Введение к работе
Актуальность работы. Для стабильного обеспечения сырьем атомных электростанций России и зарубежных потребителей, согласно действующим соглашениям, необходимо ежегодно 6,5…8 тыс. т урана, а с планируемым увеличением собственных АЭС и экспорта природного урана эта цифра может достичь 10…15 тыс. т. В настоящее время Россия в состоянии обеспечить из текущей добычи лишь 20 % своих суммарных потребностей. Для их полного удовлетворения производство урана необходимо увеличить в 3…4 раза. Решая задачу обеспечения растущих потребностей российской атомной отрасли природным ураном, к 2024 г. планируется увеличить его добычу до 20 тыс. т/год за счет действующих (ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ОАО «ППГХО») и др.) и проектируемых (ОАО «Эльконский ГМК», ЗАО «УДПК Горное», ЗАО «Оловское ГХК» и др.) предприятий.
При этом разработка сложноструктурных месторождений основного уранодобывающего предприятия России ОАО «ППГХО» характеризуется повышенными эксплуатационными и капитальными затратами, что предъявляет высокие требования к содержанию металла и мощности рудных тел. С выемкой богатых и рядовых руд значительная часть бедных и забалансовых руд, сосредоточенных в маломощных (до 2…3 м) жилах, остается нетронутой вследствие низкой рентабельности. Их доля уже сейчас составляет 20 % от общих запасов, а количество металла в них сопоставимо с крупным месторождением, для разведки и вскрытия которого потребовались бы значительные материальные и трудовые средства.
В связи с этим для рационального использования недр перспективным направлением является применение метода шахтного подземного выщелачивания (ПВ), позволяющего снизить себестоимость добычи полезного компонента за счет исключения материалоемких и дорогостоящих операций по закладке, транспортировке, отчуждению земель под отвалы и т.д. Однако практический опыт отработки запасов бедных и забалансовых урановых руд из маломощных жил методом ПВ недостаточен. Поэтому обоснование эффективной технологии ПВ бедных и забалансовых урановых руд, заключенных в крутопадающих маломощных жилах, является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы – обосновать эффективную технологию ПВ из маломощных крутопадающих жил, обеспечивающую расширение минерально-сырьевой базы уранодобывающей отрасли за счет вовлечения в отработку
бедных и забалансовых руд.
Идея работы заключается в том, что отработка маломощных крутопадающих жил производится высокопроизводительными технологиями ПВ с применением скважинной отбойки, самоходного бурового и доставочного оборудования с рациональными параметрами рудоподготовки и перевода урана в раствор, установленными с учетом влияния горно-геологических и горнотехнических факторов.
Объект исследований – технология ПВ урана из бедных и забалансовых алюмосиликатных руд маломощных крутопадающих жил.
Предмет исследований – горнотехнический комплекс, включающий технологические схемы, производственные процессы, параметры подготовки руды и перевода металла в раствор.
Задачи исследований:
– проанализировать опыт отработки маломощных крутопадающих рудных тел физико-технической и физико-химической геотехнологиями;
– обосновать рациональную технологию ПВ урана из маломощных крутопадающих жил;
– исследовать влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на показатели подготовки и извлечения полезного компонента из урановых руд;
– провести технико-экономическую оценку эффективности отработки маломощных крутопадающих урановых жил технологией ПВ и определить область ее применения.
Методы исследований включали анализ и обобщение опыта физико-технических и физико-химических способов отработки маломощных крутопадающих жил; аналитические и лабораторные исследования при определении рациональных параметров технологии ПВ с обработкой результатов методами математической статистики; технико-экономическую оценку эффективности и определение области применения подземного выщелачивания урана.
Достоверность научных выводов, положений и рекомендаций подтверждается корректной постановкой и решением задач исследований, использованием статистических данных предприятия, достаточным объемом лабораторных работ, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований с расхождением не более 5…10 %, согласованностью полученных результатов с трудами других исследователей.
Защищаемые научные положения:
1. Повышение эффективности отработки бедного и забалансового уранового сырья из маломощных крутопадающих жил достигается применением высокопроизводительных технологий ПВ с рациональными параметрами отбойки руд скважинами малого диаметра и равномерного (по глубине) насыщения рудной массы рабочими растворами с необходимой концентрацией по кислоте, определяемыми горно-геологическими и горнотехническими условиями их залегания.
