Трубецкого (НШ-2986.2008.5), при поддержке гранта РФФИ №06-05-64541 и государственного контракта № 02.525.11.5004 от 14.06.2007г.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам ИПКОН РАН, факультета горных технологий и транспорта МГТУ им. Носова, специалистам Бурибаевского ГОКа и Александринской горнорудной компании, а также В.Х. Мусину за ценные советы при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из основных условий комплексного освоения рудных месторождений является эффективное функционирование и сочетание физико-технических и физико-химических геотехнологий в едином технологическом пространстве. Рациональное сочетание технологических процессов различных способов добычи с вовлечением в эксплуатацию вкрапленных руд методом подземного выщелачивания позволяет повысить комплексность освоения медноколчеданных месторождений.

Большинство медноколчеданных месторождений в настоящее время находятся в стадии доработки, поэтому перспективным направлением расширения минерально-сырьевой базы действующих предприятий является вовлечение запасов вкрапленных руд в разработку методом подземного выщелачивания. Отсутствие эффективных технологических решений по взрывной подготовке рудных залежей, обеспечивающих равномерный доступ активного растворителя к минералам вкрапленных руд сложного вещественного состава, является основным препятствием к внедрению физико-химической геотехнологии. В этой связи, изыскание новых технологических решений, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения месторождений медноколчеданных руд, представленных сплошными и вкрапленными рудами сложного вещественного состава с изменяющимся содержанием полезных

компонентов, требует разработки нового технологического подхода для подготовки массива вкрапленных руд к подземному выщелачиванию и является актуальной научной и практической задачей.

Вопросы комплексного освоения месторождений комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологией освещены в трудах: академиков Н.П. Лаверова, К.Н. Трубецкого, В.А. Чантурия, чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова, профессоров В.Ж. Аренса, В.К. Бубнова, В.И. Голика, М.В. Рыльниковой, М.И. Фазлуллина, Б.Д. Халезова и других ведущих ученых. В этих работах даны научно-методические положения проектирования комбинированных геотехнологий, разработаны классификации технологических схем комбинированной геотехнологии, предложены методы определения ее рациональных параметров, определены рациональные сочетания технологических процессов открытых, подземных, физико-химических способов добычи и глубокой переработки минерального сырья. Технология подготовки массивов руд сложного строения к подземному выщелачиванию и методика обоснования ее параметров не нашли достаточного отражения.

Для обоснования технологических схем подготовки массива к выщелачиванию в различных горно-геологических условиях, данные схемы в работе были систематизированы и рассмотрены для условий их применения в горнотехнических системах комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии. При рассмотрении комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии, предлагается горнотехническую систему рассматривать как совокупность конструктивных элементов и процессов открытых, открыто-подземных, подземных и физико-химических технологий, представленных кучным, подземным и скважинным выщелачиванием при их различном сочетании во времени и в пространстве. То есть, это совокупность четырех относительно самостоятельных и взаимозависимых систем более низкого порядка: карьер, открыто-подземная зона, подземный рудник и участок выщелачивания. Эти системы размещены в четырех технологических ярусах - открытом, открыто-подземном, подземном и ярусе скважинного выщелачивания, располагаемом за контурами открытых и подземных работ. Примеры типовых одно-, двух-, трех- и четырехъярусных горнотехнических систем приведены на рис. 1. Применительно к условиям разработки медноколчеданных месторождений разработаны и рассмотрены способы подготовки рудного массива к выщелачиванию на различных этапах горных работ в конкретных системах комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии.

Все технологические схемы подготовки массивов забалансовых руд к подземному выщелачиванию систематизированы по способу образования рабочего пространства, способу подготовки массива к извлечению полезного компонента, а также требованиям к сохранению гидроизоляционного барьера. Отработка балансовых -запасов медноколчеданных руд осуществляется открытым и подземным способами разработки с применением буро-взрывных работ.

Рис. 1. Типовые горнотехнические системы комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии: а - одноярусная с выщелачиванием запасов за ( контуром карьера и сбором продуктивных растворов в подземных выработках; б -двухъярусная с выщелачиванием придонных запасов руд; в - трехъярусная с отработкой локальных рудных тел физико-химической геотехнологией; г - четырехъярусная с единым пространством карьера и открыто-подземного яруса, закладкой в подземном руднике и скважинным выщелачиванием нижележащих запасов_

Методики расчета параметров взрыва применительно к этим технологиям достаточно подробно рассмотрены в известных трудах проф. A.B. Абрамова, Л.И. Барона, Д.М. Бронникова, С.Д. Викторова, , Б.Н. Кутузова, Э.О. Миндели, I В.Н. Мосинца, В.Е. Козлова, H.A. Кокарева и других ученых.

Запасы вкрапленных руд могут вовлекаться в разработку технологией подземного выщелачивания с применением специальных взрывных работ в условиях зажатой среды, направленных на раскрытие естественных трещин и наведение искусственной трещиноватости. Такие методы взрывания обоснованы в трудах проф. A.B. Абрамова, Л.И. Лунева, И.К. Луценко и других ученых. Применительно к массивам вкрапленных медноколчеданных руд технологии взрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию и методики обоснования их параметров разработаны не были.

Для обоснования технологической схемы подготовки массива вкрапленных руд медноколчеданной формации к подземному выщелачиванию были проведены исследования их стуктурно-текстурных особенностей и вещественного состава. Установлено, что минерализация представлена по трещинам с размещением в них главных рудообразующих минералов (пирит, халькопирит, борнит, сфалерит). Такое распределение рудных минералов по трещинам предопределяет способ взрывной подготовки массива с раскрытием естественных трещин для обеспечения доступа растворителя к рудным минералам. С целью дополнительного раскрытия трещин и увеличения

трещиноватости до необходимых при выщелачивании фильтрационных характеристик массива, предложен способ взрывного разупрочнения массива с использованием взрывогидравлического разрушения зарядами с водяной забойкой и водяным кольцевым зазором.

Эффект воздействия воды под давлением продуктов детонации обусловлен возникновением растягивающих нагрузок, появляющихся в процессе многократного отражения взрывных волн в скважине в условиях действия возникающего гидростатического давления. Гидростатическое разрушение при этом возникает за счет продвижения воды по линии наименьшего сопротивления (трещинам), и, с учетом несжимаемости воды, происходит разупрочнение заполненных трещин и квазистатическое разрушение минералов давлением продуктов детонации при использовании воды в качестве рабочего агента (рис.2).

Технология гидравлической взрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию предусматривает обуривание подготавливаемого блока нисходящими веерами скважин с последующим естественным заполнением скважин подземными водами (рис. 3). В случае слабой обводненности месторождения, производится принудительное заполнение скважин водой, подаваемой по трубопроводам от общешахтной системы водоснабжения.

А

Рис. 2. Принципиальная схема действия взрыва при взрывогидравлическом способе разупрочнения массива: 1 -продукты взрыва, 2-водяной кольцевой зазор, 3 -зона раздавливания породы, 4 -зона трещинообразования

Рис. 3. Технологическая схема подготовки запасов блока: 1- заряженные скважины с конструкцией заряда с водяной забойкой и кольцевым водяным зазором; 2 - холостые (компенсационные) скважины; 3 - буровой орт; 4 - массив с наведенной трещино-ватостью; 5 - полевой штрек

Формирование системы площадного орошения массива целесообразно производить путем проведения специальных взрывных работ в верхней части камеры с использованием энергии кумулятивного взрыва, направленного на формирование в массиве ориентированных каналов за счет перфорационного действия кумулятивного заряда.

