Особенности современной технологической оценки минерального сырья

Вскрытие месторождения

 

Вскрытие угольного месторождения  производится так же как и рудного - вертикальными (скиповыми и клетевыми) или наклонными стволами, штольнями.

По месту расположения стволы могут быть: а) центрально-сдвоенными; б) центрально-отнесенными; в) отнесенными; г) фланговыми; д) секционными.

При центрально-сдвоенной  схеме меньше потери угля в общем охранном целике двух стволов (между стволами расстояние 40-50 м). При центрально отнесенной схеме стволы располагают внутри шахтного поля симметрично относительно центра тяжести запасов месторождения, в этом случае улучшается вентиляция выработок. При отнесенной схеме вскрытия стволы расположены также симметрично центра тяжести запасов месторождения, но за пределами зоны сдвижения, чтобы избежать потерь угля в охранных целиках (обычно используется при крутом падении пластов угля). При фланговой схеме выдачной ствол расположен в центре шахтного поля, а два вентиляционных ствола - на флангах, за пределами зоны сдвижения. При секционной схеме шахтное поле делят на отдельно-проветриваемые секции размером по простиранию-падению 2.5х1 км, для каждой секции проходят отдельный вентиляционный ствол, а выдачной ствол может быть один (или два) на все шахтное поле.

Горизонтальное и пологое  месторождение вскрывается одним  горизонтом, а крутопадающее - несколькими  горизонтами; наклонные пласты также  вскрываются одним горизонтом, при  этом от выдачного ствола по падению проходят капитальный уклон, а по восстанию - капитальный бремсберг.

Глубокие месторождения (свыше 2 км) вскрываются вертикальными  стволами с последующей их углубкой, чтобы проходкой не задерживать добычу угля. При крутом падении пласта или свиты пластов для перепуска угля к стволу проводится капитальный гезенк (аналогичен рудоспуску) и каждый горизонт вскрывается этажным квершлагом.

От выдачного и вентиляционного ствола горизонтально проходят главные штреки, от них по падению-восстанию проходят выемочные штреки (бремсберги-уклоны) с расстоянием между ними до 200-400 м (длина одной-четырех лав). По выемочным (откаточным) штрекам транспортируют уголь ленточным конвейером, а по главным штрекам - вагонетками или снова конвейером.

Вертикальная высота этажа  при разработке тонких и средней мощности крутопадающих пластов принимаются равной 120-150 м, при разработке мощных пластов 80-100 м. В любом случае наклонная высота этажа не должна превышать 1000- 31200 м. Подготовка очередного этажа должна опережать выемку на 6 месяцев и более.

В зависимости от угла падения  наклонный выдачной ствол оборудуют: при углах падения до 180 - конвейерами, при углах до 350 - рельсовым транспортом (аналогичен фуникулеру).

При разработке пологих пластов  до 120 подготовку шахтного поля осуществляют выемочными и панельными штреками с отработкой пластов длинными блоками по восстанию (падению). При углах 13-180 выемка пластов производится длинными столбами по простиранию, а подготовка - панельными штреками, пройденными из капитального бремсберга или уклона. Наклонные и крутые пласты отрабатываются по восстанию (падению) с подготовкой выемочными бремсбергами (уклонами).

 

Классификация систем разработки угольных месторождений 

 

В большинстве классификаций (Л.Д.Шевяков, Б.И.Бокий) за основной квалификационный признак принят порядок проведения очистных и подготовительных выработок, их взаимосвязь во времени и пространстве. При делении систем на группы учитывается  способ управления горным давлением: обрушением или плавным опусканием налегающих пород, закладкой выработанного  пространства.

 

А. Системы разработки тонких и средней мощности пластов 

1. Сплошные системы разработки 

2. Столбовые системы: 

- длинными столбами;

- короткими столбами.

3. Камерные системы разработки 

4. Комбинированные системы: 

- камерно-столбовая; 

- сплошная со столбовой (парные штреки).

 

Б. Системы разработки мощных пластов 

1. Системы разработки  без разделения пласта на слои:

- длинными (или короткими)  столбами;

- камерные;

- комбинированные. 

