ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЙ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ МИНЕРАЛЬНЫХ СОЛЕЙ Российский патент 2003 года по МПК E21C41/20 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке месторождений минеральных солей, содержащих древние микроорганизмы, находящиеся в жизнеспособном состоянии.

Известен способ подземной разработки месторождений минеральных солей, принятый за прототип (А.Н. Андреичев. Разработка калийных месторождений. М.: Недра. 1966. 255 с.), включающий выемку минеральных солей с использованием подземных горных выработок, закладку выработанного пространства отходами обогащения минеральных солей.

При этом для обогащения минеральных солей используют обогатительные установки, а для сушки получаемого концентрата - сушильные установки, расположенные на земной поверхности (Андреичев А.Н., Нудельман А.Б. Добыча и переработка солей. М.: Гос. Научно-техн. из-во хим. Литературы. 1960. 451 с.)
Недостатком известного способа разработки месторождений минеральных солей является высокая вероятность загрязнения современной биосферы жизнеспособными древними микроорганизмами, содержащимися в природных минеральных солях и поступающих в окружающую человека среду как с добытой соляной горной массой, продуктами и отходами ее переработки (обогащения), так и исходящими из рудников вентиляционными струями воздуха.

Изобретение направлено на решение задачи по повышению экологической безопасности разработки месторождений минеральных солей и защиты населения Земли от вредного воздействия древних микроорганизмов, находящихся в минеральных солях в состоянии анабиоза.

Технический результат заключается в ограничении поступления минеральных солей и исходящих струй вентиляционного воздуха, содержащих древние микроорганизмы, на земную поверхность.

Для решения поставленной задачи экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей, характеризующийся тем, что он включает строительство подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих регулярную выемку минеральных солей и их обогащение, последующую выемку минеральных солей с использованием подземных горных выработок с одновременным их обогащением на подземной обогатительной установке с получением стерилизованного концентрата, закладку выработанного пространства и стерилизацию исходящих струй вентиляционного воздуха. В качестве обогатительной установки можно использовать обогатительную установку, работающую на принципе термического выщелачивания полезного компонента. Получаемый при обогащении минеральных солей концентрат могут сушить на подземной сушильной установке. В качестве сушильной установки могут использовать микроволновую печь. Концентрат минеральных солей могут выдавать на поверхность в герметичных оболочках. Вентиляционный воздух перед выдачей его на земную поверхность могут увлажнять до приобретения им относительной влажности, достигающей или превышающей значение величины критической относительной влажности воздуха для наименее гигроскопичного солеобразующего минерала, и пропускать через пылевлагоосадительные выработки при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов. В качестве источника паров воды для увлажнения вентиляционного воздуха можно использовать водяные пары, образующиеся при сушке концентрата минеральных солей. По маршруту движения исходящих струй вентиляционного воздуха и концентрата минеральных солей можно устанавливать постоянно действующие источники УФ-излучения коротковолнового диапазона и/или γ-лучей. Часть вентиляционного воздуха исходящих струй с помощью подземного вентилятора можно подавать в свежую струю вентиляционного воздуха. В период строительства подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих регулярную выемку минеральных солей и их обогащение, минеральные соли, извлекаемые из недр, можно складировать на земной поверхности в изолированных хранилищах для последующего их спуска в шахту, обогащения и/или закладки, производить "мокрую" пылеочистку вентиляционного воздуха исходящих струй и его облучение ультрафиолетовыми или гамма-лучами, при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов, с размещением образующихся при пылеподавлении соляных растворов в изолированном хранилище для последующего спуска в шахту и использования на технологические нужды.

Производство выемки минеральных солей с одновременным их обогащением на подземной обогатительной установке, при закладке выработанного пространства отходами обогащения минеральных солей, исключает попадание природных минеральных солей, содержащих жизнеспособные древние микроорганизмы, на земную поверхность, снижает затраты на изоляцию солей, отходов обогащения транспортных коммуникаций и технологических установок от биосферы, а получение стерилизованного концентрата и стерилизация исходящих струй вентиляционного воздуха снижает вероятность попадания жизнеспособных клеток древних микроорганизмов в организм людей и животных; снижает транспортные расходы, обеспечивает стабильный температурный режим обогащения и повышение качества концентрата.

