Обоснование параметров горнотехнических систем при комплексном освоении территориально рассредоточенных жильных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.21, доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич

• Глотов, Валерий Васильевич
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗАЛЕГАНИЯ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1. Общая характеристика жильных месторождений.

1.2 Горно-геологические особенности жильных месторождений, влияющих на выбор технологических параметров.

1.2.1. Присутствие глинистых минералов.

1.2.2. Изменчивость мощности и угла падения жил.

1.2.3. Неравномерность оруденения.

1.2.4. Естественные полости.

1.2.5. Зоны окисления сульфидных руд.

1.3. Организационно-технологические факторы.

1.3.1. Территориальная удаленность от промышленных объектов.

1.3.2. Пространственная рассредоточенность жил по площади рудного поля.

1.3.3. Достоверность информации о подсчитанных запасах и среднем 27 содержании полезного компонента в жилах.

1.3.4. Группировка жильных месторождений.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ.

2.1. Жильные месторождения рудного золота.

2.2. Жильные месторождения вольфрама.

2.3. Жильные месторождения олова.

2.4. Жильные месторождения молибдена.

2.5. Жильные месторождения флюорита.

2.6. Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОСВОЕНИЯ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

3.1. Организационно-технологические схемы освоения жильных месторождений.

3.2 Определения рациональных размеров шахтных полей.

3.3. Определение оптимальных объемов добычи руды из отдельных рудных тел.

3.4. Определение границы перехода с открытых горных работ на подземные.

3.5. Выводы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СПОСОБА ВСКРЫТИЯ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

4.1. Особенности вскрытия жильных месторождений.

4.2. Типовые схемы вскрытия месторождений.

4.3. Выбор шага вскрытия, нормативы вскрытых запасов.

4.4. Методические принципы вскрытия жильных месторождений.

4.5. Критерий экономической оценки вариантов вскрытия.

4.6. Выводы.

5. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ГЛИНИСТЫХ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

5.1. Современное состояние технологии разработки месторождений глинистых руд.

5.2. Моделирование процесса выпуска руды из магазина.

5.3. Проведение лабораторных исследований.

5.4. Аналитические обоснования параметров технологии разработки глинистых руд.

5.4.1. Исследования физических характеристик глины.

5.4.2. Определение потребного количества воды для перевода глины в состояние текучести.

5.4.3. Исследование фильтрации воды через замагазинированную

РУДУ.

5.4.4. Обоснование параметров оросительной системы.

5.5. Опытно-промышленные испытания технологии разработки глинистых жил.

5.6. Выводы.

6. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ЖИЛ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

6.1. Обоснование параметров системы разработки тонких крутопадающих жил с изменчивой мощностью.

6.2. Обоснование параметров технологии разработки жил с естественными полостями.

6.3. Обоснование параметров разработки жил окисленных руд. 246 6.4 Выводы.

7. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ЧИСЛА СТАДИЙ ПЕРАБОТКИТИ РУДЫ НА ПОУ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЦОФ.

7.1 Основные признаки, характеризующие передвижные обогатительные установки.

7.2. Классификация ПОУ.

7.3. Методика определения оптимального числа стадий переработки руды на ПОУ.

7.4. Экономико-математическая модель выбора рационального места расположения ЦОФ при групповой схеме разработки жильных месторождений.

7.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров горнотехнических систем при комплексном освоении территориально рассредоточенных жильных месторождений»

Актуальность работы. Минерально-сырьевые ресурсы, представленные пространственно рассредоточенными жилами самых различных видов полезных ископаемых, весьма значительны. На периферии крупных жильных месторождений, по разным оценкам, находится большое количество обособленных или сосредоточенных в группах с небольшими запасами, но богатыми по содержанию полезного компонента жил.

Жильные месторождения обычно удалены на значительное расстояние от перерабатывающих промышленных объектов, рассредоточены по площади рудного узла, слабо разведаны и поэтому имеют низкую достоверность результатов подсчета запасов руды и содержания полезных компонентов. Они отличаются высокой изменчивостью - мощности и угла падения жил, присутствием в коре выветривания вторичной (окисленной) сульфидной руды, глинистых материалов, естественных пустот. Технология разработки этих месторождений обусловлена более жесткими требованиями к повышению полноты извлечения и качеству добываемой руды.

Главными сдерживающими факторами интенсивного освоения пространственно рассредоточенных жил является отсутствие современной, адаптированной к условиям рыночной экономики научно методической базы расчетов, критериев принятия решений как на предпроектной стадии, так и при выборе оптимальных технологических параметров, учитывающих горногеологические особенности этих месторождений. Не разработаны организационно-технологические схемы освоения пространственно рассредоточенных жил, не определены области применения модульных обогатительных установок.