Главное'преимущество данного метода заключается в ориентированном нарушении массива системой трещин и каналов, что . позволяет при технологии подземного выщелачивания создать в кровле выщелачиваемого массива площадное орошение и обеспечить равномерный доступ растворителя по развитым каналам и системам трещин и, как следствие, обеспечить площадной охват запасов камеры реагентом-растворителем. Применение перфорационных

систем кумулятивных зарядов с целью создания площадного орошения предусматривает формирование в подготавливаемой к подземному выщелачиванию камере оросительной потолочины, которая представляет собой рудный целик, расположенный по контакту рудного массива и налегающих пород.

Технологическая схема подготовки камеры к подземному выщелачиванию также предусматривает формирование в днище камеры системы улавливания и сбора продуктивного раствора. Подготовка днища осуществляется путем проведения бурового орта по простиранию камеры, из которой на определенном расстоянии по всей ее длине бурятся восходящие полувеера скважин. Каждая скважина обсаживается трубами ПВХ, которые монтируются в единый трубопровод, отводящий растворы в раствороприемник.

Таким образом, технологическая схема подготовки блока к подземному выщелачиванию предусматривает стадийную реализацию процессов (рис. 4): раскрытие в массиве систем трещин технологией взрывного разупрочнения руд с использованием взрывогидравлического метода; формирование системы площадного орошения с применением перфорационных систем кумулятивных зарядов в потолочине выщелачиваемой камеры; сбор продуктивных растворов

Для обоснования параметров технологии взрывной подготовки массива к выщелачиванию были проведены лабораторные и опытно-промышленные исследования. В лабораторных условиях определен характер движения раствора в кусках руды крупностью 300х200мм. Установлено, что проникновение раствора в рудный кусок происходит исключительно по естественным трещинам, заполненным рудными минералами, и по контакту с вмещающими породами (рис. 5). Вместе с тем, учитывая небольшие размеры полостей естественных трещин, продвижение раствора и фронта выщелачивания происходит весьма медленно, период процесса выщелачивания составляет 180 суток, что подтверждает необходимость дополнительной взрывной подготовки массива для обеспечения раскрытия естественных трещин.

Рис. 5. Проникновение выщелачивающих растворов внутрь куска вкрапленной руды. Стрелкой показано гнездо минерального агрегата, полностью смытое растворителем

Таким образом, применение данной технологии подготовки массива предопределило необходимость изыскания рациональной конструкции скважинного заряда, позволяющей создать необходимую трещиноватость. В этих целях на Александринском руднике были проведены опытно-промышленные испытания наиболее распространенных конструкций зарядов. Исследования проводились применительно к вкрапленным медноколчеданным рудам (табл. 1).

Таблица 1. Результаты проведения опытно-промышленных испытаний по определению оптимальной конструкции заряда

№ Параметры эксперимента Ед. изм Порядковый номер исследуемой конструкции заряда

I Исследуемые конструкции зарядов 1* 2* 3* 4« 5* 6«

2 Ъ*Н*В, V - объем элемента массива м; м3 "л, и К и о" •> О 9ч ьГ о а ? * 00 и

3 Тип руды Медистая руда

4 Характер естественной трещиноватости Среднетрещиноватый

5 Крепость руды 14

Параметры взрыва:

масса заряда г 50

6 диаметр шпура м 0,04

длина шпура м 0,4 0,5 0,4 0,45 0,3 0,3

удельный расход ВВ г/и' 71 53,4 113,4 54,9 46,3 78,1

Средний линейный _ о" ТГ о" г- сч о о" ел «л с»

7 размер кусков трех основных фракций элемента массива м о о" о о гл О* * О о" го о" *

после взрыва © о* О о о" сГ ,

Степень разупрочнения

8 по отношению линейных размеров негабаритов (л) - 1,83 1,85 1.5 1,4 1,5 1,6

9 Расстояние между трещинами и 0,083 0,09 0,08 0,21 0,2 0,085

Раскрытие трещин:

10 до взрыва м 0,003 0,004 0,004 0,008 0,005 0,003

после взрыва м 0,012 0,012 0,009 0,013 0,013 0,009

11 Коэффициент растфытня трещин (Крг) - 4,0 3,0 205 1,6 2,6 3,0

* примечание: 1 - конструкция заряда с водяной забойкой и водяным кольцевым зазором; 2-е водяным кольцевым зазором; 3 - со шламовой забойкой; 4 - без забойки; 5 -с воздушным промежутком и установкой пыжа на расстоянии 0,5 Ьмр от заряда ВВ и формированием шламовой забойки; 6-е воздушным промежутком и установкой пыжа на расстоянии Ьзар от заряда ВВ и формированием шламовой забойки.

Рис. 6. Гистограммы эффективности взрыва различных, конструкций зарядов: 1-е водяной забойкой и водяным кольцевым зазором, 2-е водяным кольцевым зазором, 3 -со шламовой забойкой, 4 - без забойки, 5-е воздушным промежутком и шламовой забойкой на 0,5 Ь)ар, 6-е воздушным промежутком и шламовой забойкой На 1^зар'

В ходе опытно-промышленных испытаний установлены зависимости удельного расхода ВВ от степени разупрочнения и коэффициента раскрытия трещин (рис. 7).

а) Зависимость удельного расход« ВВ от степени разупрочнении массива

Зависимость коэффициента раскрытия трещим

от удельного расхода ВВ

к

\

✓

•>иЛ. %

/

-------- —.

Удельный расход ВВ, гЛиЗ

Удельный расход ВВ, |УмЗ

Рис. 7. Зависимость удельного расхода ВВ от: а) - степени разупрочнения; б) -коэффициента раскрытия трещин для зарядов: 1-е водяной забойкой и водяным кольцевым зазором; 2-е водяным кольцевым зазором; 3 - со шламовой забойкой; 4 - без забойки; 5-е воздушным промежутком и шламовой забойкой на 0,5 1^,; 6-е воздушным промежутком и шламовой забойкой на Ьзар.

На базе выполненных опытно-промышленных исследований была разработана методика расчета параметров взрывной подготовки, направленной на раскрытие в массиве трещин, в условиях зажима без формирования компенсационного пространства в виде отрезной щели, с использованием для компенсации незаряженных скважин в веерах.

Определение параметров взрыва для подготовки рудных тел к выщелачиванию на месте залегания в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях производится с учетом действия гидровзрыва в условиях зажатой среды путем введения установленных опытным путем коэффициентов (табл. 1).

