автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способа подготовки камуфлетными зарядами слабопроницаемых скальных руд к подземному выщелачиванию

рГ6 он

' 7 А иг1 ¡00?

На правах рукописи

ПОПОВ Владимир Николаевич

УДК 622.277.3.

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОДГОТОВКИ КАМУФЛЕТНЫМИ ЗАРЯДАМИ СЛАБОПРОНИЦАЕМЫХ СКАЛЬНЫХ РУД К ПОДЗЕМНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандитата технических наук

Москва-1998

Работа выполнена на кафедре "Геотехнология руд редких и

радиактивных металлов" Московской государственной геологоразведочной академии

Научный руководитель,

доктор технических наук И.Г.Абдульманов

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Доцент, кандидат технических наук

Н.Г.Бабичев

В.М.Рудаков

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии (ВНИИХТ)

Защита диссертации состоится » ОмЖДгМ% 1998 г. в час.

в аудитории на заседании специализированного совета Д

063.55.02 в Московской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117485 г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной геологоразведочной академии.

Автореферат разослан " ХЪ " МХ^ЮСк* 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета

доктор технических наук,

профессор

В.П.Небера

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В период коренного реформирования всей хозяйственной системы страны ключевой задачей является внедрение в производство новых технологий, обеспечивающих выпуск конкурентно способной продукции при резком снижении негативного воздействия производства на окружающую среду. Одной из таких технологий является добыча полезных ископаемых способом подземного выщелачивания, имеющая преимущества в экономическом и социальном отношениях по сравнению с традиционными способами добычи.

Так, например, АООТ «Приаргунское производственное объединение» переходит в ближайшие годы на горнохимическую технологию (подземное и кучное выщелачивание). Освоение первого этапа горнохимической технологии намечено в 1997-1998гг. В этот период объем руды в блоках подземного выщелачивания достигнет 250 тыс. м3, а в штабелях кучного выщелачивания составит 520 тыс. м3. В общем объеме выпускаемой продукции доля подземного и кучного выщелачивания составит 48% с тенденцией к дальнейшему росту.

Шахтные системы подземного выщелачивания с отбойкой и ма-газинированием руды в пределах блока могут применяться на крупных месторождениях, представленных рудными телами большой мощности с относительно высоким содержанием в них полезного компонента. Из-за больших расходов на горно-подготовительные работы (до 50% от всех затрат на добычу) применение этих систем при разработке локальных рудных тел малой мощности, низким коэффициентом рудо-носности и с низким содержанием полезного компонента становится экономически нецелесообразным, что обусловливает поиск и переход к шахтным системам подземного выщелачивания в естественном залегании. Для преодоления основного из недостатков указанных систем -длительных сроков отработки блоков - необходимо повысить проницаемость рудных интервалов обрабатываемого технологическими растворами массива с целью обеспечения их доступа к полезному компоненту.

Цель работы заключается в установлении закономерностей взрывного воздействия на улучшение фильтрационных свойств с учетом структурных особенностей строения рудовмещающего массива, обеспечивая тем самым эффективное протекание процесса подземного выщелачивания урана.

Идея работы заключается в использовании в качестве источника взрывного воздействия на рудный массив в его естественном залегании камуфлетных зарядов малой мощности.

Научные положения, защищаемые в диссертации

• управляемое изменение фильтрационных свойств слабопроницаемых рудных залежей при взрыве камуфлетных зарядов происходит вследствие раскрытия закольматированных трещин на величину, определяемую выражением

где : I - протяженность раскрытия трещин взрывом, м; <7,- предел прочности пород на сжатие, МПа; IV - масса заряда, кг; Ц - давление налегающей толщи, МПа; (Х,(5- эмпирические коэффициенты, численные значения которых для Быкогорского месторождения составляют соответственно 0,188м.кг "1/3 и 0,6;

• динамическое воздействие камуфлетных взрывов на увеличение проницаемости массива определяется, в основном, расположением нагнетательных скважин перпендикулярно направлению трещино-ватости и расстоянием между скважинами с зарядами в пределах от 5 до 9 м, что и позволяет обеспечить оптимальное значение приемости нагнетательных скважин от 8 до 40 л/мин.;

• при наличии двух и более систем рудовмещающих трещин наибольшая эффективность процесса выщелачивания слабопроницаемых руд обеспечивается подготовкой камуфлетными взрывами с расположением скважин по объемно-площадной схеме с расстоянием между концами их в веере 7-8 м, между веерами 6 м и при высоте блока, разбуриваемого с одного горизонта, не более 21м.

