Обоснование стратегии и параметров рациональной разработки маломасштабных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич

• Глотов, Валерий Васильевич
• доктор технических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИЗУЧЕННОСТИ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ И ЗАРУБЕЖОМ.

1.1. Характеристика маломасштабных месторождений.

1.2. Малые горные предприятия.

1.3. Анализ отечественной и зарубежной практики разработки маломасштабных месторождений.

1.3.1. Общие положения.

1.3.2. Геологоразведочные работы и оценка маломасштабных месторождений.

1.3.3. Способы вскрытия и технологии разработки маломасштабных месторождений.

1.3.4. Организационные, финансовые и экономические аспекты освоения маломасштабных месторождений.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ.

2.1. Маломасштабные месторождения рудного золота.

2.2. Маломасштабные месторождения вольфрама.

2.3. Маломасштабные месторождения олова.

2.4. Маломасштабные месторождения молибдена.

2.5. Маломасштабные месторождения флюорита.

2.6. Географические и горногеологические особенности маломасштабных месторождений.

2.7. Выводы.

3. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ГОРНОТЕХНОЛОГИЧЕ СКИХ ПАРАМЕТРОВ ОСВОЕНИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

3.1. Стратегия освоения маломасштабных месторождений.

3.2. Организационно-технологические схемы освоения маломасштабных месторождений.

3.3. Определения рациональных размеров шахтных полей.

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

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

3.6. Выводы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВЫБОРА СПОСОБА ВСКРЫТИЯ МАЛОМАСШТАБНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

4.1. Особенности вскрытия маломасштабных месторождений

4.2. Типовые схемы вскрытия месторождений.

4.3. Шаг вскрытия, нормативы вскрытых запасов.

4.4. Методические принципы вскрытия маломасштабных месторождений.

4.5. Критерий экономической оценки вариантов вскрытия.

4.6. Выводы.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ 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 разработ- 195 ки 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. ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЖИЛ В СЛОЖНЫХ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.

6.1. Технология разработки тонких круто падающих жил с изменчивой мощностью.

6.2. Технология разработки жил с естественными полостями.

6.3. Технология разработки жил окисленных руд.

6.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование стратегии и параметров рациональной разработки маломасштабных месторождений»

Актуальность работы. Высокая эффективность освоения жильных месторождений, преимущественно представленных маломасштабными объектами, достигается за счет небольших капитальных вложений, короткого срока их окупаемости, минимальных затрат на создание инфраструктуры, а также применения простых схем вскрытия и технологии очистных работ.

Минерально-сырьевые ресурсы маломасштабных месторождений самых различных видов полезных ископаемых весьма значительны. По численности на одно крупное месторождение, по разным оценкам, приходится от 10 до 90 маломасштабных.

В экономически развитых странах на долю рудников, разрабатывающих маломасштабные месторождения, приходится более 80% горнорудных предприятий, по объёмам добычи полезного ископаемого их доля составляет 15-30%, в России она не превышает 1-2%, причем сосредоточены эти предприятия в основном в золотодобыче.

В природе маломасштабные жильные месторождения значительно удалены от действующих промышленных объектов, рассредоточены в пространстве, руды месторождений богаты по содержанию полезного компонента. Небольшая глубина залегания определяет наличие окисленной сульфидной руды, присутствие в жилах глины, естественных пустот, высокую изменчивость мощности жил, что существенно усложняет технологию очистных работ.

Главными сдерживающими факторами интенсивного освоения маломасштабных месторождений являются слабое методическое обеспечение выбора оптимальных горно-технологических параметров, а также отсутствие рациональных технологий разработки, учитывающих горно-геологические особенности этих месторождений.

В этой связи исследования, направленные на научно-методическое обоснование технологических решений по освоению маломасштабных месторождений полезных ископаемых подземным способом, позиционируются как весьма актуальные.

Целью работы является установление закономерностей изменения полноты и качества извлечения полезного ископаемого под влиянием комплекса природных и горнотехнических факторов для обоснования прогрессивных технологических решений, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность подземной разработки маломасштабных месторождений.

