автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Научно-методические и технологические основы рационального освоения техногенных россыпей золота

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АКАДЕМИЯ

4 го о л

' '1 I - - -

На правах рукописи

МАМАЕВ Юрий Алексеевич

УДК 622.013:622.271

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ

ЗОЛОТА

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Институте горного дела Дальневосточного отделения Российской Академии наук (г. Хабаровск)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шитарев В.Г.

доктор технических наук, профессор

Хныкин В.Ф.

доктор технических наук, профессор

Матвеев А.А.

Ведущее предприятие: АО "Приморзолото"

Защита состоится 1996 г. в 13 часов на заседании

"" У

диссертационного совета Д.063.55.02 в Московской государственной геологоразведочной академии по адресу:

117873, г. Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория_

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной геологоразведочной академии.

Автореферат разослан " / / " сентября 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, докт. техн. наук, профессор

В.П.Небера

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На протяжении длительного периода времени россыпные месторождения являются одним из основных источников получения золота, олова, титана, циркона, некоторых минералов кварцевой группы, янтаря; из россыпей добывается платина, вольфрам, ниобий, тантал, итрий, торий, уран, берилий и многие другие редкие и рассеянные элементы и минералы.

По количеству запасов и масштабам добычи россыпного золота Российская Федерация занимает одно из первых мест в мире.

Однако в последние годы из-за значительного ухудшения сырьевой базы резко снизились объемы добычи золота из россыпей. В этих условиях особое значение приобретают техногенные россыпные образования.

Техногенные россыпи золота, несмотря на некоторые отрицательные моменты, связанные с качеством сырья (содержание золота в 2-4 раза ниже, чем в природных месторождениях, преобладание мелкого золота и золота в сростках) имеют ряд существенных преимуществ (благоприятное территориальное расположение в отводах горных предприятий; нарушенные цементационные связи позволяют осуществлять их выемку и переработку со значительно меньшей энергоемкостью и минимальными затратами на подготовку; особенности залегания и строения обуславливают сплошность отработки месторождений указанных типов, что в свою очередь, дает возможность применения поточных методов разработки техногенных россыпей).

Анализируя изложенное, можно констатировать, что техногенные россыпные месторождения являются важным источником пополнения сырьевой базы россыпной золотодобычи действующих предприятий и старательских артелей.

Однако недостаточная изученность россыпей рассматриваемого типа, отсутствие методических положений по ускоренной оценке запасов и научно обоснованных эффективных технологий их разработки не позволяют обеспечить добычу золота из техногенных россыпей в необходимых масштабах. В этой связи создание научно-методических основ и рациональных технологий освоения техногенных россыпей является важной научной и народнохозяйственной проблемой.

Целью настоящей работы является создание научно-методических основ и эффективных технологий крупномасштабного освоения техногенных россыпей золота на основе глубокого изучения их геологических, технологических и эксплуатационных особенностей.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности добычи золота из техногенных россыпей достигается за счет комплексного подхода к их освоению, включающего создание научно-методических основ (системы классификаций, методики ускоренной оценки запасов, научных принципов их освоения) и эффективных поточных технологий выемки и переработки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных образований.

В процессе выполнения работы автором использован комплексный метод исследований, включающий анализ литературных источников и научные обобщения, геологическое и технологическое изучение объекта исследований, теоретические исследования процессов выемки и переработки продуктивной золотосодержащей горной массы, натурные и лабораторные эксперименты по определению технологических параметров, экономико-математическое моделирование с использованием ПЭВМ, классификации, опытно-промышленную проверку разработанных рекомендаций.

Защищаемые научные положения.

1. Концепция и научные принципы рационального освоения техногенных россыпей золота, основанные на учете геологических, технологических и эксплуатационных особенностей техногенных образований и системном комплексном подходе к ускоренной оценке запасов и их разработке поточными методами.

2. Система классификаций техногенных россыпей золота, в основу которой положен ряд характерных классификационных признаков природного, технологического, экономического характера и, в частности, генезис, морфология месторождений золота, ценность и готовность запасов к освоению, способы и технологии выемки и переработки продуктивной золотосодержащей горной массы.

3. Методика локальный экспертной оценки запасов техногенных россыпей золота по косвенным признакам, отличающаяся от известных большей достоверностью за счет учета ряда дополнительных природных факторов (глинистость, мерзлотность и т.д.).

4. Теоретическое обоснование возможности и эффективности выемки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей с нарушенными цементационными связями методом гидравлического всасывания в комплексе с эр-лифтным подъемом, обеспечивающим полноту отработки компонента с высокой удельной плотностью.

5. Теоретические и экспериментальные исследования процессов и параметров мультиклассификации при переработке продуктивной золотосодержащей горной массы и извлечения золота в концентрат при взаимодействии взвесенейущего гидравлического потока с неподвижной конической сеющей поверхностью и прямоточными концентраторами с поперечными разгрузочными отверстиями.

Научная новизна исследований заключается в том, что в диссертационной работе впервые в обобщенном виде на основе целостного подхода научно обосновываются теоретические и практические аспекты рационального освоения техногенных россыпей золота.

- впервые крупномасштабно и всесторонне изучены и проанализированы проблемы освоения техногенных россыпных месторождений, выявлены их геологические, технологические и эксплуатационные особенности и предложены концепции и научные принципы их рационального освоения.

- разработана система классификаций техногенных россыпей золота, в основу которой положены генетические признаки, геологическое строение, параметрические показатели, продуктивность россыпи, подготовленность запасов к освоению.

- на основе изучения геологического строения элементов и комплексов техногенных россыпей золота разработаны методические основы локальной экспертной оценки запасов, отличающиеся от известных большей достоверностью за счет учета влияния глинистости, криогенного фактора и др.

- теоретически обоснован процесс выемки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей методом гидравлического всасывания с применением эрлифтных комплексов; выявлены основные закономерности вертикального перемещения ценных компонентов высокой плотности в зависимости от параметров потока водовоздушной среды.

- впервые в практике переработки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей предложен метод мультиклассификации, теоретически и экспериментально определены его параметры при взоимодействии двухфазных взвесенесущих потоков с конической сеющей поверхностью и прямоточными сужаю-

щимися желобами с поперечными отверстиями; выявлены основные закономерности процессов миграции и концентрации золота в гидравлических потоках в зависимости от фракционного состава горных пород, технологических и конструктивных параметров оборудования.

- предложены критерии и разработан метод оценки эффективности освоения техногенных россыпей золота в условиях рыночной экономики.

Практическая ценность работы заключается в следующем;

- разработанная методика локальной экспертной оценки запасов позволяет ускоренно с высокой степенью достоверности определять количественно-качественную характеристику запасов техногенных россыпей без проведения большого объема трудоемких и дорогостоящих геологоразведочных работ.

- предложенная система классификаций техногенных россыпей золота позволяет осуществлять выбор рациональных способов и технологий разработки россыпей указанного типа.

- выполнена широкомасштабная оценка запасов техногенных россыпей Дальневосточного региона.

- разработаны рациональные технологии выемки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей методами всасывания и гидроразмыва пород. На основании теоретических исследований дифференциального уравнения трехфазного восходящего потока гидросмеси предложены методика и номограмма для выполнения инженерных расчетов эрлифтной установки графоаналитическим методом.

- теоретически и экспериментально обоснована эффективная технология переработки продуктивной золотосодержащей горной массы с мультиклассификацией исходного материала на аппаратах с конической сеющей поверхностью и прямоточных сужающихся жалобах с поперечными отверстиями Определены рациональные технологические параметры взвесенесущего потока гидросмеси, обеспечивающие эффективность процесса миграции и концентрации золота.

- дана технико-экономическая оценка .предложенных вариантов технологий разработки техногенных россыпей золота. Определена высокая эффективность их освоения по сравнению с разработкой небогатых по запасам и удаленных природных россыпей.

Достоверность научных положений и рекомендаций, сформулированных автором, обусловлена глубоким анализом особенностей техногенных россыпей золота, обоснованностью исходных предпосылок по их освоению, комплексностью и большим объемом аналитических и экспериментальных исследований в лабораторных и промышленных условиях, высокой сходимостью теоретических положений с результатами опытных работ, апробацией разработанных методик на конкретных техногенных россыпных месторождениях золота.

Реализация результатов работы . Основные рекомендации, разработанные автором диссертации, использованы в программе - методике, утвержденной акад. М.И. Агошковым по выполнению задания 02.01.НЗ Государственной программы "Дать оценку геологических, технологических и экономических факторов разработки техногенных месторождений" (Постановление ГКНТ СССР № 56 от 10.03.86).

Рекомендации по рациональным параметрам выемки и переработки горной массы с применением земснарядов в комплексе с коническим гидрогрохотом внедрена на карьере строительных материалов месторождения "Хабаровского" с экономическим эффектом 3200 млн руб.

Рекомендации по технологическим параметрам мультикпассификации продуктивной горной массы при дражной разработки россыпей переданы в АООТ "Прииск Соловьевский". Экономический эффект от внедрения рекомендаций составляет 1200 млн.руб. из расчета на одну драгу.

Апробация работы. Основные положения и отдельные ее разделы докладывались и получили одобрения: на 1У Всесоюзном совещании "Основные направления повышения технического управления производства при разработке россыпей", Магадан, 1978 г., Международном симпозиуме "Тектоника, энергетические и минеральные ресурсы Северо-Западной пацифики", Хабаровск, 1989 г., Всесоюзном совещании "Интенсификация гидромеханизированных работ и подводной добычи с применением погружных грунтонасосных комплексов", Москва, 1989 г., Республиканской научно-практической конференции "Разработка научных основ комплексного освоения месторождений с учетом изменения минерально-сырьевой базы действующих рудников", Алма-Ата, 1989 г., научно-практическом семинаре "Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР", Якутск, 1990 г., X Международном совещании" Россыпи и месторождения кор выветривания - объект инвестиций на современном этапе", Москва, 1994 г., на технических советах АО "Приморзолото", 1996 г., ежегодных Ученых советах Института горного дела ДВО РАН (1989 -1995 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 56 печатных работы, из них 10 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, содержит 255 страниц текста, таблиц, рисунков и списка литературы из 159 наименований и приложения.

Автор выражает искреннюю благодарность за ценные научные консультации, советы и оказанную помощь профессорам, докторам техн. наук C.B. Потемкину, В.П. Небера, Г.В. Секисову, доктору техн. наук Ю.И. Болотину, доктору биол. наук Л.Т. Крупской, доц., канд. техн. наук В.Г. Бойко, A.M. Пуляевскому, канд.геолого-минер. наук Е.А. Шевелевой, B.C. Шаповалову, зав. лабораторией разработки россыпных месторождений ИГД ДВО РАН B.C. Литвинцеву, сотрудникам лаборатории разработки россыпных месторождений ИГД ДВО РАН Г.П. Пономарчуку, И.А. Яцыку и др.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние проблемы. Цель и задачи исследований.

У истоков решения проблемы рационального и комплексного освоения техногенных месторождений полезных ископаемых стояли выдающиеся ученые академики Н.В. Мельников, М.И. Агошков, В.В. Ржевский, К.Н. Трубецкой, В.Н. Ласкорин, В.А. Чантурия и др., которыми заложены научные основы решения указанной проблемы.

