Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сведения о геологическом строении Стрельцовского рудного поля и объектах эксплуатации 44
1.1. Геологическое строение рудного поля и положение его в региональных структурах 14
1.2. Структура рудного поля 17
1.3. Рудоносность 18
1.4. Геологическое строение Стрельцовского месторождения .. 20
1.4.1. Рудные тела в гранитах фундамента 26
1.4.2. Рудные тела в нижней эффузивно-осадочной толще 26
1.4.3. Рудные тела в верхней эффузивно-осадочной толще 30
1.5. Состояние изученности проблемы 34
1.5.1. Анализ горно-геологических классификаций рудных образований 34
1.5.2. Анализ изученности сложности контуров рудных объектов
1.6. Постановка задач исследования 40
Глава 2. Достоверный подсчёт запасов - основа эффективного освоения недр 41
2.1. Существующие способы подсчета запасов 41
2.2. Оптимизация геологических кондиций - путь к рациональной разработке эксплуатируемых месторождений 42
2.3. Практика эксплуатационной разведки 46
2.4. Рекомендуемый метод подсчёта запасов и контроль за полнотой их выемки из недр 52
Глава 3. Изменчивость рудных образований по мощности и сортовому составу 68
3.1. Типизация рудных залежей как объектов разработки 68
3.1.1. Горно-геологические признаки 69
3.1.1.1. Распределение запасов по классам мощности 69
3.1.1.2. Изменчивость контуров рудных тел и сложности рудных образований 72
3.1.2. Качественные признаки 77
3.1.2.1. Распределение урана по классам содержаний 77
3.2. Факторы, влияющие на формирование сортового состава товарных руд 90
3.2.1. Горно-геологические факторы 90
3.2.2. Технологические факторы 91
3.2.2. Организационно-технические факторы 91
3.3. Рекомендации по использованию предложенных параметров 93
Глава 4. Классификация рудных тел на основе статистического распределения в них урана 95
4.1. Параметры рудных образований на основе многомерной статистической модели 95
4.1.1. Первый (1) тип рудных залежей 98
4.1.2. Второй (II) тип рудных залежей 99
4.1.3. Третий (III) тип рудных залежей 101
4.2. Вероятностно-статистическое распределение руды по классам содержания металла в рудных телах 103
4.3. Классификация рудных тел по сортовому составу слагающих их руд 111
Глава 5. Закономерности изменения состава руд в процессе добычи 120
5.1. Трансформация руды от недр к добытой в результате перемешивания 120
5.2. Методика трансформации добываемых руд от недр к погруженным в транспортные ёмкости 123
5.3. Формирование сортового состава добываемых руд изменением граничных отсечек по содержанию урана на РКС 127
Заключение 132
Список использованных источников
- Геологическое строение Стрельцовского месторождения
- Оптимизация геологических кондиций - путь к рациональной разработке эксплуатируемых месторождений
- Изменчивость контуров рудных тел и сложности рудных образований
- Второй (II) тип рудных залежей
Введение к работе
Объектом исследований явились урановые руды Стрелыювского месторождения - типичного представителя одноимённого рудного поля в юго-восточном Забайкалье, на базе которого работает самое крупное в России горно-добывающее предприятие по производству урана в г. Краснокаменск Читинской области.
Предметом исследования явились производственные процессы, связанные с эксплуатационной разведкой, геологическим обеспечением всего комплекса очистных работ от проекі ирования до поставки руды на гидрометаллургический завод (ГМЗ), продукцией которого является закись-окись урана.
Состояние разработки проблемы. Актуальность. Переход от плановой экономики к рыночным отношениям потребовал пересмотра концепции рентабельности производства. Вхождение России в мировой рынок налагает на производителя жесткие іребования к качеству производимой продукции и диктует уровень цены, а значит, и уровень себестоимости продукции. Невыполнение этих условий чревато производителю банкротством.
Прибыльность горного предприятия во многом зависит не только от уровня технологичности производственных процессов, но и от качества отрабатываемой руды, то есть от качества сырьевой базы предприятия.
При освоении месторождений полезных ископаемых и переработке руд необходимо знать четыре ведущих параметра: запасы полезного компонента, его содержание в каждом из рудных тел, их морфологию - сложность их строения и статистическое распределение в них металла.
Несмотря на то, что параметры не новы, в определении каждого из них допускаются просчеты, на которые автор обратил особое внимание в предлагаемой работе. Новое решение проблемы подсчета запасов, определение в них средне/о содержания и сложности конфигурации рудных тел, а также распределение в них металлов настолько актуально, что только при достоверной информации о них можно репшть задачи проектирования, текущего планирования
и эксплуатации месторождений - все это позволяет повысить эффективность ведения горных работ.