Поэтому исследования, направленные на научно-методическое обоснование совокупности проектных и технологических решений, позволяющих с высокой эффективностью осваивать жильные месторождения полезных ископаемых подземным способом, позиционируются как весьма актуальные. Практическое разрешение диктуется реальными потребностями проектных работ и необходимостью принятия рациональных технологических решений на действующих горных предприятиях с подземной добычей руды.

Цель работы - обоснование параметров горнотехнических систем, при комплексном освоении территориально рассредоточенных жильных месторождений подземным способом.

Основная идея диссертации — повышение эффективности подземной разработки жильных месторождений достигается при вовлечении их в эксплуатацию посредством интеграции в территориальные группы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплекс методов исследований, включающий анализ научного уровня обоснований технологических решений и практического опыта, системный технико-экономический анализ, аналитические исследования, методы исследования операций, математической статистики и теории вероятностей, экономико-математическое моделирование, физическое моделирование и опытно-промышленные эксперименты.

Основные научные положения, представляемые к защите:

1. Интеграция жильных месторождений в территориальные группы должна проводиться на основе дифференцированного анализа каждого из рассматриваемых жильных месторождений с выявлением специфических особенностей и факторов, которые при совокупной оценке обеспечивают эффективность их вовлечения в эксплуатацию.

2. Территориальные группы формируются независимо от доминирующего вида полезного ископаемого, по обособленному месторождению индивидуальная рентабельность может быть отрицательной, но не ниже 10. 15 %, а радиус удаления от базового центра перерабатывающих производств составлять не более 45-50 км.

3. Параметры горнотехнических систем при освоении интегрированных групп жильных месторождений следует устанавливать на основе аналитических расчетов, учитывающих вероятностные характеристики запасов руды и содержание полезного компонента, местоположение объектов относительно перерабатывающих производств и связывающих их транспортных схем.

4. В случае комплексного освоения, при комбинированной разработке одной или нескольких жил, входящих в интегрированную для освоения территориальную группу, установление рациональной глубины перехода от открытого к подземному способу добычи, на каждой из них, следует определять по критерию максимизации совокупного чистого дисконтированного дохода от разработки всех жил, при этом его величина должна иметь положительное значение.

5. Оперативное управление, выбор системы разработки и обоснование её рациональных параметров, обеспечивающих полноту извлечения и качество добываемой руды, должны проводиться с учетом моделирования производственных процессов очистной выемки, отражающих изменение мощности жил от 0,03 до 2,0 м, наличие естественных подземных полостей с параметрами до 100 м по простиранию, 50 м по падению и 2 м по ширине, а также факторов, влияющих на выпуск рудной массы из блока.

6. При проектировании геотехнологических систем, повышение эффективности эксплуатации жильных месторождений на 20.25 % достигается путем оптимизации числа стадий переработки руды на передвижных обогатительных установках (ПОУ) с учетом выбора места расположения центральной обогатительной фабрики (ЦОФ) за счет минимизации затрат на 17.20 % по транспорту руды до ЦОФ и концентрата до железнодорожной станции.

Обоснованность и достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием современных методов исследований, представительным объёмом статистического материала, логической непротиворечивостью и сходимостью результатов теоретических исследований и проектных разработок с фактическими данными, коэффициентом корреляции 11=0,6. 0,9, положительными результатами апробации и внедрения рекомендаций в проектах при разработки жильных месторождений с высоким экономическим эффектом.

Научная новизна работы:

- обоснованы организационно-технологические схемы освоения пространственно рассредоточенных групп жильных месторождений -обособленная, групповая, централизованная и комбинированная, отражающие их расположение и присутствие на ограниченной территории горнодобывающего предприятия;

- установлены критерии и разработана методика определения границы перехода с # открытого способа на подземный, при комбинированной разработке групп пространственно рассредоточенных жильных месторождений;

- разработана экономико-математическая модель, определяющая взаимосвязь между параметрами шага вскрытия жил и нормативом вскрытых запасов;

- обоснована методика определения рациональных размеров шахтных полей с учетом вероятностных характеристик исходных данных о запасах руды в жилах и среднем содержании полезного компонента в руде;

- обоснована методика определения рациональной последовательности разработки жил в пределах обособленной группы, позволяющая повысить эффективность их освоения; г

- установлены закономерности изменения прибыли на 1 т балансовых запасов от изменчивости мощности жилы при различных содержаниях полезного компонента в руде и вмещающих породах, количества пережимов и относительной высоты одного пережима, вероятной цены за 1 г золота или 1 т концентрата; создана экономико-математическая модель выбора места расположения центральной обогатительной фабрики и методика определения оптимального числа стадий переработки руды на передвижных обогатительных установках.

