Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание комплексной инновационной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь и повышение выхода высокочистых кварцевых концентратов

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
наклонное месторождение, высокоценный кварц, подземная геотехнология, потери, комбинированная система разработки, буровзрывные работы, технология рудоподготовки, выход концентрата, грохочение, оптическая и рентгенорадиометрическая сепарация.

Цель проекта:
Кыштымское месторождение высокоценного кварца является единственным в России стабильным источником сырья для производства новых материалов (кварцевое стекло, специальная керамика). Применяемая камерно-целиковая система разработки характеризуется большими потерями балансовых запасов кварца (30%). При отбойке становится некондиционным еще 16% балансовых запасов кварца. Применяемые методы обогащения обеспечивают сквозной выход высокочистых кварцевых концентратов лишь в пределах 21-24% извлекаемых балансовых запасов кварца. Решение проблемы заключается в научном обосновании, разработке и последующем внедрении эффективной комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь и повышение выхода высокочистых концентратов. Цель проекта - разработка комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь в недрах и повышение сквозного выхода высокочистых кварцевых концентратов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Научно-технологические основы комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца: методика оценки действия взрыва плоских систем зарядов; методика определения рациональных методов рудоподготовки кварцевого сырья; экспериментальный образец рентгенорадиометрического сепаратора.
2. Технологические и технические решения комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, включающей технологию отработки наклонного месторождения кварца, технологию взрывной отбойки кварца и технологию рудоподготовки кварцевого сырья.
3. Лабораторный технологический регламент на комплексную геотехнологию подземной добычи и переработки высокоценного кварца.
4. Проект технического задания на проведение ОТР «Создание ресурсосберегающей технологии комплексного освоения месторождений кварца».
Научное обоснование, разработка и последующее внедрение комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки геотехнологии подземной добычи и переработки кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь и повышение выхода высокочистых концентратов, с показателями:
- потери кварца в недрах не более 12-14% от балансовых запасов;
- выход при отбойке некондиционного кварца класса минус 20 мм не более 10-14%;
- выход высокочистых кварцевых концентратов не менее 46-52% от промышленных запасов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Конечный продукт, создаваемый с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта:
1. Комплексная геотехнология подземной добычи и переработки высокоценного кварца:
- потери кварца в недрах не более 12-14% от балансовых запасов;
- разубоживание руды не более 13-14% от балансовых запасов.
- выход фракции кварца класса минус 20 мм (некондиционной) при добыче не более 10-14%;
- выход негабарита не более 7-10%;
- выход некондиционного кварца класса минус 5 мм при рудоподготовке не более 10-12%;
- выход высокочистых кварцевых концентратов не менее 46-52% от промышленных запасов.
2. Экспериментальный образец рентгенорадиометрического сепаратора:
- повышение быстродействия работы исполнительного механизма на 10-15%;
- увеличение разрешающей способности блока детектирования за счет использования полупроводникового датчика на 10-15%;
- увеличение селективности разделяемых минералов на 15-17%;
- применение сжатого воздуха в приводе исполнительного механизма;
- повышение производительности по машинному классу на 25-30%.
Новизна научных результатов состоит в разработке методики оценки действия взрыва плоских систем зарядов при отбойке кварца и методики определения рациональных методов рудоподготовки кварцевого сырья. Новизна технических и технологических решений комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца заключается в создании новой комбинированной системы разработки, технологии взрывной отбойки и экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора, обеспечивающих требуемые характеристики. Подана заявка на изобретение «Способ разработки наклонных рудных тел».
В настоящий момент мировой уровень технологии добычи и переработки высокочистого кварца определяется несколькими крупными производителями – компания Unimin (США), компания Norwegian Cristallites (Норвегия), ОАО «КГОК», ОАО «Полярный кварц» (Россия). В результате аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы и патентных исследований установлено, что компания Norwegian Cristallites (Норвегия) разрабатывает месторождение Nedre Oyvollen Pegmatite подземным способом, по которому технические показатели технологии добычи и переработки высокоценного кварца не опубликованы. ОАО «Полярный кварц» подземным способом разрабатывает месторождение Додо поэтажными выработками (щтреками, ортами) с использованием деревянного крепления с показатели извлечения: потери 20-25 %, разубоживание 25-35 %. На обогатительной фабрике в г. Нягань производство особо чистых кварцевых концентратов, сравнимых по качеству с продукцией ОАО «КГОК», до настоящего момента не освоено.
Месторождение кварцевого сырья «Желанное» (Республика Коми) разрабатывается ЗАО «Кожимское разведочно-добычное предприятие» (КРДП) подземным способом. Отходы при получении сортового жильного кварца и горного хрусталя достигают 58-73 %. Сопоставление заявленных результатов проекта с известными показателями ведущих производителей высокочистого кварца, определяющими мировой уровень, показывает их соответствие или превосходство в технологии подземной добычи и переработки.
