Введение к работе
Актуальность работы. Сокращение балансовых запасов, отмеченное в настоящее время на многих разрабатываемых рудных месторождениях, ведет к истощению минерально-сырьевой базы горнодобывающих предприятий. На рудниках практически не отрабатываются бедные и труднообогатимые руды, а также маломощные рудные залежи, отдалённые локальные рудные тела и запасы, залегающие в сложных горно-геологических условиях. На медноколчеданных месторождениях Южного Урала эта проблема стоит особенно остро. В недрах оставляются от 20 до 40% запасов разрабатываемых месторождений. Вместе с тем, достижения фундаментальных исследований последних лет в области геологии, физики, химии, комбинированной геотехнологии обеспечивают реальную возможность повышения полноты и комплексности освоения месторождений за счет вовлечения бедных руд в промышленное использование методами выщелачивания.
Учитывая то, что большинство медноколчеданных месторождений в настоящее время находятся в стадии доработки, перспективным направлением расширения минерально-сырьевой базы действующих предприятий является освоение запасов вкрапленных руд методом подземного выщелачивания. Отсутствие эффективных технологических решений по взрывной подготовке рудных залежей, обеспечивающей равномерный доступ активного растворителя к минералам окисленных, смешанных и вкрапленных руд, является основным препятствием к внедрению физико-химической геотехнологии. В этой связи, изыскание новых технологических решений, позволяющих повысить полноту и комплексность освоения месторождений, представленных рудами сложного вещественного состава и непостоянного качества, требует разработки нового подхода к процессу подготовки рудных массивов к выщелачиванию на месте залегания и является актуальной научной и практической задачей.
Цель работы. Разработка технологических схем подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полноты и комплексности освоения месторождений.
Идея работы заключается в повышении полноты и комплексности освоения месторождений медноколчеданных руд вовлечением вкрапленных руд в промышленное освоение методом подземного выщелачивания с применением специальных методов взрывной подготовки рудного массива для создания системы площадного орошения и раскрытия трещин, формированием гидрозатвора в скважинном заряде.
Основные задачи исследований:
- обобщение опыта разработки рудных месторождений сочетанием физико-технических и физико-химических способов добычи;
- исследование структурно-текстурных особенностей вкрапленных руд;
- разработка, конструирование и систематизация технологических схем подготовки рудного массива к эксплуатации комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологией;
- определение зависимостей влияния основных факторов выщелачивания на показатели физико-химических процессов извлечения ценных компонентов из вкрапленных медноколчеданных руд;
- изыскание новых технологий взрывания, позволяющих создать наведенную трещиноватость и оросительные перфорационные каналы в массиве вкрапленных медноколчеданных руд;
- разработка методики расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию;
- разработка технологических рекомендаций и экономическая оценка эффективности освоения залежей вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения физико-химической геотехнологией.
В качестве объекта исследований выбраны вкрапленные руды Октябрьского и Александринского медноколчеданных месторождений как типичные для месторождений Уральского типа медноколчеданной формации.
Положения, представленные к защите:
1. Специфика геологического строения и минерального состава вкрапленных медноколчеданных руд с локализацией рудных минералов по естественным трещинам определяет вовлечение их в эксплуатацию методом подземного выщелачивания со специальной гидровзрывной подготовкой массива.
2. В горнотехнических системах комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии схемы взрывной подготовки массива вкрапленных руд зависят от их структурно-текстурных особенностей, вещественного состава и пространственного расположения ранее пройденных открытых и подземных выработок в едином технологическом пространстве.
3. Технология подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию включает три стадии: раскрытие трещин в выщелачиваемом массиве путем взрывания скважинных зарядов с водяным кольцевым зазором и гидрозатвором в устьях скважин; формирование площадной оросительной системы в виде наведения перфорационных каналов в кровле выщелачиваемой камеры взрыванием систем кумулятивных зарядов; создание системы сбора продуктивного раствора веерами скважин в основании камеры.
4. Технология взрывного разупрочнения массива вкрапленных медноколчеданных руд скважинными зарядами с гидрозатвором устья скважин и водяным кольцевым зазором обеспечивает повышение трещиноватости рудного массива за счет формирования гидроудара в скважине и раскрытия трещин при динамическом инерционном воздействии воды на рудный массив, что обеспечивает прохождение взрывной волны без погашения гидростатического давления и, как следствие, исключает развитие канального эффекта.
Научная новизна работы:
Систематизация способов подготовки рудного массива при комбинированной физико-технической и физико-химической геотехнологии освоения месторождений медноколчеданных руд по признаку образования рабочего пространства, подготовки массива к извлечению полезного компонента и соблюдению требований к сохранности гидроизоляционного барьера.
Способ подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию с помощью взрывов в условиях минимального рассредоточенного компенсационного пространства, направленного на раскрытие в массиве естественных трещин за счет гидростатического давления воды, создаваемого взрыванием скважинных зарядов с гидрозатвором устья скважин и формированием кольцевого водяного зазора по всей длине скважины.
Методика расчета параметров взрывной подготовки массива вкрапленных медноколчеданных руд к подземному выщелачиванию, предусматривающая учет коэффициента раскрытия естественных трещин при взрывогидравлическом способе разрушения.
При выполнении работы использован комплексный метод исследований, включающий: минералографический анализ руд исследуемых месторождений, физическое моделирование, лабораторный и опытно-промышленный эксперименты, планирование и обработку результатов современными методами математической статистики, технико-экономические расчеты.
Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики и их сходимостью с результатами теоретических изысканий, а также использованием современного оборудования и апробированных методик.
Практическая значимость работы состоит в разработке технологии и методики расчета параметров подготовки массива вкрапленных руд к подземному выщелачиванию, обеспечивающих повышение полноты и комплексности освоения рудных месторождений невысокой ценности и сложного минерального состава.
Реализация рекомендаций. Результаты исследований внедрены в проект опытно-промышленных испытаний технологии подземного выщелачивания вкрапленных медноколчеданных руд Октябрьского месторождения.
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах. Из них 2 в изданиях, аннотированных ВАК.
Личный вклад автора состоит в разработке методик исследований, организации и выполнении лабораторных и опытно-промышленных экспериментов, анализе и обобщении результатов экспериментальных и теоретических изысканий.
Апробация диссертации. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2004; 2005; 2006; 2007), ежегодных научно-практических конференциях (Магнитогорск, 2003; 2004; 2005; 2006; 2007), «Молодежной научно-практической конференции» (Екатеринбург, 2005), «Уральской горнопромышленной декаде» (Екатеринбург, 2004), III Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Масштабы и перспективы применения» (Магнитогорск - Учалы, 2005), IV Международной научно-практической конференции «Комбинированная геотехнология: Развитие физико-химических способов добычи» (Магнитогорск - Сибай, 2007).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 107 наименований, приложения и содержит 170 страниц, 24 таблиц, 73 рисунков.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Исследования, представленные в диссертации, выполнялись при поддержке научной школы акад. РАН К.Н. Трубецкого (НШ-2986.2008.5), при поддержке гранта РФФИ №06-05-64541 и государственного контракта № 02.525.11.5004 от 14.06.2007г.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам ИПКОН РАН, факультета горных технологий и транспорта МГТУ им. Носова, специалистам Бурибаевского ГОКа и Александринской горнорудной компании, а также В.Х. Мусину за ценные советы при выполнении работы.