Научное значение диссертации заключается в создании методологии проектирования эксплуатации жильных месторождений, обосновании рациональных горно-технологических параметров, прогрессивной технологии разработки жил содержащих глину, жил с изменчивой мощностью, приконтурных запасов естественных полостей.

Практическое значение результатов исследований:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных способов вскрытия групп жильных месторождений;

- разработана методика выбора рационального шага вскрытия крутопадающих жил расположенных в равнинной местности;

- предложена методика расчета параметров системы орошения отбитого глинистого рудного массива при выпуске руды из узких магазинов;

- предложена методика выбора рациональных параметров системы разработки жил с невыдержанной мощностью, позволяющая избирательно разрабатывать жилу с гибким переходом от системы с магазинированием к системе с раздельной выемкой, повышающая полноту и качество извлечения руды из недр.

Реализация работы. Предлагаемые методики и технологии освоения жильных месторождений Восточного Забайкалья использованы при составлении технических проектов и технико-экономических обоснований на эксплуатацию более 20 жильных месторождений. Суммарный годовой экономический эффект составил 51831 тыс. руб. Результаты исследований использованы при разработке программы развития и использования минерально-сырьевых ресурсов Забайкальского края до 2010 г и на перспективу (Государственный регистрационный № 43-02-11/1) под руководством и при непосредственном участии автора.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались и получили одобрение на научно-технических советах

ЗабайкалцветметНИИпроект, ЗабНИИ, ЗабНТгео, Забайкалзолотопроект, Промышленной компании «Кварц», ЗАО «Восток», ООО «Светоч», на научных конференциях в институтах УРАН ИПКОН, МГТУ, РУДН (г. Москва), Санкт-Петербургском ГУ, ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск), ГУЦМиЗ (г. Красноярск), ЧитГУ (г. Чита), научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (г. Москва, МГГУ 2003-2009 гг.).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 22 научных работы, получены 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 108 рисунков, 45 таблиц и состоит из введения, семи глав, библиографического списка из 162 наименований.

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы проектирования горно-технических систем», Глотов, Валерий Васильевич

7.5. Выводы

1. Разработана методика выбора оптимального числа стадий переработки руды на передвижных обогатительных установках, позволяющая на 20-25 % повысить экономическую эффективность освоения жильных месторождений.

2. Предложена экономико-математическая модель выбора рационального места расположения ЦОФ по критерию минимума дисконтированных затрат на транспорт руды до ЦОФ и концентрата до железнодорожной станции, позволяющая повысить инвестиционную привлекательность проекта разработки жильных месторождений по критерию ЧДЦ на 17-20%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические решения по рациональному освоению жильных месторождений полезных ископаемых подземным способом, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие горнорудной промышленности России.

Основные научные выводы и рекомендации, полученные лично автором, заключаются в следующем:

1 Обоснован высокий потенциал развития горнодобывающей промышленности Восточного Забайкалья за счет вовлечения в эксплуатацию жильных месторождений различных видов полезных ископаемых: около 1000 золоторудных объектов, 280 - вольфрама, 370 - олова, 570 -молибдена, 750 - флюорита, а также многочисленных месторождений редких и благородных металлов, полиметаллов. Выполнен анализ горногеологических условий залегания жильных месторождений и определены организационно-технологические факторы, оказывающие существенное влияние на обоснование технологических параметров.

2. Доказано, что экономическую оценку эффективности освоения группы жильных месторождений следует проводить с учетом пространственного расположения их между собой и относительно действующей центральной обогатительной фабрики по динамическому критерию - максимуму ЧДД. Выбор рациональных размеров шахтных полей в условиях территориальной разобщенности отдельных жил и прилегающих месторождений целесообразно определять методом вариантов. При этом в каждом варианте поочередно вводят в расчеты исходные данные по дополнительно включаемым в разработку запасам периферийных жил или соседних месторождений. ЧДД рассчитывают с учетом вероятностных характеристик исходной информации по запасам руды и среднего содержания полезного компонента.

3. Разработана методика определения границы перехода с открытых горных работ на подземные по критерию максимума совокупного ЧДД от открытого и подземного способов разработки месторождений, которая в наибольшей степени соответствует современным стандартам рыночной экономики.