Вышеперечисленные элементы геологической информации позволяют создать модель управления процессом как рудоподготовки балансовых руд к добыче, так и оптимизировать рудопотоки добытой руды, т.е. разделить ее на сорта, направляемые на определенные технологии переработки. Рациональное использование недр в условиях рыночной экономики требует разработки новых принципов формирования товарных руд.
Таким образом, возникла сложная и, безусловно, актуальная научно-техническая проблема, имеющая большое народнохозяйственное значение, потребовавшая совершенствования управления рудопотоками при добыче урановых руд с целью минимизации затрат и оптимизации технологии добычи и переработки в условиях рыночной экономики.
Цель работы - упростить и повысить качество геологического обеспечения эксплуатационных работ, путем обоснования направления этой важной горно-геологической проблемы при добыче и переработке урановых руд. Достижение поставленной цели потребовало решения ряда задач.
Основные задачи исследования:
Оценка существующих методов подсчёта запасов для выбора наиболее достоверного, используя результаты разведки и добычи за длительный период эксплуатации.
Исследование горно-геологических признаков рудных образований для систематизации их как объектов разработки, основываясь на их сортовом составе.
Изучение параметров рудных образований по форме и распределению в них урана для унификации приёмов проектирования и проведения очистных работ.
Установление зависимости между распределением металла в недрах и
в товарной руде с учётом технологии их выемки, используя математический аппарат и статистические данные эксплуатации.
5. Определение границ содержаний урана в рудопотоках для рационального разделения руд на сорта при дальнейшей их переработке.
Основная идея работы заключается в использовании комплексного подхода поэтапного формирования качества товарных руд на всех стадиях, от подсчета запасов до получения готового продукта Такой подход позволяет применить принцип динамического программирования, согласно которому общая эффективность работы предприятия определяется суммой частных эффектов на каждом этапе.
Методы исследования. Строительство крупного горнопромышленного комплекса на базе месторождений урана Стрельцовского рудного поля началось задолго до окончания их разведки и проводилось в условиях отсутствия аналогов, недостаточности и неопределенности имеющихся исходных данных, что потребовало широких комплексных исследований горно-геологических и горнотехнических условий локализации уранового оруденения. Основой исследований стали результаты систематических повсеместных натурных наблюдений за трещиноватостью и устойчивостью руд и пород, морфологией рудных тел, характером изменчивости рудных контуров, мощности рудных тел и содержания полезного компонента в рудах и др.
Сбор, систематизация и анализ результатов наблюдений проводились с целью типизации и классификации горно-геологических и горнотехнических условий залегания рудных образований и разработки методов прогноза технико-экономических показателей технологий производства природного урана
В крупных масштабах поставлены промышленно-эксперементальные работы, в том числе по подземному выщелачиванию скальных урановых руд, по кучному выщелачиванию забалансовых, беднобалансовых и балансовых скальных руд в различных литологических разностях пород.
Широко использован метод аналитических исследований. Проверка результатов аналитических исследований осуществлялась путем сопоставления расчетных данных с экспериментальными и фактическими данными по эксплуатации. При выполнении работы использован метод экономико-математического моделирования. Экспериментальные данные по кучному и подземному выщелачиванию получены в Центральной научно-исследовательской лаборатории (ЦНШГ) ОАО «ППГХО», фактические данные - на рудниках и гидрометаллургическом заводе (ГМЗ) предприятия.
При проведении исследований использовались методы: ранжирования геофизического (радиометрического) опробования по контрастности урановых руд в естественном залегании и в добытой горнорудной массе, компьютерных технологий математического моделирования для оперативного подсчёта запасов, прогнозирования сортового состава добываемых руд.
Автор непосредственно участвовал в сборе и обработке материалов по классификации рудных образований месторождений Стрельцовского рудного поля, в проведении опытно-промышленных работ по подземному и кучному выщелачиванию, в создании экономико-математической модели оценки технологий производства природного урана и выбора ее оптимального варианта, в разработке статистического метода оперативного подсчета запасов и методики прогнозирования сортового состава руд по содержанию полезного компонента.
Научная новизна работы и личный вклад автора. Диссертация посвящена совершенствованию управления качеством геологического обеспечения эксплуатационных работ на крупнейшем горнорудном предприятии, работающем в новых экономических условиях. Её научная новизна заключается в следующем.
1. Основываясь на личном опыте, накопленном на предприятии за многие годы (с 1973 г.) по сбору, обобщению, анализу экспериментальных натурных работ по совершенствованию геологического обеспечения горно-
химического предприятия, автором осуществлено дальнейшее развитие изучаемой проблемы и науки о Земле. Это повышает значение геологических исследований в оптимизации производственных процессов, снижает затраты на производство единицы готовой продукции, сокращает время рудоподготовки полезного ископаемого к добыче.