Различными аспектами ее занимались и внесли большой научный и практический вклад H.H. Мельников, Г.В: Секисов, B.C. Хохряков,A.B. Хохряков, A.B. Арсентьев, В.Н. Небера, В.Г. Шитарев, В.Н. Уманец, Е.И. Рогов, М.Б. Никитин и многие другие.

На фоне общей и очень важной проблемы освоения отходов горнодобывающего и перерабатывающего производства особое место занимают техногенные россыпи золота. Это обусловлено тем, что минерально-сырьевая база россыпной золотодобычи значительно истощена, в то же время крупные россыпные месторождения, расположенные, в пределах горных отводов действующих предприятий

уже отработаны, а освоение удаленных небогатых россыпей является, как правило, нерентабельным.

В этих условиях существенно возрастает значение техногенных образований, которые становятся реальным и весомым резервом сырьевой базы россыпной золотодобычи.

По нашим оценкам за длительный период эксплуатации россыпных месторождений на территории деятельности только Дальневосточных предприятий накоплено свыше 3,5 млрд.м3 объемов техногенных образований, в которых содержится более 400 т. золота. Процесс формирования техногенных россыпей продолжается.

Проблему рационального освоения техногенных россыпей золота решают научные коллективы ИГДС ЯФ СО РАН (г. Якутск), ВНИИ-1, СВКНИИ ДВО РАН (г. Магадан), Читинский политехнический институт (г. Чита), Московская геологоразведочная академия (г.Москва), ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск), ИГД УрО РАН (г.Екатеринбург) и др., где сложились свои научные школы по этому направлению исследований.

Большое научное значение для решения рассматриваемой проблемы имеют работы H.A. Шило, Е.И.Богданова, В.Г. Моисеенко, В.Л. Яковлева, С.М. Шорохова, В.Г. Пешкова, C.B. Потемкина, Д.Н. Лобанова, В.Ф. Хныкина, В.П. Дробаденко, A.A. Матвеева, В.И. Емельянова, В.П. Мязина, М.В. Костромина, В.А. Кудряшова, A.B. Рашкина, Р.Г. Совенко, Э.И. Чернея, Г.З. Перльштейна, А.П. Сорокина, В.А. Шерсто-ва, Б.Л. Тальгамера, В.Г. Пятакова, Н.П. Лаврова, B.C. Шаповалова, A.C. Власова, Ю.Г. Толпегина, П.П. Богомякова, Ю.А. Травина, В.И. Вилисова, В.В. Сборовского, Ю.Е. Кацмана, В.Ф. Бойко, Е.А. Шевелевой, A.M. Пуляевского, B.C. Литвинцева, О.В. Замятина, Г.П. Пономарчука, И.А. Яцыка и др. Благодаря исследованиям этих ученых, а также видных специалистов горного производства, решен ряд сложных вопросов освоения техногенных россыпей золота.

Однако анализ состояния проблемы показывает, что она не нашла пока положительного решения ни в научном ни, в практическом плане. Недостаточно изучены геологические аспекты техногенных россыпей, отсутствуют научно-методические основы и эффективные технологии добычи из них золота. Это, по нашему мнению, является основной причиной, сдерживающей крупномасштабное их освоение. Дальнейшее повышение эффективности их разработки в современных условиях и на перспективу возможно только за счет проведения комплекса глубоких и масштабных исследований, направленных на создание теоретических и методических основ и эффективных технологий выемки и переработки продуктивной золотосодержащей горной массы.

В связи с этим основной целью диссертационной работы является создание научных, методических основ и эффективных технологий крупномасштабного освоения техногенных россыпей золота на основе глубокого изучения их геологических, технологических и эксплуатационных особенностей.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:

1. Оценить современное состояние проблемы, выявить основные особенности, определяющие эффективность освоения техногенных россыпей золота.

2. Разработать концепцию и научные принципы рационального освоения техногенных россыпей.

3. Создать систему классификаций техногенных россыпей, учитывающую геологическое строение, параметрические показатели, продуктивность, степень подго-

товленности запасов к освоению и позволяющую научно обосновать рациональные способы и технологии разработки техногенных россыпей.

4. Разработать методику ускоренной оценки запасов по косвенным признакам.

5. Теоретически обосновать возможность и целесообразность выемки продуктивной золотосодержащей горной массы высокопроизводительными экономичными способами и технологиями.

6. Теоретически и экспериментально обосновать рациональные параметры процесса мультиклассификации продуктивной горной массы при ее переработке в гидравлических закрученных и прямоточных тонкослойных взвесенесущих потоках.

7. Разработать критерий и методику оценки эффективности освоения техногенных россыпей золота.

Особенности техногенных россыпей, концепция и научные принципы их освоения.

Геологическое строение техногенной россыпи является следствием отработки природных россыпных месторождений, в связи с чем ее характер определяется двумя основными характеристиками:

- геологическим строением исходной (первичной) россыпи;

- способом и технологией ее отработки.

Аллювиальная толща представляет собой весьма динамическую систему. Нами рассматриваются пять основных режимов неотектонических обстановок: интенсивное поднятие; умеренное поднятие; стабилизация; слабое опускание; интенсивное опускание.

Техногенное россыпное месторождение является видоизмененным отражением природного. Поэтому весьма целесообразно рассматривать техногенные россыпи с учетом типизации природных месторождений. В связи с тем, что природные месторождения отрабатываются двумя основными способами - подводным (дражным) и открытым (частично или полностью гидравлическим), соответственно формируются и совершенно различные структуры техногенных месторождений.

Россыпные техногенные образования подводного способа отработки представлено преимущественно двумя морфологическими комплексами: вскрышными и гале-эфельными отвалами.

При производстве вскрышных работ зачастую нижние горизонты пород вскрыши удалялись в отвал вместе с верхними горизонтами продуктивных пластов песков, в результате вскрышные отвалы характеризуются наличием значительного количества золота.

Гапе-эфельные отвалы формируются в процессе переработки песков и включают в себя два комплекса: крупно-галечный - в верхних горизонтах отвалов и песча-но-гравийно-глинистый - в нижних.

При отсутствии работ, связанных с рекультивацией гале-эффельные отвалы сохраняют свою структуру длительный период.

Техногенные образования открытого способа разработки подразделяются на отвальные комплексы сплошного и раздельного способа. В первом случае отсутствуют вскрышные работы.

Морфологическая структура отвалов вскрышных пород при открытом способе разработки россыпей аналогична дражным отвалам. Аналогию можно также провести и при оценке отвалов хвостов промывки, сформированных при ведении открытых горных работ. При высокой степени глинистости песков первичных россыпей и недо-

статочно эффективных принципах дезинтеграции и грохочения в галечную фракцию зачастую попадает мелкое и среднее золото, а также глинистые окатыши.

Более мелкие эфельные фракции складируются за пределами хвостовой части шлюзов. В случае применения технологии гидразмыва на одной приборостоянке формируются отвалы хвостов промывки значительных размеров.

Автором изучено геологическое строение ряда месторождений Северо-Востока и Приамурья. Одним из наиболее характерных техногенных месторождений, рассмотренных в настоящей работе, является россыпь р.Семи, поперечный геологический разрез который представлен на рис. 1.

Рис. 1. Поперечный разрез техногенной россыпи р. Семи (Верхний участок)

1

2 —^ 3

• •••с о о о о 7 О /9 О я

6 о°о0о°о0 7 О О 8

¿-3

10

11

13

15

Литологический состав: 1 - почвенно-растительный слой; 2 - погребенные почвы; 3 - ил; 4 - глина; 5 - песок; 6 - гравий; 7 - галька; 8 - валуны; 9 - дресва и щебень;

10 - трещиноватые коренные породы; 11 - коренные породы (плотик). Изосодержания золота (г/м3): 12-до0,1; 13-0,1-0,5; 14-0,5-1,0; 15-более1,0.

Указанное месторождение территориально расположено в западном обрамлении Тугуро-Амурской впадины в пределах морфоструктуры слабых опусканий. Россыпь отработана на всем протяжении драгой на глубину 8 - 9 м.

Пространственное расположение золота, показанное на геологическом разрезе, свидетельствует о распределении золота по всей толще массива горных пород, что не позволяет при отработке выделить продуктивный пласт песков, а обуславливает необходимость производить сплошную выемку продуктивной горной массы.

В табл. 1 приведены данные по распределению золота различной крупности на основании эксплуатационного опробования. Ситовой состав свидетельствует, что в процессе отработки россыпи существенно изменилось соотношение классов размерности золота в сторону уменьшения крупных и средних фракций и значительно увеличилось количество мелкого золота, что является характерным для подавляющего большинства техногенных россыпных месторождений.

Таблица 1

Ситовой состав золота техногенной россыпи р.Семи (по Д.С. Костылеву, 1988 г.),%

Фракции, мм Скв. №1 Скв. № 2

0-4 м 4-8 м 0-4 м 4-8 м

2+1 0,13 0,02

-1+0,5 2,54 1,91 0,75 0,20

-0,5+0,2 19,05 14,55 10,63 13,87

-0,2+0,1 36,49 35,77 35,15 30,87

-0,1+0,044 35,96 33,13 46,57 35,10

-0,044 5,96 14,61 6,90 19,84

ИТОГО: 100,0 100,0 100,0 100,0

Технологические особенности техногенных россыпей изучены автором путем отбора и анализа трех проб техногенного месторождения реч. Утиный (правый приток р. Колыма). Рассматриваемое месторождение характерно для других россыпей Дальневосточного региона. Указанные пробы исследовались по известным методикам с привлечением специалистов Магаданского филиала ЦНИГРИ. В процессе исследований определяли количество свободного золота, которое можно извлечь гравитационным методом обогащения, количество связанного металла и общий баланс золота (табл. 2).

Результаты исследований технологических проб показывают, что при разработке техногенной россыпи около 80% золота можно извлекать гравитационным методом. Однако, учитывая увеличение доли золота мелких классов, следует более обосновано применять этот метод обогащения, при этом наиболее рационально использовать его в комплексе с воздействием дополнительных динамических нагрузок на поток гидросмеси.

Эксплуатационные особенности техногенных россыпей золота, отличающие их от природных россыпных месторождений и от техногенных образований других полезных ископаемых, заключаются в следующем:

- сложная структура техногенных россыпей золота, большое количество слагающих элементов, разнообразие параметрических характеристик, различные продуктивность и степень подготовленности к эксплуатации вызывают необходимость создания системы классификаций рассматриваемых типов россыпей с обоснованием способа и технологии их разработки;

- большое разнообразие элементов и комплексов природно-техногенных и техногенных россыпей, их различная ценность создает значительные трудности в вопросах проведения геологоразведочных работ и оценки запасов, что предопределяет необходимость создания достоверного метода оценки по косвенным признакам;

- пространственная несконцентрированность золота в техногенной россыпи, особенно в отвальном комплексе, вызывает необходимость сплошности разработки продуктивной горной массы;

- вторично-третичные отложения, слагающие техногенную россыпь, характеризуются нарушенными цементационными связями, что дает возможность производить их выемку со значительно меньшими энергетическими и трудовыми затратами, и обуславливает применение поточного метода выемки пород, в том числе гидравлическими способами;

- содержание золота в техногенной россыпи в 2-4 раза ниже, чем в россыпях природного типа, что вызывает необходимость кратного увеличения объемов выемки и переработки продуктивной горной массы;

- наличие в техногенных россыпях значительного количества мелкого золота обуславливает применение активных методов переработки и обогащения (мультиклассификация продуктивной горной массы).