4. Предложены перспективные схемы обособленного вскрытия жильных месторождений в гористой и равнинной местности. Разработана методика выбора рационального шага вскрытия с учетом природно-климатических и горно-геологических условий, горнотехнических и технологических факторов по критерию минимума дисконтированных затрат, учитывающая амортизационные отчисления на специализированные фонды, основные производственные фонды и транспортные средства.

5. Разработана методика для обоснования рациональных параметров технологии выпуска из очистных блоков замагазинированной глинистой руды с применением системы орошения и доведения глины до состояния текучести, позволяющая увеличить производительность труда в 1,6 раза и в 1,5 раза сократить потери руды. Установлены аналитические зависимости расчета потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, для перевода глины в текучее состояние. Получены формулы для расчета времени орошения глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе и вероятностная модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды. Разработана методика расчета параметров оросительной системы.

7. Разработаны методики, позволяющие определить рациональные области применения технологии выемки жил с изменчивой мощностью, в основу которой положен переход в местах пережима жилы от системы с магазинированием руды к системе с раздельной выемкой руды и породы и обратно - при восстановлении первоначальной мощности жилы, что повышает полноту и качество извлекаемой руды.

8. Для разработки жил ценного минерала в приконтурной зоне естественных подземных полостей предложена технология выемки жил путем заполнения полости отбитой рудой из верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа. Внедрение технологии в производство позволило сократить потери руды в 5.6 раз, снизить разубоживание руды на 25.30 % и сохранить кондиционные качества минерала.

9. Разработана методика выбора оптимального числа стадий переработки руды на передвижных обогатительных установках, экономико-математическая модель и компьютерная программа выбора рационального места расположения центральной обогатительной фабрики при групповой схеме освоения жильных месторождений.

10. Результаты выполненных исследований по 20 жильным месторождениям, в виде разработанных технологий, научно-методических положений, экономико-математических моделей, программ расчета на компьютерах использованы в технико-экономических обоснованиях и технических проектах ОАО «Ксеньевский прииск», ООО «Калангуйский плавшпат», ЗабНТГео, Промышленной компании «Кварц», ООО «Светоч», ЗАО «Восток» и др., а также при подготовке горных инженеров по специальности 130404.65 и экономистов - менеджеров по специальности 080502.65 в ГОУ ВПО Читинский государственный университет. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в современных ценах составил 51831 тыс. рублей.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич, 2009 год

1. Arthur С., Jordan D., Poole С., Davey R. Prfitable Small -scale mining by use of mobile proces equipment. Miner. Proces. And Exstr. Met. Pap.Int. Conf., Kunming, 27 Oct., 3 Nov., 1984. London, 1984, p. 195-204.

2. Australian subsidary for Noranda 271 // Horth.Mines 1985, - Vol. 71. - p. 1-6.

3. Comer exter, 1984, 34, №9, p. 844-848.

4. Dellinger D.A., Johnson F.L. John muir Wilderness, California // Geol. Surv. Profess. Pap. 1984, №1300 /1. - p. 266-269.

5. Heap leaching reviews Montana gold district. Inf. Circ. Bur. Mines US Der. Inter., 1986, №9059.

6. Hollaway J. The small -scale Mining sector in Africa; restructuring for profitability Natur. Resour. Forum., 1986, Vol. 10, №3, p. 293-297.

7. Japan's new gold mine // Austral Mining. 1986. - Vol.78, № 7, - p. 15 -17

8. Journal of the South Afican Institute of Mining and Meallurgy, 1965, May, Vol. 65, №10, p.523-550.

9. Metall bulletine, 23 May, 1986.

10. Mexicos Bergbau Setit auf edelmetalle // Nachr. Aussen hand. - 1984. -Vol. 47, №39.-p. 1-3.

11. Noetsaller R. Small -scale Mining // World Bank Technical Paper, №75, Industry and Finance Series. Washington. 1987. Vol. 23.P.74.

12. Pezende R.M. Panorama da mineracao Brasileira // Mineios, 1986. - Vol. 10, №112.-p. 68-71.

13. Ray S.C. A Decision model for Working small deposits. Proc. Indian Nat. Sci. Acad., 1984, - Vol. 50, № 5, p. 405-409.

14. Read J.J., Meinept L.D. Gold-bearing quartz vein mineralization at the big Hurran mine, Seward Peninsula, Alaska // Econ. Geol/ 1986. - Vol. 81 №7, -p. 1760-1774.15