Разработка природоохранной технологии добычи полиметаллических руд в крутопадающих жилах: На примере Згидского месторождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.02, кандидат технических наук Семелиди, Александр Христофорович

• Семелиди, Александр Христофорович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Семелиди, Александр Христофорович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава 1. ЭКО ЛОГО-ТЕХНО ЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЗРАБОТКИ САДОНСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Особенности разработки месторождений

1.2. Управление состоянием массива при разработке скальных жильных месторождений

1.3. Цель, задачи и методика исследований

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА

2.1 Натурные исследования

2.2Лабораторные исследования 45 2.3Исследование напряженно-деформированного состояния массива на моделях

ВЫВОДЫ

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА

ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

3.1. Исследование механизма нарушения стабильности экосистемы

3.2. Исследование процессов природного выщелачивания потерянных руд

3.3. Исследование полноты использования недр 72 ВЫВОДЫ

Глава 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЕ ПРОЦЕССЫ

УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕХАНИКОЙ МАССИВА

4.1. Критерии экологической чистоты технологии

4.2. Рабочая гипотеза экологически корректного управления состоянием массива

4.3. Методика управления состоянием массива регулированием напряжений

ВЫВОДЫ

Глава 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ

5.1. Природоохранные технологии управления массивами

5.2. Технологии извлечения ингредиентов из растворов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка природоохранной технологии добычи полиметаллических руд в крутопадающих жилах: На примере Згидского месторождения»

Актуальность темы. Подземная разработка месторождений технологиями с неуправляемым развитием напряжений разрушает массив и сопровождается естественным выщелачиванием потерянных руд водопотоками по зонам обрушения с нанесением многопланового ущерба окружающей природной среде.

Альтернативными технологиями добычи являются научно-обоснованные технологические варианты, обеспечивающие сохранение массива и земной поверхности над ним за счет регулирования уровня напряжений. Реализация управленческих решений защищает среду от загрязнения продуктами выщелачивания и повышает полноту использования природных ресурсов.

Цель работы. Разработка природо- и ресурсосберегающих технологий с достижением эколого-экономического эффекта.

Научная идея. Ликвидация условий для неуправляемого выщелачивания металлов за счет использования механизма управления массивом.

Методы исследований. Систематизация и анализ литературных источников, теоретические исследования, физическое и математическое моделирование процессов, лабораторные и натурные эксперименты с обработкой данных на ЭВМ.

Защищаемые научные положения.

1. При выемке руд без заполнения пустот напряжения в массиве развиваются до разрушающего значения с потерей до 20% запасов руд по геомеханическим причинам.

2. Жидкие продукты природного выщелачивания потерянных руд с концентрацией загрязняющих веществ на 2-3 порядка выше предельно допустимых обладают приоритетом в процессе разрушения экосистемы региона добычи.

3. Эффективность использования природосберегающих технологий определяется решением эколого-экономической модели по критерию максимум прибыли при условии сохранности массива и исключения последствий природного выщелачивания.

Научная новизна:

Предложенные условия геомеханической сбалансированности массива отличается тем, что технологии разработки исключают условия для потерь и выщелачивания руд.

2.Природоохранные технологии оптимизируют экологические последствия на основе геотехнологических методов извлечения металлов.

3.Разработанная модель определения эколого-экономической эффективности технологий отличается тем, что оценивает влияние потерянных руд на экосистему.

Научное значение.

1.Сформулированные условия неразрушающего управления массивом по геомеханическим причинам, позволяет раскрыть взаимосвязи состояния экосистемы с природными и технологическими факторами разработки крутопадающих месторождений подземным способом.

2.Предложенная новая технология получения жидких продуктов природного выщелачивания обеспечивает сохранность экосистемы.

З.Эколого- экономическая модель позволяет оценить последствия использования природосберегающих технологий.

Практическое значение работы. Разработан механизм исключающий нарушение стабильности экосистемы, методика неразрушающего управления массивом и математическая модель определения эколого-экономической эффективности экологически чистых технологий пригодны при проектировании модернизированных схем добычи руд из садонских и аналогичных им месторождений.

Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: представительностью результатов натурных и лабораторных исследований о состоянии массива и продуктов природного выщелачивания; применением методов статистической обработки, технико-экономического анализа и экономико-математического моделирования.

