СПОСОБ РАЗУПРОЧНЕНИЯ И ДЕЗИНТЕГРАЦИИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ МЕЛКОЗАЛЕГАЮЩИХ РОССЫПЕЙ

Изобретение относится к горнодобывающей отрасли и может быть использовано при освоении природных и техногенных высокоглинистых россыпных месторождений полезных ископаемых с повышенным содержанием мелкого и тонкого золота.

Известен способ разрушения горного массива, согласно которому на массив воздействуют породоразрушающим инструментом и ультразвуковыми колебаниями в месте контакта последнего с массивом, предварительно определяют направление максимального сжимающего напряжения в массиве, причем направление ультразвуковых колебаний ориентируют перпендикулярно направленности максимального сжимающего напряжения с опережением относительно воздействия породоразрушающим инструментом [1].

Способ предназначен для разрушения горных пород рудного типа и не может быть использован для разрушения средне- и высокопластичных глинистых песков россыпей.

Известен способ управления процессом трансформации золотосодержащей породы, включающий разупрочнение породы механическим воздействием с последующим периодическим инициированием упругих колебаний в ультразвуковом диапазоне с постоянной частотой в системе песчано-глинистая порода-вода, инициирование упругих колебаний ведут при постоянном внешнем давлении, различных временных интервалах и мощностях, и при предварительном выборе контролируемого диапазона размеров частиц определяют оптимальное время воздействия, при котором обеспечивается стабильность осадка глинистых частиц в системе с постоянным объемом, затем рассчитывают условные коэффициенты трансформации, строят график изменения указанных коэффициентов трансформации от времени, из которого определяют увеличение контролируемой исходной величины удельной поверхности разупрочняемых частиц на порядок, при которой понижают мощность ультразвукового излучения вдвое [2].

Данный способ не включает интенсификацию объемных участков уплотненных и водонасыщенных песков и может применяться для активизации гидросмеси и ее контроля.

Наиболее близким по технической сущности является способ разупрочнения и дезинтеграции глинистых песков россыпных месторождений, включающий вскрытие россыпи, проходку водозаводной траншеи с уклоном по направлению падения пласта месторождения и водосборной траншеи глубиной с разностью отметок дна в траншеях от 1,5 до 3 м, заполнение водой водозаводной траншеи с одновременным заполнением разрабатываемого участка россыпи водой на глубину, обеспечивающую монтаж и установку оборудования в плавучем состоянии, и поддержанием этого уровня в последующем для первичного разупрочнения глинистых песков с помощью подачи воды через регулируемый затвор, процесс естественной фильтрации воды в массив, монтаж установки напорного гидротранспортирования. В конце напорного пульпровода устанавливают вихреобразователь и гидродинамический кавитатор [3].

Недостатком способа является то, что основной процесс дезинтеграции осуществляется путем воздействия на гидросмесь. Однако на первой стадии естественной фильтрации воды в массив процесс не инициируется и поэтому развивается достаточно медленно, так как коэффициент фильтрации глины составляет величину от четвертого до шестого порядка малости - 0,0005-0,000005 см/с.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности разрушения и дезинтеграции глинистых песков россыпей путем интенсификации естественного процесса фильтрации воды в уплотненные и водонасыщенные слои и дезинтеграции гидросмеси с глинистыми частицами.

Технический результат достигается за счет того, что в способе разупрочнения и дезинтеграции глинистых песков мелкозалегающих россыпей, включающем вскрытие россыпи, проходку водозаводной траншеи с уклоном по направлению падения пласта месторождения и водосборной траншеи глубиной с разностью отметок дна в траншеях от 1,5 до 3 м, заполнение водой водозаводной траншеи с одновременным заполнением разрабатываемого участка россыпи водой на глубину, обеспечивающую монтаж и установку оборудования в плавучем состоянии, и поддержанием этого уровня в последующем для первичного разупрочнения глинистых песков с помощью подачи воды через регулируемый затвор, монтаж установки напорного гидротранспортирования, процесс естественной фильтрации воды в массив, производят монтаж ультразвуковой установки и механической установки, последовательно интенсифицируют фильтрацию воды в уплотненные слои песков посредством ультразвукового воздействия на пески по поверхности разрабатываемого участка излучением в интервале низких ультразвуковых частот, обеспечивающих максимальную амплитуду смещения частиц уплотненных песков и параметрами интенсивности излучения, создающими напряжения сжатия-растяжения, сопротивления разрыву и сдвигу, превышающими нормативные данные прочности мерзлых песков россыпей, осуществляют интенсификацию дезинтеграции водонасыщенных поверхностей песков ультразвуком с той же частотой излучения, но пониженными параметрами интенсивности ультразвукового излучения, соответствующими усредненной равновесной плотности и сжимаемости водонасыщенных песков, затем производят гидродинамическую активацию перемешиванием гидросмеси элементом механической установки и подачу гидросмеси посредством установки напорного гидротранспортирования на обогатительную установку.

