15 Августа 2020, Суббота07:14 МСК
Курсы на 15.08.2020
72,88 -0,08
Au 1 954 -0,57%
Ag 26,60 -3,67%
86,24 +0,06
Pt 961,60 -1,78%
Pd 2 143 -3,03%

Система подземной разработки с селективной выемкой руды

На примере пространственно-геометрической схемы, которая всегда является главной основой системы подземной разработки, показана возможность селективной выемки руды и производство переработки оставленной в недрах бедной руды с применением технологий гидрометаллургии. Концептуально изложены основные технологические процессы и операции, которые не противоречат правилам производства горных работ, поэтому имеются реальные предпосылки для создания полноценного инновационного технологического продукта.

Ю.Г. Желябовский —  заместитель генерального директора ООО «Алмазинтех —  консультации и инжиниринг», к.т.н.

Ключевые слова: система подземной разработки, выемка руды крутонаклонными слоями, районирование руды по качеству в очистном забое, раздельная отбойка разных сортов руды, отгрузка богатой руды, магазинирование бедной руды, подземное выщелачивание замагазинированной руды.

Массивные металлогенные месторождения зачастую характеризуются сильной изменчивостью концентрации полезного компонента в рудном теле. Особенно это проявляется в месторождениях штокверкового типа, так как они представлены рудными телами, образованными массой горной породы, пронизанной густой сетью различно ориентированных жил и прожилков, содержащих рудные минералы.

Поэтому актуальна проблема поиска возможности раздельной добычи и раздельной переработки разных сортов руды. Если в карьере такое разделение технически осуществимо, то для подземной добычи, на сегодняшний момент, не существует технологий, позволяющих производство селективной выемки руды.

Известные системы подземной разработки, как правило, нацелены на валовое извлечение горной массы, в состав которой входит руда различного качества, вплоть до стерильной породы. Весь этот объём выдаётся нагора и подвергается переработке. Процесс высокопроизводительный, но требует значительных затрат, часть из которых ложится на бедную руду или пустую породу, практически не добавляя при этом количества извлекаемого металла.

Некоторые системы разработки позволяют организовать выборочное извлечение богатой руды и оставить в недрах бедное сырьё. Но это входит в противоречие с правилами охраны недр, потому что оставленная руда будет трактоваться как сверхнормативные потери балансовых запасов. Объективно опробовать оставленную руду, чтобы законным образом списать её с баланса, технически очень сложно или вообще невозможно. Поэтому была поставлена задача создания такой технологии, которая сможет обеспечить опережающее селективное извлечение высококондиционной руды и переработку оставшегося объёма бедной руды непосредственно в отработанном блоке с использованием процессов гидрометаллургии.

Наличие такой системы разработки позволит оптимизировать технологический процесс извлечения полезного компонента и расширить диапазон экономического манёвра при отработке месторождения.

Для реализации поставленной задачи необходимо выполнение ряда условий:

  1. Возможность послойной выемки руды с заданным шагом уходки.
  2. Обеспечение прямого доступа людей и механизмов к обнажённой площади очистного забоя для опробования, районирования и раздельной отбойки руды.
  3. Применение механизированной откатки руды из очистного забоя до ствола.
  4. Возможность складирования (магазинирования) бедной руды в недрах, в гидроизолированном от вмещающего горного массива пространстве.
  5. Производство орошения химическими или бактериальными растворами замагазинированной руды, сбор насыщенного раствора и подача его на установку переработки.

К выполнению вышеописанных условий наиболее просто может быть адаптирована система разработки с сыпучей закладкой, которая защищена патентом [2].

Суть этой системы состоит в том, что залежь, изображенную в виде схематичного вертикального сечения на рисунке 1, делят на крутонаклонные слои с нормальной мощностью «а» и углом наклона α.

1 — очистная выработка;2 — слой вынимаемой руды; 3 — слой подсыпаемой закладки.

Рис. 1.  Вертикальное сечение перпендикулярно  очистной выработке
1 — очистная выработка;
2 — слой вынимаемой руды;
3 — слой подсыпаемой закладки.

Из очистной выработки 1 производят выемку руды лентами 2 толщиной ∆b в наклонном слое, продвигаясь снизу вверх, и осуществляют закладку выработанного пространства путём укладки закладочного материала на подошву выработки слоем 3 толщиной ∆h. Таким образом отрабатывают все наклонные слои рудной залежи, т.е. происходит валовое извлечение руды и её замещение закладкой, поставляемой извне.

