Способ селективной разработки алмазосодержащих руд

 

Изобретение относится к способам открытой разработки алмазосодержащих месторождений, представленных кимберлитовыми трубками. Цель - повышение эффективности отработки за счет сохранения целостности крупных алмазов путем разупрочнения крупных кусков в высокоминерализованных рассолах. В ходе отработки месторождения участки руд оконтуривают по качеству. Породу на участках рыхлят, причем на участках руд с низким качеством производят рыхление пород с одновременным формированием выработанного пространства и осуществляют отгрузку рудной массы. Затем выработанное пространство заполняют высокоминерализованными рассолами, перемещают разрыхленную рудную массу с высоким качеством в указанное пространство. Рудную массу выдерживают в рассолах до ее разупрочнения, потом высушивают и отгружают. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке алмазосодержащих месторождений, представленных кимберлитовыми трубками.

Известен способ открытой разработки коренных месторождений алмазов, включающий буровзрывную подготовку пород, разупрочнение алмазосодержащих пород замачиванием последних в рассолах до образования щебнистой фракции, осушение рабочей зоны карьера, отгрузку и транспортировку разупрочненной горной массы.

Недостатком известного способа разработки является невысокая эффективность разработки, обусловленная потерями ценности крупных кристаллов алмазов из-за проведения буровзрывной подготовки массива как высокоценных, так и низкоценных алмазосодержащих руд. Сейсмическое воздействие на массив при буровзрывной подготовке достаточно велико, в результате чего доля поврежденных кристаллов класса +2 мм может составлять от 14 до 23% .

Наиболее близким по технической сущности является способ селективной отработки алмазосодержащих руд, включающий оконтуривание участков, рыхление пород с формированием выработанного пространства, отгрузку рудной массы [1] .

Цель изобретения - повышение эффективности добычи алмазов за счет сохранения целостности крупных алмазов путем разупрочнения алмазосодержащих руд высокоминерализованным рассолом.

Достигается это тем, что в известном способе, включающем оконтуривание участков, рыхление пород с формированием выработанного пространства, отгрузку рудной массы, заполняют выработанное пространство высокоминерализованным рассолом, перемещают рудную массу в указанное пространство и выдерживают ее до разупрочнения, высушивают рудную массу, после чего производят отгрузку.

Проведенный заявителем поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявленное предложение удовлетворяет критерию "новизна", а проведенный заявителем дополнительный поиск с целью обнаружения отличительных признаков показал, что во-первых, не все отличительные признаки найдены в известных технических решениях, во-вторых, найденные признаки проявляют в известных решениях иные свойства, отличные от заявленных, что позволяет получить положительный эффект при реализации заявленного технического решения, не равный сумме известных свойств, следовательно, заявленное предложение удовлетворяет критерию изобретения "сущест- венные отличия".

Ценные руды в приводимых аналоге и прототипе переводят в кусковатое состояние буровзрывным способом. При взрывании заряда ВВ в породе, в непосредственной близости от заряда, возникает и распространяется сильная волна напряжений (ударная волна) с напряжениями на фронте выше предела прочности алмаза на сжатие. Возникающие в горном массиве сильные волны напряжений распространяются со скоростью, близкой к скорости звука в невозмущенной среде. На границе раздела "заряд-среда" и ближайшей к заряду зоне порода раздавливается и сильно измельчается. Эта зона по экспериментальным данным ряда исследователей находится в пределах 3-6 радиусов заряда (R_o).

В последующем происходит сдвижение частиц в радиальном направлении за фронты волны напряжения. На некотором удалении от границы раздела напряжение сжатия быстро падает и становится меньше предела прочности на одноосное сжатие. Дальнейшее распространение волны напряжений в глубь горного массива способствует возникновению тангенциальных напряжений, значительно превосходящих предел прочности кимберлитов и кристаллов на разрыв.

Различие плотностей кимберлитов и кристаллов алмазов ведет к резкому увеличению упругих свойств. В силу низкого значения акустической жесткости цементной связующей кимберлитов, на границе раздела "кимберлит - кристалл" происходит резкий рост параметров волны сжатия. Кроме того, в результате отражения волны сжатия от поверхности кристалла внутрь его проникает волна разряжения, вызывающая растягивающее напряжение.

