автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Разработка технологии оборотного водоснабжения в сложных горнотехнических условиях освоения золотосодержащих россыпей

/

КРАСНОЯРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ЗОЛОТА (КГАЗМиЗ)

На правах рукописи

КИСЛЯКОВ Виктор Евгеньевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В СЛОЖНЫХ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ОСВОЕНИЯ ЗОЛОТОСОДЕРЖАЩИХ РОССЫПЕЙ

Специальность 05.15.03 - "Открытая разработка месторождений полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических ца§"

\\

¿СУ г V

Л

<3

\

%

А"

Красноярск - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

1ЕДЕНИЕ 6 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РОССЫПЕЙ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ И ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ОСВОЕНИЯ.............................................................. 20

1.1. Обзор современного состояния исследований и восстановления геологических показателей россыпных месторождений золота........................ 30

1.2. Обзор современного состояния ресурсосберегающих и экологически щадящих технологий при разработке россыпных месторождений........ 20

1.3. Выводы....................................................................................................... 39

ТЕОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЕ В ЗОЛОТОНОСНЫХ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ РОССЫПЕЙ............................................. 42

2.1. Классификация восстанавливаемых показателей россыпных месторождений....................................................................................................... 42

2.2. Научная гипотеза распределения аллювиальных россыпей в процессе формирования пойменной долины рек..................................................... 45

2.3. Восстановление геологических показателей аллювиальных россыпей............................................................................................................., 54

2.3.1. Применение ограниченной области восстановления..................... 54

2.3.2. Применение неограниченной области восстановления................ 62

2.4. Распределение содержания россыпного золота по ширине россыпи...... 67

2.5. Методика интерпретации распределения россыпного золота по мощности аллювиальных отложений.............................................................. 69

2.6. Методика прогнозной оценки гранулометрического состава песков россыпных месторождений........................................................................... 80

2.7. Прогнозная оценка крупности россыпного золота................................... 104

2.8. Результаты апробации рекомендуемых методов восстановления геологических показателей россыпных месторождений.................................... 117

2.9. Выводы........................................................................................................ 123

РАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ РОССЫПЕЙ С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ................................................................................................................... 126

3.1. Рациональное ведение вскрышных работ с учетом распределения геологических показателей............................................................................... 126

3.1.1. Оптимальное промышленное оконтуривание россыпи по кровле пласта песков.................................................................................... 126

3.1.2. Рациональные технологические схемы ведения вскрышных работ в сложных горно-геологических условиях.............................. 134

3.1.3. Моделирование промышленного контура вскрышных бортов

при разработке россыпных месторождений.................................. 148

3.2. Технология эффективного разупрочнения глинистых песков при разработке россыпных месторождений........................................................... 160

3.2.1. Исследование эффективности дезинтеграции глинистых песков. 160

3.2.2. Классификация способов разупрочнения глинистых песков россыпных месторождений.................................................................. 164

3.2.3. Технология физико-химической предварительной подготовки глинистых песков.......................................................................................................................167

3.2.4. Экспериментальные исследования изменения активности реагента-диспергатора в глинистых грунтах............................................................................176

3.2.5. Расчет параметров и контроль физико-химической подготовки глинистых песков в промышленных условиях.............................. 183

3.2.6. Разработка устройств для эффективной дезинтеграции и классификации глинистых песков........................................................ 190

3.3. Разработка технологии и технических средств рациональной выемки песков.......................................................................................................... 215

3.3.1. Обоснование очередности выемки песков.................................... 215

3.3.2. Схемные решения комплексов для открытого способа разработки россыпей .............................................................................. 219

3.4. Апробация рекомендуемых технологий разработки россыпных место-

рождений золота....................................................................................... 237

3.5. Выводы....................................................................................................... 239

. ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЩЯДЯЩЕГО

ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПЕЙ...... 242

4.1. Общая структура организации водоснабжения золотодобывающих объектов...................................................................................................... 242

4.1.1. Классификация схем водоснабжения............................................ 242

4.1.2. Структура расчета минимально необходимого объема отстойника ........................................................................................................... 243

4.2. Теория формирования гидравлического отвала в отстойниках оборотного водоснабжения................................................................................... 248

4.3. Теория стратификации потоков в отстойниках оборотного водоснабжения ........................................................................................................... 258

4.3.1. Моделирование реологических свойств технологической воды .. 258

4.3.2. Моделирование температурного режима отстойников оборотного водоснабжения............................................................................263

4.3.3. Скорость осаждения грунтовых частиц в отстойнике....................................268

4.3.4. Теория накопления грунтовых частиц в технологической воде .. 271

4.4. Организация водосбросных сооружений на отстойниках оборотного водоснабжения......................................................................................................................................................................................273

