Обоснование рациональной технологии формирования продуктивной зоны при открытой разработке техногенных россыпей Приамурья

Актуальность работы. Проблема добычи золота из россыпных месторождений в Российской Федерации и за ее пределами непосредственно связана с ухудшением минерально-сырьевой базы (снижением среднего содержания золота в песках, усложнением условий эксплуатации россыпных месторождений, вовлечением в отработку трудоемких россыпей глубокого залегания и сложного строения, освоение техногенных россыпных образований), что обуславливает неудовлетворительные технико-экономические показатели добычи золота.

По оценкам специалистов, потенциал ресурсов техногенных россыпей достаточно велик. В золотодобывающих районах скопились значительные объемы золотосодержащего материала отвального комплекса — миллиарды кубических метров галечных, эфельных отвалов, торфов и перебуторов. Средние содержания золота в отвальном комплексе являются в основном кондиционными по современным экономическим требованиям и даже могут быть сопоставимы с содержанием в целиковых россыпях, поэтому они могут быть использованы для повторной отработки.

Несмотря на тот факт, что техногенные россыпные месторождения, представленные преимущественно отвальным комплексом, являются весьма значительным резервом минерально-сырьевой базы благородных металлов, их освоение осложняется тем, что ценные компоненты в массиве находятся в хаотическом, рассеянном состоянии, и их добыча связана со сплошной переработкой всего объема пород, что зачастую является нерентабельным в связи со значительными материальными и финансовыми затратами. Поэтому проблема создания эффективного способа освоения техногенных россыпей с формированием продуктивной зоны песков, т. е. решение проблемы направленной миграции и концентрации золота, а, следовательно, и возобновляемости запасов, носит фундаментальный характер, является весьма актуальной и имеет большое народнохозяйственное значение.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетными темами ИГД ДВО РАН 2006;2011 гг.: «Развитие научных основ и способов геотехнологии освоения рудных, россыпных и угольных месторождений» (ГР № 01.2.006 13 509), «Разработка научных основ создания высокоэффективных геотехнологий освоения месторождений твердых полезных ископаемых Дальневосточного региона России» (ГР № 12 009 953 152) — по конкурсному проекту ДВО РАН (раздел III группа В — фундаментальные исследования молодых ученых) «Научное и технологическое обоснование структуры горно-подготовительных работ при формировании продуктивного пласта техногенной россыпи» (2009 г.).

Объект исследования: горно-геологические и горнотехнические характеристики и особенности строения техногенных россыпных месторождений Приамурья.

Предмет исследования: влияние природных и технологических процессов на минеральную массу техногенных россыпных месторождений.

Основная идея работы состоит в использовании установленной закономерности процесса миграции частиц золота воздействием природных факторов для формирования продуктивной зоны техногенных россыпных месторождений.

Целью диссертационной работы является развитие теоретических положений и разработка эффективной технологии освоения техногенных россыпных месторождений на основе формирования их продуктивной зоны.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния освоения техногенных россыпных месторождений и их ресурсной базы.

2. Разработать методики экспериментальных работ по исследованию влияния криогенных процессов и воздействия безнапорных потоков воды на эффективность процессов формирования продуктивной зоны техногенной россыпи.

3. Выполнить лабораторные и натурные (в природных условиях) экспериментальные исследования влияния криогенных процессов и воздействия безнапорных потоков воды (независимо друг от друга и в комплексе) на эффективность процессов формирования продуктивной зоны техногенной россыпи.

4. Обосновать параметры процесса суффозии в выделенных блоках породных отвалов при воздействии безнапорных потоков воды.

5. Разработать математическую модель оптимизации параметров горноподготовительных работ для формирования продуктивной зоны техногенных россыпей.

6. Предложить технологию формирования продуктивной зоны техногенных россыпей.

Методы исследований: анализ литературных и патентных источников, теоретические обобщения и оценка технологических решений при разработке россыпейпроизводственные и лабораторные эксперименты по определению рациональных параметров исследуемых процессов, обработка данных с использованием программ математической статистики.

Защищаемые научные положения:

1. Закономерности влияния криогенных процессов и безнапорных потоков воды на характер и интенсивность миграции ценных компонентов в техногенных россыпях.

2. Методика оценки суффозионных свойств техногенных россыпных месторождений.

3. Зависимость параметров горно-подготовительных работ и безнапорных и 1 и потоков технологической воды от характеристик фильтрационных свойств горной массы при формировании эксплуатационных блоков.

Достоверность научных положений обеспечивается использованием современных методов исследований и обработки экспериментальных данных, большим объемом лабораторных и промышленных экспериментальных работ, высокой сходимостью их результатов.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Установлены закономерности миграции ценных компонентов в техногенной горной массе россыпей под воздействием циклов «Проморозки-Протаивания» (П-П) и безнапорных потоков воды.

2. Разработана методика и определены суффозионные свойства техногенной горной массы россыпных месторождений.

3. Разработана математическая модель определения параметров горноподготовительных работ при формировании зон концентрации ценных компонентов, на основе которой установлены рациональные размеры эксплуатационных блоков и эффективные значения объемов безнапорных потоков технологической воды в зависимости от вещественного состава горной массы и ее гранулометрии.

4. Обоснован процесс формирования зон концентрации ценных компонентов в зависимости от воздействия криогенных процессов и безнапорных потоков воды в аллювиальной горной массе техногенных россыпей.

