Общая характеристика техногенного месторождения Тырныауз

Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках НИР.

Длительное время господствовал узкоотраслевой подход к добыче и переработке полезных ископаемых, поэтому задача комплексного использования рудной и нерудной составляющих минерального сырья на первое место при добыче руд цветных металлов не ставилась. Более того комплексность использования рудной составляющей длительное время находилась на низком уровне. Так на Тырныаузском месторождении до 1970 года попутные рудные компоненты, такие как медь и висмут, и благородные металлы не извлекались. После 1974 года попутно с вольфрамовым и молибденовым концентратами получали медно-висмутовый концентрат, в который извлекались Cu, Bi, Ag, Au. Однако извлечение основных компонентов вольфрама, молибдена, попутных Cu, Bi, Ag, Au осуществлялось не в полном объеме, что объясняется недостаточной изученностью локализации минеральных форм ценных компонентов в различных типах руд и отсутствием соответствующей технологии. На примере золоторудных месторождений видно, что за последние сто лет по мере совершенствования технологии отвалы перерабатывались неоднократно. Но при этом продолжается линия на полезное использование основных полезных компонентов.

Известны работы в частности Трубецкого К. Н., направленные на повышение экологической безопасности складирования руд. Эти работы по достигаемому результату можно разбить на три группы:

• 1. Первая группа — сущность технического решения состоит в том, что экологическая безопасность открытой разработки месторождений повышается за счет размещения вскрышных пород в заблаговременно созданном выработанном пространстве и уменьшения площади нарушаемых земель.
• 2. Вторая группа направлена на решение проблемы повышения сохранности руд, в частности относится к экологии и может быть использовано при складировании редкоземельных руд. Первоначально формируется антифильтрационное основание, затем отвальный массив из некондиционных редкоземельных руд в смеси с минералами-стабилизаторами геохимической обстановки, способствующими сохранению исходного качества руд. В необходимых случаях формируют слой из минераловстабилизаторов. Сформированный массив покрывают экраном. В период хранения горной массы минералы-стабилизаторы способствуют созданию такой геохимической обстановки в отвальном массиве, которая обеспечивает сохранение исходного качества руд.
• 3. Третья группа решает задачу внутриотвального обогащения и переработки руд. Известно решение относится к экологии и может быть использовано при складировании никельсодержащих некондиционных руд и пород. Первоначально формируется дренажный слой, затем обогащаемый слой из некондиционных никельсодержащих руд на основе минералов — осадителей никеля, преимущественно минералов с некомпенсированными зарядами слоев, после чего производят формирование выщелачиваемого слоя из никельсодержащих сульфидных пород. В период хранения горной массы в процессе гипергенеза происходит выщелачивание никеля из выщелачиваемого слоя и миграция никельсодержащих растворов в обогащаемый слой, где происходит сорбция никеля. В дальнейшем техногенные руды перерабатывают путем электродиализа, при силе тока 3 — 5мА. Если обогащаемый слой сформирован преимущественно из монтмориллонита, то производят выщелачивание никеля 3%-ным раствором соляной кислоты, предварительно удалив выщелачиваемый слой. После этого на обогащаемом слое снова формируют выщелачиваемый слой из никельсодержащих пород и осуществляют перераспределение металлов вновь. Подобное решение может быть использовано при складировании золотосодержащих руд. Штабель формируют следующим образом. На дренажном слое создают обогащенный слой из золотосодержащих некондиционных руд на основе пирита, затем формируют обогащенный слой из золотосодержащих руд на основе арсенопирита и халькопирита, после чего формируют выщелачиваемый слой из золотосодержащих пород. В период хранения при подаче реагентов из источника обеспечивается выщелачивание золота и его миграция в форме комплексов вниз. В обогащаемом слое на основе арсенопирита и халькопирита осаждаются анионные комплексы золота, в слое на основе пирита — катионные. Кроме того, известно решение, которое может быть использовано при складировании металлосодержащих пород. Формируют дренажный, обогащаемый, выщелачиваемый слои. Обогащаемый слой формируют из некондиционных золотосодержащих руд. Подают или кислые выщелачиваемые растворы, при этом обогащаемый слой формируют на основе минералов — концентраторов кислотного ряда, или щелочные растворы, при этом обогащаемый слой формируют на основе щелочных минералов — концентраторов золота. А также решение, которое может быть использовано при складировании некондиционных руд редких и редкоземельных металлов. На дренажном слое в центральной части осуществляют формирование обогащаемого слоя в виде усеченного конуса из некондиционных редкоземельных руд и покрывают его антифильтрационным экраном. Затем формируют внешний обогащаемый слой с приданием его поверхности уклона к центру.