2. Рациональное использование недр должно осуществляться на основе технико-экономической оценки технологии ПВ по методике, учитывающей влияние мощности и коэффициента сложности маломощных крутопадающих жил, содержания металла в руде и цены реализации полученной продукции.
Научная новизна исследований:
1. Обоснована эффективная технология ПВ урана из маломощных кру-
топадающих жил при различной изменчивости элементов залегания рудных тел.
2. Предложены зависимости для расчета рациональных значений глубины скважины и выемочной мощности от угла падения, мощности и коэффициента сложности криволинейного участка жилы.
3. Определены рациональные значения параметров буровзрывных работ и средневзвешенного размера куска для выщелачивания руд, различных по минералогическому составу и текстуре.
4. Получена зависимость извлечения урана способом ПВ от содержания металла, типа вмещающих пород, средневзвешенного размера куска замагазинированной руды и технологических параметров физико-химического процесса.
5. Установлены закономерности извлечения урана и изменения концентрации серной кислоты в зависимости от глубины выщелачиваемого слоя и типа руды.
6. Разработана методика технико-экономической оценки технологии ПВ урана, в которой учтено влияние горно-геологических и горнотехнических условий залегания маломощных крутопадающих жил.
7. Определена область применения технологии ПВ урана из маломощных жил в зависимости от цены реализации полученной продукции и содержания металла в руде, коэффициента сложности и мощности рудного тела.
Практическая значимость:
1. Разработанная технология ПВ урана из крутопадающих маломощных жил позволяет повысить уровень механизации, производительность и безопасность труда забойного рабочего, снизить себестоимость добычи металла, что расширит сырьевую базу уранодобывающей отрасли.
2. Рекомендации по параметрам технологии ПВ могут быть использованы при технико-экономической оценке, проектировании и эксплуатации аналогичных месторождений.
Личный вклад автора состоит в:
– анализе и обобщении отечественного и зарубежного опыта отработки маломощных крутопадающих рудных тел физико-технической и физико-химической геотехнологиями;
– проведении экспериментальных исследований, обработке и анализе полученных результатов, установлении закономерностей изучаемых процессов;
– обосновании, разработке методики расчета параметров и показателей, определении области применения и технико-экономической оценке эффективности технологии ПВ урана из маломощных крутопадающих жил.
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований приняты ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» для технико-экономической оценки возможности применения ПВ урановых руд из маломощных крутопадающих жил месторождений Стрельцовской группы, а также в учебном процессе ЧитГУ при подготовке горных инженеров по специальности 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» специализации «Геотехнологические способы разработки месторождений».
Отдельные положения диссертации использованы при технико-экономической оценке доработки запасов рудника №4 ОАО «ППГХО» (Краснокаменск, 2008 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-практических конференциях в горном институте ЧитГУ (Чита, 2004–2010), на пятой Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2005), на десятой Международной молодежной научной конференции (Чита, 2006), международном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2008), научных семинарах кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" ЧитГУ (Чита, 2005–2010), научно-техническом совете ОАО «ППГХО» (Краснокаменск, 2010).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и 1 монография.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из Введения, 4 глав и Заключения, содержит 137 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 36 рисунков, библиографический список из 120 наименований и 2 приложения.
В первой главе проведен анализ сырьевой базы урана России и опыта применения физико-химических методов извлечения металла из бедных и забалансовых руд. Вторая глава посвящена обоснованию эффективной технологии ПВ урана из маломощных крутопадающих жил. В третьей главе исследовано влияние горно-геологических и горнотехнических факторов на показатели рудоподготовки и извлечения полезного компонента. В четвертой главе представлена методика технико-экономической оценки предлагаемых вариантов технологии ПВ и определена область их применения.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность за поддержку и методическую помощь при подготовке диссертации научному руководителю д-ру техн. наук, проф. В.М. Лизункину, руководству ЦНИЛ ОАО «ППГХО», начальнику канд. техн. наук А.А. Морозову и сотрудникам геотехнологической лаборатории за помощь в проведении исследований.