Исследуя данные многочисленных натурных наблюдений, контроля и сопоставления результатов, полученных разными методами, автор модернизовал управление технологическим процессом горно-химического предприятия на основе новых принципов получения, обработки и использования геологической информации при очистных работах в условиях отработки сложно структурных месторождений урана, что открывает перспективы их использования на других горнорудных предприятиях страны.
На экспериментальных материалах автором обоснован, разработан и опробован в производственных условиях новый способ подсчёта запасов, обеспечивающий малые расхождения между подсчитанными в недрах и извлечёнными запасами полезного компонента (< 1 %). Метод исключает субъективный фактор при группировке исходных данных при производстве подсчёта запасов.
На основе оперативно-статистических обобщений разработана номограмма для определения содержания урана в отбиваемой горнорудной массе, а также допускаемого при этом разубоживания, позволяющая оперативно управлять процессом извлечения металла из недр.
Впервые для выявления закономерностей распределения урана в рудных телах, были использованы дифференциальные зависимости вместо ранее применяемых интегральных. Это позволило разработать математический аппарат для прогнозирования сортового состава добываемых руд, зная сортовой состав руд в недрах.
На основе использования фактического материала разведки и отработки большого количества эксплуатационных блоков автором разработана
технологическая классификация, являющаяся основой определения сортового состава товарных руд, что положительно влияет на эффективность их дальнейшей переработки.
7. Впервые получена эмпирическая зависимость, выражающая интенсивность перемешивания при трансформации руды от недр к добытой (в транспортных сосудах) по содержанию в ней урана.
Защищаемые научные положения.
Подсчет запасов методом четырехугольников ведется по двум парам треугольников (опирающихся на диагонали четырехугольника), среднее значение суммарных запасов по которым является наиболее точным.
Зависимость распределения урана от его содержания в рудах выражается дробно степенно-показательной дифференциальной функцией вида:
Аххь 4а ' где у - выход руды в % или долях единицы; х - содержание полезного компонента; А, Ь и п - параметры распределения уравнения, определяющие сортовой состав руд.
Классификация на основе статистического распределения урана в рудных образованиях Стрельцовского рудного поля, позволяющая выделить три технологические группы рудных тел.
Эмпирическая зависимость формирования состава товарных руд от интенсивности перемешивания на стадиях отбойки, выпуска и транспортировки, выражающаяся функцией: р (с) = А- c^b/ехр (п- с),
где Л, 6 и л - параметры распределения для содержания урана - с.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждается:
- представительностью исходных данных по результатам отработки 86 (420 слоев и подэтажей) эксплуатационных блоков, по которым проанализированы изменчивость рудных контуров, распределение запасов металла по классам содержания полезного компонента, показатель сложности рудных залежей;
результатами опытно-промышленных и экспериментальных исследований, подтвержденных большим объемом эксплуатационных работ по добыче богатых руд нисходящей слоевой выемкой с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью и переработкой руды на ГМЗ, кучным и подземным выщелачиванием скальных урановых руд;
результатами экономического анализа проведенных экспериментальных, опытно-промышленных и промышленных работ;
-100 % сходимостью прогнозируемого сортового состава товарных руд с фактическими рудопотоками, выдаваемыми из стволов шахт.
Практическую ценность представляет следующее.
1. Горно-геологическая классификация рудных залежей, использование которой позволяет:
прогнозировать горно-геологические условия отработки рудных залежей еще на стадии детальной разведки;
использовать при выборе технических решений не принципы аналогий, а закономерности и связи, установленные для месторождений Стрельцовского рудного поля.
Математическая модель определения сортового состава товарных руд, которая позволяет обеспечить подготовку всего комплекса исходных данных для проектирования и принятия решений при оперативном планировании производства урана на дальнейшую перспективу с минимальными затратами.
Методика оперативного статистического подсчета запасов полезного компонента в недрах, позволяющая значительно упростить контроль за их состоянием в процессе отработки, автоматизировать процесс подсчета запасов при помощи ЭВМ.
Реализация исследований. Результаты исследований внедрены в практику проектирования и строительства рудников ОАО «ППГХО», используются при эксплуатации и освоении месторождений Стрельцовского рудного поля.
Принципы типизации рудных залежей широко использованы при эксплуатационной разведке, выборе способа подготовки и технологии очистных работ.
Математическая модель определения сортового состава товарных руд, внедренная в производство ОАО «ППГХО», позволяет классифицировать все объемы текущей добычи руды по технологиям переработки: богатая руда направляется на переработку на гидрометаллургический завод с высоким показателем извлечения полезного компонента (до 97 %), рядовая и бедная по содержанию полезного компонента руда перерабатывается кучным выщелачиванием. Данная технология позволяет оптимизировать эксплуатационные затраты горнорудного предприятия.
