Физико-технические методы повышения эффективности горно-подготовительных работ при разработке мерзлых и глинистых россыпей Позлутко, Сергей Геннадьевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. В современных экономических условиях доля россыпного золота в общем объеме его производства составляет 85 %, что обусловлено сокращением добычи рудного золота и низкой капиталоемкостью освоения россыпей, повсеместно распространенных на огромной территории Сибири и Дальнего Востока России. Особенности сырьевой базы добычи золота из россыпей является то, что 80...85 % из них представлены мерзлыми и глинистыми породами, для разработки которых требуется проведение комплекса работ по разупрочнению массива и созданию определенного объема готовых к выемке запасов.

Несоответствие технологических параметров подготовительных работ горнотехническим условиям разработки россыпей приводит к значительному снижению показателей извлечения и формированию золотоносных техногенных образований, доля которых в годовых объемах перерабатываемой горной массы достигает 35 %.

В настоящее время разработано и внедрено в производство большое разнообразие интенсивных физико-технических способов оттаивания мерзлых и предохранение от промерзания талых пород, разупрочнения глинистых песков. Вместе с тем большинство способов не находит широкого применения в практике по разным причинам, основной из которых, по нашему мнению, является отсутствие совершенных научно-методических подходов к определению оптимальных параметров горно-подготовительных работ с учетом современных эколого-экономических критериев. Своевременная и качественная подготовка мерзлых и глинистых золотосодержащих песков к разработке позволяет увеличить производительность добычных и промывочных работ в 1,5...2 раза и повысить извлечение золота на 10... 15 % в контурах балансовых запасов, что имеет важное значение с точки зрения рационального использования природных ресурсов и весьма актуально.

Особенностью россыпных месторождений является их расположение вблизи объектов возобновляемых водных ресурсов в зоне наиболее активного обитания большого видового разнообразия флоры и фауны.

Промышленное освоение россыпей приводит к значительному изменению в окружающей природной среде. В связи с этим повышение эффективности дражной и гидромеханизированной золотодобычи в условиях повышенной требовательности к вопросам охраны окружающей природной среды и рационального использования недр должно базироваться на исследованиях по совершенствованию физико-технических способов подготовки пород к выемке и промывке и повышению надежности гидротехнических объектов.

Представленная работа выполнена в соответствии с координационным планом АН СССР по науке и технике, № 123 от 21.04.76 г.: координаци-

онным планом НИР горных ВУЗов и факультетов Минвуза СССР на 1981 - 85 гг. (приказ Минвуза СССР, № 798 от 31.07.81 г.): координационными планами "Союззолота" в 1979 - 86 гг. (проблема КП-2.0П): координационным планом Мингео СССР (приказ № 201 от 11.05.85 г.) и межвузовской научно-технической программой "Создание и развитие УИ САПР и их подсистем в ВУЗах" (приказ Минвуза СССР, № 195 от 16.03,87 г. задание 1.2.82), плана НИР по госбюджетной тематике ЧитГТУ (тема № 8-гб, 54-гб).

Целью работы является разработка ресурсосберегающих способов разупрочнения массива мерзлых и глинистых россыпей, протифильтрационной защиты и теплоизоляции гидротехнических сооружений и научно-методическое обоснование оптимальных параметров горноподготовительных работ, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации россыпей.

Идея работы заключается в том, что повышение эффективности разработки россыпей может быть достигнуто применением интенсивных энергосберегающих физико-технических способов разупрочнения массива мерзлых и глинистых пород, противофильтрационной и тепловой защиты гидротехнических сооружений и управлением процессами горноподготовительных работ путем оптимизации параметров технологических схем с учетом современных эколого-экономических критериев.

Основные задачи исследований:

1. Анализ геологических, природно-климатических и горногеологических условий разработки россыпей восточных регионов России.

2. Изучить влияние структуры и параметров технологии горно
подготовительных работ на полноту освоения недр и технико-экономические
показатели дражной золотодобычи.

1. Разработать методическое обоснование оптимизации подготовительных работ для дражной разработки мерзлых россыпей.

2. Разработать, испытать и внедрить энергосберегающие способы оттаивания мерзлых пород и усовершенствовать технологию предохранения талых пород от промерзания затоплением водой.

3. Изучить закономерности формирования и опыт освоения техногенных россыпей и обосновать эффективные технологические схемы горноподготовительных работ для дражной разработки глинистых россыпей.