Достоверность научных положений обоснована удовлетворительным совпадением результатов теоретических, лабораторных и натурных исследований с результатами опытно-промышленных работ.

Практическая ценность. В результате проведения исследований обоснована возможность отработки локальных рудных тел малой мощности, разработаны для различных типов пород варианты шахтных систем подземного выщелачивания с селективной подготовкой массива камуфлетными зарядами массой до 10 кг, расположенными в местах пересечения скважинами рудных интервалов.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в ггоо-

изводстве на руднике №2 Лермонтовского производственного объединения "Алмаз" при доработке блока БК-21 и при подготовке к выщелачиванию блока ОК-3/3. На стадии доработки блока БК-21 дополнительно получено 666,2 кг урана; при этом себестоимость его составила 34.1% от себестоимости 1 кг металла, добываемого по базовой технологии. На стадии горной подготовки блока ОК-3/3 снижение затрат в расчете на 1 м3 массива составило 33,6%.

Экспериментально полученные основные параметры системы разработки позволили осуществить проектирование рациональной схемы подготовки рудовмещающего массива камуфлетным взрыванием с объемно-площадной сеткой расположения скважин (блоки ПК-8, ПК-14а, ПК-15а).

Апробация работы. Основные положения докладывались и получили одобрение на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГРИ (1984-1998 гг.), научных конференциях молодых ученых МГРИ (1989г.), на совещаниях руководящих и инженерно-технических работников Лермонтовского производственного объединения "Алмаз".

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ, получено авторское свидетельство.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 34 рисунка, 6 таблиц, список использованной литературы из 100 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Промышленная добыча способом подземного (шахтного) выщелачивания началась в Лермонтовском горно-химическом рудоуправлении (ныне ПО «Алмаз») с 1966 г. После отработки на руднике №2 всех балансовых руд необходимо было изыскать новый способ отработки оставшихся забалансовых руд месторождения, позволяющий производить добычу с достаточной экономической эффективностью и в объемах, равных добыче металла при отработке балансовых руд. На руднике была принята система этажного принудительного обрушения с магазинированием и последующим выщелачиванием руды. Более чем 25-летний опыт работы рудника превзошел самые смелые ожидания: добыча увеличилась почти в два раза, а себестоимость снизилась в два раза. У истоков разработки и внедрения указанной технологии находи-

лись B.B. Кроткое, П.Д. Алексеенко, В.И. Дорожкин и др.

Анализ производственной деятельности позволил сделать вывод о необходимости использования наряду с шахтными системами выщелачивания с магазинированием руды и шахтные системы выщелачивания в естественном залегании. К этой работе подключились сотрудники Московского геолого-разведочного института под руководством проф. Д.П. Лобанова. В этих работах активное участие принимали И.Г. Абдульманов, C.B. Маркелов, П.Д. Лобанов, H.A. Замазкин.

В дальнейшем шахтное выщелачивание урана успешно внедрялось и на других предприятиях Отрасли. Большой вклад в развитие этих работ внесли П.И. Шапиро, А.П. Щепетков, Л.И. Лунев, М.Н. Тедеев, В.К. Бубнов, П.Ф. Долгих, П.П. Дудукалов, В.М. Рудаков, Б.Л. Толкунов, H.A. Пучков, A.A. Блинов.

При разработке слабо- или непроницаемых руд первостепенное значение приобретают проблемы повышения фильтрационных характеристик массива. Для рудных залежей, полезные компоненты которых приурочены к трещинам (большинство гидротермальных месторождений урана), задача сводится к раскрытию непроницаемых или плохо-проницаемых трещин с рудной минерализацией с целью обеспечения к ней доступа выщелачивающих растворов.

Одним из наиболее предпочтительных способов решения этой проблемы является использование взрывных воздействий на горный массив без дополнительного его разрушения. Однако, в настоящее время не существуют на практике апробированные схемы буровзрывной подготовки массива, что требует проведения комплекса теоретических и экспериментальных исследований с целью получения основных параметров взрывного воздействия, например, камуфлетных зарядов ВВ на массивы пород различной структуры и крепости.

