Способ комплексного освоения месторождений полиметаллических руд

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к комплексному освоению и использованию недр месторождений полезных ископаемых. Способ включает подземную разработку месторождения камерными системами с твердеющей закладкой с последующей переработкой рудной массы на обогатительной фабрике. Он включает следующие этапы: сначала осуществляют выемку руды из камеры 4 первой очереди, отобранную из камер 4 первой очереди руду перерабатывают с получением концентрата и отвальных хвостов, хвосты перерабатывают в окатыши. Из полученных окатышей формируют два технологических потока: первый поток окатышей подвергают кучному выщелачиванию, второй поток окатышей выдерживают до набора требуемых механических характеристик. После завершения процесса выщелачивания окатыши первого технологического потока смешивают с вяжущим и водой с получением закладочной смеси, закладочную смесь направляют в камеры 4 первой очереди до их заполнения, после затвердевания закладочной смеси осуществляют выемку руды из камеры 5 второй очереди, упрочнение и подготовку днища данной камеры твердеющей смесью, приготовленной на основе отходов кучного выщелачивания, подачу в камеру окатышей второго технологического потока и последующее подземное выщелачивание упомянутых окатышей. Изобретение позволяет повысить полноту и комплексность освоения недр и обеспечить эколого-экономический эффект. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области горного дела и, в частности, к комплексному освоению и использованию недр месторождений полезных ископаемых.

В настоящее время месторождения полиметаллических руд осваивают по следующим технологиям: ведут добычу руды открытым и (или) подземным способами, выдают руду на поверхность, транспортируют на обогатительную фабрику и перерабатывают методами обогащения с получением концентратов и отвальных хвостов. На практике отвальные хвосты складируют в хвостохранилища. Эти технологии известны и повсеместно применяются.

На некоторых предприятиях при освоении месторождений бедные отвальные руды и отвальные хвосты частично используют в качестве материала для закладки подземных камер (В.Н.Калмыков, М.В.Рыльникова, Г.И.Бородин, В.К.Лукичев. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы при строительстве и эксплуатации производственных объектов ОАО «Учалинский ГОК» // Горный журнал. 2004. - №6. - С.31-36).

При этом из бедных руд и хвостов не извлекают ценные компоненты, которые безвозвратно теряются в выработанном подземном пространстве.

В литературе описаны технологии малоотходного горно-обогатительного производства на основе подземных комплексов. При этом хвосты обогащения используются для закладки выработанного пространства в виде гранул. Гранулы размещаются в выработанных камерах второй очереди и подвергаются выщелачиванию в будущем. Первичные камеры заполняются бетонами (Ю.Д.Шварц, Р.И.Семигин, И.С.Зицер, Д.С.Кутузов. Безотходное горно-обогатительное производство на базе подземных комплексов // Горный журнал. - 1992. - №5. - С.42-45).

Недостатками описанной технологии является сложность ее практической реализации, т.к. подземное пространство эксплуатируется определенное время, по истечению которого затопляется шахтными водами, и процесс выщелачивания в подземных условиях становится невозможным. Кроме этого, отсутствуют технические решения по ведению работ в камерах второй очереди при выщелачивании ценных компонентов.

Известен способ комплексного освоения и использования недр RU 2188945. В соответствии с данным способом на отработанном участке рудного поля определяют две группы камер для их закладки разделенными по фракциям отходами производства, определяют направление и последовательность закладки камер, поток отходов горного производства, направляемый в хвосты, разделяют на песковую и пульповую фракции, образуя закладочный материал, и каждый поток раздельно направляют в камеры, предназначенные для заполнения. При полном заполнении двух смежных разделенных целиком камер водонасыщенной песковой закладкой производят максимально допустимую по горным условиям устойчивости целика частичную отработку межкамерных целиков, образованных парами камер (вторичных камер), при этом фронт добычных работ продвигают по мере заполнения смежных пар камер закладочным материалом, частичную отработку целиков вторичными камерами ведут с отбойкой руды параллельными скважинами или веерами скважин из горизонтальных или восстающих выработок, кроме того, при отработке целиков вторичными камерами симметрично относительно их продольной оси вынимают долю запасов, равную по величине относительному приросту несущей способности целика за счет двухстороннего бокового распора от закладочного материала в заполненных камерах.