Реализация работы. Механизм взаимодействия природных и техногенных факторов в рамках экосистемы, критерии экологической чистоты технологии, методы неразрушающего управления массивом и очистки стоков апробированы и дали положительные результаты на Садонском СЦК.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Тырныаузском ВМК (1997 г.) и Садонском СЦК (1997 г.), на кафедрах ТРМ и экологии СКГТУ (1998 г.), на кафедре экологии СОГУ (1998 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 статьях, 4 отчетах о НИР с номером государственной регистрации и в монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 5 глав, выводов, заключения и списка литературы из 96 наименований, содержит 24 рисунка, 19 таблиц и 128 страниц машинописного текста.

Автор благодарит д.т.н.,проф. Голика В.И., д.т.н., проф. Алборова И.Д., д.т.н.,проф. Липового А.И., к.т.н., доц. Кабисова Х.Г.за постоянное внимание и ценные советы, а также сотрудников кафедр ТРМ и экологии СКГТУ и Садонского СЦК за содействие при выполнении диссертационной работы.

Заключение диссертации по теме «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Семелиди, Александр Христофорович

ВЫВОДЫ

1. Управляемое не разрушаемое состояние массива и земной поверхности над ним обеспечивается использованием технологий разработки, оптимизированных по фактору напряженности элементов системы "массив - пустоты -поверхность".

2. Эффективность горного передела повышается очисткой шахтных вод в участковых установках или в комплексах по комбинированной схеме электрохимического умягчения и электродиализного обессоливания, снижающих содержание ингредиентов до нормы приемлемого уровня.

3. Управление горно-технологической и эколого-технологической составляющими технологий добычи и переработки руд обеспечивается комбинированием способов подземного и кучного выщелачивания и закладкой пустот твердеющими смесями.

4. Управление напряженно-деформированным состоянием массива и продуктами природных физико-химических процессов в недрах обеспечивает прибыль, определяемую решением эколого-экономической модели по критерию "максимум прибыли" с соблюдением приоритетности экологических условий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлены результаты исследований и разработки научно-обоснованных технологических решений по управлению состоянием окружающей среды при подземной разработке сложноструктурных месторождений, включающие выявление закономерных взаимодействий между состоянием экосистемы, свойствами массива и параметрами горных работ и методы неразрушающего управления массивом и земной поверхностью.

Основные теоретические результаты, практические выводы и рекомендации:

1. Доказано, что при разработке крутопадающих рудных тел с естественным управлением массива в скальных хрупких породах развиваются критические напряжения, определяющие потери в целиках и рудах (до 20% от величины запасов).

2. Неразрушаемое состояние массива обеспечивается технологиями регулирования напряжений в нем комбинированным способом, в том числе с твердеющей закладкой.

3. В недрах месторождений активно протекают физико-химические процессы природного выщелачивания. Установлено, что загрязняющие ингредиенты на 2-3 порядка превышают предельно допустимые концентрации.

4. Технологический ущерб окружающей среде уменьшается частично или полностью применением неразрушающих массив технологий добычи и извлечением металлов из шахтных стоков.

5. Очистка стоков в установках, например, электрохимического типа, обеспечивает извлечение 80 - 100 % компонентов, в том числе товарных.

6. Активное использование природоохранных технологий обеспечивает эколого-экономические преимущества, прибыль определяется решением математической модели по критерию "максимум прибыли" при условии сохранности земной поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Семелиди, Александр Христофорович, 1998 год

1. Агошков М.Н., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка руд и нерудных месторождений. М.: Недра. 1983.

2. Албегова Д.В. Влияние антропогенных загрязнений окружающей среды на частоту врожденной патологии среди детей Северной Осетии. Отчет о НИР. Владикавказ. 1993.

3. Алборов И.Д., Голик В.И., Цгоев Т.Ф. Экология промышленного производства. Владикавказ: Рухс. 1996.

4. Алиханов В.А. Исследование экологического состояния стоков р.Терек в черте г.Владикавказа. Отчет о НИР. Владикавказ. 1993.

5. Байконуров O.A., Крупник JI.A. и др. Технология добычи руд твердеющей закладкой. М.: Недра. 1978.

6. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение дородных массивов. М.: Недра. 1988.269 с.

7. Баклашов И.В., Картовия Б.А. Механические процессы в породных массивах. М.: Недра, 1986.

8. Блиев М.М., Ортабаев Б.Х., Кучиев В.Д. и др Садонский свинцово-цинковый комбинат: очерки истории. СОГУ. Орджоникидзе: Ир. 1979.