Таблица 2

Баланс металла по технологическим видам золота

№ проб Золото свободное, извлекаемое гравитацией Свободное мелкое золото, определяемое цианированием Связное золото Итого полное содержание

мг/м^ % мг/м"1 % мг/м^ % мг/м13 %

1-Т 259 78,41 4 1,21 67 20,3 330 100

2-1 190 70,52 5 1,87 74 27,61 268 100

3-Т 386 81,78 5 1,06 81 17,16 472 100

ИТОГО 282 78,11 5 1,39 74 20,5 361 100

Анализ состояния проблемы освоения техногенных россыпей в научно-технической литературе, а также выявленных в процессе исследований геологических, технологических и эксплуатационных особенностей россыпей указанных типов позволил автору разработать концепцию и научные принципы освоения техногенных россыпей золота.

Концепция и научные принципы рационального освоения техногенных россыпей золота.

Исследованиями К.Н. Трубецкого, В.Л. Яковлева, Г.В. Секисова.В.Н. Уманца и др. установлено, что подавляющее большинство техногенных минеральных объектов на основании предварительного изучения может быть отнесено к техногенным месторождениям и использовано для добычи полезных ископаемых. Поскольку проблема рационального освоения техногенных россыпей золота носит весьма сложный комплексный характер, ее решение возможно на основе системного подхода.

Как указывалось выше, наличие в Дальневосточном регионе и на действующих россыпных предприятиях России значительного количества техногенных россыпей золота, большая их значимость в структуре минерально-сырьевой базы россыпного золота, низкий уровень использования предопределил основную направленность их рационального освоения - оценка запасов и эффективная крупномасштабная разработка техногенного россыпного минерального сырья. Другими словами, концепция рационального освоения техногенных россыпей имеет ресурсную и горнодобывающую направленность. Это направление является крупной и актуальной народнохозяйственной проблемой.

Решение всего комплекса составляющих ее подсистем или стадий возможно в следующих поднаправлениях:

1. Изучение природных, технологических и эксплуатационных, экономических, экологических особенностей и характеристик техногенных россыпей золота и создание их классификаций или систем классификаций, позволяющих типизировать техногенные россыпи по характерным классификационным признакам и, в зависимости от типов россыпей, производить выбор рациональных способов и технологий их разработки.

2. Изучение сложной геологической структуры техногенных россыпей, выявление и обобщение факторов, влияющих на продуктивность слагающих техногенную россыпь элементов и комплексов и создание метода достоверной ускоренной оценки запасов (ресурсов) по косвенным признакам.

3. Обоснование принципов создания технологий разработки техногенных россыпей золота, отвечающих специфике условий техногенных образований.

4. Крупномасштабное вовлечение в эксплуатацию техногенных россыпей золота на основе предварительной оценки запасов и эффективных способов и технологий их разработки.

Следует отметить, что указанные поднаправления имеют характер этапов решения общей проблемы и предложены нами с учетом временной последовательности.

Кроме того, они составляют общую структуру, так как имеют тесные взаимные связи между собой, дополняют и развивают друг друга.

Таким образом, предложенная концепция рационального освоения техногенных россыпей золота требует создания научных основ, разработки методов и способов эффективного решения широкого круга составляющих ее задач геологического, горного, экономического, экологического профиля, соответствующих общим задачам горной науки и золотодобывающей промышленности Российской Федерации.

Анализ особенностей и влияющих факторов позволил определить, систематизировать и обосновать научные принципы освоения техногенных россыпей, которые необходимо учитывать при решении вопросов выбора способов и технологий их разработки. Нами предложены четыре основных группы научных принципов.

-Исходные экономические, включающие в себя вопросы полноты и качества добычи золота на основе рациональных способов выемки и мультикласси-фикации продуктивной горной массы и прогрессивных методов извлечения золота, создание эффективных технологий отработки техногенных россыпей;

-Организационно-технологические, отражающие вопросы концентрации горных работ, максимального использования сохранившихся объектов инфраструктуры, сплошности отработки техногенных россыпей;

-Эколого-технологические, обеспечивающие комплексный подход к рекультивации нарушенных земель, максимальному использованию внутреннего отвапообразования, созданию замкнутой системы водоснабжения;

-Социально-правовые, позволяющие решить вопрос занятости населения, создания безопасных условий труда, правового регулирования использования недр и др.

Таким образом, предлагаемые концепция и научные принципы рационального освоения техногенных россыпей золота позволяют наметить пути научно обоснованного и эффективного решения проблемы широкомасштабного вовлечения в отработку техногенных россыпных минерально-сырьевых ресурсов, что в свою очередь дает возможность обеспечить золотодобывающую промышленность дешевым минеральным сырьем и существенно повысить уровень золотодобычи.

Научно-методические аспекты освоения техногенных россыпей золота.

Система классификаций техногенных россыпей. Классификация объектов по обобщающим признакам может выступать либо как метод исследований, либо как характеристика объекта. В настоящей работе предлагаемая автором система классификаций решает вторую задачу - детально характеризовать техногенные россыпи как объект исследований, учитывая их сложную структуру, большое количество слагающих элементов, разнообразные параметрические характеристики и другие показатели. Конечной целью создания системы классификаций техногенных россыпей золота является обоснование рациональных методов оценки запасов (ресурсов), способов и технологий их эффективного освоения.

Учитывая тот факт, что ранее предложенные группировки и классификации техногенных россыпей характеризовались чисто геологическими аспектами и создавались преимущественно для оценки запасов, предложенная система классификации по своим классификационным признакам и структурным построениям носит эксплуатационную направленность и предназначена для решения проблемы освоения техногенных россыпей в целом.

В табл. 3 и 4 представлены геологическая структура элементов и комплексов и типизация характеристик техногенных россыпей.

Система классификаций техногенных образований включает в себя ряд классификаций по следующим взаимоувязанным классификационным признакам:

- генетический, морфология природно-техногенных и техногенных россыпей, морфология золота;

- ценность и готовность природно-техногенных и техногенных россыпей к освоению;

- способы и технологии разработки и обогащения природно-техногенных и техногенных россыпей.

я

Первичный способ отработки месторождений

Подводный способ

Подземный способ

Открытый способ

Пространственное расположение структур техногенных россыпей

Элементы структур россыпного месторождения

5 § -о •о о 2

о 5 Я

§11 »о 5

о ~о

"5 °

п> о

Ь о

3 з

Морфологический тип россыпи, размер (мощность, глубина залегания), порядок долин

§11 о ° 5

Ш Ч» х

Е ш

§

_ 3 X 2 •< X

х П

г "О

^ о Й5

° ГП ®

■о 2> I =1 о 5 х

3

ь х со"2

з о О о ^ ^ о

го со 2 о

_ о о 3 <9а 5

О Я чг ^

3

X 1 •<

Ц® -5 9 о §

О) О т О

2 5 Н з: з ®

III

о ? I

Техногенные россыпи

: 1 ;

5 ь §

Ш V

V — й

2 5

< ой о Н

-5 о п>

- 1 о х

и- X

5 о

= 3

ь X

0 X

^ г

1 ®

о „ XI о

И

со -

3 3 Я

г »

| о а х

5 -а ^ 5

О -р ¡г го

2=5

Природно-техногенные россыпи

Преобладающий медианный размер частиц золота

Элементы структур техногенного месторождения

Тип запасов

Потенциально-кондиционные:

- временно некондиционные

- прогнозные

Кондиционные:

- балансовые

- забалансовые

Продуктивность;

до 50 юг до 200 кг >200 кг

л

X

а

о

I о

® -о

¡1 X ё тз X О о

О з

П) о го

2 о

о» "О

(и о

■о о

о

2

Я 1

2 о с»

О ° -1

<Я> о

X ш

3 О"

® 5 ¡5

о и

О 01

ш ш

О 3

'

ъ

о

о о

ш -)

о о

(В ш

X О®

5

X

X -з

5 Н "О

ГО © 3

я х Е ° 5

? о

8 о »1 г

§ 8 ¡г§ з

11 5 ° ?

5 л! о го о

5 ? I 5 3

х

о- го х з:

>

О О X в х

с

X

а ОЁ>

Ош ах о>

> , 5т

2Х - I

т —1 хт хх

Ш-1

хт

из:

XX ОО

О"

ГОО

тз хт хх>

О

Способ разработки

Подземный

Подводный Открытый

Режим процессов выемки

X о

X ш ? ?|

со

М §

сг м X

0 1 зс

Технология выемки

г. о»

° о

° £

2 »

5 о ОТ» Ш 2

о

ъ

"С 01

О

I3 -8-ш го 2 -о

СО

> I

; Ш ! Ь 5 Х> 1 Ш

; з ; и

СП

0)

X <4

а> 2

£ С1

С э

о

§ ■о о

£ Тэ

о

СП

7? о

О 1)

ТЭ

£ о

£11

55 8 1 01 Ш

ю

г

б СП О -О •<

^ 2 -Е

ГО Й Ь

э ? о

^ п й

ъ о 45

ш у -О 2 -О ®

г

V 5

о О) £ К го

3 ">

■О тз ы о

1°

^ г о 1

Сложность строения россыпи

Способ разработки

Комбинированный Подземный Открытый, подводный

Сложность строения и залегания россыпи

и о

3 1

(11 о

х а

3 о а X

X

о

о

и н "О ИТ) о ^ 2 о - СР о

з! I 1»1 л о

Сл> ^ $ ^ о

I?

* о

X О

о ое!

п ° 3 а о Й

ш £ х га

31

§ О

= о О "5 н гс

ТЗ Зэ

о х го о

•О о о

зе

"8 5

о о -1 о

21

Способ выемки в зависимости от применяемой энергии

Способ обогащения

Физико-химический

о

з о о о О)

>

о о

ш

О

Р

о

-I СП

о

"О

2 О

ш ь

о О

О -1

X 2 § 1 2 =3 О -О

о о 2 и

2 Ш

Гравитационный

Технология процесса обогащения

о „. о •§" О

СП в: й >, г 3 СЬ

^ 5 1 ^ и д г

5 Ь 2 5 X X X

5 5 5 X Я 01

8 ®

II

к =>

о ><

£18

д «о г.

§ 1 Ю |

со -1 01 ^ X ^

5 й "о

01 £ _. ш <0

2Н

5 С1>

-о

ш III

СГ

о о о ч

сг о

о 01

2 £

3 (О

О X

X X

со я

Генетический тип и элементы структур россыпи

о О

СП =1

о о

>

1С ^

0

1 X сг

ГП

и я Из сг

§

>

о

о

^

е

£

.П

Я

О

П

О

о

о

от

о

ш

X

ч

т

X

X

О

Ч Э

т о

х Р

х ^

О^

□ го

П) сг

ч о" 5

XI

о о

о й

о- о

55

^ т

X

X

а

п

"0

о

•<

X

ш

X

о

О

"0

X

о

>

О

о

сг

ч

01

СП

ь

г.