Статистический способ подсчета запасов методом четырехугольников с разнонаправленными диагоналями применяется для оперативного контроля за их состоянием в недрах на рудниках ОАО «ППГХО».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались:
на научном симпозиуме «Неделя горняка - 2004», в Московском государственном горном университете;
на заседаниях научно-технического совета ОАО «ППГХО»;
на Ученом Совете Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИПРЭК СО РАН);
на совместном заседании научно-технических советов Всероссийского проектно-изыскательского научно-исследовательского института промышленной технологии (ВНИПИПТ) и Всероссийского научно-исследовательского института химической технологии (ВНИИХТ);
на расширенном заседании кафедр «Гидрогеология и инженерная геология», «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «От-
крытые горные работы» Читинского государственного университета от 28 февраля 2006 г.
Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 2 монографин, 20 статей, тезисы докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 170 стр. машинописного текста, включает 7 таблиц, 26 рисунков, список использованной литературы из 83 наименования, 4 приложения.
Работа выполнена в процессе комплексного изучения результатов детальной разведки и разработки сложноструктурных месторождений урановых руд Стрельцовского рудного поля при консультации д-ра техн. наук Овсейчука В. А. в период 1985-2005 гг. по целевой программе «Уран России» и государственному контракту № 528.02.3.1.29/10-05/2634.
Но вопросам переработки урановых руд автор пользовался консультациями д-ра техн. наук. Литвиненко В.Г.
При выполнении технико-экономической оценки систем разработки урановых руд, строительства урановых рудников использованы рекомендации и консультации канд. техн. наук Култышева В.И., Мишарина А.И.
Автор приносит искреннюю благодарность всем, кто помог в проведении исследований, сборе информации по тематике диссертации, оформлении материалов.
Автор весьма признателен многочисленным коллегам, поддерживающим идею и направление исследований, многих из которых уже нет в живых, это -Л.Н. Лобанов, ГЛ. Красавин, М.Г. Песин, А.С. Шилов, И.И. Шишкин. Здравствующим: Первому вице-президенту Академии горных наук Е.А. Котенко, д-ру техн. наук В.А. Овсейчуку, кандидатам техн. наук А.Г. Кузнецову, А.И. Мези-ну, И.В. Павлову, МИ. Капитонову, докторам геол.-минерал. наук Ю.В. Павленко, А.И. Трубачеву.
Геологическое строение Стрельцовского месторождения
Зоны трещиноватости сформировались в результате тектонических движений, происходящих после накопления осадочно-вулканогенной толщи верхнего структурного этажа, а также вертикальных перемещений отдельных блоков в связи с уплотнением первоначально рыхлых вулканогенных пород, залегающих в нижней части разреза. В большинстве случаев зоны трещиноватости прослеживаются над валообразными выступами рельефа поверхности фундамента. Эти зоны имеют протяженность до 10 км и ширину до 500-600 м. В строении зон участвуют несколько крупных разрывов - «швов», секущих всю толщу верхнего структурного этажа. В породах фундамента такие швы, как правило, не прослеживаются. Ряд попыток проследить швы в фундаменте с помощью бурения не увенчался успехом. Вертикальное перемещение смежных блоков по крутопадающим нарушениям имеют различные амплитуды, достигающие в отдельных случаях первые десятки метров. Швы сопровождаются более мелкими трещинами, образующими зоны трещиноватости, развивающиеся более интенсивно в породах кислого состава - трахидацитах и фельзитах. В основных породах - базальтах и андезитобазальтах трещинные зоны представлены преимущественно крупными швами.
Наряду с крутопадающими трещинами в зонах тектонических нарушений на контактах пород различного состава образовались межпластовые срывы, сопровождаемые милонитизацией и образованием глинки трения. 13. Рудоносность
Позднемезозойская тектономагматическая активизация в пределах Стрельцовской кальдеры завершилась мощным гидротермальным процессом, вызвавшим соответствующие изменения пород и образование уранового и молибденово-уранового оруденения. Начальные стадии процесса проявились в широкой альбитизации, серицитизации и окремнении вмещающих пород. Ру 19 дообразование связано с кварц-сульфидной, кварц-модибденит-смолковой и флюорит-кальцитовой стадиями. Последняя стадия завершает гидротермальный процесс.
В кварц-молибденит-смолковую стадию руда формировалась при температурах гидротермальных растворов 235-215 градусов и давлениях 600-800 кг/см . Гидротермальный процесс протекал в благоприятной структурной обстановке. Растворы, поднимаясь по крупным разрывам, распространялись по зонам трещиноватости, образуя сложные по строению рудные залежи.