Ввиду того, что сопротивление кристаллов сжатию больше сопротивления на разрыв, волна разряжения производит более разрушительное воздействие, чем волна сжатия. Следовательно, при нормальном падении и отражении волны напряжений от грани кристалла абсолютные значения их давлений должны как минимум удваиваться. В этом случае возникает ситуация, когда результирующие напряжения будут превышать предел прочности на разрыв. При этом продолжительность действия сопряженных волн напряжения как функции амплитуды напряжения должна быть одного порядка с размером кристалла. Поскольку изменение амплитуды волны подчиняется закону геометрического подобия, то при взрыве заряда размер кристалла, способного разрушится, будет функцией только напряжения.

Описанный механизм воздействия волн разряжения на массив кимберлитов может привести к разрушению до 45% алмазов. Причем наиболее подвержены разрушению крупные кристаллы алмазов. Данное обстоятельство в условиях взаиморасчета по дифференцированным ценам наносит ущерб алмазодобывающим предприятиям.

Поэтому, чтобы обеспечить достижение поставленной цели, т. е. повысить эффективность добычи алмазов за счет сохранения целостности крупных алмазов, необходимо устранить воздействие волн разряжения на массив кимберлитов. Требуется в зонах ценной руды (т. е. тех зонах, в пределах которых содержится максимальное число крупных кристаллов) переводить горную массу в кусковатое состояние безвзрывным способом. В связи с изложенным в предложенном изобретении ценная руда переводится на первой стадии в кусковатое состояние механическим рыхлением.

На второй стадии перевод руд высокой ценности в кусковатое состояние производится путем их разупрочнения в природных высокоминерализованных рассолах. Данный метод основан на экспериментально подтвержденном свойстве последних снижать прочность рудной массы в процессе контакта и взаимодействия последней с поверхностно-активными веществами. На поверхности горной породы в смачиваемой жидкости снижается энергия связи поверхностных частиц. Поэтому для разрушения породы требуется заметно меньше энергии. Добавление к смачиваемой жидкости поверхностно-активных веществ приводит к дальнейшему снижению энергии на разрушение горной породы в результате положительной адсорбции.

Проникновение растворов в горную породу осуществляется по капиллярам, микротрещинам и дефектам структуры. При этом основное влияние на разупрочнение оказывает перенос раствора в зоне вершин линейных дефектов (типа микротрещин). Капиллярам принадлежит роль подвода раствора к вершинам микротрещин, размеры которых сопоставимы с двойным электрическим слоем воды. Формирующаяся поверхность покрывается тонкими пленками, проникающими в породу до того момента, когда размер микротрещины становится меньше размера адсорбирующих частиц. Взаимодействие с породой интенсифицируется за счет температуры, внешних напряжений, особенностей химического состава раствора, вида структурных связей и удельной поверхности горной породы.

При этом время реагирования породы с раствором должно быть достаточным для формирования адсорбционных слоев, диффузионного проникновения растворов и структурных изменений породы.

Механизм воздействия на породу хлоридно-кальциевых рассолов базируется на следующих представлениях. При наличии в составе породы одновалентных катионов, ее разупрочнение растворами с катионами большей валентности достигается за счет гидратационных напряжений (увеличение объема прочносвязанной в породе воды). Насыщенная трехвалентными катионами порода снижает прочность при действии катионов с меньшей валентностью из-за ослабления структурных связей - уменьшения объема прочносвязанной воды.

При равенстве валентностей разупрочнение является следствием адсорбции растворителя. При этом интенсивное смачивание поверхности породы и насыщение макро- и микротрещин является одним из основных условий разупрочнения. Наиболее сильно влияют на разупрочнение растворы, родственные породе по химическому составу и строению, обеспечивающие компенсацию формирующихся при разрушении структурных связей.

Данное явление нашло экспериментальное подтверждение при обогащении проб руды, замачиваемых в природных водах хлоридно-кальциевого состава.

Исследование зависимости предела прочности кимберлитов на растяжение от срока пребывания их в рассолах показало, что интенсивное снижение прочности (в 1,5-1,8 раз) наблюдается в течение первых 10-15 дней. В этой связи необходимой операцией в предлагаемом изобретении является выдерживание разрыхленного массива руды в обводненном высокоминерализованными рассолами состоянии в течении не менее 15 дней.