4.4.1. Способы прямого удаления воды из отстойника.......................... 273

4.4.2. Удаление воды из отстойника путем интенсификации процесса испарения.............................................................................................. 292

4.5. Исследование фильтрации грунтов при оборотном водоснабжении средств гидромеханизации и промывочных установок.......................... 293

4.6. Накопление микроэлементов в пульпе при оборотном водоснабжении

гидравлик и промывочных установок..................................................... 298

4.7. Пути снижения водопотребления и повышения качества технологической воды.................................................................................................... 306

А.1.1. Снижение объемов твердых фракций, поступаемых в отстойник 307

4.7.2. Повышение эффективности работы отстойников..................................................308

4.7.3. Технология эффективной очистки технологической воды......................309

4.8. Эффективное обогащение россыпей при работе в замкнутом цикле водоснабжения............................................................................................318

4.9. Определение кинетики осаждения тонкодисперсных грунтовых частиц вводе...................................................................................................................................................................................................337

4.10. САПР оборотного водоснабжения добычного и обогатительного оборудования при разработке россыпей................................................. 340

4.11. Апробация разработанных технологий водоснабжения ........................ 346

4.12. Выводы..................................................................................................... 348

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ И РАСЧЕТ ТЭП СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ....................................................................................................................... 350

15.1. Оценка эффективности предлагаемых мероприятий..............................

| 350

15.2. Оценка эффективности разупрочнения глинистых грунтов................... 356

15.3. Расчет технико-экономических показателей системы оборотного водо-| снабжения на примере месторождения р.Аллах-Юнь ГОКа

! "Джугджурзолото".................................................................................... 361

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... 363

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................................... 370

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................................................... 394

> 1

»

>

$

ВВЕДЕНИЕ

Мировой рынок минерального сырья на рубеже 21-го века характеризуется возрастающим спросом на золото, относительно устойчивыми ценами и увеличением его производства. В России в настоящее время доля россыпного золота в общем объеме золотодобычи составляет 85 %, ресурсная база находится в 30 субъектах Федерации, причем 67 % запасов и 56 % прогнозных ресурсов приходится на пять основных золотодобывающих районов. Вопреки мировой тенденции в Российской Федерации происходит сокращение добычи золота из россыпей, главными причинами которого являются: прогрессирующее истощение минерально-сырьевой базы; ухудшение качественных показателей запасов; усложнение горно-геологических условий отработки; неудовлетворительное финансово-экономическое и организационно-структурное состояние золотодобывающей отрасли.

В связи с этим принципиальными позициями для расширения минерально-сырьевой базы россыпного золота в 21 веке являются: объекты с тонким золотом в известных (Ленский, Алданский) и новых (Русская и Сибирская платформы) районах; малоизученные регионы (Таймыр, Анабар); недостаточно оцененные, но весьма перспективные аллювиальные россыпи, связанные со штокверкоподобными коренными месторождениями Енисейского кряжа; потенциал техногенных накоплений (по данным прогнозной оценки только в Красноярском крае такие запасы золота составляют около 280 т).

Во многих регионах страны добыча золота традиционно относится к одной из ведущих отраслей горнодобывающей промышленности и различными региональными программами комплексного развития производительных сил предусмотрено, что основным направлением развития остается добыча алмазов, золота, олова и других драгоценных и цветных металлов. Ежегодный объем переработки горной массы при разработке россыпных месторождений составляет около 1 млрд.м3 и по экологическим нагрузкам приблизился к крити-

Введение 7

ческому уровню. Основной объем водопотребления (85 %) приходится на золотодобывающие предприятия, расположенные в бассейнах рек Амур, Лена, Енисей, Обь и составляет 28,3 % общеотраслевого водопотребления.

Фаунистическую основу рек в регионах разработки россыпей составляют холоднолюбивые пресноводного комплекса, предъявляющие высокие требования к качеству водной среды. Реликтовые представители систематических групп планктонных и бентосных организмов, на долю которых приходится 80...90 % общей биомассы, не выносят даже незначительного загрязнения. Водоемы Северных районов страны в свою очередь отличаются низкой продуктивностью биомассы. Природная рыбопродуктивность находится в пределах 4...8 кг/га. В силу низких температур воды как продукционные, так и деструк-ционные процессы в водоемах протекают медленно. Вышеперечисленные факторы и обуславливают высокую уязвимость водных экосистем к действию загрязняющих веществ и низкую самоочищающую способность.