Использование в качестве обогатительной установки обогатительной установки, работающей на принципе термического выщелачивания полезного компонента, позволяет обеспечить получение концентрата с высокой степенью стерилизации по отношению к древним микроорганизмам за счет того, что полезный компонент извлекают из природных минеральных солей путем его селективного растворения в горячем маточном растворе при температуре 105-110^oС.

До получения кристаллического концентрата проходят десятки минут. Нерастворившиеся в маточном растворе составляющие природных минеральных солей подают на захоронение в выработанном пространстве, не контактируя с биосферой.

Сушка получаемого при обогащении минеральных солей концентрата на подземной сушильной установке завершает подземную стерилизацию концентрата. В подземных условиях, при стабильной положительной температуре окружающего горного массива, снижается расход теплоносителей в сушильной установке, исключается загрязнение атмосферы вредными выбросами. Использование для сушки микроволновых печей позволяет производить деструкцию субстанций сохранившихся в процессе обогащения жизнеспособных древних микроорганизмов и получить более экологически чистый концентрат.

Выдача концентрата минеральных солей "на-гора" в герметичных оболочках позволяет исключить загрязнение, увлажнение концентрата в процессе его транспортирования по подземным выработкам и на земной поверхности, упрощает погрузочно-разгрузочные работы, исключает неконтролируемое поступление концентрата минеральных солей в биосферу.

Увлажнение вентиляционного воздуха, перед выдачей его на земную поверхность, до приобретения им относительной влажности, достигающей или превышающей значение величины критической относительной влажности воздуха для наименее гигроскопичного солеобразующего минерала, позволяет растворить содержащиеся в воздухе соляные частицы, перевести их в капельно-жидкие соляные формы, обладающие повышенной способностью к сорбции и коагуляции. Улавливание соляно-жидкостных субстанций осуществляют в пылевлагоосадительных выработках с развитой осадительной поверхностью и проходным сечением, обеспечивающим сравнительно низкие скорости движения очищаемого воздуха.

Учитывая, что растворение соляной пыли приводит к увлажнению вероятно содержащихся в них древних микроорганизмов, "мокрую" пылевлагоочистку ведут при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов. Например, температура 8-10^oС, свойственная для Верхнекамских калийных рудников, является неблагоприятной для оживления древних микроорганизмов. Оптимальной температурой для оживления древних микроорганизмов, содержащихся в калийных солях, является температура +37...+45^oС.

Использование в качестве источника паров воды для увлажнения вентиляционного воздуха паров воды, образующихся при сушке концентрата минеральных солей, является формой их утилизации с получением положительного эффекта.

Установка по маршруту движения исходящих струй вентиляционного воздуха и концентрата минеральных солей источников ультрафиолетового излучения коротковолнового диапазона, с длиной волны и/или гамма-лучей является наиболее технологичным и надежным способом уничтожения оживших или находящихся в жизнеспособном состоянии древних микроорганизмов, вероятностно находящихся в вентиляционном воздухе.

Подача части вентиляционного воздуха исходящих струй с помощью подземного вентилятора в свежую струю вентиляционного воздуха позволяет снизить вероятностный выброс жизнеспособных древних микроорганизмов в биосферу, снизить расходы на вентиляцию подземных выработок.

Складирование минеральных солей, извлекаемых из недр в период строительства подземных горных и специальных выработок, обеспечивающих начало регулярной выемки минеральных солей и их обогащения, на земной поверхности в изолированных хранилищах для последующего их спуска в шахту, обогащения и/или закладки исключает попадание природных минеральных солей, содержащих жизнеспособные древние микроорганизмы, в биосферу и их агрессивное воздействие на современные формы жизни. Мокрая пылеочистка вентиляционного воздуха и его облучение УФ и γ-лучами направлены на стерилизацию выбрасываемого в атмосферу шахтного воздуха.

На чертеже показана схема экологически безопасного способа разработки месторождений минеральных солей.

Способ осуществляется следующим способом.

