Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0026

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0026
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук
Название доклада
Создание комплексной инновационной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь и повышение выхода высокочистых кварцевых концентратов
Докладчик
Соколов Игорь Владимирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель - разработка комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, обеспечивающей кардинальное снижение потерь в недрах и повышение сквозного выхода высокочистых кварцевых концентратов.
В рамках исследований комбинированной системы разработки, технологии буровзрывных работ и методов рудоподготовки кварцевого сырья решен ряд научно-технических задач:
- выбор направлений исследований, анализ литературы, патентные исследования, установление научно-технологических основ создания комплексной геотехнологии;
- теоретические исследования напряженно-деформированного состояния горного массива, влияния параметров буровзрывных работ на выход переизмельченной фракции кварца, изучение характеристик минералов-примесей, разработка технологических решений по отработке, взрывной отбойке и рудоподготовке кварца;
- математическое моделирование технологий отработки, взрывной отбойки и рудоподготовки кварца, разработка эскизной конструкторской документации и изготовление экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора;
- экспериментальные исследования комплексной геотехнологии и исследовательские испытания экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора в натурных условиях Кыштымского рудника по разработанным программам и методикам;
- обобщение и оценка, сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований, разработка лабораторного технологического регламента, оценка РИД.
Актуальность и новизна исследования
Кыштымское месторождение кварца, 90% запасов которого сосредоточено в жиле №175 с наклонным падением 30˚ и мощностью 12 м, является единственным в России стабильным источником для производства высокочистых концентратов. Камерно-целиковая система разработки и технология отбойки характеризуются большими (до 45%) потерями кварца, а методы обогащения обеспечивают сквозной выход концентратов в пределах лишь 21-24% извлекаемых запасов. Решение проблемы заключается в разработке комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки кварца, обеспечивающей кардинальное (в 2 раза) снижение потерь и повышение (в 1,5 раза) выхода высокочистых концентратов.
Впервые выполнены теоретические и экспериментальные исследования:
- вариантов комбинированной системы разработки, различающихся формой, условиями и способом отработки междукамерного целика, и зависимостей показателей извлечения и эффективности от мощности и угла падения кварцевой жилы, и ширины камер;
- дробящего действия одновременного взрыва ряда удлиненных зарядов взрывчатого вещества в кварцевом массиве, и влияния диаметра скважин, сетки их расположения, типа взрывчатого вещества и конструкции заряда на интенсивность измельчения кварца;
- технологических схем рудоподготовки кварца, основанных на комплексировании процессов грохочения, оптической и рентгенорадиометрической сепарации, и зависимостей выхода концентрата, выделенного из исходного сырья, хвостов ручной сортировки и оптической сепарации, от аналитического параметра.
Описание исследования

Исследования комплексной геотехнологии выполнялись по трем направлениям:
1. Научное обоснование комбинированной системы разработки наклонного месторождения кварца, обеспечивающей радикальное снижение потерь балансовых запасов кварца в недрах в 2 раза (с 30% до 14%), включая:
- установление процесса формирования напряженно-деформированного состояния и прогноз развития процесса сдвижения массива горных пород, оценка его влияния на объекты поверхности, геомеханическое обоснование параметров конструктивных элементов системы разработки;
- разработка методик определения показателей извлечения и выбора эффективных вариантов системы разработки;
- конструирование и математическое моделирование вариантов системы разработки, определение показателей извлечения и эффективности, выбор оптимального варианта;
- разработка программы и методики экспериментальных исследований оптимального варианта технологии в натурных условиях;
- экспериментальные исследования технологии отработки в натурных условиях этажа 346/316 м Кыштымского рудника;
2. Изыскание технологии и параметров буровзрывных работ, обеспечивающих снижение выхода фракции кварца класса минус 20 мм на 25% (с 19% до 14%), включает:
- теоретическое исследование воздействия параметров буровзрывных работ и энергетики взрыва на выход переизмельченной фракции кварца, аналитические расчеты гранулометрического состава кварцевого сырья при возможных способах его отбойки;
- конструирование рациональных схем и способов, математическое моделирование технологии взрывной отбойки кварца, оптимизация параметров буровзрывных работ и определение технико-экономических показателей;
- разработка программы и методики экспериментальных исследований технологии взрывной отбойки кварца в натурных условиях;
- экспериментальные исследования технологии взрывной отбойки кварца в натурных условиях этажа 346/316 м Кыштымского рудника;
3. Изыскание эффективных методов рудоподготовки сырья, обеспечивающих повышение выхода высокочистых кварцевых концентратов в 1,5 раза (до 46-52%), включает:
- исследование минерального и вещественного состава кварцевой руды, изучение оптических, радиометрических и физических характеристик минералов примесей;
- выбор оптимальных гранулометрических классов для проведения оптической и рентгенорадиометрической сепарации;
- конструирование технологических схем рудоподготовки на основе комплексирования процессов грохочения, оптической и радиометрической сепарации;
- разработка конструкторской документации, изготовление экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора;
- разработка программы и методики иcследовательских испытаний, иcследовательские испытания экспериментального образца рентгенорадиометрического сепаратора;
- разработка программы и методики экспериментальных исследований технологии рудоподготовки кварцевого сырья в натурных условиях;
- экспериментальные исследования технологии рудоподготовки кварцевого сырья в натурных условиях Кыштымского рудника.
На заключительном этапе исследований:
- выполнена оценка эффективности, сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований комплексной геотехнологии;
- разработан лабораторный технологический регламент на комплексную геотехнологию подземной добычи и переработки высокоценного кварца;
- выполнена оценка РИД с целью вовлечения в хозяйственный оборот;
- разработан проект Технического задания на ОТР «Создание ресурсосберегающей технологии комплексного освоения месторождений кварца».
Индустриальный партнер ОАО «Кыштымский ГОК» обеспечил экспериментальные исследования:
- арендовал технологическое оборудование (оптический сепаратор, установка для классификации и гравитационного обогащения);
- разработал локальные проекты на проведение экспериментальных исследований;
- создал экспериментальный участок и линию рудоподготовки кварца, осуществил экспериментальную отбойку, транспортирование, грохочение и сепарацию кварца в натурных условиях Кыштымского рудника;
- выполнил маркетинговые исследования перспектив коммерциализации РИД.