Так по результатам исследований коэффициент влияния гидроразрыва Кг/М характеризующий среднее значение степени раскрытия трещин, равен 3,5;

тогда теоретический удельный расход ВВ в условиях зажима определяется с учетом коэффициента влияния гидроразрыва из выражения:

г =г -К /К , кг/м3. (1)

о зазк.теор. о теор. заж •';>

где §те0р. - теоретический удельный расход ВВ, определенный по методике В.Н. Мосинца, ё=0,8 кг/м3; Кзаж. - коэффициент зажима, представленный акустическими жесткостями массива (табл. 2), Кзаж=4,9; Кгр - коэффициент влияния гидроразрыва, Кгр=3,5. % заж. теор=0,803-4,9/3,5=1,1; кг/м3

Таблица 2. Акустическая жесткость массива

Коэфф. разрыхл., кр Плотность обруш. материала, т/м3 Скорость распространения волн, м/сек Акустическая жесткость, т/м3*м/сек Коэфф. зажима , Кзаж

в массиве, С, в обрушенном материале. С? массива обрушенного материала

1,1 3,18 4000 2910 14000 9254 4,9

1,2 2,9 4000 850 14000 2465 1,43

1,3 2,24 4000 550 14000 1232 1,2

1,4 2,5 4000 370 14000 925 1,14

1,5 2,33 4000 280 14000 652,4 1,1

Определение фактического удельного расхода, полученного экспериментальным путем, производится с учетом количества плоскостей обнажения в рудном элементе и в массиве, которые можно сопоставить по максимальному и минимальному количеству плоскостей обнажения.

Фактический удельный расход ВВ определяется с учетом количества плоскостей обнажения:

£заж. факт• ёзаж. эксп. /т, кг/м, (2)

где ёзш. эксп - удельный расход ВВ, полученный в результате опытно-промышленных исследований (£мс„. =0,071 кг/м3), с учетом коэффициента зажима составляет gзaж, мсп=0,071 *4,9=0,35кг/м3\ т - коэффициент, учитывающий число обнаженных плоскостей, ш=0,35 (три и более обнаженные поверхности), является в данном случае поправочным. Коэффициент определяется отношением удельного расхода ВВ, полученного экспериментальным путем на рудных элементах, к максимальному числу обнаженных плоскостей. Это позволяет привести значение удельного расхода ВВ к показателю при взрыве на одну обнаженную плоскость, которая в свою очередь учитывается коэффициентом зажима, g заж фаш=0,35/0,35=1,0; кг/м3 ^

Таким образом, расчетный и экспериментальный удельный расходы практически идентичны. Это подтверждает рациональность определения удельного расхода ВВ на раскрытие трещин теоретическим путем по методике проф. В.Н. Мосинца с применением выявленных в ходе эксперимента поправочных коэффициентов для условий массива вкрапленных медноколчеданных руд.

Приведенные результаты исследований позволили разработать алгоритм выбора схемы подготовки массива к выщелачиванию (рис. 8), базирующийся на анализе конкретных горно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений. Выбор схемы подготовки массива с обоснованием ее параметров и учетом основных производственных факторов осуществляется путем ее логического выстраивания с заданием технологических параметров ведения горных работ.

Начало

г

Ввод исходных дакшх о «спорождении

I .

Опре&яен* кЗДищвт хреши!, гаегорио 1 гришмобапапи, кпроЬяе« »рединоЬащпм, коэффициент« фи/ътрации Кф, ие«сш рудц ; штаги рудюге асло, имгме породного - : гиЗробарьерц распределение лк. Ек массиве, сгёгркоше 5 0 руде

Г

Рис. 8 Алгоритм выбора схемы подготовки массива

В соответствии с алгоритмом, выбор схемы подготовки массива производится по двум основным направлениям, определяющим фактором для которых является коэффициент фильтрации Кф: для руд с Кф>0,5м/сут., не требующих ведение взрывной подготовки, и для руд с недостаточным Кф<0,5м/сут., в которых необходимо производить взрывную подготовку массива, направленную на повышение фильтрационных свойств.

Выбор схемы подготовки при наличии руд с Кф>0,5м/сут. зависит от геологических характеристик руд и вмещающих пород (ценность руды, наличие оконтуривающих водоупорных пород), а также от геометрических параметров залегания рудных тел (мощность рудной залежи). Базируясь на данных показателях, осуществляется выбор схемы подготовки, определяющим принципом которой является схема обуривания и расположения добычных и дренажных скважин в отрабатываемой камере.

При наличии руд с Кф<0,5м/сут., которое присуще большинству медноколчеданных месторождений с необходимостью наведения трещиноватости в массиве, выбор зависит от содержания серы в руде и мощности рудной залежи (геометрических параметров камеры). При содержании серы <30% и значительной мощности рудной залежи >25м, целесообразно производить взрывное разрушение массива, магазинирование руды в камере и формирование открытого оросительного пространства. В иных условиях подготовку необходимо проводить по схеме с разупрочнением массива, направленного на раскрытие естественных трещин, и формированием системы площадного орошения в виде оросительной потолочины посредством взрывания перфорационных систем кумулятивных зарядов.

Данные схемы подготовки целесообразны к применению в рамках одного месторождения с отработкой рудных залежей различных по горногеологическим показателям

На основе алгоритма был произведен выбор схемы подготовки опытно -промышленного блока к подземному выщелачиванию для условий запасов вкрапленных руд рудного тела № 11 Октябрьского месторождения (рис. 9).

Рис. 9. а) Технологическая схема: а) взрывной подготовки массива камеры №1 р.т. №11: 1 - взрывные скважины с формированием гидрозатвора; 2 - холостые скважины; 3 -раствороприемный штрек; 4 - ходовой восстающий; 5 - буровой штрек; 6 - доставочный орт; б) формирования оросительной потолочины и днища сбора растворов камеры Xsl гор.142-105м физико-химической геотехнологией: 1 - буровой восстающий; 2 - буровая заходка; 3 - восстающий для оценки раскрытия трещин; 4 - отрезной орт; 5 - буровой штрек; 6 - погрузочный орт; 7 - емкость для сбора продуктивного раствора; 8 - камера под лебедку

а)

б)

Подготовка камеры предусматривает формирование развитой системы каналов, обеспечивающей равномерную подачу выщелачивающих растворов, их фильтрацию сквозь рудный массив и сбор в раствороприемник (рис. 10). Наличие на контакте с рудным телом метасоматически измененных вмещающих пород, являющихся естественным водоупором, повышает эффективность

Рис. 10. Технологическая схема улавливания и сбора продуктивных растворов в камере опытно-промышленных испытаний: 1 - буровой восстающий; 2 - буровая заходка; 3 - восстающий для оценки раскрытия трещин; 4 - отрезной орт; 5 - буровой штрек; 6 - емкость для сбора продуктивного раствора; 7 - камера под лебедку; 8 -скреперный штрек; 9 - веера скважин, обеспечивающих раскрытие трещин в массиве; 10 - веер скважин для создания каналов орошения

Доказано, что технологические параметры подготовки камеры обоснованы и приемлемы для реализации физико-химической геотехнологии при отработке вкрапленных медноколчеданных руд. Экономический эффект от реализации технологии подземного выщелачивания на камере №1 Октябрьского месторождения при отработке 31,296 тыс. тонн запасов, с содержанием меди 0,69%, в течение 8 месяцев, с переработкой растворов методом цементации и извлечением по меди 47%, составит 294,77 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 7 месяцев, что подтверждает эффективность разработанных технологических решений по освоению забалансовых запасов месторождения физико-химической геотехнологией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано решение актуальной научно-практической задачи по разработке технологии взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию при комбинированной разработке месторождений. Основные результаты выполненных исследований сводятся к следующему:

1. Результаты проведенного анализа опыта разработки рудных месторождений сочетанием физико-технической и физико-химической технологии показали, что перспективы развития комбинированной геотехнологии непосредственно зависят от совершенствования технологических процессов подготовки массива к выщелачиванию ценных компонентов, позволяющих отрабатывать участки вкрапленных руд в сложных геомеханических и горно-геологических условиях.