Первое научное положение.

Анализ работ В.Н. Мосинца, Г.П. Демидюка, Г.И. Покровского, Ф.А. Баума и др. по теории взрывного разрушения горных пород позволили сделать вывод о возможности раскрытия трещин за счет тангенциальных растягивающих напряжений в скальных породах на значительную глубину.

Для качественной оценки размеров зоны вскрытия взрывом трещин в скальных породах был рассмотрен характер раскрытия бесконечной полностью кольматированной трещины при проведении взрыва

сосредоточенного заряда в ее плоскости. Результат взрыва рассматривали в виде воздействия сосредоточенных растягивающих сил, определяемых параметрами взрыва. Заполняющие исходную трещину минеральные образования имеют существенно более низкие прочностные характеристики, Именно это и определяет ослабленное направление в массиве, в котором рост трещин будет встречать наименьшее сопротивление среды.

Учитывая прочностные свойства горных пород и материала, заполняющего трещины, для условий Быкогорского месторождения получена зависимость вида:

1.Л. (1)

Я 2?,

где: / - глубина раскрытия трещины взрывом, м; Л - радщ'о камуфлет-ной полости, м; Р/ - максимальное давление в упругой волне, МПа; Р0 - противодавление на месте проведения взрыва, МПа.

Приняв Р0 равное литологическому давлению q вышележащей толщи пород А и Р/ равное пределу прочности пород на сжатие о",

(условие остановки роста трещин), получили:

А 21.

или/ = (^о-.а^1;3)/2? (2)

где: а, (3- эмпирические коэффициенты; (V- масса заряда, кг. Характерная величина а» для скальных пород порядка 102 МПа, а средняя мощность налегающих пород в исследуемом массиве И ~ 100м.

Следовательно, q ~ 2+2.5 МПа, и из (2)--20. Это означает, что в указанных условиях после проведений взрыва в плоскости закольматиро-ванной трещины можно ожидать ее раскрытия в обе стороны от места взрыва на длине порядка сорока-пятидесяти радиусов зоны разрушения камуфлетного взрыва.

С помощью проведенных натурных исследований установлены

значения эмпирических коэффициентов для трещиноватых гранитов Быкогорского уранового месторождения (а = 0.188 м. кг"ш ; /? = 0.6) и длины раскрытия трещин под воздействием взрыва камуфлетных зарядов может определяться к

Для глинистых сред аналогичный расчет параметров разрушения затруднен из-за релаксации тангенциальных растягивающих напряжений. Однако, при наличии слоистости среды или включений горных пород с другими физико-механическими свойствами возможно хрупкое разрушение по контактам пород при взрыве на значительную глубину, для определения которой необходимы экспериментальные исследования.

Полученные качественные оценки указывают на принципиальную возможность применения взрывного воздействия для интенсификации процесса ЛВ. Для получения качественных (на стадии лабораторных экспериментов) и количественных оценок были проведены экспериментальные исследования, включающие в себя моделирование взрывного разрушения сред в лабораторных условиях, проведение натурных экспериментов в пластичных и скальных породах на горнодобывающих предприятиях и осуществление опытно-промышленных работ на предприятиях Отрасли.

Лабораторные исследования по моделированию камуфлетных взрывов на глинистых песчаниках проводились по методу взрывающейся проволочки на электровзрывном стенде Института проблем комплексного освоения недр АН СССР. Масштаб моделирования -1:3, материал модели по своим физико-химическим свойствам соответствовал натуре и состоял на 60% из глины, 40% из песка с влажностью 7%, плотностью 1,7-2,0 г/см3 и прочностью на одноосное сжатие (0,9+2,5)105 н/м2. Пересчетные коэффициенты рассчитывали согласно теории подобия по известной Ж - теореме и определяли в нашем случае из следующего выражения:

где: dM,dH- соответственно диаметры заряда в модели и натуре, м;

(3)

(4)

г г

о ГГ„Л /,

Получены экспериментальные зависимости диаметров камуфлет-ной полости и зоны трещинообразования от энергии взрыва и плотности среды, позволившие сделать следующие выводы:

• максимальный радиус расширения полости в глинистых песчаниках не превышает 12 радиусов заряда;

• характерным для указанных пород является образование зоны радиальных трещин при камуфлетном взрыве с размером до 15 радиусов заряда.