2. Системы разработки  с разделением пласта на слои:

- наклонными слоями;

- горизонтальными слоями;

- поперечно-наклонными слоями;

- комбинированные. 

 

Разработка угля ведется, управляя горным давлением: обрушая  кровлю, закладывая выработанное пространство и плавно опуская налегающие пласты.  Средняя длина лав на угольных шахтах - от 90 до 150 м, среднее подвигание забоя - 32 м/месяц, максимальное подвигание достигает 50-60 м в месяц.

 

Вопрос 2. Особенности современной технологической оценки минерального сырья

 

Технологическая оценка, или оценка обогатимости, или оценка технологических свойств минерального сырья в современных условиях может выполнять 4 важнейшие функции рационального недропользования:

• прогнозной технологической оценки;
• технологической экспертизы;
• технологического аудита;
• сертификации минерального сырья.

Прогнозная технологическая оценка - это прогнозирование показателей  обогащения на основе выявления связей между генетическими особенностями  месторождений, свойствами минералов  и их поведением в процессе переработки.

На современном этапе она  должна проводиться на всех стадиях  геологического изучения: от поисковой  стадии до эксплуатационной разведки.

Традиционно технологические исследования планировались не ранее поисково-оценочных  работ. Сейчас время диктует начинать технологическую оценку минерально-сырьевых объектов на поисковой стадии геологоразведки  с момента выявления оруденения и получения первых проб (штуфов, протолочек, проб рыхлых отложений, шлихов).

Это позволяет, с одной стороны, выбирая между альтернативными  направлениями работ на конкретное полезное ископаемое (перспективными площадями), отдать предпочтение территории распространения технологически благоприятного типа, а с другой - заранее ориентировочно оценить извлекаемую ценность полезного  ископаемого.

Известны случаи, когда значительные по величине детально разведанные месторождения  не осваиваются из-за отсутствия экономически эффективных и экологически приемлемых технологий переработки. Одним из примеров такого рода является Итакинское рудное поле в Восточном Забайкалье, на его участке Сурьмяная Горка в 60-70 годы были детально разведаны значительные запасы упорных золото-мышьяковых руд, которые до сих пор не разрабатываются.

Надежные сопоставления и подбор близкого аналога требуют количественного  определения технологически значимых параметров сырья. Технологически значимые структурные параметры позволяют  сделать вывод о возможности  применения того или иного технического решения и достижения при этом того или иного уровня технологических  показателей. Например, данные о текстуре руд, количественном соотношении рудных и нерудных минералов определят  контрастность руд и, тем самым, целесообразность применения крупнокускового обогащения и возможное качество хвостов.

Итак, первые пробы с минерально-сырьевого  объекта могут стать источником информации для построения предварительной  модели обогатимости данного объекта.

Есть еще два источника, которые  пока практически не используются. Это шламовые пробы бурения и  геологическая документация. Шламовые пробы бурения несут знание о  минеральном и гранулометрическом составе, характере взаимосвязи  минералов, возможности их дезинтеграции.

Геологическая документация дает нам  сведения о генезисе, морфологии и  параметрах рудных тел, очередности  отложения рудных минералов и  пород. В совокупности с результатами первичного опробования она позволяет  оценить перспективность и возможные  показатели сортировки, покусковой сепарации и др. методов крупнокускового обогащения руды, а также качество хвостов. Характеристики неравномерности оруденения способствуют определению ожидаемой степени раскрытия минералов в добываемой руде.

Такой предварительный анализ результатов  геологического изучения открывает  возможность как раннего прогнозирования  обогатимости руд, так и оптимизации будущих экспериментальных исследований.

Прогнозная технологическая оценка конкретного объекта должна проводиться  с периодичностью 10-15 лет.

Прогнозные технологические показатели определяются в процессе оценки конкретного  минерального объекта, базируясь на определенной технологии переработки (рационального сочетания методов  и аппаратуры). Выбор технологии зависит, с одной стороны, от свойств  перерабатываемого вещества, с другой - определяется требованиями промышленности к концентратам. Да и сами руды, хоть и остались неизменными, зато изменились методы и приемы их изучения, а это  значит, можно получить новую информацию о веществе, которая может привести к изменению технологии и повышению  извлекаемой ценности месторождения.