2. Проанализированы вещественный состав и структурные особенности вкрапленных медноколчеданных руд на примере Октябрьского месторождения. Доказано, что минерализация ориентируется строго по системам трещин, то есть рудные минералы распределяются по полостям естественных трещин, что

определяет необходимость разработки технологических решений по подготовке массива, направленной на их раскрытие и формирование площадного орошения с целью обеспечения равномерного доступа растворителя к рудным минералам.

3. Разработаны и систематизированы технологические схемы подготовки рудного массива в горнотехнических системах физико-технической и физико-химической геотехнологии по способу образования рабочего пространства, способу подготовки массива и требованиям к сохранению гидроизоляционного барьера. Выявлено, что реализация технологии выщелачивания при комплексном решении вопроса разработки месторождений и доработки запасов вкрапленных руд и локализованных рудных залежей позволяет повысить полноту освоения недр и расширить минерально-сырьевую базу горнодобывающих предприятий. Так, для Бурибаевского ГОКа внедрение технологии позволит ввести в разработку 20 рудных тел, отнесенных к забалансовым и составляющих 1/3 от общего объема запасов месторождения.

4. Исследованы зависимости процессов выщелачивания вкрапленных руд Октябрьского месторождения как типичного представителя месторождений Уральского типа, в режимах выстаивания и перколяции различных фракций. Было доказано, что эффективным режимом выщелачивания является перколяционный в связи с постоянным контактом кислорода с рудной массой, необходимым для интенсивного окисления. Установлены зависимости выщелачивания и извлечения металла из крупнокусковой фракции. За 180 суток в раствор перешло 47% меди, 7,85% цинка. Был определен характер движения раствора в кусках руды по трещинам, заполненным рудными минералами, что предопределило формирование технологии взрывной подготовки массива, направленной на раскрытие естественных трещин.

5. Предложена технология подготовки камеры к выщелачиванию, включающая 3 стадии: раскрытие трещин в выщелачиваемом массиве взрыванием скважинных зарядов с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устьях скважин в условиях зажима; формирование площадной оросительной системы наведением перфорационных каналов в кровле выщелачиваемой камеры путем взрывания системы кумулятивных зарядов, обеспечивающих равномерное орошение массива; создание системы сбора продуктивного раствора веерами скважин в основании камеры.

6. Проведены опытно-промышленные испытания взрывогидравлического способа, направленные на интенсивное разупрочнение рудных минералов и раскрытие естественных трещин. Установлены зависимости взрывных показателей и разработаны методы перевода полученных результатов с рудных элементов на массив с введением необходимых поправочных коэффициентов, учитывающих влияние условий гидровзрыва и наличие свободных плоскостей обнажения.

7. Результатами опытно-промышленных испытаний с изысканием оптимальной'конструкции заряда, что при использовании конструкции заряда с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устье скважин, степень разупрочнения массива увеличивается на 20-25%, а степень раскрытия трещин на 30% по отношению к стандартным конструкциям зарядов.

8. Разработана методика определения параметров взрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию вкрапленных медноколчеданных руд с

учетом коэффициента влияния гидроразрыва КгрЛ определяющего степень раскрытия трещин при гидровзрыве и позволяющего внести поправку на расчет удельного расхода ВВ при применении взрывогидравлического способа.

9. Разработан алгоритм выбора схемы подготовки массива с обоснованием ее параметров на основе учета основных горно-геологических и горнотехнических условий рассматриваемого участка рудной залежи, позволяющий произвести выбор рационального способа подготовки массива для конкретного участка отрабатываемого месторождения.

10. Подготовлен проект на опытно-промышленную апробацию технологии подготовки массива для камеры № 1 р. т. 11 Октябрьского месторождения (забалансовые запасы) методом подземного выщелачивания. Реализация технологии взрывной подготовки массива к разработке камеры №1 физико-химической геотехнологией позволяет получить комбинату экономический эффект в размере 294,77 тыс. руб. в ценах 2009 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, аннотированных ВАК

1 Старостин, Е.П. Перспективы развития физико-химической геотехнологии для доработки запасов Сибайского месторождения / Рыльникова М.В., Старостина H.H., Старостин Е.П.// Горный информационно -аналитический бюллетень.- М.: МГГУ, 2004. - №4. - С. 169-174.

2 Старостин, Е.П. Исследование процесса выщелачивания некондиционных вкрапленных руд Октябрьского медноколчеданного месторождения /Радченко Д.Н., Илимбетов А.Ф., Старостин Е.П.// Горный информационно- аналитический бюллетень - М.: МГГУ, 2007. - №12 - С. 274282.

В прочих изданиях

3. Старостин, Е.П. Перспективы физико-химической геотехнологии для утилизации и переработки хвостов обогащения с целью снижения экологической нагрузки на горных предприятиях / Радченко Д.Н., Старостин Е.П. //Материалы 63-й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004 г.: Сборник докладов.- Магнитогорск. МГГУ, 2004. - С. 157161.

4. Старостин, Е.П. Применение перфорационных систем кумулятивных зарядов для повышения показателей извлечения при выщелачивании некондиционных руд // Рыльникова М.В., Старостин Е.П. / Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, УГГУ, 2005. - С. 2021.

5. Старостин, Е.П. Возможность применения перфорационных систем кумулятивных зарядов для повышения фильтрационных свойств массива при выщелачивании прибортовых запасов руд // Хайрутдинов М.Р., Старостин Е.П. / Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы: Материалы III междунар. науч.-техн. конференции, г. Учалы, 2005. - Магнитогорск: МГГУ, 2005. - С. 84-85.

6. Старостин, Е.П. Раскрытие трещин при подготовке массива к выщелачиванию методом гидровзрыва // Мусин В.Х., Старостин Е.П. /Комбинированная геотехнология: развитие физико-химических способов добычи: Материалы междунар. науч.-техн. конференции, г. Сибай, 2007. -Магнитогорск: МГГУ, 2007. - С. 89-91.

Подписано в печать 16.11.2009. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ 802.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Старостин, Евгений Петрович

Введение.

1. Обобщение опыта и перспективы комплексного освоения медноколчеданных месторождений.

1.1. Опыт применения подземного выщелачивания при комплексном освоении месторождений цветных металлов.

1.2. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий применения физико-химических технологий на медноколчеданных месторождениях Южного Урала.

1.3. Особенности процессов выщелачивания при комбинированном способе освоения медноколчеданных месторождений.

1.4. Технологические параметры буровзрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию ценных компонентов из руд.

1.5. Цель, задачи и методы исследований.

2. Развитие научно-методических основ комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии.

2.1. Разработка схем подготовки массива в типовых горнотехнических системах физико-химической технологии.

2.2. Исследования структурно-текстурных особенностей бедных вкрапленных медноколчеданных руд.

2.3. Теоретическое обоснование технологической схемы взрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию.

2.4. Обоснование методики проведения лабораторных и опытно-промышленных исследований процесса подготовки массива к выщелачиванию.

Выводы по главе.

3. Исследование параметров процессов физико-химической геотехнологии на медноколчеданных месторождениях.