Величина ежегодного ущерба, наносимого водным объектам от сброса загрязненной воды (в ценах 1998 года) составляет около 50 млн. рублей. Высокое значение ущерба обусловлено активным освоением россыпных месторождений, расположенных в сложных горнотехнических условиях (неравномерное распределение золота и его крупности, гранулометрического состава рыхлых отложений, наличие значительного количества глинистых включений и мелких зерен золота), и существующей диспропорцией между высоким уровнем требований к качеству технологической воды и ограниченными технологическими возможностями существующих систем оборотного водоснабжения.

Перед золотодобывающими предприятиями Российской Федерации в настоящее время остро стоят задачи максимального сохранения экологического баланса при разработке сложноструктурных россыпных месторождений, которые, в основном, расположены в уникальных лриродно-географических условиях, и увеличения извлечения полезных компонентов, что имеет важное народно-хозяйственное значение.

Введение 8

В связи с этим, диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы создания эффективного оборотного водоснабжения при открытой разработке россыпных месторождений золота в сложных горнотехнических условиях на основе комплекса научно-обоснованных технических и технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области разработки россыпных месторождений и охраны окружающей среды.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами важнейших научно-технических проблем МЦМ СССР МП-П "Разработка и внедрение эффективных методов очистки промышленных сточных вод и систем оборотного водоснабжения предприятий цветной металлургии", комплексной проблемой ВПО "Союззолото" КП-2.0П 1980-85 г.г., координационным совещанием ВПО "Союззолото" по планированию НИР по золотой подотрасли на 1985-90 г.г., программой Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию 1995-96 г.г. "Создание ресурсосберегающих и экологически щадящих технологий разработки золота", Федеральной целевой программой по освоению Нижнего Приангарья в Красноярском крае 1997-98 г.г., а также около 20 прямых договоров с предприятиями.

Целью работы является разработка и внедрение эффективного технологического оборотного водоснабжения при открытой разработке золотосодержащих россыпных месторождений в сложных горнотехнических условиях с сокращением водопотребления, потерь полезного компонента, площадей, занимаемых под отвалы, а также снижением загрязнения природных водотоков.

Задачи исследования.

1. Оценка современного состояния изученности распределения золотосодержащих россыпей, прогноза качества и моделирования в сложных горнотехнических условиях, а также создания экологически щадящих технологий их освоения.

Введение 9

2. Установление научных закономерностей распределения золота в рыхлых отложениях аллювиальных россыпей, а также разработка методики моделирования распределения основных геологических показателей, влияющих на эффективность подготовки месторождения к разработке, промывки и обогащения, а также технологии оборотного водоснабжения.

3. Разработка методики оптимального промышленного оконтуривания песков с учетом информационной модели распределения основных геологических показателей россыпного месторождения и организации заездов землерой-но-транспортной техники для снижения объемов разубоживания и площадей, занимаемых под отвалы.

4. Разработка модели для оптимизации величины дезинтеграции глинистых пейов и управления крупностью зерен золота, создание эффективных способов разупрочнения и физико-химической подготовки глинистых песков к выемке при разработке россыпей, с учетом изменения активности реагентов.

5. Установление закономерности качества технологической воды в системе оборотного водоснабжения добычного и обогатительного оборудования и разработка мероприятий по снижению водопотребления, повышению качества технологической воды, эффективному обогащению россыпей в замкнутом цикле водоснабжения, а также методики расчета оптимальных параметров системы оборотного водоснабжения при отработке россыпей в сложных горнотехнических условиях и программного обеспечения для автоматизации процессов расчета с использованием современной вычислительной техники.

6. Разработка эффективной технологии удаления воды из отстойников оборотного водоснабжения при разработке россыпных месторождений, создание водосбросных устройств и очистки воды, а также методов мониторинга.

7. Обоснование средств и методов повышения экономической эффективности открытой разработки россыпей в сложных горнотехнических условиях с учетом требований экологической безопасности.

Введение 10

Основная идея работы заключается в том, что создание эффективной технологии оборотного водоснабжения при разработке россыпных месторождений золота в сложных горнотехнических условиях достигается применением в процессах подготовки, выемки, промывки и обогащения песков информационной модели распределения основных геологических показателей.

Научные положения, защищаемые автором.

1. Информационная модель распределения золота и гранулометрического состава рыхлых отложений для аллювиальных россыпей, на основе оптимальной трехмерной статистической нелинейной интерполяции, с учетом выявленного соответствия зоны распределения форме меандр на каждом цикле их формирования, которая позволяет обосновать рациональную технологию оборотного водоснабжения при открытой разработке россыпных месторождений.

2. Способы оптимизации параметров подготовки и промышленного оконтуривания россыпи, основанные на выявленной закономерности распределения золота, которые обеспечивают предприятию максимальную прибыль и позволяют сократить объемы разубоживания и площадь земель