С технической точки зрения роль закладки может выполнять взорванная руда. Это открывает перспективу разделения руды в очистном забое по показателям качества. Более качественную руду в первую очередь выдают на­гора, а менее качественную оставляют в недрах в виде закладки на период отработки блока. По истечении этого периода бедная руда также может быть вовлечена в переработку методом химического или бактериального выщелачивания непосредственно в подземных условиях.

В предлагаемой к рассмотрению системе разработки рудную залежь изначально делят на выемочные блоки, желательно в форме параллелепипеда (рис. 2). По аналогии с прототипом, блок делят на крутонаклонные слои с нормальной мощностью а и углом наклона α. Мощность слоя определяется типом горно­-транспортного оборудования. Угол наклона α обязательно должен превышать угол естественного откоса взорванной руды. Выполнение этого условия исключит образование пустот между формируемым массивом из взорванной руды и целиковым массивом.

α — угол наклона отрабатываемого слоя;m — нормальная мощность слоя.

Рис. 2.  Аксонометрия выемочного блока
α — угол наклона отрабатываемого слоя;
m — нормальная мощность слоя.
Схема подготовительных и нарезных работ аналогична прототипу.

Очистная выработка горизонтальна, за исключением небольших по протяжённости участков зарезки. В поперечном сечении она имеет форму треугольника. В качестве наклонной потолочины выступает лежачий бок вышерасположенного слоя руды. При необходимости потолочина может крепиться простой передвижной крепью [4]. Очистной забой представлен субвертикальной стенкой очистной выработки.

Бесспорно, что данная система разработки обеспечивает непосредственный безопасный доступ к протяжённому забою по всей его высоте. Если эту возможность использовать для прямого геологического мониторинга, то можно районировать по качественным показателям каждый слой отбиваемой руды. В роли качественных показателей руды могут выступать: содержание полезного компонента, степень окисления руды, прочность руды и другие её технологические характеристики.

Теоретически можно обеспечить раздельную добычу руды с высокой степенью дифференциации по различным показателям. Однако практически достаточно ограничиться разделением руды на две части, одна из которых является высококондиционной и может быть без задержки переработана на фабрике с получением ускоренного экономического эффекта. Бедную руду необходимо оставить в недрах в роли закладки. По завершению горных работ в блоке её подвергают выщелачиванию.

Реализация начинается с проходки стандартного набора выработок, обеспечивающих доступ к отрабатываемому блоку. С некоторыми вариациями, в зависимости от конкретных условий, в этот набор могут входить откаточные и вентиляционные квершлаги, спиральный транспортный съезд, вертикальные выработки, предназначенные для вентиляции, перепуска горной массы, равно как и другие вспомогательные выработки.

Подготовительные и нарезные выработки, а также горные работы, проводимые непосредственно в блоке, идентичны прототипу и подробно изложены в работе [3].

Отработку каждого наклонного слоя начинают с проходки нарезной выработки 1 (рис. 3, с. 38), роль которой выполняет выработка, по существу являющаяся очистной на нижней отметке блока. Выработка имеет треугольное поперечное сечение. Такая, не совсем традиционная форма, органично вписывается в геометрическую модель с наклонными слоями. Кроме того, треугольная форма поперечного сечения придаёт выработке дополнительную устойчивость, а наклонную потолочину можно просто и технологично крепить передвижной крепью, обеспечивая безопасность производства работ в очистном забое.

1 — нарезные выработки;2 — гидроизолирующая перемычка;3 — раствороприёмники;4 — погашенные очистные выработки;5 — оросители;6 — замагазинированная руда;7 — трубы для подачи воздуха (кислорода).

Рис. 3.  Вертикальное сечение выемочного блока
1 — нарезные выработки;
2 — гидроизолирующая перемычка; 
3 — раствороприёмники;
4 — погашенные очистные выработки; 
5 — оросители;
6 — замагазинированная руда; 
7 — трубы для подачи воздуха (кислорода).

В нарезной выработке перед началом процесса очистных работ сооружают гидроизолирующую перемычку 2 и монтируют раствороприёмник 3 в виде перфорированных труб, которые посредством трубопровода соединяются с аккумулирующей ёмкостью в горнокапитальной выработке. Перфорированным трубам придают небольшой уклон в сторону магистрального трубопровода, что обеспечивает самотёк раствора к трубопроводу. Аналогичные мероприятия осуществляют при отработке каждого отрабатываемого наклонного слоя. Таким образом, к окончанию отработки блока на его нижней отметке будет построен площадной раствороприёмник.