3.1. Оценка влияния гранулометрического состава руды на показатели выщелачивания медноколчеданных руд.

3.2. Изучение процессов фильтрации и диффузии растворов в массив рудной массы.

3.3. Обоснование методики расчета параметров взрывной подготовки массива для подземного выщелачивания медноколчеданных руд.

3.4. Разработка алгоритма выбора способа подготовки массива к обоснованию его параметров.

Выводы по главе.

4. Технологические рекомендации на повышение комплексности освоения Октябрьского месторождения и их экономическая эффективность.

4.1. Обоснование параметров подготовки массива к подземному выщелачиванию вкрапленных руд.

4.2. Обоснование технологии комплексного освоения Октябрьского месторождения комбинированной физико-технической и физикохимической технологией.

4.3 Оценка экономической эффективности технологических рекомендаций.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование способа подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию при комбинированной разработке месторождений"

Резкое сокращение балансовых запасов, отмеченное в настоящее время на многих разрабатываемых рудных месторождениях, ведет к истощению минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий. При этом, принятые в проектах и широко применяющиеся физико-технические способы добычи не позволяют вести эффективную отработку всех промышленных запасов. Часть уже вскрытых запасов не вовлекается в эксплуатацию. Так, за проектными контурами карьеров в бортах и основаниях остаются выклинивающиеся или распределенные по периметру рудные участки. На рудниках не полностью отрабатываются бедные и труднообогатимые руды, а также маломощные рудные залежи, отдалённые локальные рудные тела и запасы, расположенные в неблагоприятных горно-геологических условиях. Особенно остро эта проблема стоит на медноколчеданных месторождениях Южного Урала. Вместе с тем достижения фундаментальных исследований последних лет в области геологии, физики, химии, комбинированной геотехнологии обеспечивают реальную возможность повышения полноты и комплексности освоения месторождений за счет вовлечения вкрапленных руд в промышленное использование методами выщелачивания.

Учитывая, что большинство разрабатываемых в настоящее время медноколчеданных месторождений Урала находятся в стадии доработки, перспективным направлением расширения минерально-сырьевой базы является вовлечение забалансовых залежей вкрапленных руд в разработку методом подземного выщелачивания. Внедрение этой технологии сдерживается отсутствием эффективных технологических решений по вопросам управления структурным состоянием массива, обеспечивающих равномерный доступ активного растворителя к рудным минералам при подготовке залежей вкрапленных руд сложного вещественного состава к отработке физико-химической геотехнологией.

В этой связи, изыскание новых технологических решений, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения месторождений, представленных многокомпонентными вкрапленными рудами сложного вещественного состава и непостоянного качества, требует разработки нового научно-методического и технологического подхода к процессу подготовки массива вкрапленных руд к выщелачиванию, что является актуальной научно-практической задачей, требующей решения.

В связи с этим целью диссертационной работы является разработка технологических схем подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полноты и комплексности освоения месторождений.

Идея работы - повышение полноты и комплексности освоения месторождений медноколчеданных руд вовлечением вкрапленных руд в промышленное освоение методом подземного выщелачивания с применением специальных методов взрывной подготовки рудного массива для создания системы площадного орошения и раскрытия трещин, формированием гидрозатвора в скважинном заряде.

Задачи исследований: обобщение опыта разработки рудных месторождений сочетанием физико-технических и физико-химических способов добычи; исследование структурно-текстурных особенностей вкрапленных руд; разработка, конструирование и систематизация технологических схем подготовки рудного массива к эксплуатации комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологией; определение зависимостей влияния основных факторов на показатели физико-химических процессов извлечения ценных компонентов из вкрапленных медноколчеданных руд; изыскание новых технологий взрывания, позволяющих создать наведенную трещиноватость и оросительные перфорационные каналы в массиве вкрапленных медноколчеданных руд; разработка методики расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию; разработка технологических рекомендаций и экономическая оценка эффективности освоения залежей вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения физико-химической геотехнологией.

Методы» исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий минералографический анализ руд исследуемых месторождений, физическое моделирование, лабораторный и опытно-промышленный эксперименты, планирование и обработку результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.

Объектом исследований выбраны вкрапленные руды Октябрьского и Александринского медноколчеданных месторождений как типичные для месторождений Уральского типа медноколчеданной формации.

Положения, выносимые на защиту:

• Специфика геологического строения и минерального состава вкрапленных медноколчеданных руд с локализацией рудных минералов по естественным трещинам определяет вовлечение их в эксплуатацию методом подземного выщелачивания со специальной гидровзрывной подготовкой массива.

• В горнотехнических системах комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии схемы взрывной подготовки массива вкрапленных руд зависят от их структурно-текстурных особенностей, вещественного состава и пространственного расположения ранее пройденных открытых и подземных выработок в едином технологическом пространстве.

• Технология подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд' к подземному выщелачиванию включает три стадии: раскрытие трещин в выщелачиваемом массиве путем взрывания скважинных зарядов с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устьях скважин; формирование площадной оросительной системы в виде наведения перфорационных каналов в кровле выщелачиваемой камеры взрыванием систем кумулятивных зарядов; создание системы сбора продуктивного раствора веерами скважин в основании камеры.

• Технология взрывного разупрочнения массива вкрапленных медноколчеданных руд скважинными зарядами с гидрозатвором устья скважин и водяным кольцевым зазором обеспечивает повышение трещиноватости рудного массива за счет формирования гидроудара в скважине и раскрытия трещин при динамическом инерционном воздействии воды на рудный массив, что обеспечивает прохождение взрывной волны без погашения гидростатического давления и, как следствие, исключает развитие канального эффекта.

Научная новизна работы:

• Систематизация способов подготовки рудного массива при комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии освоения месторождений медноколчеданных руд по признаку образования рабочего пространства, подготовки массива к извлечению полезного компонента и соблюдению требований к сохранности гидроизоляционного барьера.

• Способ подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию с помощью взрывов в условиях минимального рассредоточенного компенсационного пространства, направленного на раскрытие в массиве естественных трещин за счет гидростатического давления воды, создаваемого взрыванием скважинных зарядов с гидрозатвором устья скважин и формированием кольцевого водяного зазора по всей длине скважины.

• Методика расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, предусматривающая учет коэффициента раскрытия естественных трещин при взрывогидравлическом способе разрушения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики и их сходимостью с результатами теоретических изысканий, а также использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологии и методики расчета параметров подготовки массива вкрапленных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полноты и комплексности освоения рудных месторождений невысокой ценности и сложного минерального состава.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в проект опытно-промышленных испытаний технологии подземного выщелачивания вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2004; 2005; 2006; 2007), ежегодных научно-практических конференциях (Магнитогорск, 2003; 2004; 2005; 2006; 2007), Молодежной научно-практической конференции (Екатеринбург, 2005), Уральской горнопромышленной декаде (Екатеринбург, 2004), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск - Учалы, 2005), IV Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Развитие физико-химических способов добычи» (Магнитогорск - Сибай, 2007).