9. Богданов М.Н. Разработка технологии поддержания очистных выработок при сплошной слоевой выемке руды с закладкой. Канд. дисс. Владикавказ. 1993.

10. Ю.Борисов A.A. Механика горных пород и массивов М.: Недра, 1980.11 .Борщ-Компониец В.И., Макаров A.B. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. М.: Недра, 1986.

11. Брин В.В. и др. Медико-биологическая оценка воздействия окружающей среды на здоровье населения Северной Осетии. Отчет о НИР. Владикавказ. 1993.

12. Бронников Д.М., Замесов Н.Ф. Управление напряженным состоянием зоны очистных работ при эксплуатации рудных месторождений, склонных к горным ударам. В кн.: Проблемы механики горных пород. М.: Наука, 1987, с.3-13.

13. Бронников Д.М., Замесов Н.Ф., Богданов Г.И. Разработка руд на больших глубинах. М.: Недра, 1987, 291 с.

14. Бронников Д.М., Кузнецов C.B. Основы прогноза напряженного состояния и поведения массивов горных пород в связи с разработкой месторождений твердых полезных ископаемых. В кн. "Горные науки в СССР". М., 1985.С. 7-15.

15. Ветров B.C. Допустимые размеры обнажений горных пород при подземной обработке руд. М.: Недра, 1975.

16. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Управление горным давлением на железных рудниках. М.: Наука, 1975.

17. Габараев 0.3. Управление состоянием массива интенсивной технологией разработки маломощных крутопадающих тел. Канд. дисс. Владикавказ. 1993.

18. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке нерудных месторождений. М.: Недра, 1990, 176 с. Учебник для ВУЗов.

19. Гениев Г.А., Лейтес B.C. Вопросы механики упругих тел. М.: Стройиздат. 1981.160 с.

20. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 533 с.

21. Глушко Т.Ю., Гавелия С.П. Оценка напряженно-деформированного состояния массивов горных пород. М.: Недра. 1986. 222 с.

22. Голик В.И. и др. Исследование и разработка технологии очистки шахтных вод Садонского СЦК. Отчет о НИР. Владикавказ. 1995.

23. Го лик В.И. и др. Теория и практика добычи и переработки руд. Владикавказ: Рухс. 1997.

24. Го лик В.И. Исследование и разработка технологии электрохимической очистки шахтных стоков Архонского рудника (Садонских рудников). Отчет о НИР. Орджоникидзе. Фонды СКГТУ. 1995.

25. Голик В.И. Управление состоянием массива горных пород погашением пустот с сохранением земной поверхности. М.: ВИНИТИ. 1992.

26. Голик В.И., Алборов И.Д. Охрана окружающей среды утилизацией отходов горного производства. М.: Недра. 1995.

27. Голик В.И., Алборов И.Д. Экологические аспекты эксплуатации Садонского месторождения. В сб.: "Пути развития горного производства". Владикавказ. 1993.

28. Голик В.И., Ляшенко В.И., Штелле В.И. Практика погашения пустот на сложностуктурных месторождениях М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации, 1991, 64 е. Горное дело, (обзор информ.: вып. 1).

29. Голик В.И., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии добычи руд. Владикавказ: Терек. 1995.

30. Голик В.И., Рычик Ф.Ф., Павлючков В.Г. Совершенствование технологии подземной разработки сложноструктурных месторождений // Горный журнал. 1989. №9.С.25-28.

31. Голик В.И., Семелиди А.Х. Разработка Урупского месторождения меди // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета (СКГТУ). вып.2, 1996, Терек.

32. Голик В.И., Семелиди А.Х. Условия интенсификации геотехнологических процессов в пустотах Садонских рудников // Труды СКГТУ, вып.4, 1998, Терек.

33. Голик В.И., Семелиди А.Х. Экологически чистые методы управления состоянием массива при подземной добыче // Труды СКГТУ, вып.4, 1998, Терек.

34. Гончаренко O.A. Оценка состояния и прогноз опасных природных и техногенных процессов и связанных с ними катастроф. Отчет о НИР. Владикавказ. 1993.

35. Государственный. доклад "О состоянии окружающей природной среды и деятельности Госкомприроды республики Северная Осетия в 1993 году". Владикавказ, 1993.

36. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды и деятельности министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов Республики Северная Осетия Алания в 1995 году". Владикавказ, 1996.