Очистные работы в наклонном слое начинают с геологического опробования забоя и выделения зон с повышенным содержанием металла. Эти зоны забуривают и взрывают в первую очередь. Отбитую богатую руду отгружают и выдают на­гора. Вторым этапом забуривают оставшиеся площади очистного забоя. После взрывания бедную руду укладывают слоем на подошву выработки. По необходимости, продиктованной технологией выщелачивания, взорванную руду непосредственно в очистной выработке подвергают дополнительной подготовке путём дробления, окомкования и т.п. Этой операцией заканчивают цикл очистных работ. Многократным повторением циклов отрабатывают весь наклонный слой, затем, аналогично, вышележащий слой и т.д.

Отбитая руда приобретает больший объём за счёт разрыхления. Достичь необходимого объёмного баланса с учётом разрыхления и отгрузки высококондиционной руды можно за счёт дополнительной отгрузки бедной руды, при одном виде дисбаланса, либо за счёт доставки горной массы извне, при другом виде дисбаланса. Наиболее практично изначально выдерживать баланс, манипулируя объёмом отгружаемой руды.

В верхней части блока очистные выработки 4 останавливают (погашают) в предельном положении. Расположение погашаемых выработок на одном уровне недопустимо, так как это ослабляет устойчивость потолочины блока. Поэтому очистную выработку каждого последующего слоя останавливают с отставанием от очистной выработки слоя предыдущего. Таким образом, очистные выработки способны сохранять свою целостность в течение длительного времени, а потолочина при этом опирается на сформированный массив из разрушенной руды в промежутках между выработками.

Кроме решения проблемы поддержания потолочины в устойчивом состоянии, при такой схеме погашения очистных выработок появляется возможность компенсации усадки насыпного массива в результате его неизбежного уплотнения. Осуществляют это путём подсыпки материала на подошву погашенной выработки. Таким образом, устойчивость потолочины обеспечивают на длительный период времени.

В погашенных выработках монтируют систему орошения 5, посредством которой химический или бактериальный раствор распыляют по верхней площади замагазинированной руды. Раствор, перетекая вниз через массив разрушенной руды, обогащается металлом и собирается раствороприёмниками 3, откуда по трубопроводам подаётся в аккумулирующую ёмкость, а из неё на дальнейшую переработку.

Подача раствора в массив взорванной руды может быть организована и посредством скважин, пробуренных в этот массив из горнокапитальных выработок.

Если на скорость процесса выщелачивания значимо влияет наличие воздуха (кислорода), то его подают в разрушенный массив через трубы 7, которые по ходу горных работ монтируют в очистной выработке, засыпают рудой и, постепенно наращивая, выводят в погашаемые выработки.

При производстве горных работ абсолютно вся поверхность отрабатываемого блока, включая боковую и донную, поочерёдно в разное время от дельными фрагментами попадает в зону активных действий с непосредственным доступом к ним людей и техники. Это предоставляет возможность объективно оценить целостность вмещающего блок горного массива и при необходимости осуществить гидроизоляционные мероприятия. Таким образом, замагазинированная руда оказывается в гидроизолированной ёмкости, что позволяет проводить выщелачивание в режиме полного затопления руды с возможностью активного управления концентрацией насыщения. С технологической точки зрения такую конструкцию и осуществляемый в ней процесс можно интерпретировать как многократно увеличенный аналог чанового выщелачивания. Большой объём руды позволяет увеличить время выщелачивания без потери производительности по сравнению с порционной переработкой такого же объема в чанах малой ёмкости. В свою очередь, увеличение времени воздействия раствора на руду позволяет увеличить размер её дробления.

Литература1. Именитов В.Р. Системы подземной разработки рудных месторождений — М.: Изд-во МГГУ, 2000.
2. Пат. RU 2219339 C2, 20.12.2003. Бюл. № 35.
3. Желябовский Ю.Г. (ссылка на облако).
4. Желябовский Ю.Г. Простая передвижная крепь — основа механизированной технологии добычи кимберлита системой подземной разработки с сыпучей закладкой // Горная промышленность. — 2018. — № 5. — С. 70–71.

Опубликовано в журнале “Золото и технологии”, № 4 (46)/декабрь 2019 г. 


Разграничение продукции (незавершённого производства) и отхода добычи полезных ископаемых
Проблемы золотодобытчиков в землепользовании при недропользовании
Перевод категории земельного участка сельскохозяйственного назначения, находящегося в федеральной собственности, в земли промышленности для целей добычи полезных ископаемых.
Риски переоформления лицензии на право пользования недрами в процедуре банкротства
^ Наверх