Основные результаты работы опубликованы в 6 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 107 наименований, приложения и содержит 170 страниц, 24 таблицы, 73 рисунка.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Старостин, Евгений Петрович

Выводы по главе:

1. Доказано, что подготовка массива осуществляется по двум основным направлениям, определяющим фактором в которых является наличие серы в рудах и мощности рудной залежи. При не высоком содержании серы S<30% и высокой мощности рудной залежи > 25 м оптимальной схемой подготовки массива к подземному выщелачиванию является схема с разрушением массива, магазинированием руды и формированием открытого оросительного пространства, в противном случае подготовку массива необходимо проводить по схеме с сотрясанием руды на раскрытие трещин и формированием специальной оросительной системы с использованием перфорационных систем. Данные схемы подготовки универсальны и целесообразны к применению в рамках одного месторождения с отработкой различных рудных залежей.

2. Подготовка массива камеры № 1 р.т. 11 Октябрьского месторождения производилась по схеме с сотрясанием массива и формированием специальной оросительной системы с разделением отработки камеры на три процесса с обоснованием технологических параметров: формирование оросительной системы в потолочине камеры, взрывание на сотрясанне основных запасов камеры и подача и сбор продуктивных растворов. Доказано, что технологические параметры подготовки камеры обоснованы и приемлемы для реализации физико-химической геотехнологии при отработке бедных вкрапленных медноколчеданных руд.

3. Экономический эффект от реализации технологии подземного выщелачивания на камере №1 составит 294,77 тыс. руб. при сроке окупаемости капитальных вложений 7 месяцев, что доказывает рациональность разработанных технологических решений по подготовке и отработке камеры физико-химической геотехнологией.

Заключение

В диссертации дано решение актуальной научно-технической задачи -разработка технологии подготовки массива и комплексного освоения медноколчеданных месторождений на примере бедных вкрапленных руд, обеспечивающая полноту и комплексность освоения недр. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Результаты проведенного анализа опыта разработки рудных месторождений сочетанием физико-технической и физико-химической технологии показали, что перспективы развития комбинированной геотехнологии непосредственно зависят от совершенствования технологических процессов подготовки массива к выщелачиванию ценных компонентов, позволяющих отрабатывать участки вкрапленных руд в сложных геомеханических и горно-геологических условиях.

2. Проанализированы вещественный состав и структурные особенности вкрапленных медноколчеданных руд на примере Октябрьского месторождения. Доказано, что минерализация ориентируется строго по системам трещин, то есть рудные минералы распределяются по полостям естественных трещин, что определяет необходимость разработки технологических решений по подготовке массива, направленной на их раскрытие и формирование площадного орошения с целью обеспечения равномерного доступа растворителя к рудным минералам.

3. Разработаны и систематизированы технологические схемы подготовки рудного массива в горнотехнических системах физико-технической и физико-химической геотехнологии по способу образования рабочего пространства, способу подготовки массива и требованиям к сохранению гидроизоляционного барьера. Выявлено, что реализация технологии выщелачивания при комплексном решении вопроса разработки месторождений и доработки запасов вкрапленных руд и локализованных рудных залежей позволяет повысить полноту освоения недр и расширить минерально-сырьевую базу горнодобывающих предприятий. Так, для Бурибаевского ГОКа внедрение технологии позволит ввести в разработку 20 рудных тел, отнесенных к забалансовым и составляющих 1/3 от общего объема запасов месторождения.

4. Исследованы зависимости процессов выщелачивания вкрапленных руд Октябрьского месторождения как типичного представителя месторождений Уральского типа в режимах выстаивания и перколяции различных фракций. Было доказано, что эффективным режимом выщелачивания является перколя-ционный в связи с постоянным контактом кислорода с рудной массой, необходимым для интенсивного окисления. Установлены зависимости выщелачивания и извлечения металла из крупнокусковой фракции. За 180 суток в раствор перешло 47% меди, 7,85% цинка. Был определен характер движения раствора в кусках руды по трещинам, заполненным рудными минералами, что предопределило формирование технологии взрывной подготовки массива, направленной на раскрытие естественных трещин.

5. Предложена технология подготовки камеры к выщелачиванию, включающая 3 стадии: раскрытие трещин в выщелачиваемом массиве взрыванием скважинных зарядов с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устьях скважин в условиях зажима; формирование площадной оросительной системы наведением перфорационных каналов в кровле выщелачиваемой камеры путем взрывания системы кумулятивных зарядов, обеспечивающих равномерное орошение массива; создание системы сбора продуктивного раствора веерами скважин в основании камеры.

6. Проведены опытно-промышленные испытания взрывогидравлйческого способа, направленные на интенсивное разупрочнение рудных минералов и раскрытие естественных трещин. Установлены зависимости взрывных показателей и разработаны методы перевода полученных результатов с рудных элементов на массив с введением необходимых поправочных коэффициентов, учитывающих влияние условий гидровзрыва и наличие свободных плоскостей обнажения.

7. Результатами опытно-промышленных испытаний с изысканием оптимальной конструкции заряда является вывод, что при использовании конструкции заряда с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устье скважин степень разупрочнения массива увеличивается на 20-25%, а степень раскрытия трещин на 30% по отношению к стандартным конструкциям зарядов.

8. Разработана методика определения параметров взрывной подготовки массива к подземному выщелачиванию вкрапленных медноколчеданных руд с учетом коэффициента влияния гидроразрыва Кгропределяющего степень раскрытия трещин при гидровзрыве и позволяющего внести поправку на расчет удельного расхода ВВ при применении взрывогидравлического способа.

9. Разработан алгоритм выбора схемы подготовки массива с обоснованием ее параметров на основе учета основных горно-геологических и горнотехнических условий рассматриваемого участка рудной залежи, позволяющий произвести выбор рационального способа подготовки массива для конкретного участка отрабатываемого месторождения.

10. Подготовлен проект на опытно-промышленную апробацию технологии подготовки массива для камеры № 1 р. т. 11 Октябрьского месторождения (забалансовые запасы) методом подземного выщелачивания. Реализация технологии взрывной подготовки массива к разработке камеры №1 физико-химической геотехнологией позволяет получить комбинату экономический эффект в размере 294,77 тыс. руб. в ценах 2009 года.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Старостин, Евгений Петрович, Магнитогорск

1. Абрамов А.В. Подготовка месторождений скальных руд для выщелачивания. -М.: Изд-во Цветметинформации, 1975. 386 с.

2. Агошков М.И. Конструирование и расчеты систем и технологий разработки рудных месторождений. М.: Недра, 1965. - 570 с.

3. Арене В.Ж. Физико-химическая геотехнология: учеб. пособие. М.: Изд-во МГГУ, 2001.-656 с.

4. Ассонов С.Я. Взрывные работы. -М.: Углетехиздат, 1958. 420 с.

5. Argoll J.O. Leaching dumps to rekovere more Southwest copper at tower cost, // Mining World. 1963. - Vol. 25, №11. - p. 22.

6. Баранов А.О. Проектирование технологических схем и процессов подземной добычи руд. М.: Недра, 1993. - 283 с.

7. Баранов А.О. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд. М.: Недра, 1985.- 180 с.

8. Барон Л.И., Ключников А.В. Контурное взрывание при проходке выработок. -Л.: Наука, 1967.-305 с.

9. Барон Л.И., Личели Г.П. Трещиноватость горных пород при взрывной отбойке. -М.: Недра, 1996.

10. Бронников Д.М. Выбор параметров взрывных скважин при подземной отбойке руд. М.: Госгортехиздат, 1961. - 214 с.