ш

Классификационный признак "генетический" учитывает первичный способ отработки природного месторождения (открытый, подводный, подземный), пространственное расположение и характеристику структур природно-техногенных и техногенных россыпей. Генезис природно-техногенных и техногенных россыпей определяет различия в элементах их строения. Так, если в россыпях первично отработанных открытым способом присутствуют практически все элементы природно-техногенных и техногенных образований (бортовые, фланговые, внутриконтурные целики) и отвалы пород вскрыши и хвостов промывки, то при первичном подземном способе разработки природной россыпи отсутствуют такие структуры, как отвалы пород вскрыши. Специфические элементы присущи природно-техногенным и техногенным россыпям, отработанным первично подводным способом. По морфологическому признаку выделены типы строения месторождений, здесь же указываются порядок долин, мощность (глубина залегания), первичный способ отработки природного месторождения и характер размещения золота в продуктивных толщах.

По сложности строения и залегания природно-техногенные и техногенные образования нами условно разделены на четыре класса: россыпи простого, среднего, сложного и весьма сложного строения. Сложность строения рассматриваемых россыпей определяется их пространственным расположением относительного рельефа местности, параметрами продуктивного пласта, способом первичной разработки природной россыпи.

При рассмотрении классификационного признака "морфология золота" проанализированы все ранее предложенные классы размерности золотин и выбраны параметры их крупности.

Россыпи по размерам частиц золота разделены на пять классов: с крупным (+4 мм), средним (+2 - 4 мм), мелким (+0,5 - 2 мм), весьма мелким (+0,15 - 0,5 мм), тонким (-0,15 мм) золотом.

Ценность природно-техногенных и техногенных россыпей оценивается нами по величине содержания полезных компонентов в соотношении с существующими на данный момент кондициями и продуктивностью месторождений. Нами предложено оценивать продуктивность природно-техногенных и техногенных россыпей величинами до 50, 200, и свыше 200 кг на 1 км протяженности месторождения.

Возможность оценить природно-техногенные и техногенные россыпи по степени готовности к освоению позволяет выстроить определенную стратегию вовлечения техногенных запасов в эксплуатацию в зависимости от потребностей государства в золоте и других благородных металлах.

Готовые к освоению месторождения характеризуются достаточно высокой степенью разведанности, т.е. они соответствуют категории подсчитанных запасов В, С1.

Подготовленные к освоению месторждения, - это месторождения, запасы которых утверждены ГКЗ (ТКЗ) и на базе которых проектируются или строятся горнодобывающие предприятия. Не готовые к освоению месторождения соответствуют запасам техногенных россыпей со слабой разведанностью ( с частичной или полной прогнозной оценкой ресурсов Р-О.

Весьма важной с точки зрения освоения россыпей рассматриваемого типа представляется классификация способов и технологий разработки и обогащения продуктивных отложений.

В этой классификации нами выделены следующие классификационные ряды (признаки):

-способ разработки (открытый, подводный, подземный);

- способ и технология выемки горной массы в зависимости от вида применяемой энергии и сложности строения россыпи;

- способ и технология обогащения ценных компонентов.

Оценивая предлагаемую систему классификаций техногенных россыпей золота в целом можно, констатировать, что она носит объективный характер и отражает основные природные, технические, технологические и организационно-экономические особенности рассматриваемых месторождений. Указанные классификации разработаны впервые и представляют большой интерес при решении проблемы рационального освоения техногенных россыпей.

Методика ускоренной экспертной оценки запасов техногенных россыпей золота.

Эффективный метод ускоренной оценки запасов является одним из важнейших научных и практических аспектов при решении проблемы рационального освоения техногенных россыпей золота. Однако, известные методики, как правило, сложны, трудоемки и не учитывают ряд факторов, существенно влияющих на величину запасов в техногенной россыпи.

Предлагаемая нами методика предусматривает дифференцированный подход к оценке россыпных месторождений, сформировавшихся в пределах морфоструктур с различными неотектоническими режимами, а также в разнопорядковых долинах и отработанных различными способами.

Промышленная значимость техногенных россыпей определяется природными и технологическими факторами. К природным факторам относится степень промы-вистости песков, гранулометрический состав золота, формы его выделений и характер распределения как в плане, так и по вертикали, наличие многолетней мерзлоты, степень трещиноватости плотика и наличие линейных кор выветривания, нередко обуславливающие глубину проникновения металла в плотик, и ряд других факторов; к технологическим - эффективность разработки россыпи и связанные с этим - технологические потери золота.

Техногенная россыпь имеет два продуктивных комплекса отложений. Один из них - природно-техногенный или остаточно-целиковый, не затронутый ранним этапом отработки, представленный бортовыми, фланговыми, охранными, межходовыми и другими целиками - оценивается традиционными геологическими способами на основе анализа геолого-геоморфологической ситуации и с учетом результатов ранних стадий разведки и опыта первичной отработки. Второй комплекс, образующийся непосредственно при отработке - собственно техногенный или перемещенный требует иного подхода.

Запас золота в техногенной россыпи представляется как сумма запаса золота в собственно техногенном и природно-техногенном комплексах.

Несмотря на индивидуальность строения каждой россыпи, имеют место признаки, позволяющие объединить техногенные месторождения в группы с близкими характеристиками. По нашему мнению все многообразие морфогенетических типов россыпей можно подразделить на три основные группы, внутри которых месторождения характеризуются определенной степенью сложности строения. Это россыпи долин низких, средних и высоких порядков.

Россыпи долин низких порядков, характеризуются ограниченными параметрами по протяженности и ширине, со значительными уклонами долин, что предопределяет наличие преимущественно крупного золота.

Запасы золота для этого типа россыпи можно определить по формуле:

0( = 0()/Е-0(,+0<1 • Кд + Ос

(1)

где 01 - запасы золота в техногенной россыпи, т;

Ой - масса добытого золота, т;

Е - теоретическое извлечение золота, т;

Кд - коэффициент степени глинистости;

Ос - запас золота в природно-техногенном комплексе россыпи, т.

Теоретическое извлечение металла данного гранулометрического состава (Е) в % определяется по формуле В.Н. Константинова.

Запас золота в природно-техногенном комплексе россыпи подсчитывается линейным или блоковым методом. Эмпирически установлено, что на большинстве россыпей рассматриваемого типа потери золота в природно техногенном комплексе составляют около 30%, что позволяет ввести поправочный коэффициент к количеству добытого золота.

Формулу подсчета общих запасов золота техногенной россыпи долин низких порядков можно представит в следующем виде.

0,-0, (Е"1 + Кд-0,7) (2)

Россыпи долин средних порядков играют главную роль в золотодобычи, в них сосредоточено около 80% общих запасов. Они характеризуются более сложным строением и значительно большими параметрическими масштабами (ширина до 1000 м, протяженность десятки километров). Россыпи локализуются в пределах разновозрастных долин, на различных их элементах (в пойме, в тальвеге, в террасах). Основные способы разработки россыпей открытый и дражный.

К природно-техногенному комплексу данного типа россыпей относятся также недоработки плотика, связанные с некачественным оттаиванием многолетней мерзлоты. Это позволяет ввести повышающий коэффициент, условно названный нами -коэффициентом мерзлотности Кт. Весьма существенно на величину потерь золота влияет количество минералов тяжелой фракции в рыхлой толще, поскольку очень быстро забиваются коврики шлюзов и происходит интенсивный снос металла в хвосты промывки. Поэтому в уравнение подсчета техногенных запасов введено дополнительное слагаемое, учитывающее влияние тяжелой фракции шлихов, где коэффициент Ко условно назван коэффициентом обогатимости. В этом случае формула величины запасов техногенных россыпей приобретает следующий вид:

о, = о<1(Е"1 + кд+Ко+кп,-1) + ас (3)

Россыпи долин высоких порядков по своим морфологическим характеристикам близки россыпям долин средних порядков. В большинстве случаев здесь имеют место россыпи различных генетических типов: терасовые, террасо-увальные, увальные, долинные, русловые. Основная часть техногенных запасов будет сосредоточена в природно-техногенном комплексе и чем сложнее построена россыпь, тем больше вероятность потерь, как в бортах, так и на флангах. Формула величины запасов золота техногенной россыпи этого типа будет выглядеть следующим образом:

О» = Ос + ОДЕ"1+«0+^-1) (4)

Россыпи долин высоких порядков отрабатываются в подавляющем большинстве случаев дражным способом. Общая доля россыпей данного типа весьма невелика и не превышает 3 - 5% от общего количества.

Таким образом, разработанная автором методика позволяет аналитическим путем производить оценку продуктивности техногенных россыпей в зависимости от первичного характера месторождений, природных и технологических факторов, что имеет большое научное и практическое значение.

Научное обоснование технологических параметров выемки продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей

Одной из основных технологических операций разработки техногенных россыпей золота является выемка продуктивной золотосодержащей горной массы. Как отмечалось выше, техногенные россыпи характеризуются низким содержанием ценных компонентов, их пространственной неконцентрированностью в массиве и высокой ценностью добываемого металла. Указанные особенности обуславливают необходимость применения сплошности отработки россыпей, кратности увеличения объемов переработки горной массы, полноты и качества выемки ценного компонента. Этим условиям в большей степени отвечает поточный процесс выемки дражной и гидравлической технологиями.

Наиболее целесообразным способом по нашему мнению, является гидравлическая разработка, обеспечивающая поточность технологического процесса, высокую производительность и относительно низкие стоимостные затраты. Гидравлическая или гидромеханизированная технология выемки рассмотрена нами в двух аспектах:

- выемка с применением гидроразрыва;

- технология разработки, основанная на процессах всасывания воды и минеральной горной массы, содержащей высокоценный полезный компонент (золото).

Напорно- струйный принцип выемки продуктивной горной массы характеризуется поточностью технологического процесса, невысокими капитальными вложениями и текущими затратами. Этот метод разработки в практике горных работ применяется достаточно продолжительное время. Ведущими отечественными учеными Г.А. Нуроком, С.М. Шороховым, В.Г. Пешковым, В.Ф. Хныкиным, В.П. Трифоновым, В.К. Багазеевым, Г.З. Перльштейном, Н.П. Лавровым и др. обоснованы классификации горных пород и методы оценки их разрушаемое™ напорными струями воды. Наряду с этим представляет большой научный и практический интерес предложенная автором диссертации гидромеханизированная технология выемки горной массы техногенных россыпей с размывом пород напорной струей воды и повышением концентрации полезного компонента в теле россыпи.

Она может быть использована в следующих условиях:

- при разработке техногенной россыпи, представленной отвальными (перемещенными) комплексами, включающими отвалы торфов, хвостов промывки без четко выраженного пласта песков (золото распределено в вертикальной плоскости по всей толще отложений);

- при ограниченном (не более 5%) объеме галечных включений в комплексах техногенных образований;

- техногенные россыпи в криогенном отношении представлены всеми типами -талые, затронутые мерзлотой, мерзлые.

Предложенная технология выемки продуктивной золотосодержащей горной массы характеризуется и отличается от известных встречно-боковым забоем и центральным расположением аккумулирующей траншеи (рис 2).