Результаты исследования

- Определено, что во всем диапазоне изменения мощности (4-20 м) и угла падения (20-40°) рудного тела, вариант комбинированной системы разработки с камерной выемкой основных запасов блока, массовой отбойкой междукамерного целика трапециевидной формы, площадным выпуском руды под консолью висячего бока через днище камеры является оптимальным по критерию прибыли на 1 т погашаемых балансовых запасов. В результате натурных экспериментов установлено, что при гравитационных и тектонических напряжениях в горном массиве Кыштымского месторождения 3 и 10 МПа, соответственно, ширина камеры 26 м и трапециевидного междукамерного целика 2-8 м являются устойчивыми, а фактические показатели потерь и разубоживания кварца в пересчете на экспериментальный блок составят 9,1 и 14 %.
- Установлены зависимости выхода переизмельченного кварца класса -20 мм от диаметра заряда и скорости детонации взрывчатых веществ, определена длина пробоя между взаимодействующими зарядами (1,5-6,4 м) и давление в общей полости взрыва (700-2200 МПа), обеспечивающее отделение слоя от массива. В результате натурных экспериментов установлено, что выход переизмельченного кварца составляет 12,2%, выход негабаритных кусков размером более 700 мм – 7,6%. Сделан вывод, что при скважинах диаметром 65 мм возможно снижение выхода переизмельченного кварца по комбинированной системе разработки до 12-14% за счет уменьшения удельного расхода взрывчатых веществ до 0,8-0,9кг/м3, при этом выход негабарита не превысит 7-10%.
- Установлено, что рентгенорадиометрическая сепарация позволяет выделять различные фракции, которые в значительной степени (в 8-10 раз) отличаются по содержанию вредных примесей. В результате натурных экспериментов установлено, что выход обогащенного кварца, выделенного из исходного минерального сырья крупностью -65+20 и -30+5 мм, составляет 43-45%, его выход при переработке хвостов ручной сортировки крупностью -65+20 мм и хвостов оптической сепарации крупностью -30+5 мм снижается до 33-36%. Сквозной выход высокочистых кварцевых концентратов составляет 49,1%, выход некондиционного класса крупностью -5 мм – 11,3%.
- В результате исследовательских испытаний экспериментального образца сепаратора рентгенорадиометрического флуоресцентного СРФ1-150Л установлено соответствие его технических характеристик требованиям ТЗ: повышено быстродействие работы исполнительного механизма на 35% за счет применения пневматического привода; увеличена разрешающая способность блока детектирования на 17-18% за счет использования полупроводникового датчика; повышена селективность разделяемых высокоминерализованных и высокочистых кусков кварца на 20%; в целом повышена производительность по сравнению с промышленным сепаратором СРФ1-100 по машинному классу крупностью -65+20 мм на 30%.
Сопоставление результатов исследования с известными результатами аналогичных работ, определяющих мировой уровень, показывает их превосходство в технологии подземной добычи и соответствие в технологии переработки кварца.

Практическая значимость исследования
Практическая значимость состоит в создании научно-технологических основ комплексной геотехнологии подземной добычи и переработки высокоценного кварца, которые могут использоваться академическими и отраслевыми институтами при соответствующих исследованиях, в разработке технических решений, технологического регламента и проекта технического задания на проведение ОТР «Создание ресурсосберегающей технологии комплексного освоения месторождений кварца», являющихся основой для ее внедрения.
Внедрение технологий отработки и взрывной отбойки кварца предполагается при освоении жилы №175 Кыштымского месторождения в этажах 316/346 м и 316/216 м, технологии рудоподготовки – при переработке кварцевого сырья Кыштымского, Кузнечихинского, Вязовского и Аргазинского месторождений. Внедрение комплексной геотехнологии при освоении жилы №175 Кыштымского месторождения позволит:
- 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 освоения уникального Кыштымского месторождения высокоценного дефицитного кварца;
- надежно обеспечить высокочистыми кварцевыми концентратами инновационные отрасли российской экономики для производства принципиально новых материалов (кварцевое стекло, специальная керамика, продукция двойного назначения) для электронной, оптической, светотехнической промышленности, наноиндустрии и солнечной энергетики.
Перспективы использования результатов связаны с подземной разработкой Кузнечихинского, Вязовского, Аргазинского, Неройского, Желанного месторождений кварца с аналогичными горно-геологическими и горнотехническими условиями. Конструкция созданного образца рентгенорадиометрического сепаратора универсальна и имеет потенциал для использования на горно-обогатительных предприятиях с аналогичными требованиями к качеству исходного сырья и концентратов (ООО «Русский кварц», ОАО «Полярный кварц», ЗАО «Кожимское РДП» (Россия) и др.).