11. Бубнов В.К. и др. Извлечение металлов из замагазинированной руды в блоках подземного и штабелях кучного выщелачивания. Целиноград: Обл. изд-во, 1989.-258 с.

12. Бубнов В.К. и др. Теория и практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. Акмола, 1992. - 545 с.

13. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.А. Процессы подземных горных работ. -М.: Недра, 1982.- 146 с.

14. Воробьев Б.М., Бурчаков А.С. Основы технологии горного производства. М.: Недра, 1973.-338 с.

15. Викторов С.Д. и др. Разрушение горных пород сближенными зарядами. М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2006. - 276 с.

16. Гидродинамические и физико-химические основы горных пород / под ред. Ве-ригина Н.Н. М.: Недра, 1997. - 126 с.

17. Горные науки. Освоение и сохранение недр Земли / под ред. К.Н. Трубецкого / РАН, АГН, РАЕН, МИА. М.: Изд-во Акад. горн, наук, 1997. - 478 с.

18. Джакупбаев А.Н. Профилактика и тушение эндогеных пожаров на медно-пиритных рудниках Урала (Дегтярское месторождение): дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1952.-21 с.

19. Добыча металлов способом выщелачивания / В.П. Новик-Качан, Н.В. Губкин, Д.Т. Десятников, Н.И. Чесноков. М.: Изд-во Цветметинформации, 1970. -384 с.

20. Доработка Молодежного месторождения подземным способом: технико-экономическое обоснование. Екатеринбург: Унипромедь, 1997.

21. Доработка Сибайского месторождения подземным способом: технико-экономическое обоснование. Екатеринбург: Унипромедь, 1992.-23 с.

22. Ерофеев И.Е. Повышение эффективности буровзрывных работ на рудниках. -М.: Недра, 1988.-271 с.

23. Зинуров А.В. Разработка комбинированной геотехнологии выемки запасов в основании бортов карьеров (на примере медноколчеданных месторождений Урала): дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 1999. -28 с.

24. Ивакин В.В. и др. Об определении гидравлического режима орошения через скважины при подземном выщелачивании руд // Цветные металлы. 1972. -№1. - С. 41.

25. Иванов В.П., Степанов В.Н. Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии. М.: Недра, 1960. - 126 с.

26. Илимбетов А.Ф. Обоснование рационального способа управления горным давлением при отработке рассредоточенных рудных тел (на примере Октябрьского медноколчеданного месторождения): дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2002. - 32 с.

27. Илимбетов А.Ф. Пути повышения эффективности производства на Октябрьском руднике // Разработка мощных рудных месторождений: межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, 1999. - С. 10-13.

28. Илимбетов А.Ф., Радченко Д.Н., Старостин Е.П. Исследование процесса выщелачивания некондиционных вкрапленных руд Октябрьского медноколчеданного месторождения. М.: ГИАБ №12. - С. 274-282.

29. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных ме-сторолсдений. -М.: Недра, 1984.

30. Исследование устойчивости северного борта Учалинского карьера при доработке запасов подземными горными работами: отчет по НИР / Унипромедь. -№ ГН 76467849. Екатеринбург, 1992. - 35 с.

31. Каковский И.А., Поташников Ю.М. Кинетика процессов растворения. М.: Металлургия, 1975. - 224 с.

32. Калабин А.И. Добыча полезного ископаемого подземным выщелачиванием. Разработка рудных месторождений физико-химическими и микробиологическими методами. М.: Атомиздат, 1969. - 375 с.

33. Калабин А.И. Добыча полезного ископаемого подземным выщелачиванием и другими геотехнологическими методами. М.: Атомиздат, 1981. - 302 с.

34. Каплунов Д.Р., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Комбинированная геотехнология. М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2003. - 560 с.

35. Развитие подземной добычи при комплексном освоении месторождений / Каплунов Д.Р., Левин В.И., Болотов Б.В. и др. М.: Наука, 1992. - 256 с.

36. Киреев Л.И. Шахтные системы разработки месторождений урана подземным выщелачиванием.-М.: Энергоиздат, 1982.

37. Кинетика электродных процессов / Фрумкин А.Н., Багоцкий B.C., Иофа З.А., Кабанов Б.Н. М.: МГУ, 1952. - 319 с.

38. Козлов В.Е., Кокарев Н.А. Расчет параметров буровзрывных работ на подземных рудниках: учеб. пособие. Свердловск: Изд-во УПИ, 1978. - С. 87.

39. Комбинированные методы переработки окисленных и смешанных медных руд / Митрофанов С.И. и др. М.: Недра, 1970. - 288 с.

40. Комплексные соединения в аналитической химии. Теория и практика применения.-М.: Мир, 1975.-531 с.

41. Костерецкий А.А. Исследование влияния утечек воздуха на пожароопасность колчеданных руд (Дегтярское месторождение): дис. . канд. техн. наук. -Свердловск, 1974. 46 с.

42. Котенко Е.А., Чесноков Н.И., Грязков М.В. Уранодобывающая промышленность капиталистических стран. М.: Атомиздат, 1979.

43. Кошколда К.Н. и др. Пути интенсификации подземного выщелачивания. М.: Энергоиздат, 1988.-222 с.

44. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. -М.: Недра, 1972.-240 с.

45. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М.: Изд-во МГИ, 1992. -516 с.

46. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.М. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972.

47. Лаверов Н.П. и др. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. М.: Изд-во Акад. горн, наук, 1998. - 446 с.

48. Лобанов Д.П., Ведерникова Л.П. Микробиологическое выщелачивание. М.: МГГУ, 1985.- 176 с.

49. Лунев Л.И., Рудаков И.Е. Подземные системы выщелачивания металлов. М.: Изд-во Цветметинформации, 1974. - 78 с.

50. Лунев Л.И. Инженерные расчеты подземного выщелачивания металлов: учеб.-метод. пособие по инженерным расчетам. М., 1977.

51. Лунев Л.И. Шахтные системы разработки месторождений урана подземным выщелачиванием. М.: Энергоиздат, 1982.

52. Луценко И.К., Бахуров В.Г., Мещерская Р.С. Физико-химические условия процесса подземного выщелачивания урана из скальных руд // Атомная энергия. -1969. Т.27, вып.6. - С. 500-504.

53. Луценко И.К., Бурыкин А.А., Бубнов В.К. Влияние состава скальных рудовме-щающих пород на эффективность процесса подземного выщелачивания // Атомная энергия. 1976. - Т. 41, вып.2. - С. 126.

54. Луценко И.К., Белецкий В.И., Давыдова Л.Г. Бесшахтная разработка рудных месторождений. -М.: Недра, 1986. 176 с.

55. Миндели Э.О. и др. Методы и средства взрывной отбойки руды. М.: Недра, 1977.-312 с.

56. Миндели Э.О. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1975. - 600 с.

57. Молчанов А.Д., Тимофеев И.Л. Интенсификация геотехнологических процессов растворения и выщелачивания. Львов, 1988. - 188 с.

58. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. -М.: Недра, 1977.-288 с.

59. Мосинец В.Н., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Безотходная технология добычи радиоактивных руд. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 240 с.

60. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. М.: Недра, 1982. - 248 с.

61. Musgrove P. Mining Technol and Poliey Issues, 1983 // Mining Convent. Amer. Mining Congr., San Francisco, sept. 12-14, 1983. Washington, 1983.