Разработку месторождения минеральных солей 1 начинают с его вскрытия вертикальными стволами 2, 3, строительства подземных горных выработок и сооружений 4, 5. . .60, вентиляционного канала 61, строительства и монтажа надшахтных зданий и подъемных установок 62, 63, вентиляционной установки 64, строительства изолированных хранилищ горной массы 65, 66.

В специальной выработке 23 монтируют оборудование дробильной установки 68, в специальной выработке 25 - оборудование склада дробленых минеральных солей 69, в специальной выработке 27 монтируют оборудование подземной обогатительной фабрики 70, в специальной выработке 39 - оборудование сушильной установки 71, в специальной выработке 49 монтируют оборудование 72 для упаковки концентрата. Проходят специальные выработки 7, 8, предназначенные для раздельного или совместного размещения различных отходов обогащения минеральных солей, специальные выработки 16, 17 и 53, 54, предназначенные для улавливания пыли и древних микроорганизмов.

В горной выработке 60 монтируют подземный вентилятор 67 для перемещения рециркулируемой части исходящих струй вентиляционного воздуха. В горных выработках 20, 57, 58, 59 устанавливают источники УФ и γ-излучений 73, 74, 75, 76, 77, 78,79.

Горную массу минеральных солей, получаемую в период строительства стволов 2, 3, подземных горных и специальных выработок 4, 5...60, обеспечивающих начало регулярной добычи минеральных солей, их обогащение, сушку и упаковку концентрата, складируют на земной поверхности в изолированных хранилищах 65, 66.

Добычу минеральных солей ведут в очистных камерах 80, 81 с использованием подготовительных выработок 82, 83, 84, 85.

Добытые в очистных камерах 80, 81 минеральные соли по выработкам 82, 83, 4, 21, 22 транспортируют на подземную дробильную установку 68. Дробленые минеральные соли через выработку 24 подают на склад дробленых минеральных солей 69. Со склада 69, через выработку 26, дробленые минеральные соли направляют на подземную обогатительную фабрику 70. На обогатительной фабрике 70 минеральные соли подвергают высокотемпературному выщелачиванию (растворению в ненасыщенном по полезному компоненту горячем соляном растворе) с последующим осветлением полученного маточного раствора и кристаллизацией полезного компонента. В итоге получают стерилизованный, по отношению к древним микроорганизмам, концентрат. Последующую выемку минеральных солей с использованием подземных горных выработок ведут с одновременным их обогащением на подземной обогатительной установке с получением стерилизованного концентрата.

Отходы обогащения, содержащие древние микроорганизмы по выработкам 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 транспортируют для закладки (захоронения) в специальных выработках 7, 8. В дальнейшем при заполнении выработок 7, 8 отходы размещают в отработанных очистных камерах, изолируя от биосферы.

Концентрат, после обогатительной установки 70, через выработку 38, направляют в сушильную установку 71, где за счет воздействия микроволн (при применении микроволновой сушильной установки) или горячего воздуха (газов) происходит удаление с кристаллов концентрата физически связанной воды и уничтожение сохранившихся на поверхности кристаллов концентрата отдельных представителей древнего микромира.

Сухой концентрат через выработку 48 направляют в отделение 72 для упаковки стерилизованного концентрата в герметичные оболочки (не показаны). Упакованный в герметичные оболочки стерилизованный концентрат минеральных солей через выработки 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, ствол 3 выдают "на-гора".

Свежий воздух подают в выработки подземного производственного комплекса по стволу 2 в минимальном, но достаточном для безопасного ведения подземных работ количестве, с учетом рециркулируемой с помощью подземного вентилятора 67, по горной выработке 60, части исходящих по стволу 3 струй вентиляционного воздуха.

Исходящие по выработкам 11 и 50 струи вентиляционного воздуха через выработки 12,13, 14, 15 и 51, 52 направляют в специальные пылевлагоосадительные выработки 16, 17 и 53, 54. Перед пропусканием через пылевлагоосадительные выработки 16, 17 и 53, 54 вентиляционный воздух увлажняют до приобретения им относительной влажности, достигающей или превышающей значение величины критической влажности воздуха для наименее гигроскопичного солеобразующего минерала.