Процесс рудообразования охватил всю толщу пород, участвующих в строении кальдеры. В связи с этим промышленные урановые и молибденово-урановые руды сформировались как в породах фундамента - гранитах и доло-митизированных известняках, так и в породах верхнего структурного этажа -базальтах, трахидацитах, фельзитах, осадочных образованиях, а также в породах жерловых фаций. По условиям образования месторождения Стрельцовско-го рудного поля относятся к типу гидротермальных месторождений богатых урановых и молибденово-урановых руд в депрессионных структурах вулканического происхождения, связанных с континентальным вулканизмом.
Вертикальный размах оруденения весьма значителен. В породах верхнего структурного этажа промышленное оруденение, поднимаясь к поверхности, погружается на глубину 400-500 м. В породах фундамента промышленные руды прослеживаются, начиная от контакта с отложениями чехла до глубины 1500-1800 м от поверхности. Нижняя граница распространения оруденения не установлена.
В процессе рудообразования в пределах Стрельцовской кальдеры сформировалось 19 месторождений урановых и молибденово-урановых руд, из которых 16 имеют промышленное значение. Два крупных месторождения - Антей и Аргунское залегают в породах фундамента. С породами верхнего структурного этажа связаны месторождения Стрельцовское, Широндукуевское, Октябрьское, Лучистое, Мартовское, Мало-Тулукуевское, Тулукуевское, Юбилейное, Новогоднее, Весеннее, Жерловое, Пятилетнее, Дальнее, Красный Камень. Месторождения Восточно-Широндукуевское, Безречное и Юго-Западное, залегающие в образованиях верхнего структурного этажа, промышленного значения не имеют.
Ниже дана краткая характеристика главных особенностей геологического строения Стрельцовского месторождения, которое является типичным представителем месторождений в составе одноимённого рудного поля. На основе анализа строения его рудных тел дана количественная их характеристика, разработанная автором [50, 54], описывающая фактическое строение рудных тел при помощи строгих математических зависимостей, выраженных приведенной мощностью и коэффициентом сложности.
Геологическое строєнеє Стрельцовского месторождения Стрельцовское месторождение приурочено к вулкано-тектоническому сооружению - кальдере проседания (рис. 1,2 и 3), в строении которой принимают участие мезозойские осадочно-вулканогенные отложения, залегающие на гранитах палеозойского фундамента, образующих округлую впадину глубиной до 1,5 км. Распространение вулканических образований на земной поверхности достигает 13 км в поперечнике. Вокруг них, с севера, востока, юга и, частично, с юго-запада, выходят на дневную поверхность граниты, которые подстилают вышележащие породы.
Оптимизация геологических кондиций - путь к рациональной разработке эксплуатируемых месторождений
В геологической литературе по подсчету запасов описано более двадцати методов подсчёта: среднеарифметического, геологических блоков, эксплуатационных блоков, вертикальных параллельных сечений, непараллельных сечений, линейный, многоугольников, треугольников, четырёхугольников, изогипс, изолиний, статистический, графический, среднего угла падения, средней образующей, объёмной палеткой Соболевского, косинусов, геоморфологический, Прокопьева и др.
А.М Прерис [39] даёт глубокий анализ всех существующих способов и выделяет из них шесть основных: средне-арифметического, треугольников, разрезов, ближайшего района (А.К. Болдырева), изогипс (В.И.Баумана) и изолиний.
Основой управления эффективного использования запасов недр, обеспечивающего ритмичную и продуктивную работу рудников, является качество подготовки сырьевой базы на основе геолого-геофизической изученности руд каждого подготавливаемого к эксплуатации очистного блока. При наличии исходных данных о характере распределения урана по всем рудным телам, подлежащим разработке, можно подбирать очистные блоки так, чтобы выйти на планируемые показатели добычи по рудникам и в целом по предприятию.
Формирование качества добываемых руд является очень сложным процессом, который в настоящее время имеет слабую теоретическую базу. А.П. Рыков совершенно справедливо отметил, что формирование руд начинается ещё с оконтуривания запасов и установления выемочных границ блоков. В дальнейшем совершается отработка и выпуск руды, её транспортирование, сортировка и усреднение в поверхностных бункерах шахт. На рассматриваемом месторождении процесс формирования руд начался с подсчёта геологических запасов на основе проведения детальных геологоразведочных работ. Любой подсчёт запасов основывается на использовании геологических кондиций.
Для генерального подсчёта запасов на основании письма Первого главного управления МСМ № РГ-3143 с.с. от 1 августа 1969 г. для подсчёта запасов по Стрельцовской группе месторождений установлены следующие кондиции: 1) минимальное промышленное содержание урана в подсчётных геологических блоках - 0,08 %;. 2) бортовое содержание для балансовых руд - 0,03 %, для забалансовых -0,01%; 3) граница для выделения богатых руд - выше 0,3 %; 4) минимально допустимый коэффициент рудоносности для категории С, - 0,4; 5) минимальный метропроцент - 0,035 при содержании урана по пересечению не ниже 0,05 %; 6) максимально допустимая мощность пустых пород и забалансовых руд, включаемых в рудный контур, - 3 м.
