01 Декабря 2020, Вторник08:12 МСК
Курсы на 01.12.2020
76,39 +0,09
Au 1 789 +0,45%
Ag 22,95 +0,87%
91,13 -0,18
Pt 986,40 +1,50%
Pd 2 403 +0,71%

Прорывная технология добычи алмазов подземным способом

На примере подземного рудника «Мир» проанализированы все этапы реализации действующей в настоящее время так называемой технологии подземной добычи алмазов. Представлен путь снижения энергетических затрат на добычу руды и решения экологических проблем этой технологии, связанных с образованием отвалов пустой кимберлитовой породы и хвостохранилищ с защитными дамбами, как неизбежных последствий дробления, измельчения и обогащения добытой руды. 
Предлагается за счет новой техники в виде проходческого комбайна гироскопического типа (ПКгиро), 3D-сканера и строительного 3D-принтера, исключить из существующего технологического процесса такие операции как доставку кимберлитовой руды на поверхность, обогащение ее на фабриках и закладку выработанного пространства цементно-песчаной смесью, приготавливаемой на поверхности.
При этом на поверхность будут подниматься исключительно только алмазы в виде цельных природных кристаллов высокой степени сохранности.

Ключевые слова: кимберлит, алмаз, технология, добыча, подземный способ, энергоэффективность, экология, отвалы, хвостохранидища, проходческий комбайн гироскопического типа, 3D-сканер, строительный 3D-принтер, закладка, вяжущий состав

В.А. Бобин —  заведующий отделом Института проблем комплексного  освоения недр РАН, д.т.н.
А.В. Бобина —  руководитель департамента по научным конференциям и всероссийским проектам ВЭО России, директор по развитию  журнала «Вольная экономика», к.т.н.

Рис. 1. Отвалы пустой породы.png
Рис. 1. Отвалы пустой породы

Технология подземной добычи алмазов подразумевает добычу кимберлитовой породы, содержащей алмазы с уникальными физическими свойствами, подземным способом и собственно извлечение из нее алмазов уже на поверхности на обогатительных фабриках. Неизбежными последствиями работы обогатительных фабрик являются отвалы пустой кимберлитовой породы и хвостохранилища с защитными плотинами, которые в большей мере и создают экологические риски. Кардинальное решение экологических проблем технологии добычи алмазов подземным способом возможно только в том случае, если переместить все этапы ее осуществления непосредственно под землю, т.е. в выработанное пространство рудника.

Результаты использования существующей технологии добычи алмазов хорошо видны на примере работы рудника «Мир», где содержание составляет 3,29 карата на тонну, а проектная мощность — 1 млн т руды год. Однако, в 2014 году здесь было добыто всего 1,463 млн карат алмазов, или около 300 кг алмазов, в 2015 году объем добычи алмазов составил уже 2,198 млн карат, или около 450 кг алмазов, хотя согласно содержанию алмазов добыча должна была составить 3,29 млн карат, или 675 кг алмазов. Эти данные показывают, что существующая технология обеспечила в 2014 году извлечение только 45 %, а в 2015 году — 67 % алмазов, содержащихся в кимберлитовой руде, остальные перемещаются в отвалы (рис. 1) и хвостохранилища (рис. 2).

Анализ всех технологический операций традиционной технологии подземной добычи алмазов, проведенный в работах, позволяет оценить энергетические затраты на традиционную добычу алмазов подземным способом (табл. 1).

Вид технологической операции Энергетические затраты на 1 т руды, кВт час
Проходка подземных выработок с дроблением коренных кимберлитовых пород 24–30
Погрузка и транспортировка раздробленной кимберлитовой породы к скипам 41–47
Подъемом на поверхность всей добытой породы 60–70
Обогащение на фабриках с извлечением алмазов 150–200
Закладка выработанного пространства 3–4
Общие затраты 275–351
Табл. 1. Энергетические затраты на традиционную добычу алмазов подземным способом

Рис. 2. Хвостохранилище.png
Рис. 2. Хвостохранилище

Анализ данных таблицы 1 показывает, что если из существующего технологического процесса исключить 2-ю, 3-ю и 5-ю операции, то удастся сократить энергетические затраты, т.е. повысить эффективность процесса, сразу на 37 %. А если, кроме того, совместить отбойку кимберлитовой руды и процесс обогащения алмазов, то затраты снизятся еще существеннее. Для того, чтобы достигнуть резкого повышения эффективности добычи алмазов подземным способом, необходимо не дробить кимберлитовую руду до среднего размера 100 мм, а потом перерабатывать ее на обогатительной фабрике, а сразу, еще в подземной выработке, дезинтегрировать ее до размера 50–100 мкм, чтобы не пропустить технические алмазы, и одновременно отделять пустую породу от алмазов, используя дифференцированное разделение.

При этом пустую породу необходимо использовать как закладочный материал для обеспечения устойчивости пройденных выработок и безопасности ведения горных работ.

Эти соображения позволяют предложить новую инновационную экологически чистую технологию подземной добычи алмазов, идея которой состоит в том, чтобы не поднимать на поверхность руду, а перерабатывать ее в подземном пространстве с помощью специальных проходческих комбайнов гироскопического типа (рис. 3).

При этом под землей истирать коренную кимберлитовую руду до частиц фракционного состава порядка 50–100 мкм будет проходческий комбайн гироскопического типа (ПКгиро). Эта первая технологическая операция позволит без нарушения структуры кристаллов алмазов и полной их сохранности извлекать из дезинтегрированной породы сначала алмазосодержащую породу размером фракции большей, чем 50–100 мкм. Это свойство ПКгиро истирать только кимберлитовую породу, а не алмазы обеспечивается выбором режима истирания и свойством рабочих органов, управляемых гироскопом, плавно перекатываться через твердые кристаллы алмазов, не разрушая их.


Рис. 3. Упрощенный схематический вид ПКгиро.png
Рис. 3. Упрощенный схематический вид ПКгиро

На следующей технологической операции кимберлитовая руда и выделенные алмазы попадают в приемник ПКгиро и конвейером доставляются на известные многоступенчатые классификаторы, где происходит отделение алмазов от кимберлитовой породы размером 50–100 микрон, где еще могут находиться мельчайшие кристаллы алмазов. Эту породу подвергают липкостной сепарации, выделяют мельчайшие алмазы, а уже совсем пустую кимберлитовую породу используют в качестве закладочного материала.

На завершающей операции пустая порода вместе с вяжущим веществом направляют в печатающую головку строительного 3D-принтера, который будет закладывать выработанное в режиме on-line, причем прочность закладки будет не менее прочности коренных пород, что исключит ее усадку. При этом работой строительного 3D-принтера будет управлять 3D-сканер, создающий трехмерную цифровую модель выработанного пространства.

Такая технология добычи алмазов позволит отделять из дезинтегрированной породы алмазы практически всех размеров: от мельчайших технических до крупных ювелирных и именных без нарушения их природной структуры в полной сохранности.

В результате использования такой технологии на поверхность будут подниматься только алмазы.Основные конкурентные преимущества проходческого комбайна гироскопического типа (ПКгиро), а именно: энергоэффективность, высокая производительность и низкая металлоемкость новой проходческой техники, будут достигнуты за счет нового гироскопического принципа создания усилий разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых и проходке горных выработок.

В таблице 2 представлены оценочные данные по энергетическим затратам на реализацию новой инновационной технологии.Сравнительный анализ данных таб-лиц 1 и 2 показывает, что с энергетической точки зрения предлагаемая технологии добычи алмазов с помощью проходческих комбайнов гироскопического типа и закладки выработанного пространства с помощью строительного 3D-принтера и 3D-сканера будет, по крайней мере, в 6–7 раз эффективнее, чем существующая технология.