Путями достижения заявленных результатов являются изыскания:
- комбинированной системы разработки наклонного месторождения кварца, обеспечивающей радикальное снижение потерь балансовых запасов кварца в недрах в 2 раза;
- технологии буровзрывных работ, обеспечивающей снижение выхода фракции кварца класса минус 20 мм на 25%;
- методов рудоподготовки сырья путем комплексирования процессов грохочения, рентгенорадиометрической и оптической сепарации, обеспечивающих использование кварца класса минус 5 мм и снижение выхода некондиционного кварца на треть.
Способы достижения заявленных результатов включают:
- аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по подземной разработке наклонных рудных тел, взрывной отбойке кварца и переработке кварцевого сырья;
- патентные исследования по подземной разработке наклонных рудных тел, взрывной отбойке кварца и переработке кварцевого сырья в соответствии с ГОСТ 15.011-96;
- анализ и систематизация горно-геологических, горнотехнических и геоэкономических условий подземной добычи и переработки высокоценного кварца, определение области и объектов возможного тиражирования разрабатываемой комплексной геотехнологии;
- изыскание путей повышения сквозного выхода кварца и установление научно-технологических основ комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца;
- исследование напряженно-деформированного состояния и прогноз развития процессов сдвижения массива горных пород с оценкой влияния на объекты поверхности при подземной отработке наклонного месторождения кварца;
- теоретическое обоснование параметров и конструирование рациональных вариантов технологии отработки наклонного месторождения кварца;
- изучение влияния параметров буровзрывных работ и энергетики взрыва на выход переизмельченной фракции кварца;
- конструирование рациональных технологических схем рудоподготовки на основе комплексирования процессов грохочения, радиометрической и оптической сепарации;
- математическое моделирование технологий отработки наклонного месторождения кварца, взрывной отбойки и рудоподготовки кварца;
- разработка эскизной конструкторской документации и изготовление экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора;
- разработка программы и методики экспериментальных исследований в натурных условиях комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца;
- разработка программы и методики исследовательских испытаний экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора;
- экспериментальные исследования комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца в натурных условиях Кыштымского рудника по разработанной программе и методике;
- исследовательские испытания экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора в натурных условиях Кыштымского рудника по разработанной программе и методике;
- обобщение и оценка эффективности, сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца;
- разработка лабораторного технологического регламента на комплексную геотехнологию подземной добычи и переработки высокоценного кварца;
- оценка РИД, полученных при выполнении ПНИ, с целью их вовлечения в хозяйственный оборот.
Ограничения и риски достижения заявленных результатов
При выполнении Этапа 1 «Выбор направлений исследований», Этапа 2 «Теоретические исследования и разработка технологических решений», Этапа 3 «Моделирование объектов исследования и изготовление экспериментального образца, разработка технической документации» ограничения и риски достижения заявленных результатов минимальны и связаны только с отсутствием финансирования проекта. Предпосылками минимизации рисков здесь можно считать значительный опыт ИГД УрО РАН в выполнении исследований технологии подземной разработки Кыштымского месторождения и ЗАО «Научно-производственная компания «Техноген» (Соисполнитель) в создании технологии рентгенорадиометрического обогащения минерального сырья на базе рентгенорадиометрических сепараторов. Ограничения и риски возникают при выполнении Этапа 4 «Проведение экспериментальных исследований» в натурных условиях Кыштымского рудника и включают:
- риски природного характера, связанные с недостаточной изученностью строения рудного тела, повышенным горным давлением в конструктивных элементах системы разработки, вызванным сложной геомеханической обстановкой, снижением качества кварца в недрах;
- риски технического характера обусловлены возможным несоответствием применяемого технологического оборудования горно-геологическим условиям экспериментального участка;
- риски организационного характера связаны с деятельностью Индустриального партнера (приостановка его деятельности, нарушение сроков подготовки экспериментальных участков и проведения экспериментов, регламентируемых План-графиком выполнения ПНИ).
Риск не достижения заявленных результатов оцениваем как приемлемый.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Научно-технологические основы комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца могут использоваться академическими и отраслевыми научными институтами и вузами в области исследований подземной геотехнологии и переработки кварцевого сырья. Технологические и технические решения, технологический регламент и проект технического задания на проведение ОТР «Создание ресурсосберегающей технологии комплексного освоения месторождений кварца» могут применяться проектными и эксплуатирующими организациями, осуществляющими деятельность в области проектирования, добычи и переработки кварцевого сырья.