Рис. 2. Технология разработки техногенных россыпей встречно-боковым забоем с центральным расположением аккумулирующей траншеи

1 - эфельный отвал; 2 - промывочная установка; 3 - магистральный трубопровод; 4 -шарнирный поворотный узел трубопровода; 5 - гидромонитор; 6 - границы полигона; 7 -10 - забойный трубопровод; а - уклон аккумулирующей траншеи; р - уклон за-ходки; у - угол поворота гидромонитора.

Рассматриваемая технология основана на напорном размыве продуктивной золотосодержащей горной массы, дезинтеграции песков с помощью водной эрозии непосредственно в массиве, самотечном перемещении пустой породы в противоположном от напорной струи направлении и миграции золота в приплотиковый горизонт.

Необходимыми условиями эффективного взаимодействия этих процессов является рациональное соотношение твердого к жидкому (Т: Ж) и углов наклона плоскости заходки и аккумулирующей траншеи, при которых не происходит интенсивного премещения ценных компонентов за контуры блоков, при одновременном интенсивном гидросмыве пустых пород и удалении их за пределы разреза.

Определяющими показателями рассматриваемой технологии являются параметры отрабатываемой заходки, общая площадь гидросмыва и суточный объем разрабатываемых пород.

Ширина и длина заходки в зависимости от полезной дальности напорной струи определяется по формуле:

В3 = 13 = 0,7 I. , м (5)

где В3 - ширина заходки, м; 1_3 - длина заходки, м; 1_ - длина полезной дальности напорной струи, м.

Подставляя в формулу известные значения полезной дальности напорной струи, получим выражение ширины заходки:

В3= 0,7(0,3 V«,- ап 2а/д), (6)

где Vo - скорость струи из насадки монитора, м.с; а - угол наклона струи к горизонтальной плоскости, град; д - ускорение свободного падения, м/с2' Площадь заходки определим из выражения:

Б = 0,5(0,3 \ZoSin 2а/ д)2, м2 (7)

Формула суточного объема разрабатываемой горной массы имеет вид:

0 = 24(3, К4 Кн/д, м3 (8)

где: 01 - расход воды насадки монитора, м3/ч; К{ - коэффициент использования оборудования; Кн - коэффициент снижения объемов разработки продуктивной горной массы, учитывающий количество отрабатываемых заходок и потери времени на перестановку оборудования; С| - удельный расход воды, м3/м3 Максимальное количество заходок, отрабатываемых в течение суток:

К3 = 0/(Э и), (9)

где и - суточная углубка полигона, м.

Предложенная технология выемки является весьма перспективной, требует дальнейшей теоретической проработки и практической реализации при освоении техногенных россыпей.

Всасывающий принцип выемки. Автором диссертации проанализировано состояние вопроса по применению указанного принципа разработки золотосодержащих россыпей, выявлены ряд положительный особенностей, которыми характеризуется рассматриваемый тип выемки пород:

- возможность обеспечения поточности процесса и переработки значительных объемов горной массы при минимальных удельных энергетических и трудовых затратах и ограниченном расходе технологической воды по сравнению с дражной и гидравлической технологиями;

- более простая конструкция добычного снаряда, удобство и надежность его в эксплуатации, более разнообразные технологические схемы переработки горной массы и обогащения промпродукта, в том числе и с помощью модульных плавучих и береговых обогатительных установок;

- существенно лучшее решение вопроса экологической безопасности водных и земельных ресурсов района разработки месторождения.

Наиболее сложным вопросом научного и практического плана всасывающего принципа выемки пород россыпей является недостаточная изученность условий и параметров всасывания свободных зерен высокоценного полезного компонента большой плотности (более 18 г/см3).

Этому вопросу в значительной степени и посвещены настоящие исследования.

Всасывающий принцип выемки может реализоваться с помощью фунтовых насосов, эрлифтов или эжекторов.'

Учитывая недостаточную эффективность выемки просто фунтовыми насосами и эжекторами нами теоретически исследован метод выемки с помощью эрлифной установки.

Этот принцип находит применение когда при работе грунтовых насосов земснарядов возникают условия близкие к кавитационным. С помощью эрлифрных устройств можно существенно улучшить всасывание - обеспечить подъем гидросмеси при избыточном давлении. Условием для всасывания является превышение средней скорости потока гидросмеси над гидравлической крупностью твердых частиц на входе во всасывающую трубу.

Совместный транспорт воды, твердого и воздуха при интенсивном турбулентном перемешивании приводит к образованию полифазной гетерогенной жидкости. Присутствие воздуха придает смеси характер сжимаемости, благородя чему в трубах течение оказывается неравномерным. Изменение параметров течения по длине трубопровода усложняет расчет и вызывает необходимость применения допущений при создании инженерных методик.

В основе такого расчета лежит дифференциальное уравнение короткого отсека реальной многокомпонентной смеси воды, твердого и воздуха в прямой вертикальной трубе.

ск + с!р/Ус + ас (№, /2д) + (Го/ус )■ Кх10-(1 Ю)( V?/2д № = 0, (10)

где г - вертикальная координата центра сечения потока, м;

р - абсолютное давление в центре сечения потока, н/м2;

Уо, ус - объемные веса соответственно смеси и чистой жидкости, н/м3;

Уо - средняя скорость чистой жидкости, м/с;

ас - коэффициент Кориолиса смеси;

д - ускорение свободного падения, м/с2;

- поправочный коэффициент, учитывающий присутствие воздуха, твердого в жидкости;

X о - коэффициент трения для чистой жидкости;

Р - диаметр трубопровода, м.

Для объемного веса смеси, без учета веса воздуха, справедливо выражение

Гс=Гп[1 -(КрРоро)/(РоРо+Р(1-ро))], (11)

где уп - уо + Э (утв - уо) - объемный вес гидросмеси, н/м3;

Б - действительное содержание твердого;

Утв - объемный вес твердого, н/м3;

Ро - абсолютное давление на входе, н/м2;

ро - расходное газосодержание на входе;

Кр = (3 / ро - коэффициент связи между действительным и расходным содержанием воздуха в трехкомпонентной среде.

Дифференциальное уравнение проинтегрировано с учетом допущений и набрано на ЭВМ. Далее оно решалось методом последовательных приближений и исследовалось численно на предмет упрощения.

В результате численных исследований было установлено, что интегральное уравнение эрлифного всасывания гидросмеси значительно упрощается в том случае, когда к.п.д.е (0, max). При этом режим движения смеси в трубе эрлифта соответствует пробковой структуре.

Упрощенное уравнение эрлифтного всасывания, применяемое для инженерных расчетов, выглядит

z0 - z + (Ро - Р) / Гп + (КрРоРо) / (Yn (1 - Эо)) •

(12)

• 1п[(Ро(1 - Крро)) / ((1- Кр)Р0 ро + Р(1 - Ро))] = 0 ,

где Zo - координата центра сечения на входе в трубу эрлифта, м.

Указанное уравнение дополняется формулой В.А. Мамаева, Г.Э. Одишария, Н.И. Семенова

Кр= 0,81 [1-ехр(-2,2^)], (13)

где Frc - число Фруда смеси и после преобразований получается:

Г а = fi (paiT1)

i (14)

I Frc = h (Pam)

где а - коэффициент погружения трубы эрлифта;

рат - расходное содержание воздуха в трехкомпонентной смеси (вода, твердое,

воздух) на выходе из трубы эрлифта, отнесенное к атмосферным условиям;

2

Fro = <J0 /3D - число Фруда, записанное для воды;

qo - приведенный расход воды, м/с; D - диаметр трубы эрлифта, м; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Указанная система уравнений отвечает оптимальным условиям работы эрлифта (к.п.д. -> max). Номограмма определения оптимальных параметров эрлифтной установки показана на рис. 3.

Одиннадцать пар кривых на номограмме соответствуют одиннадцати значениям Ро / Рат = 1,1; 1,25; 1,5; 2,8; 4,0; 5,2; 7,4; 10,0; 14.0; 20,0 причем линии Р0 / Рат большей крутизны соответствуют большим значениям.

Таким образом, для приближенного инженерного расчета эрлифта предлагается графо-анапитический метод.

Теоретические исследования позволили обосновать методику расчета выемки техногенных аллювиальных отложений из погруженного забоя с помощью эрлифта при высокой степени извлечения минералов большой плотности.

Рат

Рис. 3. Номограмма определения оптимальных параметров эрлифтной установки

1 - пробковая структура; 2 - кольцевая структура

Теоретические и экспериментальные исследования процессов и параметров мультиклассификации при переработке продуктивной золотосодержащей горной массы техногенных россыпей.

Технологическими исследованиями ряда проб техногенных россыпей установлено, что продуктивная горная масса содержит до 80% свободного золота, которое извлекается гравитационными методами. Однако, учитывая тот фактор, что это золото было потеряно в процессе гравитационного обогащения при первичной отработке россыпи и в нем превалируют мепкие классы, эффективное применение гравитационного обогащения возможно только путем многократного фракционирования продуктивной золотосодержащей горной массы (мультиклассификации) и воздействия на поток гидросмеси и зерна ценного компонента активных динамических сил.

Для научного обоснования рациональных технологических процессов гидравлической мультиклассификации проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса движения двухфазной жидкости, которую представляет гидросмесь, содержащая в твердой фазе ценный компонент (золото). Ввиду многообразия структур гидросмеси, определяемого целым рядом как физических, так и технологических показателей, с большим трудом поддающихся контролю и учету, экспериментальным исследованиям предшествовали теоретические, в результате которых были выявлены некоторые важные особенности динамики гидросмеси.

Это позволило более целенаправленно и четко спланировать и провести эксперименты и интерпретировать их результаты. Кроме того, аналитические исследования позволили наметить и ряд направлений дальнейших исследований в этой области.

В диссертации рассмотрено движение отдельной частицы в предельных случаях - при сухом и жидкостном трении. В случае сухого трения возможно три варианта движения частиц - чистое качение при отсутствии скольжения, качение со скольжением и чистое скольжение.

Другой предельный случай - жидкостное трение - рассмотрен для одиночной твердой частицы сферической формы диаметром d и плотностью рт, движущейся поступательно со скоростью VT в жидкости плотностью рис поверхностной скоростью V„ по плоскому дну, наклоненному к горизонту под углом а. Кроме поступательного, частица имеет еще и вращательное движение. С учетом распределения скоростей по нормали ко дну составлены выражения для полной гидродинамической силы и гидродинамического момента при наличии разных режимов обтекания жидкостью твердой частици - Стокса, Озеена и турбулентного.

Даны рекомендации по назначению коэффициентов сопротивления для частиц неправильной угловой формы.

Рассмотрена методика расчета движения гидросмеси в сужающихся наклонных желобах. В этом случае поток является неравномерным.

Расчет сводится к построению свободной поверхности, для чего используется известное уравнение Чарномского:

сКЭ/сП = i-J , (15)

где Э = h + oioV2/2g - удельная энергия сечения; h - глубина потока со средней скоростью V ; I - координата, отсчитываемая вдоль направления течения; i = sin а - уклон дна; J - гидравлический уклон; ао - коэффициент Кориолиса.