Совокупность новых существенных признаков позволяет решить новую техническую задачу - активизировать процесс добычи путем интенсификации естественного процесса фильтрации воды в уплотненные и водонасыщенные слои глинистых песков и дезинтеграции гидросмеси с глинистыми частицами.

На фиг.1 - общий вид системы разработки россыпи, обеспечивающий выполнение способа; на фиг.2 - полученные расчетным путем графические зависимости амплитуды смещения |u| частиц в звуковой волне от частоты f ультразвукового излучения при деформации песков |S|=10^-5 м, кривые 1, 2, 3 получены для слабопластичных, среднепластичных и высокопластичных песков россыпей Приамурья соответственно. График дает наглядное представление, доказывающие предпочтение более низкой частоты 25 кГц излучения при воздействии на пески с разной степенью пластичности, при которой амплитуда смещения частиц максимальная.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Производят вскрытие россыпи, проходку водозаводной траншеи 1 с уклоном 2 по направлению 3 падения пласта месторождения и водосборной траншеи 4 глубиной с разностью отметок дна 5 в траншеях 1 и 4 от 1,5 до 3 м. Заполняют водой водозаводную траншею 1 с одновременным заполнением разрабатываемого участка 6 россыпи водой на глубину 7, обеспечивающую монтаж и установку оборудования 8 в плавучем состоянии. Поддержание уровня в последующем для первичного разупрочнения глинистых песков с помощью подачи воды осуществляют с помощью регулируемого затвора 9. Осуществляют монтаж установки напорного гидротранспортирования 10. После поступления воды на разрабатываемый участок 6 происходит процесс естественной фильтрации воды в массив. Производят монтаж ультразвуковой установки 11 и механической установки 12. Последовательно интенсифицируют фильтрацию воды в уплотненные слои песков посредством ультразвукового воздействия на пески по поверхности разрабатываемого участка 6 излучением в интервале низких ультразвуковых частот, обеспечивающих максимальную амплитуду смещения частиц уплотненных песков, фиг.2. Задаваясь величиной деформации |S| по формулам

,

,

,

где u - смещение частиц в звуковой волне (абсолютная величина вектора смещения частиц), м; Λ - длина волны, м; V_p - скорость продольной волны в изотропном твердом пространстве, м/с; λ и µ - упругие постоянные, константы Ламе, рассчитываются параметры интенсивности излучения, создающие напряжения сжатия-растяжения, сопротивления разрыву и сдвигу, превышающие нормативные данные прочности мерзлых песков россыпей, табл. 1. Начальные параметры интенсивности звука при деформации |S|=10^-4 м создают напряжения сжатия-растяжения, сопротивления разрыву и сдвигу, превышающие нормативные данные прочности мерзлых песков россыпей (Инструкция по разработке многомерзлых россыпей подземным способом РД 06-326-99, утв. Постановлением Госгортехнадзора России от 18.11.99, №84, введена с 01.06.2000 г.).

Таблица 1 Расчетные параметры ультразвукового воздействия на уплотненные участки песков россыпей частотой излучения 25 кГц Интервалы волнового сопротивления песков (ρ·Vp)·106, кг/м2·с Константы Ламе (λ+2µ)·109 Амплитуда колебательной скорости при деформации , м/с |S|=10-5 м Начальные интервалы интенсивности звука Iy·10-2 при деформации |S|=10-5 м, Вт/см2 Начальные интервалы интенсивности звука Iy при деформации |S|= 10-4 м, Вт/см2 Начальные интервалы интенсивности звука Iy·102 при деформации |S|= 10-3 м, Вт/см2 3,98-4,18 7,96-8,36 2 7,96-8,36 0,796-0,836 7,96-8,36 5,2-6,0 13,06-15,06 2,5 16,3-18,82 1,63-1,882 16,3-18,82 7,2-7,3 21,69-22,05 3 32,53-33,1 3,253-3,31 32,53-33,1

Осуществляют интенсификацию дезинтеграции ультразвуковой установкой 11 водонасыщенных поверхностей песков ультразвуком с той же частотой излучения, например 25 кГц, но пониженными параметрами интенсивности ультразвукового излучения, соответствующими усредненной равновесной плотности и сжимаемости водонасыщенных слоев песков, табл. 2.