Технологическая оценка должна проводиться  в итерационном режиме. Как рациональная схема пробои рудоподготовки, так и рациональная схема обогащения создается при многократном обновлении знаний в итерационном процессе исследовательского цикла.

Прогнозная технологическая оценка должна отвечать требованиям полноты, достоверности, оперативности и  экономичности.

Все перечисленные требования удовлетворяются  в полной мере, если в традиционный комплекс методов технологической  минералогии включить компьютерный метод анализа изображения. Указанный  метод позволяет исключить субъективный фактор из процесса изучения сырья  и провести оптико-геометрические исследования текстурно-структурных особенностей вещества пробы.

В процессе прогнозной технологической  оценки на основе выявленных технологических  свойств сырья определяются не только предельно возможные технологические показатели по концентратам, но и оптимальная глубина обогащения, а также неизбежные потери ценных компонентов в хвостах.

Неизбежные потери - это обусловленное  структурными, физико-химическими и  физико-механическими особенностями  вещества количество ценного компонента, неизвлекаемое в концентрат методами первичной переработки на данном этапе развития науки, техники и технологии.

Определение реальных потерь - одна из функций технологической экспертизы. Она констатирует фактическое положение  дел и выдает параметры: состав, качество, количество получаемых продуктов.

Проводимая на стадии освоения месторождения  по мере необходимости она требует  современного уровня применяемых методов  и аппаратуры. Технологическая экспертиза определяет величину потерь ценных компонентов  на всех этапах движения руды: рудоподготовки, обогащения, доводки, утилизации и складирования хвостов.

Знания о неизбежных и реальных потерях ценных компонентов в  хвостах помогут нам решить задачи аудита недропользования, т.е. произвести оценку рациональности недропользования, направленную на повышение глубины  изучения, воспроизводства, использования  и охраны недр.

При выявлении разницы между  величиной неизбежных и реальных потерь ценного компонента технологический  аудит обосновывает причины ее возникновения. Можно выделить три основные стадии (задачи) технологического аудита: определение  величины превышения уровня потерь ценных компонентов при переработке сырья от потенциально заложенных в нем, выявление причин потерь ценного компонента в хвостах и определение путей их сокращения.

Современная экспертная система технологического аудита состоит из 3-х основных блоков: полного комплекса методов технологической  оценки сырья; базы данных и базы знаний.

Доля неизбежных потерь составляет до 70-80% от суммы общих потерь. Они  могут быть определены в процессе прогнозной технологической оценки, и обоснование их снимет часть  бремени с перерабатывающего  предприятия. Остальные потери распределяются почти равномерно между:

потерями, связанными с организацией горных работ и со способами добычи (неритмичность поступления руды на фабрику, резкие колебания состава  руды, разубоживание руды материалом из закладки выработанного пространства (цемент, глина);

технологическими потерями, связанными с несовершенством принятого  режима, несоответствием технологической  схемы и оборудования вещественному  составу руды и механическими  потерями (переливы, смывы, пылеунос);

потерями, связанными с нарушениями  технологической дисциплины.

Внедрение компьютерных систем анализа  изображения в общем комплексе  методов технологической минералогии  позволило вплотную подойти к  созданию системы сертификации минерального сырья.

В последнее время значительно  расширился ассортимент товарной продукции  минерального состава. В сферу товарных отношений вовлекаются природные  и техногенные минеральные образования. Любая схема товарного движения требует сертификации ее компонентов. Сертификат - документ соответствия, документ, удостоверяющий качество товара. Качество продукта минерального состава определяется его технологическими свойствами, указывающими, что и сколько можно из него извлечь.

Действующие стандарты качества (ГОСТы  и ОСТы) и технические условия  разработаны для конечной товарной продукции. Но сейчас довольно часто  некондиционная продукция (черновые концентраты, промпродукты), продукция промежуточных циклов (дробленая руда) и отходы (хвосты, шламы, пыли) одних производств могут стать исходным сырьем для других, в связи с чем они должны иметь подтверждающий их качество сертификат. Гостировать продукт переменного минерального состава и широкого диапазона применения невозможно, в то же время сертификация его позволит решить сразу несколько задач: