СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОБОГАЩЕННОГО ПРИПЛОТИКОВОГО ПЛАСТА ТЕХНОГЕННОЙ РОССЫПИ Российский патент 2000 года по МПК E21C41/30 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при освоении техногенных россыпей полезных ископаемых, представленных минералами большой плотности (например, золота, платины и д.).

Характерной особенностью техногенных россыпей является небольшое содержание ценных компонентов в горной массе, отсутствие явно выраженного пласта полезного ископаемого, поэтому выемка горной массы осуществляется с обеспечением сплошности отработки. При отсутствии явно выраженного пласта полезного ископаемого вынужденно приходится для извлечения ценного компонента промывать весь объем продуктивной горной массы, что существенно увеличивает эксплуатационные расходы. Это является причиной недостаточного уровня освоения запасов техногенной горной массы россыпей, объем которых только на территории Дальнего Востока составляет несколько миллиардов кубических метров горной массы, крайне отрицательно сказываясь на экологической обстановке районов горных работ. Для снижения эксплуатационных затрат при разработке техногенных россыпей необходимо сформировать обогащенный приплотиковый пласт полезного ископаемого, максимально используя при этом воздействие на продуктивную горную массу безнапорных потоков воды и природных явлений.

Концентрация ценных минералов, определяющая процесс формирования пласта полезного ископаемого, зависит от их поведения в водно-аллювиальной среде. В природных условиях для всех водотоков, участвующих в образовании россыпных месторождений, как правило, характерен турбулентный режим движения. В турбулентном потоке твердые частицы приобретают сложный характер движения, оцениваемый мгновенными скоростями, имеющими три составляющих: вектор скорости, направленный вдоль оси потока, и два поперечных вектора. Минералы различной плотности и с различной константой гипергенной устойчивости [1, стр. 93], участвующие в формировании пласта россыпного месторождения, в турбулентном потоке подвергаются вибрациям и перемещаются в соответствии с параметрами гидравлических характеристик потока. Влияние колебаний (вибраций) твердых частиц горной массы, связанных с чередованием турбулентного и ламинарного режимов движения потока, на формирование аллювиальных россыпей несомненно, это установлено и подтверждается многими ведущими учеными [1, стр. 92 - 98]. Эти процессы происходят и при запотевании отвалов техногенной горной массы россыпей при создании там условий для движения безнапорных потоков воды.

Однако имеется еще один вид колебаний, оказывающий на процесс миграции тяжелых ценных компонентов не меньшее влияние. Это колебания почв, вызванные сейсмическими явлениями, которые по сравнению с указанными выше действуют более интенсивно и проявляются на значительных площадках. Динамика процессов разрушения коренных источников золота и перемещение металла до образования пласта россыпного месторождения формируется под воздействием тектоно-сейсмических явлений, которые можно рассматривать с позиций волновой механики [2, стр. 23, 28].

Тектоно-сейсмические факторы в процессе формирования россыпного месторождения характеризуются энергией упругих колебаний, существующих в виде динамических полей напряжений, создаваемых продольными и поперечными волнами, имеющими буквенное обозначение соответственно P и S. Продольные волны P распространяются со скоростью примерно 3 км/с, а S - волны - около 4,5 км/с [3, стр. 31 - 43]. Имеется еще один важный класс сейсмических волн. Это поверхностные волны, распространяющиеся не внутри земли, а вдоль ее поверхности. Они представляют собой смесь двух типов волн - волн Лява и волн Релея. Волны Лява - это поперечные колебания, похожие на S - волны, но распространяющиеся в горизонтальной плоскости, у них нет вертикальной составляющей скорости. Волны Релея имеют значительную вертикальную составляющую и напоминает "кульбиты назад".

Таким образом, в природной среде существуют различные виды колебаний толщ земной поверхности, которые в определенных условиях способствуют миграционным процессам частиц высокой плотности, что в конечном итоге влияет на степень формирования обогащенного приплотикового пласта техногенной россыпи.

Другим важным условием интенсификации просвета формирования обогащенного пласта полезного ископаемого являются криогенные явления, причем наибольшее влияние оказывает не температурное поле, а его изменения и соответствующие этим изменениям процессы промерзания и протаивания пород [1, стр. 123]. Этим, в частности, объясняется глубокая вертикальная миграция золота в трещины коренных пород плотика.