К недостаткам данного способа относится использование отходов горного производства, содержащих ценные компоненты в закладке. Такой подход ограничивает возможность использования техногенных отходов в качестве перспективных источников минерального сырья.

Задачей изобретения является повышение полноты и комплексности освоения недр при разработке месторождений полиметаллических руд с одновременным обеспечением высокого эколого-экономического эффекта от освоения месторождения.

Поставленная задача решается способом комплексного освоения месторождения полиметаллических руд, включающим подземную разработку месторождения камерными системами с твердеющей закладкой с последующей переработкой рудной массы на обогатительной фабрике, в соответствии с которым сначала осуществляют выемку руды из камеры первой очереди, отобранную из камер первой очереди руду перерабатывают с получением концентрата и отвальных хвостов, хвосты перерабатывают в окатыши, из полученных окатышей формируют два технологических потока, первый поток окатышей подвергают кучному выщелачиванию, второй поток окатышей выдерживают до набора требуемых механических характеристик, после завершения процесса выщелачивания окатыши первого технологического потока смешивают с вяжущим и водой с получением закладочной смеси, закладочную смесь направляют в камеры первой очереди до их заполнения и затвердевания, после затвердевания закладочной смеси осуществляют выемку руды из камеры второй очереди, упрочнение днища данной камеры твердеющей смесью, приготовленной на основе отходов кучного выщелачивания, подачу в камеру окатышей второго технологического потока и последующее подземное выщелачивание упомянутых окатышей.

В частных воплощениях изобретения после подземного выщелачивания в камеру второй очереди добавляют закладочную смесь до заполнения камеры.

Цикл операций повторяют.

Продуктивные растворы, полученные после кучного и подземного выщелачивания, перерабатывают в едином цикле.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Способ комплексного освоения месторождений полиметаллических руд представляет собой совокупность и строгую последовательность способов, процессов и операций воздействия на горный массив и рудную массу, которая до настоящего времени не была известна в горном деле.

Способ иллюстрируется чертежом, на котором изображена технологическая схема комплексного освоения месторождения полиметаллических руд.

Позиции обозначают следующее:

1 - вентиляционный ствол;

2 - вентиляционно-закладочный горизонт;

3 - вентиляционно-ходовой восстающий;

4 - камеры первой очереди;

5 - камеры второй очереди;

6 - доставочный штрек;

7 - траншейный орт;

8 - рудоспуск;

9 - массив окатышей;

10 - квершлаг;

11 - скиповой ствол;

12 - клетьевой ствол;

13 - обогатительная фабрика;

14 - закладочный комплекс;

15 - площадка кучного выщелачивания;

16 - рекультивируемый выработанный карьер:

Способ осуществляется следующим образом.

1. Разработку месторождения ведут подземным способом камерными системами с твердеющей закладкой выработанного пространства.

2. Добытую руду выдают на поверхность и перерабатывают на обогатительной фабрике с получением концентратов и отвальных хвостов, которые не сбрасывают в хвостохранилище.

3. Хвосты обогащения подвергают сгущению, фильтрации и сушке. Обезвоженные до влажности 3-5% хвосты подвергают окомкованию. При окомковании в состав шихты для окомкования вводят связующие добавки. Таким образом, в структуре обогатительной фабрики, перерабатывающей руды месторождений полиметаллических руд, проектируют цех окомкования. В результате окомкования в технологическом процессе обогатительной фабрики получают устойчивые при выщелачивании структуры (окатыши). Таким образом, вместо твердожидкой пульпы, ранее сбрасываемой в хвостохранилища из обогатительной фабрики, поступают окатыши.

4. Жидкая фаза хвостов обогащения, полученная в результате сгущения и фильтрации, не сбрасывается в окружающую среду, а локализуется в накопительных емкостях, расположенных на промплощадке обогатительной фабрики. Вода подвергается периодической очистке и используется в обороте обогатительной фабрики.

5. Окатыши, поступающие с обогатительной фабрики, делят на два технологических потока - первый и второй.

