Обоснование конструктивно-технологических параметров роторно-землесосных мини-драг и схем отвалообразования при разработке россыпей

Актуальность темы

Одним из перспективных направлений горнодобывающей промышленности в настоящее время является добыча драгоценных камней и благородных металлов, значительные запасы которых сосредоточены в россыпях. При разработке россыпных месторождений высокие технико-экономические показатели имеет дражный способ разработки, которым могут быть рентабельно отработаны обводненные континентальные россыпи, а также техногенные накопления.

Вместе с тем, несмотря на преимущества и имеющиеся перспективы, объемы добычи полезных ископаемых драгами в последнее десятилетие сокращаются. Это объясняется истощением легкодоступных запасов и вовлечением в разработку глинистых россыпей со сложными горнотехническими условиями залегания, перемещением сырьевой базы в регионы с суровым климатом и труднодоступным местонахождением, старением дражного флота и повышением экологических требований. Негативное влияние дражных работ на окружающую среду выражается в большом потреблении и загрязнении поверхностного стока, значительных потерях полезного ископаемого и нарушениях ландшафта местности. В настоящее время затруднительно финансировать дорогие проекты создания мощных отечественных драг, а тем более закупки их за рубежом.

Крупные драги, широко применявшиеся в течение многих десятилетий на россыпях нашей страны, в большинстве отработали запасы золота. Их демонтаж и перевозка на новое место чрезвычайно дороги. Кроме того, россыпных месторождений для эффективного использования таких драг осталось мало.

Также возникли противоречия между параметрами существующих драг и небольшим выработанным пространством для размещения отвалов.

В то же время, имеется огромное количество небольших россыпей, отработка которых была бы выгодной мини-драгами. Применение мини-драг позволяет снизить удельный расход топливно-энергетических ресурсов. Существенным преимуществом мини-драг является сравнительно невысокая стоимость, возможность освоения россыпей с относительно небольшим содержанием золота, в том числе техногенных накоплений. Сегодня такие объекты представляются малорентабельными, но с применением мини-драг отработка их может быть весьма прибыльной.

Одним из важных процессов при применении драг является процесс отвалообразования, который неразрывно связан со всей технологической цепочкой разработки россыпных месторождений полезных ископаемых. При применении традиционных многочерпаковых драг отвалообразование обычно ведется послойно, причем галечные отвалы складируются на эфельные. Такая технология отвалообразования имеет множество недостатков. Поэтому обоснование конструктивно-технологических параметров роторно-землесосных мини-драг и схем отвалообразования при разработке россыпей является весьма актуальной задачей для золотодобывающей промышленности страны.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами целевой Программы воспроизводства минерально-сырьевой базы Красноярского края (Постановление администрации Красноярского края № 113-П от 12.03.1999 г.), Государственной научно-технической программы «Государственная поддержка региональной научно-технической политики высшей школы и развитие ее научного потенциала» (решение Коллегии Минобразования России № 16/4 от 27.09.2000 г. и приказ Минобразования России. № 2997 «О совместных научных и научно-технических исследованиях с регионами России» от 10.10.2000 г).

Цель настоящей работы состоит в обосновании конструктивно-технологических параметров роторно-землесосных мини-драг и схем отвалообразования, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации россыпей.

Основная идея работы заключается в том, что повышение эффективности разработки россыпных месторождений и техногенных накоплений обеспечивается целесообразным порядком распределения галечных и эфельных отвалов ро, торно-землесосной мини-драгой.

В соответствии с поставленной целью основными задачами являлись:

— анализ литературных источников и мирового опыта дражной разработки россыпных месторождений;

— исследование процессов выемки песков и отвалообразования роторно-землесосными драгами;

— обоснование конструктивной схемы и технологических параметров роторно-землесосных мини-драг;

— изыскание и обоснование рациональных технологических схем отвалообразования при разработке россыпных месторождений и техногенных накоплений роторно-землесосными мини-драгами;

— технико-экономический анализ предлагаемых технологических схем отвалообразования.

Основные научные положения, защищаемые в диссертации:

— при разработке россыпных месторождений мини-драгами землесосного типа увеличивается роль распределения потоков технологической воды, поступающих с кормовых колод, на фракционирование хвостов в дражном разрезе;

— принцип построения новой роторно-землесосной мини-драги позволяет обеспечить эффективность разработки россыпей и техногенных накоплений и осуществить рациональные технологические схемы отвалообразования;

— повышение эффективности дражной разработки россыпей с удаленным складированием эфельных хвостов в выработанное пространство обеспечивается путем отсыпки многослойных галечных отвалов.