Принятые при подсчете геологических запасов кондиции оправданы, так как они упрощают подсчетный контур и не снижают ценность руд ввиду высоких концентраций урана в рудных телах месторождений Стрельцовского рудного поля. В процессе же очистных работ, а также при подсчете погашаемых запасов часть из перечисленных кондиций не может быть выдержана, и добытая руда будет отличаться от той, которая была определена проектом.
Бортовое содержание при первых попытках подсчета запасов урана в СССР было принято ОД %, но в этом случае подавляющее количество запасов месторождений не подтвердилось. Тогда было принято волевое решение установить бортовое содержание 0,03 % , которое не изменено до сих пор. Как показывают экономические расчеты различных вариантов переработки, произведенные в главе IV (см. табл. 4.2), в одних случаях оно может быть понижено до 0,020 - 0,025 % , а в других - при отработке рудных тел 1-й и 2-й групп - его можно повышать до минимально-промышленного содержания. Основным условием для выбора бортового содержания является то, что оно не должно быть ниже содержания в хвостах гидрометаллургического передела, которое для перерабатываемых руд составляет не более 0,017 % . Имея две предельные величины: максимально допустимое содержание урана в хвостах гидрометаллургического завода - 0,017 % и минимальное промышленное содержание урана в подсчётных геологических блоках - 0,08 %, для различных групп рудных тел, с учётом применяемой системы разработки, предлагается определять бортовое содержание в каждом конкретном случае.
Минимальная мощность рудного тела, исходя из минимального содержания - 0,05 % и минимального метропроцента - 0,035, определяется отношением 0,035 / 0,05 = 0,7 м. Для богатых руд при подсчете запасов геологами введены ещё большие ограничения. Так, для руд с содержанием более одного процента она доведена до 0,1 м. Как отрабатывать такие рудные тела? На Объединении они извлекаются очистной выработкой шириной не менее 3,5 м. Получается при этом кондиционная руда или нет, определяет практика Разубоживание в этом случае достигает: =97% т0 3,5 где т0 - ширина очистной выработки, м; тр - мощность рудного тела, м.
В результате чрезмерного разубоживания возникают большие потери металла при отсортировке на рудоконтрольной станции (РКС). Они могут достигать 20-30 %. Их можно определить по установленной автором зависимости, выраженной номограммой (рис. 7), которую можно применить к любым металлам с содержаниями, близкими к содержанию урана. На урановых рудниках эта зависимость устанавливается с минимальными ошибками.
Согласно принятым кондициям для подсчёта запасов урана в контур рудного тела включаются прослои забалансовых руд и пустых пород мощностью до 3 м. В этом случае пробы объединяются с учётом этих включений путём суммирования метропроцентов по секциям и делением полученной суммы на длину объединённого интервала - метод средневзвешенного.
Подобное объединение применимо для массовых систем разработки и не имеет смысла при слоевой выемке, когда эти прослои остаются в целиках. По залежи Заі автором произведено переоконтуривание рудных тел с включением безрудных участков мощностью до I м и без их включения.
Показатель рудоносности учитывает количество безрудных включений, когда их мощность более 3 м. Специального учёта количества включённых прослоев (мощностью менее 3 м) сделано не было, а их доля в некоторых рудных телах иногда достигает 25 %. В уточнённом контуре, полученном после отработки и используемом при подсчёте погашенных запасов, показатель рудоносности теряет смысл, но при разработке количеству руды с учётом безрудных включений, разрешённых кондиционными требованиями необходимо знать, сколько разубоживающей горной массы, кроме законтурного прихвата, попало в руду.
Изменчивость контуров рудных тел и сложности рудных образований
Сложность строения рудных объектов по общесоюзной классификации запасов, действовавшей до сих пор, оценивается только качественно. Все рудные объекты делятся на 3 группы: простого, сложного и очень сложного строения ].
Начиная с конца пятидесятых годов XX столетия, предпринимаются попытки охарактеризовать категорию сложности рудных тел количественно. К настоящему времени насчитывается несколько десятков таких показателей.
По способу определения их можно разделить на 2 вида. К первому виду относятся показатели, отражающие соотношения параметров природного объекта и простой геометрической фигуры: круга, эллипса, прямоугольника.
Показатели другого вида отражают соотношение длины внешнего контура природного объекта и его площади.
Впервые Д.А. Зенков и K.JL Семёнов для характеристики сложности контуров рудных тел предложили использовать контурный модуль - отношение длины контура тела полезного ископаемого в сечении к длине окружности рав-ноплощадного с рудным телом круга.