Задача решается при заданных параметрах расхода потока Q, состава гидросмеси, продольного уклона i , размеров и форме поперечного сечения канала, коэффициента шероховатости п или эквивалентной линейной шероховатости кэ, глубины в начальном или конечном сечениях и угла конустости желоба в плане (?. Дифференциальное уравнение заменяется конечно-разностной формой, в результате решения которой устанавливается расстояние между сечениями с известной и искомой глубиной. После выполнения расчетов по всем выделенным участкам сужающегося желоба оказывается построенной свободная поверхность потока, а, следовательно, становятся известными глубины в любом сечении. После этого опредепяются средние скорости движения гидросмеси, они сравниваются с критическими скоростями для пустой породы и полезного компонента и делается вывод о работоспособности желоба в отношении выделения полезного продукта. Для надежного транспортирования частиц пустой породы ее критическая скорость увеличивается путем введения повышающего коэффициента, равного 1.1-1.3.

При использовании быстродействующей ЭВМ данная расчетная схема может быть использована для решения обратной задачи. Например, при почти всех тех же известных исходных данных и заданной дополнительно форме свободной поверхности потока можно определять либо продольный уклон желоба, либо его производительность. Место расположения спигот в дне сужающегося желоба, обеспечивающего эффективное улавливание полезного компонента, связывается с длиной начального участка, в пределах которого формируется равновесная эпюра скорости.

В диссертации также проведены аналитические исследования движения гидросмеси в коническом гидрогрохоте. Задача формулируется следующим образом.

Гидросмесь, подаваемая из сопла прямоугольного сечения тангенциально в горизонтальном направлении в верхнюю часть конуса со скоростью Уо, далее перемещается по поверхности конуса, имеющего просеивающие щели, под действием сил тяжести и реакции стенки-конуса. В этом случае угол конустости поверхности 2а, высота расположения сопла над вершиной конуса 2о, радиус начальной окружности г0 (рис. 4). Скорость живого сечения струи считается постоянной и одинаковой для твердой и жидкой составляющих, отверстия (щели) - равномерно распределенными по поверхности конуса.

Рис. 4. Схема движений элемента потока по конической поверхности

Из всего потока, представляющего спиралеобразную винтовую струю, выделяется бесконечно малый объем с центральным углом dp и для него составляется уравнение Лагранжа второго рода.

Для рассматриваемого случая уравнения Лагранжа сводятся к системе двух уравнений:

Г d /dt дТ/дг - ат/ör = Qr

] . (16) ld /dt STOß - ЭТ/öß = Qß,

которые после целого ряда преобразований приводят к уравнениям:

ГЛ é • * •* •• « • «п 1 п п

(2r-h) г [р/р + а/а + h/h + (2r-h)/(2r-h) + r/r + <ptgcp] - [Г + r(3r - h) ß2sinzct] + + g (4r - h)sin<x cosa = 0 (17)

{

(pah/coscp) (2r-h) [ p/p + a/a + h/h*(2r-h)/(2r-h) + ß/ß + 2r/r + cptgcp ] rß + 2xar -- (тв-тн) (2r-h) + (25(pha) / 5ß)coscp - pga (2r - h) Ыдф = 0 (18)

Точками сверху над символом здесь и далее означает дифференцирование по времени.

Эти два динамических уравнения должны решаться совместно с кинематическим, выражающим условие неразрывности потока гидросмеси:

5 / as (pah [гУ + г2 / sin2]1*) = - pnpa [2(g(r0-r) / sina + p2rh)cosa]1/2, (19)

где Т - кинетическая энергия выделенного объема; г и р - радиус-вектор и угол отклонения радиуса от начального положения этого радиуса, соответственно; а и h высота и толщина потока струи; р - плотность гидросмеси; т, тв, т„ - касательные напряжения, соответственно, на конической поверхности, на верхней и нижней ограничивающих поверхностях струи; ц - коэффициент расхода щели, которая может работать как по схеме отверстия в тонкой стенке, так и по схеме насадка, в зависимости от отношения толщины листа грохота к ширине щели; п - коэффициент скважности (отношение суммарной площади отверстий или щелей к общей площади конической поверхности). Угол ф связан с углом a соотношением

(p = arctg[(r/r|3)ctga]. (20)

Поскольку рассматривается задача о стационарном движении, производные по времени следует выражать через производную по пути. Например,

р = V (dp / ds); а = (da / dt) = V (da / ds); h = V(dh/ds), (21) где V = [r2 ¡32 + Р / s¡na]1/2. (22)

Уравнения решаются при следующих граничных условиях:

г = r0; h = h0; а = а0; р = ро; г = Vr = 0; ф = Vt = V0

Таким образом, движение потока гидросмеси на конической сеющей поверхности описывается системой из трех уравнений, содержащей три неизвестные: высоту и толщину струи а и h, плотность гидросмеси р. Для получения решения необходимо принять дополнительно определенные гипотезы для касательных напряжений

Т, Тв, Тн .

Исследование решений системы дифференциальных уравнений положено в основу поиска оптимальных конструктивных параметров конических гидрогрохотов и технологических режимов обогащения золотосодержащих песков.

Разработанная теория процессов мультиклассификации горных пород и базирующаяся на ее основе математическая модель процесса фракционирования золотосодержащей продуктивной горной массы в коническом гидрогрохоте позволяют адекватно описывать и производить качественную оценку сложных гидродинамических процессов, происходящих на рабочей поверхности гидрогрохота.

Однако для определения количественных показателей процесса классификации реализация математической модели должна базироваться на достаточно обширной базе экспериментальных исследований, учитывающих специфику переработки минерального сырья конкретных месторождений. В связи с этим, автором диссертации разработана методика определения рациональных параметров концентрации золотосодержащих песков в коническом гидрогрохоте, которая базируется на положениях теоретических исследований и с учетом некоторых допущений и ограничений

позволяет производить количественную оценку процессов применительно к условиям переработки продуктивной горной массы разрабатываемых техногенных месторождений.

Основные положения методики:

В отличие от фракционирования нерудного сырья, процесс классификации золотосодержащих песков на коническом гидрогрохоте должен обеспечить максимальную концентрацию золота в подрешетный продукт. Таким образом, основной спецификой этого процесса является разделение по физической крупности пород исходного материала; содержащего ценный компонент в минимальных (менее 0,1%) количествах. по отношению к вмещающим его породам.

Целевая функция при такой постановке задачи имеет следующий вид:

[ Qs= -> max (23)

l AQr= Оисх - Qs -»rnin

где Qs - содержание золота в подрешетном продукте; g0, gmax, 9¡ - содержание золота соответственно наименьшего, наибольшего и промежуточного (i-ro) класса крупности, поступающего в подрешетный продукт гидрогрохота; п - количество классов крупности золота; CW - содержание золота в исходных песках, подаваемых на гидрогрохот; AQr - потери золота в процессе грохочения песков.

Для определения целевой функции предлагается следующая двухэтапная последовательность ее реализации:

1 этап: Расчет выхода гидросмеси в подрешетное пространство гидрогрохота.

2 этап: Расчет извлечения частиц золота различной крупности в подрешетное пространство гидрогрохота и определение суммарных потерь золота в процессе фракционирования песков.

Реализация первого этапа методики базируется на уравнении неразрывности потока

Qr = Qn + Q„, (24)

Qr, Qn, Q„ - соответственно, расход гидросмеси в подающем трубопроводе, расход гидросмеси в подрешетном и надрешетном пространстве, и на уравнении расхода гидросмеси через единичное отверстие колосника рабочей поверхности гидрогрохота:

q¡=H¡ F¡[ 2g Hj + V(cosa H¡) I R¡]1'2 (25)

{ij - коэффициент расхода отверстия колосника; F¡ - площадь j-ro отверстия колосника; a - угол конусности рабочей поверхности; H¡ - высота потока гидросмеси над j-ом отверстием; V¡ - скорость гидросмеси на рабочей поверхности грохота; R, - радиус окружности конической поверхности в зоне j-ro отверстия колосника.

В результате реализации 1-го этапа методики определяются максимальные значения протяженности траектории и времени перемещения потоков гидросмеси на рабочей поверхности аппарата, которые определяют граничные условия для решения задач 2-го этапа методики.

где

где

Основной задачей второго этапа методики является расчет траекторий движения частиц золота различной крупности в потоке гидросмеси, перемещающейся по конической поверхности гидрогрохота в поле действия гравитационных и гидродинамических сип.

Расчет базируется на теории стесненного падения частиц различной крупности в потоке гидросмеси, разработанной П.В. Лященко. В результате ряда преобразований, получена зависимость для определения расстояния перемещения частиц различной крупности по рабочей поверхности гидрогрохота:

1-тз = Hmax [ vn3 / ((Vn3 / R)Hmax cosa + W3i mn) ], м (26)

где Hmax - максимальная высота потока гидросмеси, м; Vn3 - скорость потока в продольном направлении, м; R - средний радиус рабочей поверхности гидрогрохота, м; а - угол конусности, град; W3¡ - гидравлическая крупность частиц золота i-ro класса; m - коэффициент разрыхления; п - показатель степени. На основании полученной зависимости устанавливается параметрический ряд значений LT3, определяемых гранулометрическим составом частиц золота конкретного месторождения.

В результате, путем сопоставления значений параметрического ряда LT3 и граничных условий LT3max , полученных на первом этапе, определяются области потерь частиц золота различной крупности в процессе фракционирования золотосодержащих песков в коническом гидрогрохоте.

Реализация методики для условий эксплуатации гидрогрохота на разработанном месторождении позволила определить область рациональных технологических параметров процесса фракционирования, а также выделить зоны различной степени концентрации золота на рабочей поверхности гидрогрохота, которые представлены на рис. 5, что в конечном итоге позволяет определить суммарные потери золота в процессе фракционирования и эксплуатационную эффективность гидрогрохота.

Далее приводятся результаты экспериментальных исследований на сужающихся желобах в лабораторных условиях.

Процесс концентрации ценных компонентов на сужающихся желобах представлен в виде функционального уравнения:

F (qnj, G„, QTB, Ож, 9, В, b, L, i, l¡, A¡, h,, p„, pTB, P, dcp, D«*, v, Kn, KTB) = 0 (27)

где q„j - количество полезного минерала, выделенного через j-ую спиготу; G„ - количество полезного минерала, содержащегося в начале желоба; QTB, Ож - расход твердой и жидкой фаз в желобе; g - ускорение свободного падения; В, b - ширина желоба в начале и в конце (при разгрузке); L - длина желоба; i = sina -уклон дна желоба, наклонного под углом a к горизонту; l¡ - расстояние от начала желоба до j-ой спиготы; Д; - ширина j-ой спиготы; hj - глубина потока в начале j-ой спиготы; pn, ртв, р - плотности, соответственно, пульпы, полезного минерала и взвешивающей жидкости (воды); dcp, Dcp - средние эквивалентные диаметры частиц, соответственно, полезного минерала и пустой породы; v - кинематический коэффициент вязкости воды; К„, Ктв - коэффициенты формы зерен полезного минерала и пустой породы, соответственно. Уравнение может быть преобразовано следующим образом:

^ = Р [ (В-Ь) /1_, ¡, V) /дЬ), я. Ие, Яеп, Кете, А/Ъ,, ДД, Кп, Ктв], (28)

где X) = дп) / вп - выход полезного компонента через ¿-ую спиготу; ц = (р„ - ртв) / р; Яе, Яеп, Кетв - числа Рейнольдса всего потока, частиц полезного компонента и пустой породы, соответственно; V ^ /д^ = Яг - число Фруда потока над передней кромкой ьой спиготы; V] - скорость потока над передней кромкой ^ой спиготы. Произведя оценку полученных критериев и выделяя среди них определяющие критерии, критериальное уравнение для условий эксперимента можно представить в виде:

>4 = П(В-Ь)/и,9|] (28)

где 6] = Рг / п8 = У2|1 / дИпА = V2 / дт]А (29)

8 - относительная ширина спиготы; Ртл = Рг 1ц- "плотностное" число Фрунда.