Для моделирования камуфлетного взрыва в скальных трещиноватых породах было принято взрывание химических ВВ в бетонных моделях. Моделирование породы крепостью f = 10-14 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, плотностью 2,5-2,8 т/м3 и густотой трещин 2-3 на 1 м, являющиеся характерными для Быкогорского месторождения. Масштаб моделирования - 1:30, коэффициент подобия рассчитывали по методике В.Р. Именитова. Временное сопротивление сжатию по условиям подобия для материалов модели составляет:

<гя=<г,—П (5)

Г»

где: <7м,<7н- временное сопротивление сжатию соответственно

материала модели и натуры, Па; У м,Ун- объемный вес соответственно модельного и натурного материалов, кг/м3; п - геометрический масштаб моделирования.

В Раменском отделении "ВНИИВзрывгеофизика" было изготовлено 9 образцов с размером ребер 45.5x36x25 см, трещинная структура которых достигалась послойной заливкой цементного раствора. После осуществления взрывов микрозарядов ВВ (1,1-3,3 г ТЭНа, что соответствовало взрыву 3.25-9.75 кг ВВ в натуре) в модельных скважинах, ориентированных вкрест и параллельно трещиноватости, была проведена их прокачка красителем с целью определения размеров зоны влияния взрыва (рис.1).

Результаты проведенных лабораторных исследований на бетонных моделях позволяют сделать следующие выводы (рис. 2):

• максимальный радиус камуфлетной полости составил 4 радиуса заряда;

камуфлетным взрывом вскрыты существовавшие трещины на глубину до 22 радиусов заряда;

Рис. 1. Схема прокачки модельных скважин красящим расвором: 1 -материал модели; 2 - скважина; 3—резиновая

зоны камуфлетной полости и раскрытых взрывом существующих трещин имеют сходные размеры для взрывов зарядов в скважинах, ориентированных как перпендикулярно, так и параллельно трещиноватости.

пробка; 4 - эпоксидная смола; 5 -медные трубки (переходники); 6 - емкость с красителем; 7 - заникчивающаяся пробка; 8 -манометр

Второе шп чное положение

Для проверки и уточнения данных, полученных на стадии лабораторных исследований, были проведены натурные эксперименты на горнодобывающих предприятиях.

В глинистых песчаниках месторождения "Кенигштайн" плотностью 1,8-2,2 т/м3 осуществлены опытные взрывы шпуровых зарядов диаметром 40мм (г0 = 20 мм) в забое выработки УБ 16-1 блока В13 в таком порядке:

• бурение четырех шпуров длиной 2.4 м в забое выработки;

• разновременное взрывание в них камуфлетных зарядов ВВ различной мощности (длина зарядов 1,2 м, мощность взрыва варьировали плотностью заряжания - 1.1 -1.4 кг/п.м ЛМ));

• вскрытие целика зоны действия взрыва со стороны свободной поверхности мелкошпуровой отбойкой.

Получены зависимости между относительными радиусами камуфлетной полости и зоны трещиноватости и линейной концентрации энергии, позволившей заключить:

• максимальный радиус расширения полости в глинах не превышает значений 5,5 Г°, при линейной концентрации взрывчатого

вещества 1,4 кг/п. м и его удельной энергии 0,9 МДж/кг; характерным для глинистых отложений является образование зоны радиальных трещин при камуфлетном взрыве с интенсивностью 10-

12 шт/дм (размер зоны

■до9

а)

б)

м

У//А

[Щ

ш

и*

Рис. 2. Характер воздействия взрыва на бетонную модель при расположении скважины перпендикулярно слоистости (а) и параллельно слоистости (б): 1 - опытная скважина; 2 -материал модели; 3 - камуфлетная полость; 4 - следы красителя;

3-границы между слоями.