После чего создают выщелачиваемый слой. При подаче кислых растворов происходит выщелачивание соответствующих редких металлов из выщелачиваемого слоя, их миграция и осаждение в обогащаемом слое. После чего разрушают экран на поверхности первого обогащаемого слоя и его создают на поверхности второго. Затем подают щелочные растворы, растворяющие другие редкие металлы, мигрирующие и осаждаемые в первом слое. После селективного перераспределения металлов осуществляют дифференцированную обработку обогащенных слоев. Этим коллективом авторов предложено решение, направленное на внутриотвальное перераспределение редких металлов и может быть использовано при складировании некондиционных руд редких и редкоземельных металлов. Первоначально формируют дренажный слой, затем первый обогащаемый и второй обогащаемые слои. Во второй слой закладывают электроды. Затем формируют выщелачиваемый слой. При подаче выщелачивающих растворов из источника происходит растворение редких металлов, причем одни образуют электронейтральные комплексы, другие мигрируют в виде катионов. В результате обеспечивается их дифференциация. Электронейтральные комплексы мигрируют в первый, а катионы, во второй обогащаемые слои, где и происходит их концентрация в пределах геохимических барьеров.

Другим направлением решения проблемы техногенных образований вокруг горно-обогатительных предприятий является использование выработанного пространства для складирования хвостов либо пустых пород.

Например, в условиях совместной разработки рудного месторождения подземные горные работы могут вестись камерными системами разработки с торцовым выпуском руды на подэтажные штреки.

В зависимости от физико-механических свойств руд и пород висячего бока работы могут вестись с опережающей выемкой верхнего или нижнего подэтажа. Одновременно на открытых горных работах в разработку вовлекают некондиционные (по содержаниям вредных примесей) руды, которые перепускают на подземный рудник и подают в выработанное пространство по мере его формирования. Подачу некондиционной рудной массы в выработанное пространство осуществляют по мере формирования обнажения и выпуска кондиционной руды на подземные выработки под некондиционной массой. Объединением в выработанном пространстве некондиционных по содержанию вредных компонентов руд с карьера и не вовлеченных в подземный выпуск кондиционных (потерянных) руд обеспечивают формирование нового, более высокого технологического сорта руды.

При этом проседание разрыхленного, вновь сформированного технологического сорта руды в выработанном пространстве постоянно и своевременно устраняют подачей некондиции.

Горноподготовительные работы ведут одновременно на всех подэтажах. Отработку открытыми и подземными работами осуществляют на всю мощность рудного тела в отступающем порядке по простиранию.

Введение

очистных работ совмещают с закладкой выработанного пространства. В качестве закладочного материала применяют не используемую в настоящее время в шихте переработки некондиционную рудную массу, извлекаемую открытым способом, но пригодную к обогащению. Ограничение подачи в переработку отдельных типов руд вызвано требованиями обогащения.

По мере подземной отработки рудного тела закладку подают в очистное пространство через подземные закладочные выработки или непосредственно с карьера (при вскрытии части рудного тела открытыми работами). При ведении закладочных работ с поверхности необходима увязка выпуска и закладки с развитием открытых горных работ. По мере опускания рабочих горизонтов карьера на уровень отработанных подземным рудником и заложенных закладкой участков начинают этап повторной отработки открытым способом оставленных запасов, представляющих собой новый технологический сорт руды.