4. Разработать и внедрить конструкции гидротехнических сооружений на высокольдистых основаниях с использование комплексных противо-фильтрационных и теплоизоляционных экранов.

Методы и объекты исследований.

Обзор и анализ литературных источников, обобщение практического опыта и результатов научньк исследований, аналитические, лабораторные исследования и опытно-промышленные испытания, обработка экспериментальных данных методами математической статистики, математическое моделирование, программные средства расчетов на ЭВМ, практическое внедре-

ниє. Объектами исследований являлись технологические процессы горноподготовительных работ при дражной и гидромеханизированной разработке мерзлых и глинистых россыпей, элементы систем водоснабжения.

На зашиту выносятся следующие научные положения.

1. Повышение эффективности дражной разработки мерзлых россы
пей может быть достигнуто путем интенсификации гидравлических способов
оттаивания песков за счет создания в массиве искусственных зон фильтрации
механическим рыхлением или способом гидроразрыва пород и оптимизации
параметров технологических схем горно-подготовительных работ по крите
рию приведенной прибыли с учетом эколого-экономических факторов - за
трат на рекультивацию земель, воспроизводство минерально-сырьевой базы,
платы за использование природных ресурсов.

2. Повышение надежности гидротехнических сооружений в технологических схемах горно-подготовительных работ может быть обеспечено применением противофильтрационньгх экранов, создаваемых методами управляемого заиливания на основе осаждения взвешенных веществ из промстоков дражных разрезов при переменном напоре воды.

3. Повышение эффективности и экологической безопасности систем водоснабжения технологических процессов при разработке россыпей в суровой климатической зоне обеспечивается применением новых конструкций плотин на мерзлых льдистых основаниях с использованием прогивофильтра-ционных и теплоизоляционных экранов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена представительным объемом лабораторных и экспериментальных исследований и их удовлетворительной сходимостью при доверительной надежности не менее 90 %. Полученные при этом величины определяющих показателей аппробированы и подтверждены в промышленных условиях на предприятиях ПО "Забайкалзолото", "Запсибзолото", Депутатского ГОКа.

Научная новизна работы заключается в следующем: - установлена закономерность изменения продолжительности подготовки пород к выемке в зависимости от параметров технологических процессов оттаивания мерзлых и предохранения талых пород от промерзания;

- разработано методическое обоснование оптимальных параметров горно-подготовительных работ на дражных разработках мерзлых россыпей с учетом современных эколого-экономических критериев;

установлена закономерность повышения интенсивности гидравлических способов оттаивания при создании искусственных зон фильтрации в мерзлом массиве механическим рыхлением и гидроразрывом пород;

- дано гидродинамическое и технологическое обоснование использова
ния осажденного из сточных вод дражных разрезов глинистого осадка в ка
честве противофильтрационного экрана в гидротехнических сооружениях;

- дано теплофизическое и гидродинамическое обоснование использо
вания природных и искусственных материалов для теплоизоляционной и

противофильтрационной защиты в конструкциях гидротехнических сооружений на высокольдистых основаниях;

- установлена зависимость извлечения металла из глинистых россыпей от продолжительности периода между повторными ходами драг. Практическая ценность работы.

1. Проведены опытно-промышленные испытания и внедрение на драгах ПО "Забайкалзолото" способа гидравлического оттаивания пород с механическим рыхлением и способа предохранения пород от промерзания затоплением водой с проведением противофильтрационной защиты гидротехнических сооружений на основе экранов из полимерных пленок различных конструкций, что позволило за счет повышения качества подготовки пород к выемке увеличить производительность драг на 20 % и повысить извлечение металла на 15 %.

2. Разработан и внедрен способ противофильтрационной защиты гидротехнических сооружений фунтовыми экранами, создаваемыми методами управляемого заиливания.

3. Разработана и внедрена в сложных гидротехнических условиях конструкция плотины на высокольдистом основании, включающая комплексную противофильтрационную и тепловую защиту с применением полимерных пленочных экранов и теплоизоляционных покрытий из грунтовых материалов.

4. Обоснованы способы подготовки песков к выемке и промывке и технология отработки полигонов драгами при разработке глинистых россыпей.