Таблица 2 Расчетные параметры звукового излучения на водонасыщенные золотосодержащие пески россыпей с учетом усредненной равновесной плотности и сжимаемости среды Начальные расчетные значения интервалов Расчетная скорость звука при равновесном эквивалентном значении плотности Vэ·10, м/с амплитуда смещения частиц в звуковой волне |u|·10-7, м амплитуда колебательной скорости частиц м/с при деформации |S|=10-5 м, константа Ламе (λ+2µ)·109, кг/с2·м интенсивности звука Iэ·10-2 при деформации |S|= 10-5 м, Вт/см2 интенсивности звука Iэ при деформации |S|=10-4 м, Вт/см2 Пористость 26%, глубина слоя 0,01 м, среднее содержание воды 15%, ав=0,15, am=0,85 1,771-1,758 1,127-1,119 1,769-1,757 5,78-5,95 5,11-5,23 0,511-0,523 1,968-1,908 1,253-1,215 1,967-1,907 7,46-8,00 7,34-7,63 0,734-0,763 2,082-2,075 1,326-1,322 2,082-2,075 9,53-9,61 9,92-9,97 0,992-0,997 Пористость 26%, глубина слоя 0,04 м, среднее содержание воды 1,5%, ав=0,015, am=0,985 1,966-1,964 1,252-1,252 1,966-1,966 7,63-8,00 7,50-7,86 0,750-0,786 2,382-2,362 1,517-1,505 2,382-2,363 11,77-13,33 14,02-15,75 1,402-1,575 2.837-2,842 1,807-1,81 2,837-2,842 19,23-19,61 27,28-27,86 2,728-2,786 Пористость 33%, глубина слоя 0,01 м, среднее содержание воды 25%, ав=0,25, am=0,75 1,677-1.659 1,068-1,057 1,677-1,659 4,899-5,00 4,11-4,15 0,411-0,4)5 1,799-1,743 1,146-1,11 1,799-1,743 5,88-6,25 5,29-5,45 0,529-0,545 1,863-1,850 1,186-1,178 1,862-1,849 7,14-7,14 6,65-6,66 0,665-0,666 Пористость 33%, глубина слоя 0,04 м, среднее содержание воды 3%, ав=0,03, am=0,97 1,944-1,934 1,239-1,232 1,945-1,934 7,41-7,69 7,21-7,44 0,721-0,744 2,324-2,297 1,481-1,463 2,325-2,297 11,11-12,49 12,91-14,34 1,291-1,434 2,698-2,700 1,718-1,720 2,697-2,700 17,24-17,54 23,25-23,68 2,325-2,368 Пористость 40%, глубина слоя 0,01 м, среднее содержание воды 30%, ав=0,30, am=0,70 1,638-1,62 1,043-1,032 1,637-1,620 4,54-4,63 3,72-3,75 0,372-0,375 1,737-1,667 1,107-1,062 1,738-1,667 5,32-5,52 4,62-4,60 0,462-0,460 1,752-1,745 1,116-1,111 1,752-1,744 6,10-6,14 5,34-5,35 0,534-0,535 Пористость 40%, глубина слоя 0,04 м, среднее содержание воды 4%, ав=0,04, am=0,96 1,921-1,917 1,223-1,221 1,920-1,917 7,19-7,52 6,9-7,21 0,69-0,721 2,280-2,236 1,452-1,424 2,280-2,236 10,63-11,77 12,12-13,16 1,212-1,316 2,618-2,618 1,667-1,667 2,617-2,617 16,13-16,39 21,11-21,45 2,111-2,145

Путем сравнения численных значений напряжения сжатия-растяжения водонасыщенных песков, при частоте ультразвука 25 кГц и интенсивности излучения звука от 0,372 до 2,786 Вт/см², с нормативным предельным сопротивлением сжатию-разрыву для россыпей (Инструкция РД 06-326-99 №84 от 18.11.99 г.) аналитическим путем установлено, что нормальная составляющая напряжения будет превышать предельное сопротивление разрыву от 3 до 14 раз в зависимости от глубины слоя и водосодержания, а предельное сопротивление сдвигу при давлении поверхностей смерзания при температуре - 4°С (2,5 кгс/см² по СН и П II-Б. 6-66, табл. В 3 Приложения В) - от 2 до 9 раз. Это обеспечит активизацию процесса фильтрации и разрушение связей в водонасыщенных слоях глинистых песков. Затем производят гидродинамическую активацию перемешиванием гидросмеси элементом 13 механической установки 12 и подачу гидросмеси посредством установки напорного гидротранспортирования 10 на обогатительную установку 14.

Решение поставленной задачи в условиях нестабильности содержания ценного компонента, высокоглинистости и повышенного содержания мелкого золота усложненных форм и типов (уплощенного и в сростках) на объектах позволит на стадии выемки песков россыпей с разным типом пластичности осуществить эффективную трансформацию структурно-механических связей глинистой составляющей и последующее ее разрушение без потерь золота, в том числе мелких его частиц размером от 0,5 до 0,002 мм экологически чистым способом, снизит разрушающее воздействие горного производства на экосистему, позволит сохранить уникальные природные комплексы региона.

Источники информации

1. А.С. 1666707, РФ. Способ разрушения горного массива / Л.М.Цинкер и др. - 30.07.1991 - Бюл. № 28.

2. Пат. 2276727, РФ. Способ управления процессом трансформации золотосодержащей породы / Н.П.Хрунина, Ю.А.Мамаев. - 20.05.2006 - Бюл. №14.

3. Пат. 2288361, РФ. Способ разупрочнения и дезинтеграции глинистых песков россыпных месторождений / A.M.Пуляевский и др. - 27.11.2006 - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.fips.ru.