Повторная отработка ведется на всю мощность рудного тела после выемки активных запасов кондиционной руды подземными работами. При повторной разработке оставленных запасов открытым способом производят дополнительное усреднение рудной массы по качеству, что обеспечивает вовлечение в переработку некондиционных руд.

Таким образом, применение данного технического решения обеспечивает:

безопасное и бесперебойное ведение открытых горных работ непосредственно над добычными блоками подземного рудника;

решение проблемы складирования некондиционных руд, сдерживающих в стесненных условиях нагорного карьера продвижение фронта работ;

формирование нового технологического типа руд путем смешивания потерянных руд на подземном руднике и некондиционных руд карьера;

высокие показатели возврата потерь на подземном руднике.

При этом еще раз необходимо подчеркнуть важность накопления и своевременного использования достоверной информации по процессу добычи закладочного материала, выпуску руды на подземном руднике, закладке выработанного пространства. Очень важно отслеживать качественные характеристики нового технологического типа руды, для этого целесообразно создать специальную информационную технологию.

В качестве закладочного материала в данном случае можно использовать амфиболовые роговики. Как уже отмечалось, доля амфиболовых роговиков в общей шихте не должна превышать 20%. Кроме того, данный тип руд (в силу среднего уровня контрастности) не является идеальным для кусковой сортировки. Учитывая последующую повторную добычу вновь формируемого нового технологического типа руд, уровень потерь и разубоживания при подземной добыче оптимизируется по критерию максимума дисконтированного дохода. Высокий уровень потерь и низкое разубоживание при подземной добыче обеспечивает высокие показатели работы подземного рудника и хорошее качество вновь сформированного технологического типа руд для повторной разработки. В конечном счете, обеспечивается лучшее извлечение руд из недр и большая эффективность совместной разработки.

На подземных работах в качестве закладочного материала может выступать хвостовой продукт кусковой сортировки. Весьма показательным может быть пример использования в качестве закладочного материала хвостов сепарации скарнированных мраморов. Скарнированные мраморы центра содержат жилы скарна от 0.5 до 1.5 метра. Содержание шеелита в скарновой части на порядок превышает среднее содержание по руде. Скарны центральной части месторождения легко обогащаются, при этом достигаются максимальные показатели извлечения. Данный район насыщен подземными горными выработками, пройденными в разное время в устойчивых крупноблочных породах. Выработки прекрасно сохранились. Таким образом, затраты на горнопроходческие работы минимальны. Установка рентгенолюминесцентной сепарации имеет компактные размеры и может располагаться в специальной камере в непосредственной близости от выпускных выработок отрабатываемых блоков. Обогащенный продукт сепарации направляется в рудоспуск, а хвосты сепарации на закладку отработанного блока на нижележащем горизонте. Мраморы являются отличным закладочным материалом.

При попадании влаги мраморы довольно быстро слеживаются, приобретая прочностные свойства, сопоставимые с твердеющей закладкой. Выделение большей части хвостов (80−90%) на стадии горных работ с размещением их в отработанном пространстве подземного рудника снижают вредное воздействие на окружающую среду, снижают затраты на измельчение, обогащение руды и содержание хвостохранилища.

Кроме того, удаление на стадии кусковой сортировки мраморной составляющей обеспечивает рост извлечения полезных компонентов при обогащении. В зависимости от удельного веса предварительной сортировки в общем объеме добычи уровень затрат на производство концентрата снижается в 1.45−1.8 раза.

Способ осуществляют следующим образом:

Запасы разносортных руд, имеющих общий контакт, разрабатывают блоками. Каждый блок по линии контакта АА разделен на два массива разносортных руд. Горные работы ведут одновременно в группе, по меньшей мере, из трех этажей. Каждый блок подготавливают проходкой доставочных, буровых и выпускных выработок.