Натурный эксперимент по камуфлетному взрыванию в скальных трещиноватых породах Быкогорского месторождения проводили по методике, предложенной автором, которая позволила качественно и количественно оценить влияние камуфлетных взрывов на массив трещиноватых скальных пород. Породы представлены альбитовыми гранит-порфирами плотностью 2,5-2,8 т/м3 с коэффициентом крепости по проф. М,М. Протодъяконову / =10-14.

методике осуществляли в следующей

Работы по последовательности: 1) были выбраны две выработки, ориентированные параллельно и перпендикулярно основной системе трещин; проведена оценка трещиноватости массива методом непосредственных наблюдений с целью определения густоты, раскрытости и протяженности трещин основной системы; осуществлено бурение горизонтальных опережающих скважин (0

100 мм, X = 30 м) в центре забоев в направлении проходки выбранных выработок;

определена приемистость скважин для оценки проницаемости массива в естественном состоянии;

2)

3)

4)

5)

6)

осуществлена закачка красящего раствора через съемный пакер (рис. 3);

произведен взрыв камуфлетных зарядов ВВ массой 3,25 кг на интервале 9,5-10 м (патроны аммонита № 6ЖВ 0 90 мм, длиной 0 5 м);

7) проведено повторное нагнетание воды, а затем и красящего раствора с целью определения проницаемости массива и размеров зон раскрытия трещин на месте взрыва;

8) мелкошпуровой отбойкой пройдены выработки до места взрыва с целью оценки трещиноватости и характера раскрытия трещин после взрывов с помощью визуальных наблюдений следов красителя на забоях выработок и по трещинам после кавдой отбойки.

Рис. 3. Схема закачки в массив красящего раствора: 1 - емкость для приготовления раствора красителя; 2-манометр; 3 -расходомер; 4 - забой выработки; 5 -пакирующее устройство; 6-скважина; 7 - резиновые шланги.

Затем операции по пунктам 4; 6-8 были повторены для зарядов массой 6,5 и 9,75 кг.

Произведенные по данной методике опытные работы обеспечили прямой доступ к зоне действия взрыва, что позволило с большой точностью и достоверностью оценить его влияние на массив, обеспечить сбор большого объема информации по действию взрыва в скальных породах. Опытные работы достаточно просты, вписываются в планы горноподготовительных работ на предприятии и не требуют значительных дополнительных затрат.

Получены эмпирические формулы: • скважина ориентирована параллельно рудным трещинам:

• скважина ориентирована перпендикулярно рудным трещинам:

где: приращение приемистости скважины после взрыва, л/мин;

Р - давление закачки растворов, атм; IV - масса заряда, кг.

Анализ результатов натурного эксперимента показал:

• размеры полости, образованной камуфлетным взрывом, достигают 3,5 диаметров скважины;

• скважины с очень низкой приемистостью (близкой к 0) повышают ее после камуфлетного взрывания до величин (8-40 л/мин), позволяющих эффективно вести процесс выщелачивания;

• повышение приемистости скважин происходит только за счет раскрытия существующих трещин на месте заложения заряда ВВ, не-взрываемые интервалы скважин остаются непроницаемыми для растворов;

• глубина раскрытия трещин превышает 2 м от оси скважины;

• более эффективной являете»; ориентация скважин вкрест тре-щиноватости, пересекающая большее количество рудных трещин [см. формулы (6) и (7)].

Растекание красителя за контуры выработки не позволило

определить размеры зон вскрытых взрывом трещин, что обусловливает

•О;Д0<О

(6)

(7)

необходимость проведения дополнительных натурных экспериментов. С этой целью был проведен натурный эксперимент по камуфлетному взрыванию зарядов ВВ с использованием вееров геологоразведочных скважин. В веерах восходящих скважин, пробуренных в плохопрони-цаемых породах вкрест рудоносной трещиноватости, были взорваны камуфлетные заряды ВВ малой мощности в рудных интервалах. Повышение проницаемости фиксировали замером дебитов нижних (контрольных) восходящих скважин в веере до и после взрывов. Полученные результаты по 12 парам скважин описываются формулой:

где: А<2~ повышение дебита контрольной скважины, л/мин; расстояние между скважинами на месте заложения заряда, м.

Полученные данные позволяют установить оптимальные расстояния между скважинами при обработке массива скальных руд камуфлетными зарядами ВВ малой мощности. Это расстояние для ис* следуемых условий составляет 2*9 м.