Таким образом, степень извлечения золота в промпродукт зависит от влияния сил гравитации и неоднородности гидросмеси по плотности (Яг / л), относительной ширины спиготы 0 и уклона желоба ¡.

Рис. 5. Зоны концентрации золота в гидрогрохоте.

1 - Т :Ж = 1: 5; 2-Т:Ж=1:10.

Экспериментальные и опытно-промышленные исследования параметров процесса фракционирования и закономерностей распределения и степени концентрации золота в продуктах переработки золотосодержащей горной массы на аппаратах с конической сеющей поверхностью и сужающихся желобах проведены на действующей драге № 231 Соловьевского прииска. Технологическая схема показана на рис. 6.

Гидрогрохот

Сужающийся желоб

В отвал

Насос

Рис. 6. Технологическая схема переработки хвостов обогащения драги.

В ходе эксперимента были определены режимы технологии, обеспечивающей максимальное перемещение золота в подрешетный продукт конического гидрогрохота и через спиготы сужающихся желобов. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 7. Опытно-промышленными исследованиями на действующей драге рациональных параметров комплекса оборудования, установлено,что наиболее эффективный режим работы гидрогрохота обеспечивается при скорости движения гидросмеси в пределах 3.9 - 5,2 м/с плотности гидравлического потока в соответствии 1.12 -1.22 т/м3при Т:Ж 1:10 до 1.5.

Рис. 7. Зависимость эффективности грохочения эфельной фракции от скорости и высоты потока гидросмеси

Технико-экономическая эффективность освоения техногенных россыпей золота

Критерии и м е т о д и к а к о м п л е к с н о й о ц е н к и э ф ф е кт и в-ности освоения техногенных россыпей.

В диссертации определены критерии и предложена методика оценки эффективности освоения техногенных россыпей.

Известные особенности горных проектов, такие как длительные сроки строительства и освоения мощности, неравномерность распределения затрат и прибыли в процессе эксплуатации месторождений, требуют при оценке эффективности инвестиций тщательного учета фактора времени.

Одним из наиболее распространенных критериев, который дает абсолютную оценку эффективности проекта, является чистый дисконтированный доход (net present value - NPV) или чистая приведенная стоимость. Ее определяют по формуле:

NPV = X (Bt - СО / {(1+04 . (30)

м

где NPV - чистая приведенная стоимость; Bt - доход от проекта в год t; Ct - затраты

на проект в год t; i - ставка дисконта; п - число лет цикла жизни проекта.

Критерий, который не нуждается в использовании заданного извне коэффициента дисконтирования, называется внутренней ставкой дохода (internal rate of return -IRR). Его определяют итеративно, решая уравнение, в котором разница межу дисконтированными доходами и расходами (NPV) равна нулю. Иными словами, IRR является решением уравнения:

£ (Bt/(1+IRR)'-£ (C,/(1+IRR)' =0. (31)

М /=]

Этот показатель представляет собой выраженный в процентах годовой доход, который можно получить, вкладывая инвестиции в оцениваемый проект. Другими словами IRR - это рыночная процентная ставка, при которой данный проект допжен как раз окупить затраченные на него средства, не давая при этом никакого вознаграждения. Естественно, что в первую очередь необходимо инвестировать проекты с более высокими значениями IRR.

Для проведения оценки технико-экономической эффективноси освоения техногенных россыпей Дальнего Востока и выбора рациональных технологических схем нами используется "PROJECT EXPERT". Расчет производится с шагом, равным одному месяцу, горизонт расчета составляет до 5 лет инвестиции и 5 лет производства.

На оценку эффективности инвестиционных решений для обоснования экономической, технологической и экологической целесообразности крупномасштабного вовлечения в эксплуатацию техногенных россыпей прямо или косвенно влияют и другие показатели (критерии), связанные с проявлениями некоторых особых природных, генетических (для конкретного техногенного месторождения) и экономических факторов. К ним мы относим масштабы и ценность месторождений, особенности геологического строения и условия образования техногенных россыпей, минимальные необходимые капвложения, величина ожидаемой себестоимости добычи 1 г золота и другие.

Для экономической оценки эффективности освоения техногенных россыпей можно использовать и такой натуральный показатель, как предельное содержание ценного компонента в техногенной россыпи, при котором затраты на добычу одной единицы продукции обеспечивают получение прибыли в заданных размерах.

Предельное содержание цельного компонента в россыпи можно определить по формуле

Спр = (3+ЕнК)Сф/ЦКи, (32)

где Спр - предельное содержание цельного компонента, г\м3; 3 - затраты на получение 1 г металла, тыс. руб.; Е„ - нормативный коэффициент эффективности капвложений; К - удельные капвложения на 1 г металла, добытого из техногенного месторождения, тыс. руб.\г; Сф - фактическое содержание металла в техногенной россыпи, г\м3; Ц - оптовая цена 1 г метала, тыс.руб.; Ки - коэффициент извлечения металла из россыпи.

Экономическая целесообразность отработки техногенных россыпей устанавливается сопоставлением фактического содержания металла Сф с предельным Спр.

Предельное содержание металла, определяемое по формуле (3), установлено на основании принципа прибыльной разработки техногенной россыпи, т.е. значение (3+ Ен К) должно быть меньше значения (Ц Ки).

Числитель формулы (30) отражает фактическую ценность добываемого металла, а знаменатель - его стоимость, скорректированную коэффициентом извлечения. При Спр < Сф эффективность освоения техногенной россыпи очевидна. Практическое определение предельного содержания металла в техногенной россыпи можно выполнить с помощью графика на рис. 8. На оси абсцисс отложены значения предельного содержания металла в техногенной россыпи, а на оси ординат - затраты на получение 1 г металла. Кривые 1, 2, 3, 4 построены соответственно при фактическом содержании металла в россыпи, равном 0.2, 0.4,0.6, и 0.8 г\м3.

Рис. 8. К расчету предельного содержания металла в техногенной

россыпи

3 - затраты на добычи 1 г металла, тыс. руб; Спр - предельное содержание металла, г/м3; 1,2,3,4 - фактическое содержание в россыпи, соответственно 0,2;0,4;0,6;0,8 г/м3'

Таблица 5

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ БАЗОВЫХ И ПРЕДЛАГАЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ РАЗРАБОТКИ

ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ

Значение показателя

Открытый способ и технология Подводный способ и технология

Показатель Базовая Предлагаемая Базовая Предлагаемая

Промывочная установка ПГШ-50 Промывочная установка ИГД Гидромеханизированная технология (гидроразмыв) Дражная технология Дражная технология с опытно-промышленным комплексом Земснарядная технология с плавучей фабрикой

Производительность, м3/ч 50 100 100 240 280 400

Обслуживающий персонал, чел.-сутки 7 6,5 7,5 24 24+3 18

Удельный расход энергии, кВт.ч/ м 5,0 (100%) 3,4 (68%) 8,7 (174%) 3,8 (100%) 2,9 (87%) 4,0 (105%)

Выработка на одного рабочего, м /чел.-сутки 129 (100%) 277 (215%) 240 (186%) 190 (100%) 205 (108%) 422 (222%)

Среднее содержание, мг/ м2 250 300 350 250 300 350 260 300 360 250 300 350 250 300 350 260 300 360

Срок окупаемости, мес. 36 36 26 15 13 11 42 36 27 64 51 42 15 128 15 12 8

Индекс прибыльности (Pi) 0,9 1,1 1,3 1,1 1,3 1,5 1,1 1,2 1,3 1,01 1,03 1,08 1,22 1,32 1,45 1,17 1,28 1,4

Чистый приведенный доход (NPV), $ тыс. 160 192 224 333 400 467 117 320 487 120 239 321 300 343 390 534 1025 2697

Внутрення норма рентабельности (IRR), % 34,0 40,8 47,6 154.7 185,6 216,5 6,0 371 54,4 16,1 22,0 27,3 59,5 84,7 113,5 98 167 250

ы

СП

Сопоставление результатов экономических расчетов эффективности внедрения разработанных технологий нами произведены в сравнении с базовыми вариантами открытого и подводного способов разработки россыпей.

Базовой технологией открытого способа разработки техногенных россыпей принята технология, основанная на бульдозерной выемке песков и промывке их на промывочном приборе ПГШ-50.

Базовой технологией подводного способа разработки техногенных месторождений является дражная технология (драга с ковшами вместимостью 250 л) со шлюзовым обогатительным комплексом.

Показателе работы промывочных комплексов по базовым и предлагаемым автором технологиям приведены в табл. 5.

Анализ результатов расчетов показывает, что в сравнении с базовыми технологиями, технологии, разработанные автором и внедренные на ряде горных предприятий Хабаровского края и Амурской области, имеют более высокие экономические показатели, как при открытом способе разработки, так и при подводном.

Опытно-промышленные испытания и внедрение специального технологического оборудования для предварительной подготовки горной массы к оптимальным условиям дальнейшей их переработки (в том числе обогащение полезных ископаемых) впервые были проведены нами на месторождении Хабаровском с целью получения высококачественного исходного строительного материала.

Добыча песка в карьере производилась земснарядом, вскрышные работы выполнялись экскаваторно-бульдозерным способом. В связи с отсутствием предварительного фракционирования песков на полигоне, для получения кондиционного песка на фабрике были установлены механические грохота и конвейерно-транспортное оборудование. Внедрение предложенной ИГД технологии на основе конического гидрогрохота позволило отказаться от большого числа классификационного оборудования, а также предварительно вскрышных работ и разработать месторождение земснарядом одним уступом на полную глубину отработки. Полученный экономический эффект составляет 3200 млн.руб.

Разработанные технологии и оборудование для подводного способов были использованы и внедрены на драгах А.О. "Соловьевский прииск". Экономический эффект за счет повышения качества извлечения золота из расчета на одну драгу составляет 1200 млн.руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненых исследований решена имеющая важное народнохозяйственное значение научная проблема рационального и крупномасштабного освоения техногенных россыпей золота.

Основные результаты исследований заключаются в следующем:

1. Разработана концепция и обоснованы научные принципы рационального освоения техногенных россыпей золота.

Предложенная концепция носит системный характер и включает в себя ряд подсистем или стадий, направленных на изучение природных и горнотехнических особенностей техногенных образований, ускоренную оценку запасов, создание эффективных технологий выемки и переработки продуктивной горной массы и широкомасштабное освоение техногенных россыпей золота.