Перечисленные выше природные явления положены в основу способа формирования приплотикового пласта техногенной россыпи.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ формирования обогащенного приплотикового пласта техногенной россыпи [4], заключающийся в планировке полигона, проходке в верхней по простиранию части россыпи водозаводной канавы и сооружении подпорной плотины, плотины нижнего уровня воды в нижней по падению части россыпи с водоотливом для регулирования уровня затопления полигона, и усилении процесса миграции под воздействием энергии колебаний.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение эксплуатационных затрат и повышение извлечения ценных компонентов, в том числе и мелких фракций, при поэтапной разработке раздельным способом техногенных россыпных месторождений, расположенных в сейсмоактивных районах, за счет создания обогащенного приплотикового пласта на основе интенсификации комбинированных воздействий природных явлений и технологических факторов на продуктивную горную массу месторождения при снижении общего негативного воздействия горных работ на окружающую среду.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования обогащенного приплотикового пласта техногенной россыпи, включающем планировку полигона, проходку в верхней по простиранию части россыпи водозаводной канавы и сооружение подпорной плотины, плотины нижнего уровня воды с водосливом для регулирования уровня затопления полигона, и при подаче воды в водозаводную канаву производят полное затопление поверхности полигона и образование безнапорного фильтрационного потока в теле россыпи со скоростью, обеспечивающей механическую суффозию и увеличение пористости массива пород, при этом происходит миграция частиц ценного компонента высокой плотности в обогащенный приплотиковый пласт, причем эффективность процесса миграции усиливается под воздействием энергии сейсмических волн землетрясений небольшой мощности, затем при наступлении осеннего периода полигон осушают и оставляют без применения защитных средств для естественного промерзания на зимний период, а с наступлением весеннего периода и появлением воды полигон затопляют снова, что способствует разупорядочению глинистых фракций пород и активизации процесса миграции ценных компонентов и обогащению приплотиковой области пласта техногенного месторождения, при этом сформированный обогащенный приплотиковый пласт техногенного месторождения промывают на промывочной установке после удаления в отвал по кратчайшему пути пустой породы, расположенной над обогащенным приплотиковым пластом. Регулирование уровня затопления полигона с проточным движением воды способствует возникновению процессов суффозии частиц горной массы и миграции ценных компонентов в приплотиковую область месторождения, а частые (сотни и тысячи раз в год) сотрясения пласта под воздействием энергии сейсмических волн землетрясений небольшой мощности, характерных для выбранного района расположения месторождений [2, 5, 6], причем на летнее время приходится примерно половина толчков, способствует ускорению миграционных процессов частиц ценных компонентов в приплотиковую область пласта. Осушение полигона затем при наступлении осеннего периода и естественное промораживание горной массы в зимний период приводит на следующем этапе (весна-лето), при повторном запотевании и оттаивании пород, к разупрочнению глинистых фракций, высвобождению частиц ценных компонентов и их миграции в приплотиковую область пласта. Если при разведке месторождения окажется, что обогащенный пласт не сформирован, то цикл может быть повторен, а при завершении процесса формирования пласта производится разработка его традиционными способами, причем пустая порода (верхние слои техногенного месторождения) может быть предварительно удалена в отвал, а сформированный обогащенный пласт, значительно меньшего объема в сравнении с общим объемом техногенной горной массы, промывается на модульной промывочной установке.

Предлагаемый способ изображен на чертежах.

На фиг. 1 - повторяемость землетресений на территории Приамурья в зависимости от энергетического класса землетресения за год. На фиг. 2 - план полигона техногенного россыпного месторождения, отработанного первично дражным способом, с горнотехническими сооружениями. На фиг. 3 - схема миграции частиц ценного компонента в область формируемого приплотикового обогащенного пласта.

На разрабатываемом полигоне 1 (фиг. 1, фиг. 2), где размещены гале-эфельные отвалы 2, сооружают подпорную плотину 3 и проходят водозаводную канавку 4, через которую воду из водотока подают на полигон 1. Для создания безнапорного фильтрационного потока в гале-эфельных отвалах 2 и их полного затопления по падению россыпи сооружают плотину нижнего уровня воды 5 с водосливом 6. При безнапорном движении воды в теле техногенной россыпи возникают суффозионные процессы, в связи с чем вынесение мелких частиц горных пород создает в массиве пустоты, которые могут заполняться другими частицами породы или зернами ценных компонентов 7, на которые действует сила, направление которой определяется векторами вертикальной составляющей скорости V_В гидравлической крупностью W и средней скоростью V_ср. В результате частицы ценного компонента в общей своей массе перемещаются в область обогащенного приплотикового пласта 8, формируемого на плотике 9. Процесс миграции частиц ценных компонентов существенно ускоряется под воздействием сейсмических и криогенных явлений.

Способ осуществляется следующим образом.

На подготавливаемом к разработке полигоне 1 техногенной россыпи выполняется планировка поверхности отвальных комплексов месторождения (гале-эфельные отвалы 2), включенных в контур полигона 1, сооружают водозаводную канавку 4, подпорную плотину 3 и плотину нижнего уровня воды 5 для поднятия уровня и затопления полигона 1 с проточным движением воды. Для регулирования уровня воды и создания проточного движения выполняют водослив 6. Это способствует возникновению процессов суффозии частиц горной массы и миграции зерен ценных компонентов 7 в область обогащенного приплотикового пласта 8 месторождения, а частые (сотни и тысячи раз в год) сотрясения пород месторождений под воздействием энергии сейсмических волн землетрясений небольшой мощности, характерных для выбранного района расположения месторождения, причем на летнее время приходится примерно половина толчков, приводят к ускорению миграционных процессов частиц ценных компонентов в приплотиковую область пласта. При наступлении осеннего периода производят осушение полигона и естественное промораживание горной массы в зимний период, поэтому на следующем этапе (весна-лето) при повторном затоплении полигона и оттаивания пород происходит разупрочнение глинистых фракций, высвобождение частиц ценных компонентов и их миграция в область обогащенного приплотикового пласта 8, формируемого на плотике 9. При наступлении следующего осеннего периода выполняют валовое опробование месторождения, и если окажется, что обогащенный приплотиковый пласт 8 не сформирован, то цикл работ может быть повторен, а если в процессе валового опробования будет установлено завершение процесса формирования обогащенного приплотикового пласта 8 месторождения, то производится разработка обогащенного приплотикового пласта 8 традиционными способами с предварительным удалением пустой породы в отвалы.