Научная новизна:

— предложен новый принцип построения роторно-землесосной мини-драги;

— разработан расчетный аппарат для определения рациональных конструктивно-технологических параметров роторно-землесосных мини-драг и предлагаемых схем отвалообразования при разработке россыпей и техногенных накоплений с учетом гранулометрического состава драгируемых песков;

— определен вид зависимости изменения уклона эфельных отвалов по длине от скорости потоков технологической воды, поступающих с кормовых колод в дражный разрез, при различных способах выемки песков;

— дополнена классификация по особенностям конструктивного исполнения важнейших агрегатов и устройств драг с учетом предлагаемых технологических схем разработки россыпей и техногенных накоплений;

— обоснована область применения предложенных технологических схем отвалообразования при разработке россыпей роторно-землесосными мини-драгами.

Методы исследований. Анализ литературных источников, фондовых материалов, обобщение практического опыта и научно-исследовательских работ. Математическое и физическое моделирование, графоаналитический метод при определении рациональных технологических параметров процессов выемки и отвалообразования, методы математической статистики с компьютерной обработкой результатовтехнико-экономический анализ при оценке эффективности результатов исследований.

Практическую ценность имеют:

— конструктивное решение принципиально новой мини-драги с выемочным оборудованием роторного типа для разработки россыпных месторождений золота (патент № 2 168 635 МПК 7 Е 21С 50/00);

— конструктивное решение выемочного оборудования земснарядов и роторно-землесосных драг, позволяющего осуществлять разделение драгируемых песков по крупности непосредственно в забое, обеспечивая снижение затрат на транспортирование, обогащение и галечное отвалообразование (решение о выдаче патента — заявка № 2 001 106 360/03(6 437) МПК 7 Е 02 °F 3/88);

— технологические схемы отвалообразования при разработке россыпных месторождений и техногенных накоплений роторно-землесосными мини-драгами (решение о выдаче патента — заявка № 2 001 127 467/03(29 247) МПК 7 Е 21С 41/30);

— методика расчёта объёма дражной заходки с учетом потерь песков в межходовых целиках при освоении россыпных месторождений роторно-землесосными мини-драгами;

— методика расчета фракционирования хвостов эфельных отвалов при разработке россыпей роторно-землесосными мини-драгами с учетом распределения потоков технологической воды, поступающих с кормовых колод в дражный разрез;

— методики расчета основных конструктивно-технологических параметров предложенных схем отвалообразования при разработке россыпей.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при разработке конструкторской документации роторно-землесосной мини-драги МД-50 на Красноярском судостроительном заводе. Предложенные технологические схемы включены в проекты разработки россыпных месторождений Кузбасской золотодобывающей компании.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на: научно-технических конференциях Красноярской государственной академии цветных металлов и золота (Красноярск, 19 982 001 г. г.) — 1 и 3 сибирских симпозиумах с международным участием «Золото Сибири: геология, геохимия, технология, экономика» (Красноярск, 1999 г., 2001 г.) — V Всероссийской студенческой научно-практической конференции «Современные проблемы безопасности и духовное развитие личности. Безопасность — 2000» (Иркутск, 2000 г.) — Международных симпозиумах имени академика М. А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2000;2001 г. г.) — Всероссийской научно-практической конференции и выставке с международным участием «Достижение науки и техникиразвитию Сибирских регионов». (Красноярск, 2001 г.) — 2-ой Международной конференции и выставке «Драгоценные металлы и камни — проблема добычи выставке «Драгоценные металлы и камни — проблема добычи и извлечения из руд, песков и вторичного сырья» (Иркутск, 2001 г).

Отдельные технологические разработки экспонировались на выставке «Сибирская ярмарка-2001» в г. Новосибирске («Всесибирская политехническая выставка — 2001») и Международном научном семинаре «Инновационные технологии — 2001» (1 премия) в г. Красноярске, организованном администрацией Красноярского края совместно с компанией ATI Inc. (Германия, США). В 2002 г. по теме диссертации был выигран грант Красноярского краевого фонда науки на проект «Создание технологии освоения месторождений россыпного золота и его техногенных накоплений с помощью мини-модульных комплексов».

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 23 публикациях, получены патент и два решения о выдаче патентов на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений, изложена на 198 страницах машинописного текста, включая 72 рисунка, 24 таблицы, 9 приложений и список использованной литературы из 140 наименования.

4.5. Выводы.