Способ поясняется на примере открытой разработки коренного месторождения алмазов.

На фиг. 1 изображен план нижнего добычного горизонта карьера, на котором обозначены зоны руды различной ценности и показана операция проходки разрезного котлована в массиве руд низкой ценности; на фиг. 2 - операция перемещения руды бульдозером в разрезной котлован, предварительно заполненный природными высокоминерализованными рассолами.

Способ осуществляют следующим образом. В ходе открытой разработки месторождения ведут эксплуатационную разведку. В результате опробования керна разведочных скважин получают информацию о качестве кимберлитовых руд, содержании алмазов по классам крупности и физико-механических свойствах руд (крепости, пределу прочности на сжатие и пр. ). Например, на карьере тр. "Удачная" выделяют следующие зоны по пределу прочности на сжатие: сж. > 600 кг/см², сж. = 600-400 кг/см², сж. = 400-300 кг/см², сж. < 300 кг/см². Кроме того, выделяются зоны по ценности руд. Каждая из зон характеризуется средней ценой 1 т руды. Так, на карьере тр. "Удачная" принята следующая классификация руд по ценности: с > 100 руб. /т; с = = 50-100 руб. /т; с = 10-50 руб. /т.

На основании полученных данных эксплуатационной разведки известными методами геостатистики производят оконтуривание участков однородных по ценности и физико-механическим свойствам руд. Выделенные таким образом участки рудного тела являются основой для оконтуривания технологических зон. Технологические зоны руд низкой ценности отрабатывают экскаватором после предварительной буровзрывной подготовки.

Отработка массива руд высокой ценности 1 (фиг. 1) с пределом прочности на сжатие сж. < 400 кг/см² бурят и взрывают контурные скважины 2 с целью локализации взрывных нагрузок внутри зоны применения буровзрывных работ (БВР). Подготовку блоков за пределами массива 1 ведут с применением БВР. Параметры БВР выбираются, исходя из требуемой кусковатости горной массы. Высота выемочного слоя в зависимости от типа экскаватора составляет от 7 до 15 м. Например, при применении экскаватора ЭКГ-12,5 высота выемочного слоя составляет 15 м. После взрывания массива руд низкой ценности (с < 50 руб. /т) осуществляют проходку экскаватором 3 (фиг. 1) наклонной траншеи 4 (фиг. 1) и разрезного котлована 5 (фиг. 1) с отгрузкой руды на обогатительную фабрику. После этого разрезной котлован (в формуле: выработанное пространство) с помощью водоотливной установки 8 заполняют природными высокоминерализованными рассолами.

Перевод массива руд высокой ценности 1 в кусковатое состояние производят рыхлителями Д-9Б, установленными, например, на бульдозерно-рыхлительных агрегатах Д8-14ХЛ. После рыхления каждый слой (мощность слоя составляет 1,5-2,0 м) разрыхленной руды 6 перемещают бульдозером 7 в заполненный высокоминерализованным рассолом разрезной котлован 5. Минерализация хлоридно-кальциевых рассолов, располагающихся в локальных обводненных зонах карьера тр. "Удачная", составляет от 100 до 400 г/л, показатель кислотности изменяется в диапазоне рН 2,0-6,7. Выдерживают разрыхленную руду 9 в обводненном рассолами состоянии до разупрочнения (не менее не менее 15 сут). После разупрочнения руды в природных высокоминерализованных высушивают рудную массу и отгружают ее экскаватором на обогатительную фабрику.

Использование предложенного способа позволяет повысить эффективность селективной отработки алмазосодержащих руд за счет сохранения целостности крупных кристаллов алмазов и снижения себестоимости подготовки руды к обогащению. (56) Беляков Ю. И. Выемочно-погрузочные работы на карьерах. - М. : Недра, 1987, с. 208-212, прототип.

Формула изобретения

СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОЙ РАЗРАБОТКИ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ РУД, включающий оконтуривание участков, рыхление пород с формированием выработанного пространства, отгрузку рудной массы, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности добычи алмазов за счет сохранения целостности крупных алмазов путем разупрочнения алмазосодержащих руд высокоминерализованным рассолом, заполняют выработанное пространство высокоминерализованным рассолом, перемещают рудную массу в указанное пространство и выдерживают ее до разупрочнения, высушивают рудную массу, после чего производят отгрузку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2