Тветьв научное положение.

Опытно-промышленные работы проводили на Ьыкогорском урановом месторождении, рудные тела которого характеризуются крутым падением с углами 75-85°. Руды и вмещающие породы устойчивы, трещиноваты с коэффициентом крепости /ь=10-15 по М.М. Протодья-конову. Руды контрастны - до 70% всех запасов приурочено к трещинам, протяженностью до десятков метров, значительная часть которых непроницаема для выщелачивающих растворов. Как показали лабораторные исследования, для обеспечения максимального раскрытия трещин камуфлетные заряды должны размещаться в скважинах, пробуренных в строго определенном направлении по отношению к трещиноватости. Таким образом, для достижения оптимальных параметров взрывной подготовки руд к ПВ необходимо тщательное изучение трещиноватости массива.

Автором апробирована на Быкогорском урановом месторождении методика оценки трещиноватости путем непосредственных замеров. Измерения трещиноватости выполнялись на нескольких рабочих площадках по стенкам выработок, которые должны быть ориентированы по

Ад*

1,169

-0,0325

(8)

крайней мере в двух направлениях. В результате осмотра выработок предварительно определялось количество систем трещин и выделялись участки, на которых расстояние между следами трещин приблизительно одинаковое (отклонение не превышало ±20%). На выделенных участках намечались рабочие площадки по замеру трещиноватости. Ширина площадки контролировалась высотой выработки, длина ее должна быть в 3-4 раза больше, чем расстояние между следами трещин в системе с самым редким их расположением. Каждая площадке освобождалась от крепления (при рамной крепи обычно удалялась затяжка), очищалась от пыли и с помощью горного компаса и рулетки замерялись параметры всех трещин. Строились точечные круговые диаграммы: на круге произвольного диаметра разбивалась сетка из радиусов и концентрических окружностей, радиусы являлись проекциями меридианов и служили для нанесения азимутов падения трещин, окружности соответствовали параллелям и использовались для отсчета углов падения. Каждая трещина определялась точкой. По густоте расположения точек выделялись системы трещин; окном для выделения каждой системы на диаграмме является площадка размером в 20° как по углу падения, так и по азимуту.

Последующим анализом точечной диаграммы устанавливалось положение в пространстве скважин для формирования камуфлетных зарядов.

Сначала был проведен опытно-промышленный эксперимент в блоке БК-21, два года находящемся в отработке в естественном залегании к моменту начала работ. После оценки трещиноватости пород в блоке и остановки закачки растворов были выбраны скважины под взрыв с учетом результатов натурных экспериментов. Масса зарядов для каждой скважины рассчитывалась по формуле:

Ж = ЬрРг (9)

где: Ьр - длина рудных интервалов, м; р2 - линейная концентрация ВВ

(в нашем случае - 6.5 кг/м).

По результатам отбора проб и замера дебитов дренажных скважин до и после взрывов сделаны следующие выводы: • средняя проницаемость массива после взрывов повысилась в 3 раза за счет раскрытия рудных трещин, при этом массив остался ненарушенным. Весьма существенно, что раскрытые трещины остаются таковыми в течение длительного времени, поскольку средняя проницаемость массива к концу 9-го месяца упала лишь на 25% по

сравнению с максимальной;

• содержание урана в продуктивных растворах повысилось с 18-20 мг/л до в среднем 50 мг/л, что позволило в течение четырех месяцев дополнительно добыть 666.24 кг металла.

Технико-экономическая оценка применения камуфлетного взрывания на стадии доработки блока ПВ осуществлялась сравнением себестоимости 1 кг урана по обоим вариантам. Себестоимость 1 кг дополнительного полученного металла составила 34,1% от себестоимости металла, добываемого по базовой технологии.

Затем был проведен опытно-промышленный эксперимент по селективной обработке массива камуфлетными взрывами с целью получения экономического эффекта на стадии подготовки блока ПВ к эксплуатации. После выбора участка с рудами, залегающими по трещинам в плохопроницаемом массиве, блок разбурили скважинами по площадной схеме с расстоянием между концами 7-9 м, между веерами -8 м. Камуфлетные заряды ВВ размещали в рудных интервалах скважин. Общая масса заряда составила 2.24 т аммонита № 6ЖВ и была определена по формуле:

1=1 >=1,3

где: / . - длина рудных интервалов по скважине на участке, приближенном к соседней скважине на расстояние <4 м.