Основная идея диссертации заключается в реализации комплексного подхода к обоснованию направлений эффективного освоения маломасштабных месторождений, базирующегося на учете изменений морфологии рудных тел, физико-механических свойств компонентов рудной массы и возможности интенсификации её выпуска, снижения потерь и повышения качества извлекаемого полезного ископаемого.

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, выносимые на защиту:

1. Эффективность освоения группы маломасштабных месторождений повышается посредством максимизации чистого дисконтированного дохода с учетом пространственного взаимного расположения добычных участков и центральной обогатительной фабрики.

2. Орошение отбитой руды в очистном блоке и доведение по прогрессивной технологии имеющейся в блоке глины до текучего состояния способствуют интенсификации выпуска руды из магазинов в 1,6 раза и снижает потери руды в 1,5 раза за счет ликвидации зависаний и гребней межлюкового пространства.

3. Увеличение полноты и повышение качества извлекаемой руды при изменчивой мощности жил достигаются путем перехода от системы с магазинированием руды в местах пережима жилы к системе с раздельной выемкой и обратно при восстановлении первоначальной мощности по предложенной технологии разработки жильных месторождений.

4. Разработка жил ценного минерала в приконтурных зонах естественных подземных полостей путем заполнения их отбитой рудой верхнего подэтажа с последующей нисходящей выемкой запасов нижнего подэтажа позволяет снизить в 5-6 раз потери руды и разубоживание её на 2530%, создать пространство для ведения буровзрывных работ.

5. Полнота извлечения и качество добываемого ценного минерала из жильных месторождений окисленных сульфидных руд повышаются при использовании технологии выпиливания жил машинами с бесконечной тяговой цепью, обладающей специальными центральными и боковыми режущими инструментами с усилием разрушения, не превышающим величину сопротивления резанию вмещающих пород.

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, высокой степенью адекватности полученных зависимостей, коэффициентом корреляции 11=0,6.0,9, положительными результатами апробации и внедрения рекомендаций в проектах при эксплуатации маломасштабных жильных месторождений с высоким экономическим эффектом.

Научная новизна работы:

- предложена систематизация маломасштабных месторождений по геоморфологическим и геотехнологическим признакам;

- разработана методика определения границы перехода с открытого способа на подземный при комбинированной разработке маломасштабного месторождения;

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

- разработана методика обоснования оптимальных объемов подземной добычи руды из отдельных рудных тел маломасштабных месторождений, позволяющая повысить эффективность их освоения;

- установлены закономерности изменения прибыли на 1т 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 1г золота или 1т концентрата;

- установлена зависимость определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, от исходной влажности и количества глины для перевода её в состояние текучести;

- получены зависимости для определения времени орошения отбитого глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе;

- предложена вероятностная модель определения угла наклона движения воды в отбитой руде и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава руды; получены зависимости усилия резания боковых режущих инструментов от амплитуды колебания мощности жил и осевой податливости пружины.

Научное значение диссертации заключается в разработке методической базы, обосновании прогрессивной технологии освоения запасов маломасштабных месторождений, содержащих глину, с изменчивой мощностью жил, приконтурных запасов естественных полостей и окисленных сульфидных руд.

Практическое значение результатов исследований:

- разработаны рекомендации по выбору рациональных схем вскрытия маломасштабного месторождения;

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

- разработаны технологические решения по орошению глинистого отбитого рудного массива при выпуске руды из магазинов, позволяющие повысить производительность труда и снизить потери руды;

- разработаны рекомендации по реализации технико-экономической оценки группы маломасштабных жильных месторождений с учетом их пространственного взаиморасположения относительно центральной обогатительной фабрики;

- предложена технология разработки жил невыдержанной мощности, позволяющая избирательно разрабатывать жилу с гибким переходом в местах её пережима, от системы с магазинированием к системе с раздельной выемкой, повышающая полноту и качество извлечения руды из недр;

- разработана технология выемки жил, позволяющая добывать высокоценный минерал из приконтурных запасов естественных пустот;

- предложена технология выпиливания жил богатых окисленных руд, обеспечивающая высокие показатели извлечения полезного ископаемого из недр.