В.Н. Уманец [68] считает, что все предложенные показатели изменчивости контура рудного тела страдают существенным недостатком - не учитывают размера рудных тел: рудные тела различной площади, но с одинаковой изрезан-ностью контура характеризуются равными оценками сложности морфологии. Второй вид показателей сглаживает это несоответствие, но верен только в том случае, когда размеры горных выработок малы по отношению к размерам рудных тел. В случае, когда мощность рудных тел меньше ширины очистного пространства, показатель второго вида теряет смысл. Все предложенные параметры для оценки сложности анализировались автором на реальных рудных телах с учетом распределения рудных минералов, заключающегося, прежде всего в том, что основная их часть представлена жильными образованиями даже в штокверкообразных залежах.
Необходимость систематизации форм рудных тел вызывается требованиями, возникающими при добыче руды. В 1974 г. разработан альбом наиболее часто встречающихся форм: их выделено 13. Количество их росло по мере изучения геологического строения 19 месторождений Стрельцовского рудного поля. В 1976 г. геологической лабораторией ОАО «ППГХО» установлено шесть элементарных форм рудных образований, сочетанием которых представлены фактические формы, состоящие из любого количества элементарных форм - от I до 6 где Ст - количество сочетаний «п» элементов по «т».
Теоретически возможная величина таких сочетаний - 63. Это даёт основание утверждать, что классифицировать всё разнообразие форм довольно сложно. На предприятии принята структурно-морфологическая классификация с разделением рудных тел на пять типов [46].
Контуры реальных рудных тел на месторождении имеют сложные очертания, которые не может повторить горная выработка. Выработанное пространство близко к геометрически правильным формам, самой распространённой из которых является параллелепипед. Учитывая, что на месторождениях рудного поля основной формой рудных тел является жильная, за основу оценки их сложности принята прямоугольная форма [49]. Воспользовавшись идеями предшествующих исследователей, автор принял дополнительные условия, выражаю щиеся в том, что должны быть равны не только площади рудного тела и прямоугольника, к которому оно приводится, но и периметр прямоугольника и длина контура рудного тела в сечении. Приведенной мощностью в интерпретации автора является ширина прямоугольника, имеющего площадь (S) и периметр (/7), равные таковым для рудного тела в рассматриваемом сечении. Показатель сложности формы, в отличие от контурного модуля, - это отношение длины (L) такого прямоугольника к фактической протяжённости рудного тела (/) в сечении. Вывод формул для вычисления приведенной мощности (тр) и длины производится следующим образом. В принятых обозначениях периметр прямоугольника равен Л=2Ь + 2тр. Подставив в это выражение значение L, равное S / тр, получим равен 2S ство П= —+2т_, тр преобразовав его, получим квадратное уравнение вида m/-l/2nmp + S = 0. Р " Найдём его корни по формуле для приведенного квадратного уравнения 7±Л А2=— ±Л(—Г- или, после его преобразования, удобного для вычисления, получим [58] n±4n2-\6S m„= У =0,25n-Jn2-l6S (3.2) Общеизвестно, что квадратное уравнение имеет два значения неизвестного (корни квадратного уравнения), одно из них может быть мнимой величи-ной. Чтобы корни были действительны, величина П должна быть больше 16S, иначе подкоренное выражение будет отрицательным. Извлекая квадратный корень из обеих частей неравенства, получим П A S, при равенстве —=JSmp.
Легко убедиться, что последнее равенство характеризует квадрат. Следовательно, ширина прямоугольника может изменяться от любой малой величины до состояния равенства с длиной, когда прямоугольник превращается в квадрат. При дальнейшем увеличении размера ширины и уменьшения длины прямоугольника их роль меняется: ширина становится длиной и наоборот. Отсюда можно заключить, что одно из значений корня квадратного уравнения, полученное сложением с результатом извлечения квадратного корня, будет приведенной длиной, но последнюю рекомендуется вычислять по формуле L =—. (3.3) тр Показатель сложности по определению автора вычисляется по формуле &«у, (3.4)
Если показатель сложности меньше единицы, рудное тело представлено простой линзой. При Сл = / рудное тело в сечении должно быть прямоугольной формы. В природе это может быть только отрезком жилы выдержанной мощности. Дальнейшее усложнение формы приводит к увеличению показателя сложности. Физическая сущность показателя сложности заключается в том, что его величина отражает примерное количество простых элементов (жил), из которого состоит рудное тело.
Второй (II) тип рудных залежей
Как видно из рис. 20, разделение всего многообразия рудных образований на типы по показателям: формы рудного тела и мощность, подтверждается проведенным анализом с получением функции комплексного показателя, включающего в себя 9 параметров рудных тел: мощность рудного тела, м; содержание полезного компонента, %; площадь рудного тела 2; длина рудного тела, м; периметр рудного тела, м; показатель изменчивости рудного тела доли ед.; коэффициент сложности рудного тела, доли ед.; коэффициент трещинова-тости, доли ед.; устойчивость руд, доли ед.