По результатам отбора проб и определения приемистости технологических скважин до и после взрывов сделаны следующие выводы:

• средняя проницаемость массива повысилась после взрывов в среднем в 7,3 раза (оценивали по приемистости закачных скважин) за счет раскрытия рудных трещин; важно отметить, что раскрытые трещины остаются таковыми в течение длительного времени, поскольку средняя проницаемость массива (по данным ежемесячных замеров приемистости закачных скважин) к концу четвертого месяца упала всего на 7,5% по сравнению с максимальной;

• дебит контрольных скважин колебался после взрыва в пределах от 0.1 до 4 л/мин, что говорит о достаточно равномерной проработке массива;

• содержание урана в продуктивных растворах колебалось в пределах, являющихся оптимальными для выщелачивания промышлен-

IV /! I и п.

Ч! 1 Л/ 1 Л'

з

71

ных блоков ПВ на данном предприятии и составило в среднем 65 мг/л за первые 7 месяцев эксплуатации;

суммарная добыча урана из блока за этот период составила 1519.7 кг.

Проведенное технико-экономическое сравнение с подготовкой блока отбойкой и магазинированием выявило, что реальные затраты в расчете на 1 м3 массива при подготовке по рекомендуемой технологии снижаются на 33,6%.

При выщелачивании руд, разбитых двумя и более системами рудокон-тролирующих трещин, предлагается объемно-площадная схема бурения взрывных скважин (рис. 4) с расстоянием между концами 7-8 м, между веерами 6 м. Скважины, разбуренные по такой сетке, гарантировано пересекут все системы рудных трещин, обеспечивая тем самым доступ технологи-Рис. 4. Объемно-площадная схема ческим растворам в любой участок расположения скважин в блоке для блока и равномерное его ороше-селективной подготовки массива ^^

камуфлетными зарядами ВВ малой мощности

Кроме того, такая схема расположения скважин обеспечивает их разрежение непосредственно у выработки, что весьма существенно сказывается на качестве подготовки массива камуфлетными взрывами блока и вовлечение в отработку всего объема руды в пределах блока. Величины зарядов и их размещение получаем из зависимости (10).

Расчеты показывают, что у тастки с расстояниями в них между скважинами менее 4 м для предлагаемой системы практически отсутствуют, что приводит выражение (10) к виду:

оо

Максимальная высота блока, разбуриваемого скважинами с одного горизонта, рассчитывается исходя из максимальной длины скважины 30 м и не превышает 21 м.

Таблица

Технико-экономические показатели подготовки блоков ПВ магазинированием (1), в естественном залегании (П), селективной обработкой массива камуфлетными взрывами (ШДУ)

№ Наименование показателей I II III IV

п/п

1. Выход горной массы с 1 м3 проходческих работ, м3/м3 38.9 50.0 50.0 50.0

2. Выход горной массы с 1 м породы, выданной из отрезной щели, м'/м5 6.67 0 0 0

3. Выход горной массы с 1 п. м скважины, м5/п. м 4.52 7.40 15.17 20.24

4. Выход горной массы с 1 кг ВВ, м5/кг 1.25 0 10.15 10.15

5. Стоимость подготовки 1 м гор-

ной массы (°/о%). Всего 100 50 34.6 30.1

в т.ч. при • проходческих работах • создании отрезной щели • бурении скважин • взрывных работах 20.5 11.5 55.2 12.8 16.0 34.0 16.0 16.6 2 16.0 12.1 2

Для технико-экономического сравнения затрат на подготовку блоков ПВ были взяты четыре варианта:

1) с отбойкой и магазинированием руды в контурах блока;

2) без разрушения массива;

3) с селективной подготовкой массива камуфлетными взрывами в скважинах, пробуренных по площадной схеме;

4) с селективной подготовкой массива камуфлетными взрывами в скважинах, пробуренных по объемно-площадной схеме.