Учитывая цикличность выполняемых работ и их многолетний характер (не менее 2,5 лет), предлагается готовить к разработке 2 - 3 полигона со сдвигом во времени 0,5 - 1 год.

Предлагаемый способ характеризуется тем, что сокращается существенно (на 60 - 80%) объем продуктивной горной массы, подаваемой на промывочную установку за счет формирования обогащенного приплотикового пласта. Удаление пустой породы с поверхности обогащенного пласта производится на борт полигона по кратчайшему расстоянию, поэтому общие затраты на разработку месторождения сокращается. Повышению извлечения ценных компонентов на модульной промывочной установке будет способствовать достаточно высокая степень дезинтеграции пород при многолетнем воздействии безнапорных потоков воды, сейсмических явлений и криогенного фактора. Эти же условия способствуют снижению загрязняемой территории района горных работ за счет уменьшения промываемых объемов горной массы и снижения глинистых фракций в хвостах промывки.

Список литературы
1. Шило Н.А. Основы учения о россыпях. М.: Наука, 1981, - 283 с.

2. Сорокин А.П. Морфоструктуры и кайнозойские россыпи золота Приамурья, М.: - Наука, - 1990. - с. 23 - 29.

3. Эйби Дж. А. Землетрясения: Пер. с англ. - М., Недра, 1981. - 264 с.

4. Патент RU N 2106495, Михайлов А.Г. и др., 10.03.98, E 21 C, 41/00.

5. Николаев В. В. , Семенов Р.М., Оскорбин Л.С. и др. Сейсмотехника и сейсмическое районированние Приамурья. - Новосибирск: - Наука, - Сиб. от-ние РАН. - 1989. - с. 9 - 11.

6. Сорокин А.П., Глотов В.Д. Золотоносные структурно-вещественные ассоциации Дальнего Востока. - Владивосток - Дальнаука. - 1997, с. 41 - 59.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке техногенных россыпных месторождений полезных ископаемых большой плотности, например золота, платины и др. Способ включает планировку полигона, проходку в верхней по простиранию части россыпи водозаводной канавы и сооружение подпорной плотины и плотины нижнего уровня воды в нижней по падению части россыпи с водосливом для регулирования уровня затопления полигона. При подаче воды в водозаводную канаву производят полное затопление поверхности полигона и образование безнапорного фильтрационного потока в теле россыпи со скоростью, обеспечивающей механическую суффозию и увеличение пористости массива пород. Происходит миграция частиц ценного компонента высокой плотности в обогащенный приплотиковый пласт. Эффективность процесса миграции усиливают воздействием энергии сейсмических волн землетрясений небольшой мощности. При наступлении осеннего периода полигон осушают и оставляют для естественного промерзания на зимний период. В весенний период полигон затопляют снова. Происходит разупрочнение глинистых фракций пород, активизация процесса миграции ценных компонентов и обогащение приплотиковой области пласта. Сформированный обогащенный приплотиковый пласт техногенного месторождения промывают на промывочной установке. Пустую породу, расположенную над обогащенным приплотиковым пластом, удаляют в отвал по кратчайшему пути. Технический результат - сокращение эксплуатационных затрат и повышение извлечения ценных компонентов. 3 ил.

Способ формирования обогащенного приплотикового пласта техногенной россыпи, заключающийся в планировке полигона, проходке в верхней по простиранию части россыпи водозаводной канавы и сооружение подпорной плотины, плотины нижнего уровня воды в нижней по падению части россыпи с водосливом для регулирования уровня затопления полигона и усилении процесса миграции ценных компонентов под воздействием энергии колебаний, отличающийся тем, что в качестве источника колебаний используют сейсмические волны землетрясений небольшой мощности, затем при наступлении осеннего периода полигон осушают и оставляют без применения защитных средств для естественного промерзания на зимний период, а с наступлением весеннего периода и появлением воды полигон затопляют снова для разупрочнения глинистых фракций пород и активизации процесса миграции ценных компонентов и обогащения приплотиковой области пласта техногенного месторождения, а образование безнапорного фильтрационного потока в теле россыпи организуют со скоростью, обеспечивающей механическую суффозию и увеличение пористости массива пород для миграции частиц ценного компонента высокой плотности в обогащенный приплотиковый пласт, при этом сформированный обогащенный приплотиковый пласт техногенного месторождения промывают на промывочной установке после удаления в отвал пустой породы, расположенной над обогащенным приплотиковым пластом.