Научные принципы включают проблемы концентрации горных работ, сплошности отработки техногенных месторождений, полноты и качества извлечения золота из массива и при переработке продуктивной горной массы, максимального использования сохранившихся объектов инфраструктуры, экологической и технологической безопасности работ и др.

2. Создана система классификаций техногенных россыпей золота, отражающая генезис, элементы и комплексы строения россыпи, морфологию месторождений и золота, ценность техногенных образований, их изученность, освоенность , сложность строения.

Указанные классификации носят эксплуатационную направленность и позволяют научно обоснованно производить выбор способа и технологии разработки техногенных россыпей.

3. Научно обоснована, разработана и прошла промышленнную опрабацию методика локальной экспертной оценки запасов, отличающаяся от известных большей достоверностью за счет установления характера и степени влияния ряда природных факторов (количество черных шлихов, глинистость, мерзлотность и др.), определяющих продуктивность техногенных россыпей.

4. Решены важные теоретические вопросы всасывающего принципа выемки продуктивной горной массы техногенных россыпей. Путем численного анализа приближенных решений уравнения восходящего потока гидросмеси и воздуха разработан графоаналитический метод расчета оптимальных параметров эрлифтной установки.

5. Получила дальнейшее развитие теория фракционирования золотосодержащих песков при взаимодействии двухфазных потоков гидросмеси с конической сеющей поверхностью и прямоточными сужающимися желобами. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены рациональные параметры и режимы процесса мультиклассификации продуктивной горной массы техногенных россыпей.

Разработана методика расчета параметров концентрации золота в подрешет-ном продукте конического гидрогрохота, позволяющая производить количественную оценку процесса фракционирования продуктивной горной массы.

6. Предложены новые эффективные технологии выемки и переработки песков техногенных россыпей открытым и подводным способами.

Сопоставление технико-экономических характеристик новых технологических решений с базовыми показывает, что по всем основным показателям (индекс прибыльности, чистый приведенный доход, внутренняя норма рентабельности, срок оку-пакмости инвестиций, трудоемкость, удельная норма расхода энергетических затрат и др.) новые технологии и, в частности, поточная гидромеханизированная разработка встречно-боковым забоем и земснарядная с плавучей золотоизвлекательной установкой, значительно превосходят базовые и их реализация позволит обеспечить существенный экономический эффект.

7. Выполнены теоретические исследования по оценке эффективности освоения техногенных россыпей золота в зависимости от природных, горно-технических и экономических факторов., Предложены критерии и разработана методика оценки эффективности освоения техногенных месторождений, учитывающие фактор времени (чистая приведенная стоимость NPV), рациональную рыночную ставку (IRR) и др.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Мамаев Ю.А. Исследования в области разработки россыпных и рудных месторождений //Труды ВНИИ-1. Т.34.-Магадан, 1975.-С. 28-38.

2. Гриневич В.В., Мамаев Ю.А. Внедрение землесосных установок при разработке вечномерзлых россыпей //Труды ВНИИ-1.Т.34.-Магадан,1974.-С. 206-213.

3. Емельянов В.И., Мамаев Ю.А., Домбровский Г.А. Пути повышения эффективности горнодобывающей промышленности Колымы и Чукотки II Горный журнап.-1976.-№ 11.-С. 3-6

4. Механическое разрушение мерзлых пород землеройно-рыхлительными агрегатами / Емельянов В.И., Мамаев Ю.А., Гриневич В.В. и др.- Магадан: Кн. изд-во, 1978,- 96 с.

5. A.C. 617600 СССР. Способ разработки месторождений полезных ископаемых / Мамаев Ю.А., Емельянов В.И., Сальманов Р.Н. и др.-Заявлено 01.03.77; Опубл. 30.07.78. Бюл.№ 28.

6. A.C. 852010 СССР. Способ открытой разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений / Емельянов В.И., Мамаев Ю.А., Савенко Р.Г. и др. -Заявлено 25.03.78. (ДСП).

7. A.C. 961197 СССР. Устройство для промывки песков при разработке россыпей / Мамаев Ю.А., Кудлай Е.Д., Емельянов В.И. и др.- Заявлено 35.03.81. (ДСП).

8. Мамаев Ю.А., Емельянов В.И. A.C. 976748 СССР. Способ разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений - Заявлено 01.04.81. (ДСП).

9. Мамаев Ю.А., Федотченко А.И., Ребриков А.Г. A.C. 1282406 СССР. Грохот.-Заявлено 08.04.85. (ДСП).

10. Тихоокеанские россыпи как дополнительный источник минерально-сырьевых ресурсов Дальневосточного региона / Мамаев Ю.А., Белкин В.И., Литвин-цев B.C., Шаповалов B.C. // Тектоника, энергетические и минеральные ресурсы Северо-Западной Пацифики: Тез. докл. Междунар. симпозиума (СССР. Хабаровск, 2-11 сент. 1989 г.).-Хабаровскю-1989,-117 с.

11. Мамаев Ю.А. Гидромеханизированная технология разработки россыпей // Интенсификация гидромеханизированных работ и подводной добычи с применением погружных грунтонасосных комплексов: Тез. докл. Всес.научн.-техн. совещ. (22-24 ноябр. 1989 г.,Москва).-М.,1989.-С. 87-88.

12. Некоторые аспекты технологии разработки россыпных месторождений в сложных горно-геологических условиях / Мамаев Ю.А., Пономарчук Г.П., Троп И.И., Подшивалов B.C. // Разработка научных основ комплексного освоения месторождений с учетом изменения минерально-сырьевой базы действующих рудников: Тез. республ. н.-практ. Конф.-Алма-Ата,1989.-С. 63-64.

13. Проблемы освоения техногенных россыпей Северо-Востока СССР /Мамаев Ю.А.,Литвинцев В.С.,Белкин В.И..Шаповалов B.C. // Разработка научных основ комплексного освоения месторождений с учетом изменения минерально-сырьевой базы действующих рудников: Тез.республ. н.-практ. Конф.-Алма-Ата,1989.-С. 113-115.

14. Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Шаповалов B.C. Перспективы крупномасштабного освоения техногенных россыпных месторождений Северо-Востока СССР // Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР:Мат.н.-практю семинар Хиюнь 1990 г.) Ч.1.-Якутск.-1990.-С. 58-65.

15. Мамаев Ю.А., Хрунина Н.П. A.C. 1559503 СССР. Установка для обогащения песков россыпейю Заявлено 10.10.88. (ДСП).

16. Мамаев Ю.А. Состояние и перспективы развития горно-добывающей промышленности ДВЭР /Совершенствование добычи и переработки твердых полезных ископаемых Дальнего Востока: Сб.научн. тр. ИГД.-Владивосток: ДВО АН СССР, 1989.-С. 4-12.

17. Экономическая эффективность освоения (переработки) техногенных россыпей /Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Камынин В.П., Шишмаков В.Т. II Ресурсрсбере-гающие технологии в горном деле: Сб. научн. тр. ИГД.-Владивосток: ДВО РАН, 1991,-С. 20-25.

18. Мамаев Ю.А. Патент 2047377 СССР. Беспоршневая отсадочная машина,-Заявлено 23.04.92; Опубл.10.11.95. Бюл. №31.

19. Мамаев Ю.А., Хрунина Н.П., Крупская Л.Т. Патент 2047377 СССР. Установка для обогащения полезных ископаемых.-Заявлено 16.11.92; Опубл.10.11.96. Бюл. №31.

20. Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Корнеева С.И. Особенности техногенных россыпей и принципы их освоения //Изв.ВУЗов. Горный журнал.-1994.-№ 8.-С. 36-39.

21. Курсакин Г.А., Мамаев Ю.А. Оценка эффективности добычи лежалых хвостов из отвалов обогатительных фабрик II Интенсификация процессов добычи и пере-рабртки минерального сырья: Сб. научн. тр. ИГД .-Владивосток.-1991.-С. 69-78.

22. Методика экспертной оценки запасов техногенных россыпей по косвенным признакам / Шевелева Е.А.. Мамаев Ю.А., Пономарчук Г.П., Литвинцев B.C. // Россыпи и месторождения кор выветривания -объект инвесиций на современном эта-пе:Тез.докл. X Междунар. совещ. (г.Москва, 21-26 ноябр. 1994 г.).-М.: ИГЕМ.-1994.. 241 с.

23. Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Шевелева Е.А. Техногенные месторождения россыпного золота Дальневосточного региона // Россыпи и месторождения кор выветривания- объект инвестиций на современном этапе:Тез.докл. X Междунар. совещ. (г.Москва, 21-26 ноябр. 1994 г.).- М.: ИГЕМ,- 1994.-С.124-125.

24. Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C. и др. Определение рациональных параметров процесса концентрации ценных компонентов с помощью сужающихся желобов // Колыма.-1994.-№ 4.-С.25-28.

25. Мамаев Ю.А. Исследования ВНИИ-1 в области разработки россыпных и рудных месторождений // Колыма.-1981,- № 6-7.-С.35-37.

26. Технология повторной переработки эфельных фракций золотосодержащих песков на драге / Пономарчук Г. П., Литвинцев B.C. , Мамаев Ю.А. и др. II Эффективные способы добычи и переработки полезных ископаемых Дальневосточного региона : Тр. ИГД ДВО РАН .-Владивосток.-1996.-С.25-32.

27. Экспериментальные исследования процесса концентрации золота на сужающихся желобах / Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Пономарчук Г.П., Яцык И.А. и др. // Эффективные способы добычи и переработки полезных ископаемых Дальневосточного региона. Тр. ИГД ДВО РАН.-Владивосток.-1996.-С. 41-46.

28. Классификация техногенных россыпей / Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C. , Шевелева Е.А., Пономарчук Г.П. // Эффективные способы добычи и переработки полезных ископаемых Дальневосточного региона. Тр. ИГД ДВО РАН.- Владивосток. -1996.-С. 93-110.

29. Разработка техногенных россыпей с помощью земснарядов / Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Пономарчук Г.П., Яцык И.А. // Эффективные способы добычи и переработки полезных ископаемых Дальневосточного региона.Тр. ИГД ДВО РАН,- Влади-восток.-1996.-С. 70-79.

30. Экспериментальные исследования процесса переработки продуктивной горной массы техногенных россыпей в гидравлических закрученных потоках и тонкослойном потоке гидросмеси / Мамаев Ю.А., Литвинцев B.C., Пономарчук Г.П., Яцык И.А. // Колыма,- 1996,- № 1,- С. 21-24 .

31. Методика экспертной оценки запасов техногенных россыпей по косвенным признакам / Мамаев Б.А., Шевелева Е.А., Литвинцев B.C., Пономарчук Г.П. II Колы-ма.-1996.-№ 1.-С. 35-37.

32. Мамаев Ю.А., Крупская Л.Т., Литвинцев B.C. Рекультивация полигонов юга Дальнего Востока при повторной отработке россыпей // Экология и безопасность жинедеятельности: Тез. докл. Междунар. конфер. -Владивосток.-1994.-С. 102-104.

33. Мамаев Ю.А. Концепция и научные принципы рационального освоения техногенных россыпей золота//Колыма,- 1996.-№ 3.- С. 5-7.