На каждом этаже в каждом блоке отбойку рудного массива осуществляют в две стадии. На первой стадии отбивают массив I высокосортных руд до контакта с массивом низкосортных руд. Отбитую горную массу выпускают с образованием выработанного пространства 3 предельной по условиям устойчивости ширины. Образованное выработанное пространство закладывают, формируя зажимающую среду. Во вторую стадию отбивают массив II низкосортных руд на сформированную зажимающую среду. Ширину b2 отбойки определяют из соотношения (1).

где b1 ширина выработанного пространства, образованного в нижележащем этаже отбойкой массива высокосортных руд;

Кр коэффициент разрыхления низкосортных руд;

коэффициент извлечения полезного ископаемого из низкосортных руд при предварительном обогащении;

Кр коэффициент резерва.

Значение коэффициента резерва в зависимости от крупности дробления руды, ее влажности, пористости и глубины разработки изменяется в пределах от 1,0 до 1,5.

Отбитую во вторую стадию горную массу выпускают под обрушенными породами и предобогащают на горизонте откатки 5. В результате предварительного обогащения выделяют хвосты и обогащенную часть.

Порядок ведения горных работ в каждой группе из трех этажей следующий.

После отбойки массива высокосортных руд в среднем этаже производят одновременную отбойку массива низкосортных руд в верхнем этаже и массива высокосортных руд в нижнем этаже. Затем после предобогащения низкосортной горной массы верхнего этажа выделенными хвостами 7 закладывают образованное в результате отбойки массива высокоценных руд выработанное пространство среднего этажа. Выделенную в результате предобогащения обогащенную часть объединяют (шихтуют) с отбитой горной массой 6 высокоценных руд нижнего этажа. На поверхность выдают объединенный поток горной массы.

В зависимости от типа некондиционных руд ограничивается область их использования. Использование некондиционных руд в качестве закладочного материала должно быть обосновано. Обосновывается не только качество закладочного материала, но и технология, обеспечивающая формирование этого качества некондиционных руд. Важнейшим компонентом этой технологии является информационная поддержка проектного и инженерного обеспечения. Для соблюдения рациональных, заданных параметров закладочного материала должны проводиться опробование, селективная отбойка и выемка.

Использование некондиционных руд для закладки выработанного пространства на подземном руднике позволяет решать задачи:

совмещения открытых и подземных работ в одной вертикальной плоскости;

увеличения активных площадей на карьере;

повышения эффективности повторной разработки ранее потерянных руд.

Известны решения, предусматривающие использование выработанного пространства для размещения хвостов переработки, кроме того, решение позволяет частично отработать межкамерные целики. Так, например, [11], 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. Целью решения является снижение потерь полезных ископаемых за счет отработки целиков повторными камерами, снижение финансовых затрат на создание хвостохранилища, транспортировку отходов производства в хвосты и использование оборотной воды.

Использование хвостов обогащения для закладки выработанного пространства обеспечивает, кроме того, доизвлечение ценных компонентов методом выщелачивания, комплексное освоение 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.

Особый интерес представляют работы о природно-техногенной эволюции минерального вещества, но, к сожалению, данные работы выполнены в основном для железорудных месторождений. Практический интерес представляет эволюция рудной и нерудной полезной составляющей связанная с направлениями практического полезного использования.

Эффективность открытых горных разработок повышается и за счет комплексного использования минерального сырья, добытого попутно в ходе заблаговременной отработки близлежащих месторождений или залежей с целью создания выработанного пространства для укладки вскрышных пород.

Направление совершенствование отвалообразования путем предварительных подготовительных работ для организации отвалообразования с целью:

Внутриотвального обогащения для последующей разработки и извлечения полезных компонентов. Недостатком данных методов является ориентация их, прежде всего на единичный ценный компонент для последующего извлечения и не предполагают полного использования рудной и нерудной составляющей минерального сырья. Многократная переработка техногенных образований, связанная с многократным перемещением техногенной массы, наносит многократно больший вред окружающей среде.