Реализация работы. Предлагаемые методики и технологии освоения маломасштабных месторождений Восточного Забайкалья использованы при составлении технических проектов, технико-экономических обоснований и при эксплуатации более 20 маломасштабных месторождений. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составил 49195 тыс. руб. Результаты исследований использованы при разработке программы развития и использовании минерально-сырьевых ресурсов Читинской области до 2010 года 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 ИПКОН РАН, МГГУ, РУДН (г. Москва), Санкт-Петербургском ГУ (г. Санкт-Петербург), ИГД ДВО РАН (г. Хабаровск), ГУЦМиЗ (г. Красноярск), ЧитГУ (г. Чита), научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (г. Москва, МГГУ 2003-2007г).

Публикации. По результатам научных исследований опубликована 41 научная работа, получены 2 авторских свидетельства и 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 306 страницах машинописного текста, содержит 113 рисунков, 49 таблиц и состоит из введения, шести глав, списка литературы из 162 наименований.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Глотов, Валерий Васильевич

6.4. Выводы

1. Разработана система с магазинированием руды и раздельной выем кой руды и вмещающих пород, позволяющая при эксплуатации жильных месторождений с изменчивой мощностью, в 1,3-1,5 раза сократить разубо-живание руды. Разработанные и реализованные в компьютерной программе расчета, методики выбора рациональной системы разработки для жил, в том числе с изменчивой мощностью, рекомендованы проектным организациям.

2. Разработана и обоснована технология разработки жил с естественными полостями посредством заполнения их рудой, предварительно отбитой на вышележащих подэтажах, позволяющая в 5-6 раз сократить потери руды, на 25-30% снизить разубоживание, а также сохранить кондиционные качества кускового флюорита.

3. Разработана технология выпиливания жил сульфидных окисленных руд бесконечной тяговой цепью с жестко закрепленными центральными режущими и подпружиненными боковыми инструментами, повышающая производительность труда и качество добываемого ценного минерала из жил коры выветривания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технологические решения по рациональному освоению маломасштабных 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. Выполнен анализ освоения маломасштабных месторождений и выявлена высокая эффективность их разработки за счет незначительных капитальных вложений, короткого срока окупаемости и простоты технологии ведения горных работ.

2. Выявлен высокий потенциал развития горнодобывающей промышленности Восточного Забайкалья за счет вовлечения в эксплуатацию маломасштабных 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, железа, угля и строительных горных пород.

3. Предложена схема формирования стратегии освоения маломасштабных месторождений, позволяющая использовать менее дорогостоящие способы и инструменты для оценки конкурентных позиций продукции и завоевания своего места на рынке минерального сырья.

4. 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 рудных тел 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 рудных тел или соседних месторождений. ЧДД рассчитывают с учетом вероятностных характеристик исходной информации по запасам руды и среднего содержания полезного компонента.

5. 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.

6. Предложены перспективные схемы вскрытия маломасштабных месторождений в гористой и равнинной местности. Разработана методика выбора рационального варианта 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.

7. Разработана технология 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 математические зависимости 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.

8. Разработана технология выемки жил с изменчивой мощностью, основанная на переходе 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. Разработанные методики позволяют определить рациональные области их применения.

9. 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.

10. Для разработки сульфидных окисленных руд предложена технология выпиливания жил бесконечной тяговой цепью с жестко закрепленными центральными режущими инструментами и подпружиненными боковыми резцами, позволяющая существенно повысить полноту и качество добываемого ценного минерала.

11. 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 и экономистов - менеджеров по специальности 080502 в Читинском государственном университете. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований в современных ценах составил 49195 тыс. рублей.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Глотов, Валерий Васильевич, 2007 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. 1760-1774.15,16.19.