Введение к работе
Актуальность работы.
Современные резервы запасов россыпных месторождений связаны с возможностью вовлечения в разработку месторождений и их участков «кондиционных» по содержанию, но со сложными горно-геологическими условиями.
Анализ состояния нераспределенного фонда объектов для открытой гидромеханизированной, экскаваторной, бульдозерно-скреперной разработки золотоносных россыпей, проведенный ФГУП ЦНИГРИ, показал, что в эксплуатацию может быть вовлечено около 70 % запасов, что в целом по всем золотодобывающим районам России повысит добычу на 58 % от современного уровня годовой добычи. Значительная доля этих запасов является непривлекательной в силу высокого содержания глинистых пород.
Попадая в процессы промывки и обогащения, глина принимает форму окатышей разного диаметра и дезинтегрируется в среднем на 5-8 % при дражном способе разработки и на 20-25 % при использовании промывочных установок. По результатам анализа генерального опробования драг и промывочных установок некоторых золотодобывающих предприятий Сибири, потери золота с окатышами могут достигать 95 % от общего количества технологических потерь металла.
Известные способы подготовки глинистых золотоносных песков: акустический, ударно-акустический, вибрационный, гидроимпульсный, ультразвуковой, криогенное воздействие на глинистые пески и т.д. - не нашли широкого применения ввиду необходимости изготовления сложных технических устройств, малой эффективности их работы для широкого спектра типов глинистых песков и недостаточной изученности основополагающих явлений.
В тоже время доказано, что повышать эффективность дезинтеграции глинистых песков следует не столько в направлении реконструкции оборудования и технологии обогащения, сколько путем совершенствования технологии подготовки песков с предварительным изменением их агрегатного состояния.
Вышеизложенное подтверждает актуальность исследований в области подготовки глинистых песков россыпных месторождений перед подачей их на обогащение.
Цель работы. Обоснование технических и технологических решений по подготовке глинистых песков россыпных месторождений к обогащению.
Идея работы. Подготовка глинистых песков к обогащению заключается в снижении их прочностных показателей путем управляемого водонасыще-ния глинистых отдельностей в промежуточном складе после их выемки земле-ройно-транспортной техникой из массива.
Основные задачи исследования.
Обзор и анализ известных способов подготовки глинистых песков с целью повышения показателей их последующего обогащения.
Изучение структуры глин на предмет выявления роли влажности в определении прочности различных структурных связей, а также формирование механизма разупрочнения глинистых пород при изменении содержания связной и свободной воды.
Математическое моделирование показателей прочности и промывисто-сти глинистых песков в зависимости от содержания в них воды с учетом основных горно-геологических параметров: содержание в песках глины, пористость и консистенция, трещиноватость, коэффициент фильтрации и др.
Разработка и научное обоснование технологий подготовки глинистых песков россыпных месторождений.
Определение критериев и оценка эффективной области применения предлагаемых технологических решений на примере известного участка горных работ по разработки глинистого россыпного месторождения.
Методы исследований. Изучение и обобщение научно-исследовательских работ, литературных источников, патентных, фондовых материалов и практического опыта. Проведение натурных наблюдений, математическая и статистическая обработка результатов экспериментов и наблюдений. Математическое моделирование физических явлений и показателей технологических процессов.
Основные научные положения.
Подготовка глинистых песков россыпных месторождений управляемым водонасыщением возможна при значениях естественной влажности меньше максимального содержания связной воды и основана на снижении показателей прочности и промывистости глинистых песков, при определении которых кроме содержания частиц глинистой фракции необходимо учитывать пластические свойства песков и их естественную влажность, а предварительное снижение последней повысит эффективность водонасыщения.
Подготовку водонасыщением необходимо проводить для отдельностеи глинистых песков после их выемки землеройно-транспортной техникой и размещения в промежуточном складе, в то время как зависимость приращения времени водонасыщения от диаметра отдельностеи имеет степенной вид.
Эффективность технологии подготовки глинистых песков управляемым водонасыщением зависит от времени нахождения отдельностеи песков в промежуточном складе, причем его увеличение складывается лишь из времени одного цикла водонасыщения и времени на вторичную выемку глинистых песков из-под воды.
Обоснованность и достоверность подтверждена сходимостью результатов теоретических исследований с практическими данными, а также с критериями доверительной вероятности; патентной защитой полученных решений; внедрением результатов проведенных исследований при проектировании и эксплуатации горных предприятий по разработке глинистых россыпных месторождений; значительным объемом статистических данных.
Научная новизна:
доказана возможность подготовки глинистых песков россыпных месторождений управляемым водонасыщением;
определены закономерности изменения показателей прочности глинистых пород в зависимости от значений весовой влажности;
получена математическая модель определения скорости и объема водо-насыщении отдельностеи глинистых песков;
установлена степень влияния диаметра, коэффициентов фильтрации и трещиноватости отдельностей глинистых песков, образованных в процессе выемки землеройно-транспортной техникой из массива, на показатели водона-сыщения;
выявлены основные математические зависимости для определения извлечения глин в слив, как показателя эффективности водонасыщения, при промывке песков в скруббере и регулировании показателей прочности глинистых песков.
Практическую ценность имеют:
принципиально новые технологические схемы разработки глинистых россыпных месторождений полезных ископаемых (патенты РФ на изобретение №2347074, №2353772, №2359126, №2355886), основанные на подготовке глинистых песков к обогащению управляемым водонасыщением;
конструктивные решения центробежного дезинтегратора (патент РФ № 2293607);
конструктивные решения выемочно-транспортирующего оборудования драги (патент РФ на полезную модель № 59725);
методика определения величины извлечения глин в слив в зависимости от времени и объема водонасыщения;
методика оценки области эффективного применения технологии подготовки глинистых песков управляемым водонасыщением.
Личный вклад автора:
разработка новых технологических решений по повышению эффективности отработки глинистых песков;
постановка, проведение, обработка и интерпретация эксперимента и натурных наблюдений по исследованию процесса разупрочнения глинистых пород при контроле и регулировании содержания воды;
разработка технологических схем освоения россыпных месторождений с подготовкой глинистых песков управляемым водонасыщением;
разработка методических положений по определению технологических параметров предлагаемого способа подготовки глинистых песков;
разработка методики определения области эффективного применения технологии подготовки глинистых песков управляемым водонасыщением.
Реализация работы. Технология подготовки глинистых песков россыпных месторождений управляемым водонасыщением принята к внедрению ООО «Артелью старателей Ангара-Север» на участке горных работ «р. Большая Мурожная».
Апробация работы. Содержание работы и ее отдельные положения докладывались на следующих конференциях и семинарах: Межвузовская конференция «Проблемы и задачи объединения Красноярского края, Таймыра и Эвенкии», Красноярск (2005 г.); Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука -третье тысячелетие», Красноярск (2006-2007г.г.); Научно-практическая конференция «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва (2007 г.); 49-я Всероссийская научно-
техническая конференция аспирантов и молодых ученых, Красноярск (2007 г.); первая и вторая Красноярская городская ассамблея «Красноярск. Технологии будущего» (2008-2009 г.п); VII международная научно-техническая конференция «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», Малайзия, Куала-Лумпур (2009 г.).
Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано 9 работ, из них: 1 в издании, рекомендованном списком ВАК; 5 патентов на изобретение и 1 патент на полезную модель.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 130 страницах машинописного текста, включая 64 рисунка, 15 таблиц и список используемой литературы из 110 наименований.