6. Первый технологический поток окатышей (до 63% от общего объема) непосредственно после окомкования направляют на специально подготовленные гидроизолированные площадки 15 вблизи от обогатительной фабрики и укладывают в штабели. Реализуют процесс кучного выщелачивания металлов из окомкованных хвостов. Для извлечения металлов используют кислые рудничные воды (подотвальные, шахтные, карьерные и др.), которые подкисляют серной кислотой. Производят контроль состава растворов в части:

- окислительно-восстановительного потенциала раствора Eh≥0,1 В;

- водородного показателя раствора рН≤2;

- содержания цветных, редких, благородных металлов и рассеянных элементов (кондиции устанавливают в зависимости от сорта перерабатываемой руды).

7. Производят переработку продуктивных растворов выщелачивания с извлечением широкого спектра цветных, редких, благородных металлов и рассеянных элементов. Для этого используют технологии ионообменной сорбции, экстракции, электролиза.

8. Готовой продукцией после переработки продуктивных многокомпонентных растворов в пределах горного предприятия являются: металлическая медь, жидкие коллективные концентраты сорбции других цветных, благородных и редких металлов, рассеянных элементов. Узел приготовления и переработки растворов выщелачивания входит в структуру обогатительной фабрики 13.

9. После завершения процесса кучного выщелачивания окатыши первого технологического потока из отработанной кучи направляют в объеме 20% на закладочный комплекс 14, где без каких-либо предварительных подготовительных операций смешивают с вяжущими веществами и водой в смесителе. Приготовленная таким образом закладочная смесь направляется по закладочной скважине в выработанное пространство подземных камер 4 первой очереди.

10. Производят полную закладку камер 4 первой очереди. Таким образом формируется прочный искусственный массив, основной частью которого являются отработанные окатыши после кучного выщелачивания.

11. После набора искусственным массивом нормативной прочности производится выемка руды в камерах 5 второй очереди. Для этого на всю длину камер 5 второй очереди проходят отрезную щель, обуривают массив веерами скважин, производят отбойку, выпуск и откатку рудной массы.

12. После завершения выемки руды в камерах 5 второй очереди формируется упрочненный несущий слой-днище камер, обеспечивающий устойчивость массива при подработке. Днище предназначено для формирования и выщелачивания массива окатышей в подземных условиях. Днище камеры формируется путем заполнения нижней части камеры твердеющей смесью, приготовленной на основе отходов кучного выщелачивания в объеме 1-5%.

13. После набора прочности днищем камеры его обуривают системой наклонных скважин диаметром 75-105 мм из траншейных ортов. Веера скважин располагают через 5 метров по всей длине камеры.

14. Скважины обсаживают трубами, выполненными из кислотостойкого материала, и соединяют с магистральным трубопроводом, который располагают по всей длине камеры в траншейном орте. Магистральный трубопровод служит для сбора и самотечной транспортировки продуктивных растворов по откаточному штреку в участковый водосборник.

15. Из участкового водосборника монтируют трубопроводы для обеспечения циркуляции продуктивных растворов. Подачу раствора на вышележащий горизонт для орошения камер второй очереди осуществляют погружным насосом из этажного зумпфа. Общая длина труб системы орошения определяется размерами блока.

16. Пластиковые трубы выполняют секторами, соединяющимися между собой муфтами, что позволяет их использовать после выщелачивания конкретной камеры для отработки остальных.

17. После завершения монтажа системы орошения в камеры из заездов вентиляционно-закладочного горизонта 2 с использованием машин метательного типа отсыпается слой кварцевого песка, толщиной 0,2-0,3 м, который служит искусственной постелью для дальнейшей отсыпки окатышей с целью предохранения их от раскола во время падения.

18. Второй технологический поток окатышей, поступающих с обогатительной фабрики, направляется на склад хранения окатышей. Хранение производится до набора требуемых механических характеристик в течение 60-90 суток. За это время окатыши становятся механически прочными, выдерживают ударные нагрузки при сбросе с высоты до 40 метров.

19. Окатыши, набравшие требуемые механические характеристики, загружают в вагонетки и по клетьевому стволу транспортируются в шахту. После перепуска на нижележащий горизонт окатыши доставляют погрузочно-доставочными машинами до заездов вентиляционно-закладочного горизонта и загружают в камеры 5 второй очереди. Отсыпку производят с обеих сторон заездов кольцевого штрека 6 до определенной отметки, пока окатыши рассыпаются под углом естественного откоса. Образующаяся при этом воронка засыпается с помощью машин метательного типа до горизонтального выравнивания слоя.