37. Гранхольм С. Разработка месторождений с закладкой. Пер с англ. / под ред Бронникова Д.М. М.: Мир, 1987. 519 с.

38. Гущенко О.Н. Поля напряжений и деформации в литосфере. М.: Наука. 1979.134 с.

39. Дмитриев Л.Г., Лященко В.И. Способ разработки рудных залежей под рыхлыми отложениями. / A.C. СССР № 3740511/22-03, 1210524, МКИ Е 21С 41/06. Заявлено 15.04.84 г., опубликовано в Бюлл. №14. Открытия. Изобретения. 1987.

40. Дмитриев Л.Г., Лященко В.И., Леденев А.И. Способ разработки рудных залежей под рыхлыми отложениями. / A.C. СССР № 36877956/22-03, 1137809, МКИ Е 21С 41/06. Заявлено 06.01.84 г., опубликовано в Бюлл. №20. Открытия. Изобретения. 1986.

41. Ерофеев И.Е., Никифоров И.М., Черкасов И.П. и др. Подземная разработка месторождений полиметаллических руд. М.: Недра. 1990. 286 с.

42. Жданов Ю.А., Родзянко Н.Г. Серебрякова Н.Т. и др. Минеральные ресурсы. СКНЦВШ. Ростов. 1973.45.3аславский Ю.З., Лопухин Е.А., Дружко Е.В. и др. Инъекционное упрочнение горных пород. М.: Недра. 1984. 176 с.

43. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных и нерудных месторождений. М.: Недра, 1984.

44. Именитов В.Р., Абрамов В.Ф., Попов В.В. Локализация пустот при подземной добыче руд. М.: Недра. 1983.

45. Кабисов Х.Г., Габараев О.З., Гаев Х.Т., Перисаев А.Б. Способ разработки крутопадающих рудных тел. /A.C. СССР № 4062008/22-03, 14446308, МКИЗЕ 21С 41/06. Заявлено 10.03.86 г., опубликовано 23.12.88. Бюлл. №47. Открытия. Изобретения.

46. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М.: Недра. 1981. 288 с.

47. Калоев Б.А. Историко-этнографический очерк Садонских рудников. Изв. СОНИИ. T. xxl, вып. 1. Орджоникидзе. 1958. С.92.

48. Каплунов Д.Р. Основные вопросы развития техники и технологии подземных рудников /В сб.: "Совершенствование техники подземных рудников СССР". М.: Наука. 1980. С.5-14.

49. Каспарьян Э.В. Устойчивость горных выработок в скальных породах. Л.: Наука, 1985.

50. Кондратов В.А. Разрывные нарушения и их влияние на устойчивость поземных горных выработок, создаваемых в массивах пород сложного строения. Дис.канд.геол.-минер.наук, М.: 1974.

51. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л.: Недра. 1970.

52. Ляхов А.Н. Научное обоснование и создание эффективных систем разработки сложных маломощных жильных месторождений: Автореф. канд. дис. М., 1986. 33 с.

53. Ляхов А.Н. Технология разработки жильных месторождений. М.: Недра. 1984.240 с.

54. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н., Трапенок Н.М. Природо- и ресурсосберегающие технологии погашения выработанных пространств при подземной разработке рудных месторождений. М„ ЦНИИЦветмет экономики и информации. 1991. 92 с. Обзор информ.

55. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штелле В.И. Обоснование параметров ресурсосберегающих технологий погашения подземных пустот // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1991. №2, С.94-101.

56. Ляшенко В.И., Голик В.И. Штелле В.И. Обоснование параметров погашения подземных пустот при отработке месторождений в пологих структурах. // Цветная металлургия. 1991. №5. С.8.

57. Ляшенко В.И., Голик В.И. Штелле В.И. Создание и внедрение малозатратных ресурсосберегающих методов, средств и технологий на горных предприятиях. М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации. 1991. Обзор информ.

58. Ляшенко В.И.,, Голик В.И. Штелле В.И. Ресурсосберегающие технологии погашения пустот при ведении подземных горных работ. // Физ. техн. проблемы разработки полезных ископаемых. 1990. №5. С.93.

59. Ляшенко В.И,, Голик В.И. Штелле В.И. Геомеханическое обоснование параметров ресурсосберегающих технологий погашения подземных пустот // Цветная металлургия. 1991. №6. С.2.

60. Лященко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Использование свойств природных материалов при подземной разработке рудных месторождений.// Цв. металлургия. 1992. №3. С.7-13.