Для снижения затрат на увлажнение вентиляционного воздуха используют пары воды, образующиеся при сушке концентрата, для доставки которого используют выработки 40, 41, 42, 43, 44 и 45, 46, 47.

При увлажнении пылевые соляные частицы породообразующих соляных минералов растворяются и превращаются в капельно-жидкие аэрозольные частицы, которые активно сорбируются на осадительных поверхностях пылевлагоосадительных выработок 16, 17 и 53, 54. Осадительные элементы (не показаны) представляют собой комплект вертикально зафиксированных полотен. Скорость движения вентиляционного воздуха принимают меньше критической, при которой наблюдается срыв пыли.

Температуру вентиляционного воздуха и пылевлагоосадительных элементов поддерживают в интервалах, неблагоприятных для оживления древних микроорганизмов.

Очищенный от пыли и капельно-жидких частиц вентиляционный воздух подвергают стерилизующему воздействию УФ-лучей, с длиной волны и/или гамма-лучей. Для этого в выработках 20 и 57, 58, 59 устанавливают постоянно действующие источники УФ-лучей и/или гамма-лучей 73, 74, 75 и 76, 77, 78, 79.

Стерилизацию исходящих струй вентиляционного воздуха в период строительства подземных горных выработок и сооружений 4, 5...60 осуществляют с помощью оросительных, пылевлагоосадительных установок и источников УФ и/или γ-лучей, размещаемых на земной поверхности (не показаны). Образующиеся при этом соляные растворы временно размещают в изолированных хранилищах 65, 66. С началом регулярной добычи минеральных солей и их обогащения законсервированную в хранилищах 65, 66 горную массу спускают в шахту для обогащения и/или захоронения.

Транспортируют в шахту и используют в технологических целях временно законсервированные в хранилищах 65, 66 соляные растворы.

В период строительства подземного горно-обогатительного предприятия и последующей его эксплуатации весь технический и технологический персонал обеспечивается средствами индивидуальной защиты от биоаэрозольных частиц.

Пример конкретного выполнения способа
Рудник по добыче калийных солей расположен на глубине 300 м, где температура массива горных пород составляет 9-10^oС и является неблагоприятной для оживления находящихся в минеральных солях древних микроорганизмов.

Подземная дробильная установка (поз.68), склад дробленных калийных солей (поз. 69), обогатительная установка (поз.70), сушильная установка (поз. 71), упаковочное оборудование (поз.72) расположены на глубине 400 м в специальных выработках (поз. 23, 25, 27, 39, 49), образованных в толще подстилающей каменной соли, с габаритными размерами полостей до 20•25•200 м, соответствующим их длительному сроку службы.

После обогащения калийных солей на термической обогатительной установке (поз. 70) получают стерилизованный концентрат 95-98%-ного хлористого калия, который сушат, упаковывают в герметичные оболочки и в клетях (не показаны) по стволу (поз.3), выдают "на-гора".

Стерилизацию исходящих струй вентиляционного воздуха осуществляют путем его "мокрой" пылевлагоочистки в пылевлагоосадительных выработках (поз. 16, 17 и 53, 54) и обработки УФ-лучами.

Вентиляционный воздух для "мокрой" очистки увлажняют до приобретения им относительной влажности, соответствующей величине критической влажности воздуха для наименее гигроскопичного соляного минерала - "галиита"-76%.

В качестве источников УФ-лучей (поз. 73, 74, 75 и 76, 77, 78, 79) используют лампы типа ДРТ, ДБ.

Применение предлагаемого экологически безопасного способа разработки месторождений минеральных солей впервые позволяет создать надежный барьер от проникновения жизнеспособных древних микроорганизмов в биосферу, защитить человечество от еще до конца неосознанной им угрозы из недр Земли.