Личный вклад автора:

организация и проведение экспериментальных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения в промышленное производство на предприятиях АО "Забайкалзолото" технологий гидравлического оттаивания пород с механическим рыхлением, предохранения пород от промерзания затоплением водой с помощью противофильтрационной защиты гидротехнических сооружений на основе экранов из полимерных пленок в различных конструкциях противофильтрационных устройств;

разработка, опытно-промышленные испытания и внедрение в условиях'Депутатского ГОКа конструкции плотины на высокольдистом основании с применением комплексной противофильтрационной и тепловой зашить! тела плотины;

проведение аналитических и лабораторных исследований, опытно-промышленных испытаний и внедрения технологии противофильтрационной защиты гидротехнических сооружений грунтовыми экранами, создаваемыми методами управляемого заиливания;

проведение экспериментальных исследований в промышленных условиях ПО "Запсибзолото" по оценке остаточных запасов техногенных россыпей и обоснование технологических схем подготовки и выемки высоко-глинистых песков при разработке месторождений дражным способом;

.7.

- проведение аналитических исследований и разработка методических основ к определению оптимальных параметров процессов горноподготовительных работ при разработке россыпей.

Автор является исполнителем научно-исследовательских работ, включенных в отраслевые комплексные программы и выполненных на кафедре "Открытые горные работы" ЧитГТУ.

Реализация результатов исследований.

1. Результаты исследований внедрены в производство и практику проектирования горных работ на полигонах драг 508,53 карьера "Усть-Кара" ПО "Забайкалзолото". Реальный экономический эффект от внедрения составил 128 тыс. р. (цены 1984 г.).

2. Внедрение по а.с. № 1434814 конструкции плотины из местных материалов на высокольдистом основании в условиях Депутатского ГОКа позволило обеспечить высокую надежность системы оборотного водоснабжения промывочных установок, предотвратить ущерб от загрязнения естественных водотоков аварийными сбросами и получить фактический экономический эффект более 35 тыс. р. (цены 1984 г.)

3. Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки горных инженеров по специальности 090500 "Открытые горные работы" при чтении автором дисциплин "Процессы открытых горных работ", "Разработка россыпных месторождений", "Гидротехнические сооружения", "Основы горного дела", а также при проведении практических и лабораторных занятий по курсу "Проектирование и планирование открытых горных работ", "Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ" и при выполнении курсовых и дипломных проектов в Читинском государственном техническом университете.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных внутривузовских научно-технических конференциях ЧитГТУ в период 1983 - 1999 гг.; на всесоюзных конференциях: "Водорастворимые полимеры и их применение", г. Иркутск. 1982 г„ "Проблемы инженерной геологии", г. Иркутск, 1984 г., "Совершенствование гидромеханизации и подводной добычи полезных ископаемых", г. Москва, 1986 г., "Комплексное использование физических свойств горных пород и процессов", г. Москва, 1987 г., "Физические процессы горного производства", г. Москва, 1991 г.; на научно-технических конференциях и семинарах: "САПР - горнодобывающих предприятий", г. Ташкент, 1984 г, "Проблемы разработки полезных ископаемых", г. Фрунзе, 1987 г., "Интенсификация гидромеханизированных работ и, подводной добычи с применение погруженных грунтонасосов", г. Москва, 1989 г., "Региональное природопользование в условиях перестройки" (Мельниковские чтения), г. Москва. 1990 г., "Рудоподготовка и ее эффективность", г. Фрунзе, 1990 г., "Проблемы рационального использования минеральных ресурсов" (Мельниковские чтения), г. Хабаровск, 1991 г., "Пути решения зколого-техкологических задач на горных предприятиях" (13 - 14 июня

1991 г.), г. Ташкент, "Добыча золота проблемы и перспективы", г. Хабаровск, 1997 г.; на краевых и областных конференциях: "Совершенствование методов поисков и разведки, технологии добычи и переработки руд с целью улучшения комплексного освоения недр и охраны окружающей среды", г. Красноярск, 1988 г., "Проблемы рационального природопользования", г. Чита, 1989 г., "Молодежь и современный мир" (28 - 29 апреля 1997 г.), г. Чита; на международной конференции "Проблемы прогнозирования в современном мире", г. Чита, 1999г.

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 14 публикациях, из них 2 главы в коллективной монографии (в соавторстве), 8 научных статей, получено четыре авторских свидетельства на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 136. наименований и 3_ приложений. Работа изложена на 160_страницах машинописного текста, включая 28 таблиц и Д6 рисунков.