Таким образом, проведенный анализ признаков типизации рудных залежей позволил установить, что определяющими признаками являются средняя мощность рудных тел залежи, характеризующаяся закономерным распределением запасов руды по интервалам мощности. По сумме перечисленных признаков все рудные залежи можно разделить на три типа: I тип - мощные залежи; II тип - залежи средней мощности; III тип - маломощные залежи.
Первый тип - мощные рудные залежи, приуроченные к крупным тектоническим нарушениям. Вмещают оруденение породы фундамента: граниты, метаморфизованные доломиты и породы вулканогенно-осадочного чехла: фельзиты, реже андезито-базальты и породы базального горизонта. Рудные тела имеют форму мощных рудных жил, линз. Руды характеризуются сильной тре-щиноватостью и слабой устойчивостью.
Доля мощных рудных тел составляет 80 % от общих запасов этого типа. Средняя мощность рудных тел изменяется от 5,1 до 22 м и составляет в среднем 8 м. Показатель изменчивости рудного контура варьирует в пределах 0,4 - 0,1, составляя в среднем 0,25. Коэффициент сложности залежи (п) колеблется от 1.5 до 10,5, составляя в среднем-4. Коэффициент рассредоточенности рудных тел (Р) варьирует в пределах 0,2 - 1,9, составляя в среднем 0,9. Ширина рудной зоны колеблется в пределах 10 - 100 м, составляя в среднем 50 м. Рудные залежи этого типа отличаются высоким содержанием урана. Сортовой состав руд: забалансовая руда и металл в ней, рядовая руда и металл в ней, богатая руда и металл в ней составляют соответственно (числитель и знаменатель): 16/1,52/24,32/75 %. Доля запасов металла в залежах I типа составляет 22 % от общего количества урана Извлечение полезного компонента при гидрометаллургической переработке руд этого типа колеблется от 95 до 98 %, составляя в среднем 97 %.
Извлечение урана при подземном выщелачивании составляет в среднем 70 %.
В результате многолетней деятельности предприятия сложилась технология отработки рудных залежей I типа, представленных мощными рудными телами. Учитывая радоноопасность богатых урановых руд и их неустойчивость, из технически применимых систем разработки наиболее приемлема нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой, позволяющая отработать запасы без оставления рудных целиков и создавать радонобезопасные условия труда.
Второй тип - сложные рудные залежи средней мощности, приуроченные к внутрипокровным разрывным нарушениям крутого падения в сочетании с зонами трещиноватости и пологими послойными срывами. Вмещают оруденение породы вулканогенно-осадочной толщи: трахидациты и в меньшей мере фельзити, конгломераты, андезито-базалыы. Залежи представлены сложными рудными телами (скоплениями жильной, гнездообразной форм с прерывистым внутренним строением). Руды характеризуются как трещиноватые и сильнотрещиноватые, по устойчивости: от неустойчивых до средней устойчивости. Доля мощных рудных тел составляет 55 %. Средняя мощность рудных тел изменяется от 2,6 м до 5,0 м, составляя в среднем 3,6 м. Показатель изменчивости рудного контура варьируется в пределах 0.8 - 3.3 и составляет в среднем 1.8.
Коэффициент сложности залежи колеблется от 1.3 до 6.8, составляя в среднем 2.7. Ширина рудной зоны изменяется от 10 до 70 м, составляя в среднем 30 м. Подтверждаемость рудных контуров от разреза к разрезу составляет 20%. Рудные залежи характеризуются рядовым содержанием металла. Сортовой состав руд в недрах (в %): забалансовые руды, рядовые руды, богатые руды и металл в них составляют соответственно: 17/2,67/39, 16/59.
Доля запасов урана в залежах И типа составляет 53 % от общего количества металла. Извлечение полезного компонента при гидрометаллургической переработке руд этого типа колеблется от 95 до 97 %, составляя в среднем 96 %. Извлечение уран в при кучном выщелачивании колеблется в пределах 70 - 75 %, составляя в среднем 73 %. Извлечение урана при подземном выщелачивании составляет в среднем 70%.
По традиционно сложившейся на предприятии технологии подавляющее количество запасов руд этого типа отрабатывалось нисходящей слоевой системой с закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. В настоящее время в силу ряда причин, описанных во введении работы, применение дорогостоящей системы для отработки руд с низким содержанием урана стало убыточным.
По предлагаемой новой горно-химической технологии наиболее богатые участки рудных залежей П типа предлагается отработать и переработать по традиционной схеме: нисходящая слоевая выемка с закладкой и переработка по полной схеме на гидрометаллургическом заводе.