Вид технологической операции Энергетические затраты на 1 т руды, кВт час
Проходка подземных выработок с истиранием коренных кимберлитовых пород ПКгиро и с одновременным извлечением алмазов 38–46
Отделенич алмазов от пустой породы на многоступенчатых классификаторах 4–6
Закладка выработанного пространства строительным 3D-принтером 3–4
Общие затраты 45–56
Табл. 2.  Данные по энергетическим затратам на реализацию новой инновационной технологии

Кроме того, за счет использования ПКгиро удастся снизить число технологических операций, т.к. новый комбайн, истирая кимберлитовую породу до размера порядка 50–100 микрон, позволит одновременно отсеивать от пустой породы алмазы практически всех размеров: от мельчайших технических до крупных ювелирных и именных без нарушения их природной структуры в полной сохранности.

В результате реализации этой предлагаемой технологии на поверхность будут подниматься исключительно алмазы в первозданном природном состоянии без всяких нарушений структуры и формы, а окружающий рудник природный ландшафт не будет обезображен отвалами и хвостохранилищами.

Появление совершенно новой техники для реализации новой технологии подземной добычи алмазов будет доказательством уникальности предлагаемого подхода к решению актуальных задач алмазодобывающей промышленности. При этом достижение прорывных результатов в области преодолении ресурсных ограничений на рынке проходческих комбайнов будет показателем новизны подходов и значимости решаемых задач с точки зрения усиления конкурентных позиций отечественных производителей.


книга.png1. Alder B.J.,Christian R.H. Behavior of strongly shocked carbon. //Phys. Rev. Lett., 1961, 7, 367
2. Ekimov E.A.; Sidorov V.A., Bauer E.D., Mel'nik N.N., Curro N.J., Thompson J.D., Stishov S.M. (2004). «Superconductivity in diamond». Nature 428 (6982):542-545.DOI:10.1038/nature02449. ISSN 0028-0836.
3. Fipke C.E., Gurney J.J., Moore R.O. Diamond exploration technigues emphasising indicator mineral geochemistry and canadian exampels. Geological Survey of Canada. 1995. Bull. № 423. 86 p.
4. Официальный сайт Мирнинского ГОКа — www.alrosa.ru/corporate-structure/(режим доступа свободный). 
5.  Бобин В.А. Проходческий комбайн гироскопического типа — базовая электрофицированная горная машина для инновационных подземных технологий добычи полезных ископаемых. М., Сборник «Инноватика и Экспертиза», № 3, 2017. С. 220–228
6.  Шишкин A.A., Миронов А.П. Исследование кинетики повреждаемости алмазов в процессе мокрого рудного самоизмельчения. Вестник ИрГТУ. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, № 4(75), 2013. С. 126–130.
7. Шишкин A.A., Миронов А.П. Исследование сохранности природного качества алмазов в процессе дезинтеграции кимберлитов в мельницах мокрого рудного самоизмельчения SVEDALA 50x23 EGL. Вестник ИрГТУ. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, № 5(76), 2013. С. 127–130.
8. Шишкин A.A., Ястребов К.Л. Исследование особенностей технологии дезинтеграции дробленых горных
пород. Технико-экономические проблемы развития регионов. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, вып. 9., 2012.
9. Шишкин A.A., Ястребов К.Л. Изучение физики разрушения горных пород трением. Вестник ИрГТУ. — Иркутск : Изд-во ИрГТУ, № 10(69), 2012. С. 194–197.
10. Gurney J.J., Moore R.O. A rewive of the use and application of mantle mineral geochemistry in diamond exploration. Pure@Appl/ Chem. 1993.V. 65. № 12. P. 2423–2442.
11. Бобин В.А., Покаместов А.В., Бобина А.В. Гироскопическая мельница — новая безударная техника для измельчения руд. Горный журнал № 10, 2011. С. 70–72.
12. Бобин В.А., Ланюк А.Н. Математическое моделирование процесса взаимодействия силового органа гироскопической терочной мельницы с твердой измельченной породой. ГИАБ, МГГУ, № 3, 2009. С. 401–404.
13. Бобин В.А., Чернегов Ю.А. Гироскопическая мельница. Технологический прорыв в горном деле. «Технологии мира», № 6(24), 2010. С. 25–27.

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 2/июнь 2020 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