Изобретение может быть использовано в горном деле при подземной разработке месторождений минеральных солей, содержащих древние микроорганизмы, находящиеся в жизнеспособном состоянии. Задачей изобретения является защита населения от воздействия микроорганизмов, находящихся в природных минеральных солях в состоянии анабиоза и способных к оживлению, путем предотвращения их выноса на земную поверхность, нейтрализации и уничтожения. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей включает строительство подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих регулярную выемку минеральных солей и их обогащение, последующую выемку минеральных солей с использованием подземных горных выработок с одновременным их обогащением на подземной обогатительной установке с получением стерилизованного концентрата, закладку выработанного пространства и стерилизацию исходящих струй вентиляционного воздуха. В качестве обогатительной установки могут использовать обогатительную установку, работающую на принципе термического выщелачивания полезного компонента. Получаемый концентрат могут сушить на подземной сушильной установке, например в микроволновой печи, и выдавать на поверхность в герметичных оболочках. Вентиляционный воздух перед выдачей его на земную поверхность можно увлажнять до приобретения им относительной влажности, достигающей или превышающей значение величины критической относительной влажности воздуха для наименее гигроскопичного солеобразующего минерала, и пропускать через пылевлагоосадительные выработки при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов. В качестве источника паров воды для увлажнения вентиляционного воздуха можно использовать водяные пары, образующиеся при сушке концентрата минеральных солей. По маршруту движения исходящих струй вентиляционного воздуха и концентрата минеральных солей можно установить постоянно действующие источники УФ-излучения коротковолнового диапазона и/или γ-лучей. Часть вентиляционного воздуха исходящих струй с помощью подземного вентилятора могут подавать в свежую струю вентиляционного воздуха. В период строительства подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих начало регулярной выемки минеральных солей и их обогащение, минеральные соли, извлекаемые из недр, могут складировать на земной поверхности в изолированных хранилищах для последующего их спуска в шахту, обогащения и/или закладки, производить "мокрую" пылеочистку вентиляционного воздуха исходящих струй и его облучение ультрафиолетовыми или гамма-лучами, при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов, с размещением образующихся при пылеподавлении соляных растворов в изолированном хранилище для последующего спуска в шахту и использования на технологические нужды. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей, характеризующийся тем, что он включает строительство подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих регулярную выемку минеральных солей и их обогащение, последующую выемку минеральных солей с использованием подземных горных выработок с одновременным их обогащением на подземной обогатительной установке с получением стерилизованного концентрата, закладку выработанного пространства и стерилизацию исходящих струй вентиляционного воздуха. 2. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по п.1, отличающийся тем, что в качестве обогатительной установки используют обогатительную установку, работающую на принципе термического выщелачивания полезного компонента. 3. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что полученный при обогащении минеральных солей концентрат сушат на подземной сушильной установке. 4. Экологически безопасный способ разработки минеральных солей по п.3, отличающийся тем, что в качестве сушильной установки используют микроволновую печь. 5. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что концентрат минеральных солей выдают на поверхность в герметичных оболочках. 6. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что вентиляционный воздух перед выдачей его на земную поверхность увлажняют до приобретения им относительной влажности, достигающей или превышающей значение величины критической относительной влажности воздуха для наименее гигроскопичного солеобразующего минерала, и пропускают через пылевлагоосадительные выработки при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов. 7. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по п.6, отличающийся тем, что в качестве источника паров воды для увлажнения вентиляционного воздуха используют водяные пары, образующиеся при сушке концентрата минеральных солей. 8. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что по маршруту движения исходящих струй вентиляционного воздуха и концентрата минеральных солей устанавливают постоянно действующие источники УФ-излучения коротковолнового диапазона и/или γ-лучей. 9. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что часть вентиляционного воздуха исходящих струй с помощью подземного вентилятора подают в свежую струю вентиляционного воздуха. 10. Экологически безопасный способ разработки месторождений минеральных солей по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что в период строительства подземных горных выработок и сооружений, обеспечивающих регулярную выемку минеральных солей и их обогащение, минеральные соли, извлекаемые из недр, складируют на земной поверхности в изолированных хранилищах для последующего их спуска в шахту, обогащения и/или закладки, производят "мокрую" пылеочистку вентиляционного воздуха исходящих струй и его облучение ультрафиолетовыми или гамма-лучами, при температуре, неблагоприятной для самооживления древних микроорганизмов, с размещением образующихся при пылеподавлении соляных растворов в изолированном хранилище для последующего спуска в шахту и использования на технологические нужды.