автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии разработки техногенных россыпных месторождений золота на основе применения земснарядов

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ

ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ ЗОЛОТА.

1.1. Изученность проблемы освоения россыпных месторождений золота, в том числе техногенного типа.! на территории Дальнего Востока.

1.2. Отечественный и зарубежный опыт разработки россыпей подводным способом.

1.3. Цели, задачи и методы исследований.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ЗАЛЕГАНИЯ И СТРОЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ

РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗОЛОТА.

2.1. Особенности строения техногенных образований.

2.2. Состояние запасов для подводного способа разработки по некоторым регионам Дальнего Востока.

2.2.1. Характеристика ресурсов техногенных россыпей Северо-Востока России.

2.2.2. Характеристика ресурсов техногенных россыпей Хабаровского и Приморского краев.

2.2.3. Характеристика ресурсов техногенных россыпей Амурской области.

2.3. Принципы разработки техногенных россыпей подводным способом.

Выводы.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ ЗОЛОТА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗЕМСНАРЯДОВ.

3.1. Взаимодействие горизонтального потока с размываемым массивом пород.

3.1.1. Существующие рекомендации по определению размывающих скоростей.

3.1.2. Анализ понятий «гидравлическая крупность» и «скорость витания» частиц.

3.1.3. Методика определения размывающей скорости в горизонтальном турбулентном потоке.

3.2. Формирование струйных течений в зоне размыва всасывающего устройства земснаряда.

3.2.1. Формирование гидравлических струй всасывания земснаряда плоским кольцевым экраном.

3.2.2. Процесс разработки забоя земснарядом с полым щелевым экраном.

3.2.3. Сравнение основных технологических и гидравлических показателей работы земснаряда всасывающий наконечник которого оснащен разными типами экранных устройств.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ

ТЕХНОГЕННЫХ РОССЫПЕЙ ЗОЛОТА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЗЕМСНАРЯДА.

4.1. Общие сведения и горно-геологическая характеристика глубо-козалегающей россыпи р. Нагима.

Актуальность работы. В условиях радикальных экономических преобразований в России и перехода к рыночным отношениям большую роль в экономике страны продолжают играть драгоценные металлы, особенно золото. Экономический кризис лишний раз подтвердил мировую роль золота в качестве надежного средства защиты от обесценивания денежных средств в экстремальных ситуациях. Для достижения финансово-экономической устойчивости требуются надежные стратегические резервы не только мировой валюты, но и золота. Именно этим, прежде всего, обусловлена необходимость развития или, по крайней мере, поддержания на таком же уровне, как в лидирующих странах, золотодобывающей промышленности и ее сырьевой базы.

За рубежом почти все золото добывается из коренных и комплексных месторождений, и только несколько процентов - из россыпей. В России за два века золотодобычи сложилась и сохраняется тенденция преобладающей разработки россыпных месторождений. В последние годы 85 % золота добывалось из россыпных месторождений и только 15 % - из коренных /1/.

В настоящее время наиболее богатые россыпные месторождения золота, как правило, уже отработаны. И поэтому все чаще вовлекаются в эксплуатацию техногенные россыпи, содержащие значительное количество золота мелких фракций /2/. Для Дальнего Востока существенный интерес также представляют погребенные глубокозалегающие россыпи, которые ранее частично разрабатывались в ограниченных объемах из-за недостаточной их изученности и разве-данности, а также из-за сложных горно-технических условий. Только по Амурской области В.Г. Моисеенко и А.П. Сорокин определяют прогнозные ресурсы по погребенным россыпям в количестве свыше 400 т /3/. Разработка таких месторождений традиционными способами (дражным и открытым раздельным) является нерентабельной и требует поиска новых технологических решений. В первую очередь, это касается вопросов совершенствования технологий выемки продуктивной горной массы, их качественной подготовки к процессам обогащения.

Сегодня около 80 % разведанных и эксплуатируемых россыпей имеют запасы менее 500 кг каждая, но именно такие объекты составляют более половины вовлеченных в эксплуатацию запасов и обеспечивают до 60 % россыпного золота. По сравнению с 1975 г. среднее содержание золота в добываемых песках на основном виде работ - открытом снизилось в 2 раза и составило в

3 3

1996 г. 0,79 г/м , а на подземных работах — в 2,4 раза (2,0 г/м') /4/.

Снижение исходного содержания золота требует для поддержания или повышения уровня добычи металла соответственного увеличения производительности по объему перерабатываемой пульпы, а последнее во столько же раз увеличивает абсолютные потери мелкого и тонкого золота в эфельных хвостах /5/. В основных регионах золотодобычи некоторые россыпи отрабатывают иногда по 3-4 раза, и все равно они остаются техногенными месторождениями с промышленным содержанием золота, иногда мало отличающимися по запасам от первоначально зафиксированных.

Однако, несмотря на объективные трудности переходного периода и негативные показатели динамики состояния минерально-сырьевой базы россыпного золота, потенциал ее достаточно высок для сохранения в течении 10-15 лет уровня добычи, близкого к 80 - 100 т /4/.