61. Лященко В.И., Леденев А.И. Способ разработки рудных залежей под рыхлыми отложениями. / A.C. СССР № 3485401/22-03, 1071025, МКИ Е 21С 41/06. Заявлено 27.08.82 г., опубликовано в Бюлл. №18. Открытия. Изобретения. 1986.

62. Мамсуров Л.А., Рафиенко Д.И., Панфилов Е.И. Научные основы совершенствования технологии разработки жильных месторождений. М.: Наука. 1974. 165 с.

63. Механика горных работ при подземном строительстве и освоении месторождений на больших глубинах. Под ред. Горбунова Г.И./Л.: Наука. 1983.200 с.

64. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П. Тедеев М.Н., Абрамов A.B. и др. Строительство и эксплуатация рудников ПВ. М.: Недра. 1987. 304 с.

65. Мосинец В.Н., Шестаков В.А., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации рудников. М.: Недра. 1981. 207 с.

66. МюллерЛ. Инженерная геология. Механика скальных пород. М.: Недра, 1971.

67. Палий В.Д„ Смелянский Е.С., Кравченко В.Т. Определение нормативной прочности твердеющей закладки // Горный журнал. 1983. №3. С.25-28.

68. Поляцкий И.В. Эффективность управления напряженностью пород при разработке скальных месторождений // Цв. металлургия. №12. 1993.

69. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М.: Недра. 1981.

70. Протодьяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. 4.1, М., ОНТИ, 1933.

71. Рафиенко Д.И., Назарчик А.Ф., Галченко Ю.П., Мамсуров JI.A. Совершенствование разработки жильных месторождений. М.: Наука. 1986. 216 с.

72. Родин P.A. О механизме роста трещины при разрушении упругого хрупкого тела // Горный журнал. Изв. ВУЗов. 1990. №10.

73. Семелиди А.Х. Анализ опыта разработки Згидского месторождения // Вестник Северо-Осетинского отдела Русского географического общества, №4, Владикавказ, 1998.

74. Семелиди А.Х. В кн. Пагиев К.Х., Голик В.И. Наукоемкие технологии добычи металлов", Владикавказ, Терек, 1998.

75. Семелиди А.Х. Механизм и параметры загрязнения окружающей среды стоками Згидского рудника // Труды СКГТУ, вып.5, 1998, Терек.

76. Семелиди А.Х., Голик В.И. Проблемы управления массивом при подземной добыче руд на месторождениях Северной Осетии-Алании // Труды СКГТУ, вып.4, 1998, Терек.

77. Семелиди А.Х., Теплякова A.C. Экологические последствия эксплуатации Згидского рудника // Весстник Северо-Осетинского географического общества, №3, 1997.

78. Симаков В.А. Обоснование эффективности выщелачивания металлов из руд // Горный журнал. №1. 1987.

79. Симкин Б.А., Бебчук В.Н., Хохряков A.B. Оценка последствий техногенного воздействия горного производства на окружающую среду // Горный журнал. №3.1989.

80. Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Месинец В.Н. Подземная разработка месторождений цветных и редких металлов. М.: Недра. 1986. 206 с.

81. Слесарев В.Д. Решение задач горного давления приближенными методами инженерных расчетов. Тр. совещания по управлению горным давлением, Углетехиздат, 1948.

82. Требуков A.JI. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. М.: Недра. 1981.

83. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарян Э.В. Основы механики горных пород. М.: Недра. 1989. 488 с.

84. Хадонов З.М. и др. Разработка способов утилизации отходов промышленных предприятий Северной Осетии с целью их использования в строительной индустрии. Отчет о НИР. Владикавказ. 1993.

85. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. М.: Недра. 1984.

86. Цыгалов М.Н. Подземная разработка с высокой полнотой извлечения руд. М.: Недра. 1985.

87. Чесноков Н.И., Петросов A.A., Шевченко Б.Ф. Системы разработки месторождений с твердеющей закладкой. М.: Атомиздат. 1975.

88. Якоби О. Практика управления горным давлением. М.: Недра. 1987.

89. Ялымов Н.Г. Погашение пустот при подземной разработке руд. Фрунзе. Илим. 1979.

90. Ялымов Н.Г. Руководство по определению безопасных объемов пустот, выбору и расчету изолируемых сооружений при подземной разработке рудных месторождений Киргизии. Фрунзе: Илим. 1976.