Практическое внедрение технологии отработки наклонного месторождения и технологии взрывной отбойки кварца предполагается при освоении жилы № 175 Кыштымского месторождения в этажах 316/346 м и 316/ 216 м. Практическое внедрение рентгенорадиометрической сепарации предполагается при переработке кварцевого сырья Кыштымского, Кузнечихинского, Вязовского и Аргазинского месторождений на обогатительной фабрике ОАО «Русский кварц».
Перспективы использования технических результатов, в том числе РИД, связаны с подземной разработкой кварцевых месторождений, осваиваемых ОАО «КГОК» (в первую очередь Кыштымское, в перспективе Кузнечихинское, Вязовское и Аргазинское) и другими предприятиями, с аналогичными горно-геологическими и горнотехническими условиями, требованиями к качеству сырья (Неройское, Желанное, Светлореченское и др.). Конструкция создаваемого образца рентгенорадиометрического сепаратора универсальна и должна иметь потенциал для использования на горных предприятиях с аналогичными требованиями к качеству исходного сырья и концентратов (ОАО «Кыштымский ГОК», ООО «Русский кварц», ОАО «Полярный кварц» (Россия), ЗАО «Кожимское РДП», компания Unimin (США), компания Norwegian Cristallites (Норвегия) и др.).
Создаваемая комплексная геотехнология подземной добычи и обогащения может быть использована для обеспечения перспективных инновационных проектов освоения месторождений со сходными горно-геологическими, горнотехническими условиями и требованиями к качеству продукции. Внедрение созданной технологии позволит:
- кардинально (в 2 раза) снизить потери кварца в недрах и повысить сквозной выход высокочистого кварцевого концентрата более чем в 1,5 раза;
- увеличить сырьевую базу ОАО «КГОК» для производства высокочистых кварцевых концентратов в 1,4-1,5 раза за счет более эффективного использования природного сырья;
- продлить на 18-20 лет срок жизни уникального Кыштымского месторождения высокоценного дефицитного кварца;
- надежно обеспечить высокочистыми кварцевыми концентратами инновационные отрасли Российской промышленности для производства принципиально новых базовых материалов (кварцевое стекло, специальная керамика, продукция двойного назначения) для электронной, оптической, светотехнической промышленности, наноиндустрии и солнечной энергетики.
Планируемые результаты положительно повлияют на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки при соответствующих мероприятиях.

Текущие результаты проекта:
1. Установлены закономерности формирования вторичного напряженно-деформированного состояния на разных этапах разработки месторождения и определены безопасные параметры комбинированной системы разработки (КСР). Определено, что при выемке камер и междукамерных целиков (МКЦ) кровля будет в устойчивом состоянии за счет сжатия на торце консоли до -24 МПа, что существенно ниже предела прочности горного массива -100 МПа.
2. Сконструированы варианты КСР с увеличенным до 26 м пролетом камер и податливыми МКЦ трапециевидной формы, обеспечивающие снижение потерь кварца до 6-11%. Разработана методика определения потерь и разубоживания кварца в зависимости от мощности и угла наклона залежи, ценности кварца, параметров камер и МКЦ. Установлена эффективность (себестоимость добычи на 20-23 % ниже) варианта КСР с взрыводоставкой и выпуском кварца через траншейное днище при изменении мощности и угла падения жилы.
3. Установлено, что при веерном расположении скважин диаметром 65 мм, действующих как плоский заряд, зоны переизмельчения в ближней зоне взрыва не образуются, снижение выхода некондиционной фракции кварца до 7-10% определятся интенсивностью дробления кусков при падении и соударении, и зависит от удельного расхода и мощности взрывчатого вещества.
4. Установлена зависимость выхода переизмельченного кварца (7-20 %) от диаметра заряда и скорости детонации ВВ для одиночного заряда. Определена длина пробоя между зарядами (1,5-6,4 м) и давление в общей полости взрыва (700-2200 МПа), обеспечивающее отделение слоя от массива в зависимости от параметров отбойки кварца.
5. Установлено, что при обогащении кварца на рентгенорадиометрическом сепараторе с газовым пропорциональным датчиком возможно выделять фракции, которые в 8-10 раз отличаются по содержанию вредных примесей (железо, марганец); определены области применения рентгенорадиометрической и фотометрической сепарации по классам крупности кварца, соответственно, -65+20 мм и -20+5 мм.
6. Определены оптимальные пороги для рентгенорадиометрической сепарации исходной руды класса -60+20мм~0,15 ед. и хвостов оптической сортировки класса -20+5мм~0,3 ед., и режим оптической сепарации, обеспечивающий выделение частиц темнее фона при коэффициенте диффузного отражения более 55% в диапазоне длин волн 450-550 нм.