Необходимость накопления высоколиквидных активов золота (и в связи с этим обеспечение стабилизации с последующим ростом темпов добычи) для защиты геополитических и геоэкономических интересов России способствует выбору приоритетного направления исследований - создание эффективной технологии разработки техногенных россыпных месторождений золота.

Наиболее экономичным способом разработки россыпных месторождений является дражный. Он обеспечивает высокую механизацию и поточность технологии, позволяет избежать расходов по доставке песков к месту обогащения и утилизации отходов, дает возможность складировать хвосты в выработанное 7 пространство. Однако при дражной разработке теряется до 30 % ценных минералов, в том числе 40-50 % из них - это эксплуатационные потери в массиве.

В связи с этим целесообразно рассмотреть возможность применения на разработке техногенных россыпей эффективных добычных агрегатов (земснарядов), работающих на принципе всасывания гидросмеси. Земснаряды имеют более простую конструкцию, обладают относительно небольшим весом и требуют при равной производительности значительно меньших материальных и трудовых затрат на их монтаж и эксплуатацию. Они в меньших объемах загрязняют водоемы, могут работать автономно от обогатительной установки, что позволяет более эффективно решать экологические проблемы.

Таким образом, создание эффективных технологий разработки техногенных россыпных месторождений с использованием на добычных работах земснарядов, обеспечивающих полноту выемки запасов при повышении экологической безопасности окружающей природной среды, является важной народнохозяйственной задачей.

Диссертация выполнена в соответствии с проблемой Российской академии наук 12.9 (1991-95 г.г.) «Разработка месторождений и обогащение полезных ископаемых», № ГР 01910003372, планом исследований ИГД ДВО РАН по теме «Создание научных основ эффективных технологий и технических средств освоения россыпных месторождений, включая техногенные» (№ ГР 01910003370) и планом исследований ИГД ДВО РАН 3.2.1.5. на 1996-2000 гг. по теме «Создание научных основ и эффективных технологий освоения россыпных месторождений благородных металлов» № ГР 01960003062.

Целью работы является создание эффективной технологии разработки техногенных россыпных месторождений золота земснарядами.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности и экологической безопасности подводного способа разработки техногенных россыпных месторождений золота достигается использованием на добычных работах земснаряда со специальными всасывающими устройствами, позволяющими формировать потоки воды с повышенной способностью размыва и перемещения горных пород при расширенной зоне эффективного всасывания.

Основные задачи исследования:

- выявить механизм и установить параметры процесса вовлечения твердых частиц ценных минералов во всасывающиеся струи;

- теоретически обосновать технологические параметры всасывающего устройства земснаряда с различными конструкциями экранов;

- создать эффективную и экологически безопасную технологию разработки техногенных россыпей золота на основе применения земснаряда.

Методы исследований. Комплексный метод, включающий анализ литературных и патентных источников, научное обобщение теории и практики подводного способа разработки россыпей, составление и анализ уравнений движения двухфазной жидкости, изучение технологических параметров всасывающего устройства земснаряда с различными конструкциями экранов, технико-экономический анализ предлагаемого технологического решения. Защищаемые научные положения.

1. Скорость витания более полно и точно, по сравнению с гидравлической крупностью, характеризует процесс взвешивания и транспортирования твердого материала всасывающими струями. Использование этого понятия позволяет рассчитать взвешивание частиц в зависимости от их размеров, формы, плотности и пространственной ориентации.

2. Установленные аналитические зависимости характера и степени влияния экранных устройств на параметры движения жидкости могут служить основой для математического описания процесса извлечения ценных минералов из россыпей.

3. Применение экранных устройств при подводной разработке техногенных россыпных месторождений позволяет существенно расширить площадь отработки с одной позиции всасывающего наконечника земснаряда, упорядочить процесс и повысить производительность по твердому материалу.

4. Применение на добычных работах земснаряда с усовершенствованными всасывающими органами повышает эффективность разработки техногенных россыпей за счет полноты выемки ценного компонента из недр и включения в технологическую схему перерабатывающего и обогатительного комплексов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- выявлен механизм и параметры процесса взвешивания твердых частиц высокой плотности;

- на основе изученности процесса взвешивания частиц обоснованы два типа экранных устройств, повышающих эффективность разработки подводных забоев;

- для каждого типа экранных устройств установлены аналитические зависимости, связывающие между собой технические характеристики земснаряда, размеры экранов и параметры всасывающихся частиц;

- обоснована возможность использования земснарядов на добычных работах в комплексе с перерабатывающим и обогатительным оборудованием при разработке техногенных россыпных месторождений золота и выявлены рациональные параметры технологических схем.

Практическая ценность работы.

1. Разработана методика определения размывающих скоростей всасывающего потока, позволяющая более достоверно рассчитать фракционный состав гидросмеси.