20. После формирования массива окатышей в камерах 5 второй очереди в заездах устанавливаются герметичные перемычки, за которыми размещаются разбрызгиватели растворов выщелачивания различного радиуса действия. Максимальное расстояние разбрызгивания равно половине длины камеры, минимальное - 0,5-1 метру.

21. Производят цикличное орошение массива окатышей, размещенных в выработанном пространстве камер второй очереди. Для орошения используют растворы состава, описанного в п.6. Сбор продуктивного раствора осуществляют по ранее смонтированной трубопроводной системе.

22. Насыщенный металлами раствор направляется в цех переработки растворов в едином цикле с растворами выщелачивания окатышей первого технологического потока.

23. После завершения подземного выщелачивания в подземных камерах производят демонтаж системы орошения, дозакладку незаполненного пространства твердеющей смесью, подаваемой с закладочного комплекса, имеющей тот же состав, который применяется для закладки камер первой очереди.

24. Излишний объем окатышей после кучного выщелачивания, оставшийся после закладочных работ в камерах 4, 5 первой и второй очереди, направляется для утилизации в выработанном пространстве карьера 16 либо при соответствии санитарным нормам может быть реализован в качестве дополнительной товарной продукции в строительную индустрию.

25. В дальнейшем цикл работ по добыче и обогащению руды, переработке отходов обогащения и продуктивных растворов выщелачивания, приготовления закладочной смеси и формирования искусственного массива в выработанном пространстве камер первой и второй очереди повторяется.

Способ комплексного освоения месторождений полиметаллических руд позволяет:

- повысить полноту и комплексность освоения месторождения;

- увеличить уровень извлечения полезных компонентов и обеспечить горно-добывающие предприятия дополнительной товарной продукцией;

- реализовать сухой, экологически безопасный способ кратковременного складирования отходов на специально подготовленных полигонах;

- контролировать качество складируемого сырья на выходе с обогатительной фабрики;

- использовать отходы кучного выщелачивания окатышей в качестве заполнителя твердеющей закладочной смеси для закладки первичных подземных камер;

- отказаться от строительства и эксплуатации хвостохранилищ.

Социальный эффект от внедрения технологии будет определяться:

- улучшением условий и обеспечением безопасности работ за счет формирования искусственных массивов с заданными механическими характеристиками;

- повышением полноты использования недр за счет дополнительной отработки запасов в оставленных целиках, а также за счет возможности снижения кондиций на руду при меньших затратах на ее добычу;

- улучшением состояния и внешнего вида территории вокруг промышленных объектов ввиду отказа от строительства и использования хвостохранилищ;

- улучшением состояния здоровья жителей горно-добывающих поселков за счет уменьшения миграции тяжелых металлов и вредных элементов в окружающую среду при их извлечении методами выщелачивания.

Реализация технологии позволяет получить экологический эффект за счет снижения загрязнения территории и миграции тяжелых металлов в окружающую среду.

1. Способ комплексного освоения месторождения полиметаллических руд, включающий подземную разработку месторождения камерными системами с твердеющей закладкой с последующей переработкой рудной массы на обогатительной фабрике, отличающийся тем, что сначала осуществляют выемку руды из камеры первой очереди, отобранную из камер первой очереди руду перерабатывают с получением концентрата и отвальных хвостов, хвосты перерабатывают в окатыши, из полученных окатышей формируют два технологических потока, первый поток окатышей подвергают кучному выщелачиванию, второй поток окатышей выдерживают до набора требуемых механических характеристик, после завершения процесса выщелачивания окатыши первого технологического потока смешивают с вяжущим и водой с получением закладочной смеси, закладочную смесь направляют в камеры первой очереди до их заполнения, после затвердевания закладочной смеси осуществляют выемку руды из камеры второй очереди, упрочнение и подготовку днища данной камеры твердеющей смесью, приготовленной на основе отходов кучного выщелачивания, подачу в камеру окатышей второго технологического потока и последующее подземное выщелачивание упомянутых окатышей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после подземного выщелачивания в камеру второй очереди добавляют закладочную смесь до заполнения камеры.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что цикл операций повторяют.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что продуктивные растворы, полученные после кучного и подземного выщелачивания, перерабатывают в едином цикле.