1. Разработана и обоснована технология отвалообразования с раздельной отсыпкой отвалов в условиях оборотного водоснабжения, которая предусматривает дренаж технологической воды через галечные отвалы из отстойника в дражный разрез. В зависимости от гранулометрического состава драгируемых песков с увеличением отработанных заходок при заиливании пор галечных отвалов рекомендуется проводить дополнительную дренажную канаву, начинающуюся в конце отстойника и заканчивающуюся в дражном разрезе.

2. В результате внедрения новой технологической схемы отвалообразования в условиях оборотного водоснабжения прибыль за счет дополнительного извлечения мелкого и тонкого золота возрастает с нарастанием длины отстойника до 500 м, а затем снижается за счет затрат на дополнительную установку насосов для перекачки эфелей.

3. Дополнена классификация по особенностям конструктивного исполнения важнейших агрегатов и устройств драг с учетом предлагаемых конструктивно-технологических схем разработки россыпей и техногенных накоплений.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ РОССЫПНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЗОЛОТА.

Расчет технико-экономических показателей отработки песков месторождения россыпного золота р. Тубиль мини-драгой сведен в табл. 5.1.5.7. За базовый вариант взята «традиционная» технологическая схема, в качестве сравниваемого варианта — схема с раздельной отсыпкой галечных отвалов. В сравниваемой схеме, за счёт дополнительного извлечения тонкого золота добыча увеличилась на 20% от базового [138−140].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате выполненных автором исследований в области освоения россыпных месторождений и техногенных накоплений благородных металлов в диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические и технические разработки, включающие новые конструктивно-технологические решения роторно-землесосных мини-драг и схем отвалообразования, имеющие существенное значение для экономики страны.

Основные научные выводы и результаты ¦ выполненной диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Определены конструктивные решения новой роторно-землесосной мини-драги МД-50 (патент РФ № 2 168 635), в том числе выемочного оборудования, позволяющего осуществлять разделение драгируемых песков по крупности непосредственно в дражном забое, обеспечивая снижение затрат на транспортирование и обогащение драгируемых песков, а также отвалообразование до 30%.

2. Установлено, что применение роторно-землесосной мини-драги МД-50 для разработки россыпных месторождений и техногенных накоплений обеспечивает минимальную нагрузку на почвузначительно меньший ущерб, наносимый растительному и животному миру в районе деятельности добывающего предприятияминимальную продолжительность ввода в эксплуатацию (монтаж и демонтаж в течение двух-трех дней).

3. Показано, что при определении параметров эфельных отвалов в дражном разрезе необходимо учитывать не только гранулометрический состав драгируемых песков, но и распределение потоков технологической воды, поступающих с кормовых колод, которые определяют характер фракционирования эфельных хвостов в зависимости от применяемого на драгах выемочного оборудования.

4. Существующую классификацию по особенностям конструктивного исполнения важнейших агрегатов и устройств драг целесообразно дополнить предложенной систематизацией конструктивных особенностей с учетом предлагаемых технологических схем отвалообразования при разработке россыпей и техногенных накоплений.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны инженерные методики:

— расчёта объёма дражной заходки с учетом потерь песков в межходовых целиках при освоении россыпных месторождений роторно-землесосными мини-драгами;

— расчета фракционирования хвостов эфельных отвалов при разработке россыпей роторно-землесосными мини-драгами с учетом распределения потоков технологической воды, поступающих с кормовых колод в дражный разрез;

— расчета основных конструктивно-технологических параметров предложенных схем отвалообразования при разработке россыпей.

6. Предложенная бесстакерная технологическая схема двухслойного отвалообразования с расположением гали в нижней части дражного забоя отличается от известных тем, что после процесса грохочения надрешетная фракция отсыпается через разгрузочное окно носовой части мини-драги непосредственно под понтон, образуя галечный отвал в призабойной зоне выработанного пространства и уменьшая объемы стакерного отвалообразования.

7. Разработана технологическая схема отвалообразования с отсыпкой в призабойной зоне и параллельно ей галечных отвалов, расстояние между которыми следует определять с учетом гранулометрического состава драгируемых песков. Повышение эффективности работы добычного и обогатительного оборудования достигается снижением разубоживания драгируемых песков до 50−80%.

8. При разработке россыпей роторно-землесосными мини-драгами рациональные рабочие параметры последних в процессе проектирования могут быть установлены на основе разработанных математических моделей.

133 расчета параметров предложенных технологических схем отвалообразования с учетом гранулометрического состава драгируемых песков.

9. В результате внедрения технологии отвалообразования с удаленным складированием эфельных хвостов в выработанное пространство ожидаемый чистый годовой доход за счет дополнительного извлечения мелкого и тонкого золота увеличится на 20−30%.