2. Разработаны конструкции экранных устройств, существенно расширяющие площадь отработки подводного забоя с одной позиции всасывающего наконечника земснаряда.

3. Установлены рациональные параметры технологии разработки техногенных россыпных месторождений золота с применением земснарядов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на анализе теоретических положений процесса взвешивания и транспортирования твердого материала всасывающими струями, сравнении результатов расчетов с экспериментальными данными ряда авторов, удовлетворительным качественным и количественным соответствием этих результатов.

Личный вклад автора:

- предложено теоретическое обоснование параметров всасывающей струи, способной перемещать крупные фракции минералов высокой плотности;

- разработана методика расчета размывающих скоростей горизонтальным турбулентным потоком с использованием понятия скорости витания в качестве базовой характеристики;

- установлено влияние экранных устройств на эффективность подъема с плотика россыпи ценных минералов большой плотности всасывающими струями земснаряда;

- обоснованы параметры технологии разработки техногенных россыпных месторождений золота с использованием земснаряда;

- разработаны две конструкции всасывающих устройств земснаряда, по одной из которых получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

Реализация результатов работы. Основные результаты выполненных автором исследований использованы ОАО «Дальстроймеханизация» при проектировании технологии разработки ООО «Амур-Кварц» техногенного участка Нагиминской россыпи (Амурская обл.) на основе применения земснаряда.

Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы диссертации докладывались и получили положительные оценки на научно-практическом семинаре «Добыча золота. Проблемы и перспективы» (Хабаровск, 25 -27 ноября 1997 г.), на конкурсах Молодых ученых и аспирантов Хабаровского края (г. Хабаровск, апрель 1999 г.; апрель 2000 г.), на региональной конференции «Проблемы освоения и рационального использования природных ресурсов Забайкалья» (г. Чита, ЧГТУ, 26 -28 апреля 2000 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 87 наименований и 4 приложений. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, включая 21 таблицу и 20 рисунков.

ВЫВОДЫ

В результате выполненного в данной главе сравнения вариантов разработки техногенных россыпей золота на примере техногенного участка глубоко-залегающей россыпи р. Нагима (Амурская обл.) установлено следующее:

1) Земснарядная добыча золота обеспечивает снижение себестоимости по сравнению с экскаваторным способом более чем в два раза (38,56 руб/г против 82,25 руб/г).

2) Снижение себестоимости продукции достигается за счет увеличения продолжительности промывочного сезона (в среднем на 30-40 суток), существенного снижения эксплуатационных расходов (в 2,6 раза на 1 м горной массы), некоторого снижения капитальных затрат.

3) Земснарядная технология позволяет снизить вредное воздействие на природную среду за счет более рационального использования воды и прилегающей территории.

4) Следует ожидать, что отмеченные преимущества земснарядной технологии будут сильнее проявляться с увеличением глубины залегания техногенной россыпи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научно-практическая задача создания эффективных технологий разработки техногенных россыпных месторождений земснарядами, обеспечивающих полноту выемки запасов при снижении воздействия на окружающую среду, имеющее важное значение для золотодобывающей отрасли.

На основании анализа отечественного и зарубежного опыта освоения россыпных месторождений, результатов выполненных автором исследований по теме диссертационной работы можно сделать следующие выводы:

1. Общие прогнозные ресурсы техногенных золотосодержащих россыпей Дальнего Востока России сопоставимы с балансовыми запасами аллювиальных

108 россыпей и поэтому представляют значительный резерв для золотодобывающей промышленности.

2. Освоение техногенных золотосодержащих россыпей, вследствие их структурных особенностей, требует создание новых или совершенствования традиционных технологий и применяемого оборудования, обеспечивающих рентабельную отработку.

3. Одной из прогрессивных энергосберегающих и экологически безопасных технологий разработки техногенных россыпей является подводная разработка с использованием земснаряда.

4. Повышение эффективности применения земснарядной подводной разработки россыпей достигается за счет использования дополнительных экранных устройств — плоского кольцевого и, особенно, полого щелевого экранов. В последнем случае прорабатываемая площадь забоя в отношении тяжелых частиц увеличивается в 4-5 раз.

5. Для разработанных конструкций экранов составлены математические модели движения гидросмеси и частиц и, на их основе, получены формулы для инженерных расчетов этих устройств.

6. Расчет экранов основан на использовании в качестве базового понятия «скорость витания», которое более точно учитывает взаимодействие твердых частиц и потока жидкости. При этом удается учесть влияние таких важнейших характеристик, как плотность, форма и размеры частиц, а также температура взвешивающей жидкости.

7. Аналитические зависимости, полученные на основе понятия «скорость витания», более полно и точно описывают процесс извлечения ценных минералов из россыпей.

8.Сравнение технико-экономических показателей показывает, что расчетная себестоимость земснарядной добычи золота ниже, чем с использованием экскаватора, более чем в 2 раза (38,56 руб/г против 82,25 руб/г), что подтверждает экономическую предпочтительность предложенной технологии разработки техногенных россыпей.

109