Результаты расчетов, представленные в таблице, позволяют сделать вывод о наибольшей эффективности подготовки блока ПВ по IV варианту, стоимость по которому является самой низкой из всех применяемых на предприятии способов подготовки массива к ПВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При подземном выщелачивании урана в естественном залегании конструкция системы разработки определяется характером рудной минерализации и структурными особенностями строения массива. Проведение работ по интенсификации процесса ПВ методом взрывного воздействия вызвало необходимость совершенствования применяемых систем разработки.

Получены следующие результаты:

1. Выведена аналитическая зависимость глубины раскрытия заколь-матированной трещины от мощности камуфлетного заряда, прочностных характеристик среды и условий проведения взрывных работ.

2. Предложена и апробирована методика проведения натурных экспериментов по оценке влияния камуфлетного взрывания на трещиноватые скальные породы, позволяющая количественно оценить размеры зон взрывного разрушения массива и природных трещин, вскрытых взрывом.

3. Экспериментально установлено, что зона раскрытых взрывом трещин в скальных породах достигает 40-50 радиусов зоны разрушения пород камуфлетным взрывом, в глинистых средах эта зона не превышает 10 диаметров заряда ВВ.

4. Получены эмпирические зависимости изменения проницаемости от расстояния между зарядами малой мощности (до 10 кг ВВ) и изменения приемистости скважин от мощности заряда и давления закачки для пород Быкогорского месторождения.

5. Экспериментально установлены (на стадии натурных исследований) оптимальные расстояния между скважинами для обеспечения

качественной подготовки массива камуфлетными взрывами, составляющие 5-9 м.

6. Определена область эффективного применения камуфлетного взрывания для повышения проницаемости массива - разработка способом ПВ локальных рудных тел малой мощности в скальных породах с низким содержанием полезного компонента, приуроченного к трещинам. Область выявлена на основе изучения результатов проведенных лабораторных и натурных экспериментальных исследований в пластичных и хрупких (скальных) средах.

7. Предложена и апробирована методика оценки трещиноватости массива, позволяющая детально изучить горно-геологическую ситуацию в районе проведения опытно-промышленных работ с целью конструирования элементов системы подземного выщелачивания с селективной обработкой массива камуфлетными взрывами (сетка скважин, их пространственная ориентация, места заложения и массы зарядов ВВ).

8. Сконструирована и внедрена система ПВ с горной подготовкой скального трещиноватого массива камуфлетными взрывами, обеспечивающая повышение проницаемости только рудных интервалов в пределах блока и эффективное ведение технологического процесса.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Абрамов A.B., Хейфиц JI.C., Попов В.Н., Родина J1.B. Способ разработки месторождений полезных ископаемых подземным выщелачиванием. А. с. № 1148397 (СССР), 1984.

2. Блинов A.A., Попов В.Н. Образование камуфлетной полости при взрыве горизонтального цилиндрического заряда в глинистых песчаниках. «Технический прогресс в атомной промышленности», серия "Горно-металлургическое производство". М., вып. №3, 1989.

3. Попов В.Н. Методика оценки влияния камуфлетного взрывания на трещиноватые скальные породы. Материалы IV конференции молодых ученых МГРИ. Деп. в ВИНИТИ, 4919-В89, М.,1989.

4. Абдульманов И.Г., Попов В.Н. Раскрытие "залеченной" трещины в массиве пород камуфлетным взрывом. Изв. ВУЗов. Геология и разведка, 1997, № 2.

5. Абдульманов И.Г., Попов В.Н. Моделирование воздействии камуф-

летного взрыва в глинистых песчаниках при подготовке руд к выщелачиванию. Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1997, №3.

6. Абдульманов И.Г., Попов В.Н. Моделирование воздействия камуфлетного взрыва на раскрытие трещин в скальном массиве. Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1997, №6.

7. Попов В.Н. Методика оценки трещиноватости массива для подготовки руд к подземному выщелачиванию в их естественном залегании. Материалы научной конференции "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже ХХ-ХХ1 веков", МГГА, 1998 г.

Лицензия JIP № 21037 от 08 февраля 1996 г. Подписано в печать 18.03.98 г. Формат 60x84 '/16. Бумага "MEGA COPY OFFICE". Печать офсетная. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 38 .

Издание ИПКОН РАН 111020 г. Москва, Крюковский тупик, д. 4