62. Навтанович М.Л. Черняк А.С. Органические растворители в процессах переработки руд. М.: Недра, 1969. - С. 151.

63. Небера В.П., Бабичев Н.И. Геотехнологические способы извлечения полезных ископаемых из недр. М.: Изд-во Цветметинформации, 1972. - 65 с.

64. Озолин JI.T. Физико-химические методы добычи полезных ископаемых. М.: МГИ, 1975.- 151 с.

65. Оспанов Х.К. Физико-химические основы избирательного растворения минералов. М.: Недра, 1993.- 174 с.

66. Открыто-подземный способ освоения месторождений крепких руд / Агошков М.И., Каплунов Д.Р., Шубодеров В.И. и др. М.: ИПКОН РАН, 1992. - 76 с.

67. Петрищев В.В. Опыт выщелачивания скальных руд на месте залегания (Обзор патентной и научно-технической информации). -М., 1977.

68. Подземное выщелачивание урановых руд / Бахуров В.Г., Вечеркин С.Г., Лу-ценко И.К. М.: Атомиздат, 1969. - 320 с.

69. Подземные системы выщелачивания металлов / Лунев Л.И., Рудаков И.Е. М., 1974.-79 с.

70. Поплаухин А.С., Дикарев Н.Л., Яковенко А.Г. Подземное выщелачивание мед-ноколчеданного месторождения // Цветная металлургия. 1982. - №10. - С. 1416.

71. Программа обследования горнорудных предприятий и методика исследований микробиологического выщелачивания руд: отчет о НИР / Унипромедь. № ГР 65892424. - Свердловск, 1967.

72. Проект на отработку Октябрьского месторождения подземным способом / Унипромедь. Свердловск, 1988.

73. Пути интенсификации подземного выщелачивания / Кошколда К.Н. и др. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 188 с.

74. Развитие подземной добычи при комплексном освоении месторождений / Каплунов Д.Р., Левин В.И., Болотов Б.В. и др. М.: Наука, 1992. - 256 с.

75. Расчеты гидрометаллургических процессов / Набойченко С.С., Юнь А.А. М.: МИСиС, 1995.-428 с.

76. Рустамова Л.С. Физико-химические основы производства медь- и цинк- содержащего карбамида // Все для удобрений. Ташкент, 1983.

77. Рыльникова М.В. Обоснование параметров комбинированной геотехнологии освоения медноколчеданных месторождений Урала: дис. . д-ра техн. наук. -Магнитогорск, 1999.

78. Рыльникова М.В., Ляховец К.А., Старостина Н.Н. Анализ эффективности процессов выщелачивания медьсодержащих руд Сибайского месторождения // Разработка мощных рудных месторождений: межвуз. сборник. Магнитогорск: МГТУ, 1999.-С. 71-75.

79. Рыльникова М.В., Старостина Н.Н., Старостин Е.П. Перспективы развития физико-химической геотехнологии для доработки запасов Сибайского месторождения.-М.: ШАБ, 2004. №4. - С. 169-174.

80. Рыльникова М.В., Старостин Е.П. Применение перфорационных систем кумулятивных зарядов для повышения показателей извлечения при выщелачивании некондиционных руд // Материалы Уральской горнопромышленной декады. -Екатеринбург: УГГУ, 2005. С. 20-21.

81. Рыльникова М.В. и др. Исследование процессов подземного выщелачивания для доработки запасов Сибайского месторождения // Проблемы геотехнологии и недроведения: Мельниковские чтения. Екатеринбург: УРО РАН, 1998 - т.з. -С. 336-341.

82. Сеинов Н.П., Чевкин А.И. Влияние ориентировки трещин на степень разрушения твердой среды взрывом // Взрывное дело. 1976. - №54/16.

83. Сизиков А.В., Биккинов Я.У. Основные направления развития комбинированной геотехнологии на БМСК // Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. Магнитогорск: МГТУ, 2001. - С. 58-59.

84. Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Мосинец В.Н. Подземная разработки месторождений цветных и редких металлов. М.: Недра, 1986. - 488 с.

85. Способ подземного и кучного выщелачивания металлов: Пат. 2116440 Россия, МПК6 Е21В43/28 / Кондратьев Ю.И., Воронин П.А., Алкацев М.И., Кондратьев Д.Ю. (Россия).

86. Справочник по горнорудному делу / под ред. Гребенюка В.А., Пыжьянова Я.С., Ерофеева И.Е. М.: Недра, 1983. - 816 с.

87. Справочник взрывника / под ред. Кутузова Б.Н. М.: Недра, 1988.

88. Старостина Н.Н. Систематизация и структуризация процессов подземного выщелачивания при комбинированной разработке месторождений // Горн, ин-форм.-аналит. бюл. 2002.

89. Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия: учебник для хим.-технол. спец. вузов. М.: Высш. Шк., 1994. - 608 с.

90. Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания / под ред. В.Н. Мосинца. М.: Недра, 1987. - 368 с.

91. Тураев С., Исаматов Э.Е. Распределение и формы нахождения элементов в технологических растворах. Ташкент, 1989. - 18 с.

92. Ферсман А.Е. // Избр. труды. М.: Изд-во АН СССР, 1958. - Т.4.

93. Физико-химическая гидродинамика / Левич В.Г. -М.: Физматгиз, 1959. 699 с.

94. Халезов Б.Д. и др. Историческая справка и обзор зарубежной практики кучного и подземного выщелачивания // Горн, информ.-аналит. бюл. 2002. - №4. - С. 57-61.

95. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных разработок. Екатеринбург: УГГГА, 1996. — 179 с.

96. Чантурия В.А. и др. Влияние гранулометрического состава, пористости и сер-фектанта на фильтрационные процессы при кучном выщелачивании медных руд // Горный журнал. 2002. - №.7.

97. Чантурия А.В. и др. О механизме действия карбамида при сернокислотном выщелачивании окисленных руд // Цветные металлы. -2002. №5.

98. Черняк А.С. Химическое обогащение руд. М.: Недра, 1987. - 224 с.

99. Шустов Н.В. Взрывогидравлический способ разрушения твердых сред. М.: Недра, 1968.-48 с.

100. Эльпинер И.Е. Ультразвук, физико-химическое и биологическое действие. -М.: Физматиздат, 1963. 126 с.

101. Обоснование способов и параметров освоения забалансовых запасов Октябрьского месторождения: отчет по НИР. рук-ль Рыльникова М.В. Магнитогорск.: ЗАО «Маггеоэксперт». -2006. - 193 с.

102. Опытно-промышленная апробация физико-химических технологий комплексного освоения природных и техногенных георесурсов Бурибаевского ГОКа: отчет по НИР. рук-ль Рыльникова М.В. Магнитогорск.: ЗАО «Маггеоэксперт». - 2006. - 80 с.

103. Халезов Б.Д. и др. Историческая справка и обзор зарубежной практики кучного и подземного выщелачивания // Горн, информ.-аналит. бюл. 2002. - №4. -С. 57-61.

104. Эстеров Я.Х., Васильев С.А. Задачник по взрывным работам. М.: Недра, 1987.

105. Содержание металлов в продуктивных растворах выщелачивания тонких фракций некондиционной руды рудного тела № 11 Октябрьского месторождения