5. Научно обоснована ресурсосберегающая технология формирования продуктивной зоны техногенной россыпи.

Практическая значимость работы:

1. Обоснована экономическая и социальная эффективность, экологическая безопасность вовлечения в эксплуатацию важнейшего резерва сырьевой базы россыпной золотодобычи — техногенных россыпных месторождений благородных металлов.

2. Разработан состав и порядок проведения экономичных горноподготовительных работ для подготовки техногенного россыпного месторождения к освоению.

3. Созданная ресурсосберегающая технология формирования продуктивной зоны техногенной россыпи позволит вовлекать в эксплуатацию техногенные объекты россыпей, ранее являющиеся нерентабельными.

4. Разработка отвальных комплексов природных россыпей существенно улучшит экологическое состояние природной среды.

Личный вклад автора:

— сформулированы цели и задачи исследований, разработаны методики лабораторных и промышленных экспериментальных работ;

— осуществлены лабораторные и промышленные экспериментальные исследования процессов, влияющих на формирование зон концентрации ценных компонентов, выполнен анализ полученных результатов;

— выявлен характер суффозионности горной массы техногенных россыпных месторождений;

— разработана математическая модель расчёта оптимальных параметров горно-подготовительных работ при формировании продуктивных зон техногенных месторождений;

— научно обоснована технология формирования продуктивной зоны техногенных россыпей.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Геологические и технологические проблемы рационального освоения месторождений полезных ископаемых» (Хабаровск, 2007 г., 2009 г.), на I молодежной научно-практической конференции по проблемам недропользования, посвященной 45-летию ИГД УрО РАН (Екатеринбург, 2007 г.), на 4 Международной научной школе молодых ученых и специалистов: проблемы освоения недр в 21 веке глазами молодых (Москва, 2007 г.), на IV Всероссийской научной конференции с участием иностранных ученых (Хабаровск, 2011 г.), на XI краевой конкурс-конференция молодых ученых (г. Хабаровск, 2009 г.), на XIV краевом конкурсе молодых ученых и аспирантов Хабаровского края (г. Хабаровск, 2012 г.).

Реализация результатов работы. Основные результаты выполненных исследований в лабораторных условиях и на россыпных месторождениях («ООО Рос-ДВ», Хабаровский край) получили одобрение специалистов предприятия и приняты к внедрению.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что закономерности механизма миграции ценных компонентов в процессах формирования обогащенного пласта техногенной россыпи определяются промежуточными значениями величин критериев гравитационно-диффузионного и миграционного механизмов концентрации тяжелых минералов.

2. Определено, что миграция частиц золота происходит более интенсивно при увеличении количества циклов П-П. Криогенные процессы как самостоятельный фактор оказывают заметное влияние на миграцию золота только мелких классов крупности (-0,25 мм).

3. Выполнен анализ суффозионных свойств аллювиальных горных пород техногенных россыпных месторождений. Установлено, что практически все аллювиальные породы техногенных россыпей суффозионны, что является важным положительным фактором в технологии формирования обогащенного пласта.

4. Определены особенности расчета одного из основных показателей суффозионности аллювиальных пород техногенных россыпных месторождений — максимального диаметра фильтрационного хода горной породы в зависимости от соотношения сочетаний значений характерных диаметров горной породы для месторождений, отработанных открытым раздельным и подводным способами.

На основе анализа гранулометрического состава эфельных фракций техногенных россыпных месторождений получены уравнения регрессии, позволяющие определить максимальный диаметр фильтрационного хода горной массы в зависимости от характерных диаметров частиц породы.

5. Рассчитаны параметры фильтрационного потока, необходимого для создания в спланированном эфельном отвале процесса суффозии, обеспечивающего вынос частиц определенной крупности. Определены условия возникновения процесса суффозии.

6. На основе экспериментальных исследований с помощью методов математической статистики получены аналитические зависимости изменения зон концентрации золота различного фракционного состава в модельной аллювиальной горной массе техногенных россыпных месторождений под воздействием энергии безнапорных потоков технологической воды и при дополнительном влиянии криогенных процессов обводненной горной массы. Установлено, что при комплексном воздействии энергии безнапорных потоков воды и циклов П-П зона концентрации металла по глубине горной массы смещается вниз, увеличиваясь на 20−64% в сравнении с воздействием только энергии водного потока, а также происходит ее перемещение и по длине отвала, причем преобладающее влияние здесь оказывает преимущественно энергия безнапорного потока воды.

7. На основе натурных экспериментальных исследований установлено, что после воздействия на горную массу потока воды и ее проморозки в зимний период содержание золота в верхнем слое уменьшилось на 62% относительно исходного, в нижнем — увеличилось на 68,9%.

8. Уточнены характеристики отвальных комплексов техногенных россыпных месторождений при их разработке открытым и подводным способами. Определены операции горно-подготовительных работ с целью формирования безнапорного потока воды. Создан алгоритм расчета параметров ГПР при планировке отвального комплекса дражной разработки с учетом следующих требований: максимальное использование.

109 выработанного пространства, создание напора между потоками воды в водозаводной и аккумулирующей траншеях, зависящего от гранулометрического состава песков, содержания в них илово-глинистых фракций, коэффициента фильтрации, гидрологических и климатических условий местности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические решения и разработки, имеющие существенное значение для развития россыпной золотодобычи. На основе использования факта миграции частиц золота под воздействием природных процессов теоретически и экспериментально обоснована и разработана технология освоения техногенных россыпных месторождений.