СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ГЛИНИСТЫХ ПЕСКОВ К ДЕЗИНТЕГРАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК E21C41/26 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может найти применение преимущественно при разработке россыпных глинистых месторождений открытым способом.

Добиться стабильно высоких показателей процесса дезинтеграции всех категорий перерабатываемых глинистых песков удается далеко не всегда. Это становится наиболее актуальным в наши дни, когда сырьевые запасы россыпных месторождений с благоприятными условиями залегания практически истощены и требуется вовлечение в разработку участков или месторождений с труднообогатимыми песками с ориентацией на применение экологически чистых технологий. Доля подобных месторождений составляет от 45 до 60%, а в некоторых регионах достигает 80%.

Поэтому все более актуальным становится изыскание и создание эффективных способов улучшения дезинтеграции глинистых песков.

Известны многочисленные способы повышения эффективности дезинтеграции глинистых песков.

Так, например, известен способ повышения дезинтеграции труднообогатимых глинистых песков с использованием режущих пластин (так называемых универсальных наборин) в дражной бочке, которые снижают потери полезных компонентов с 7-8% до 2-6% (Разработка и промышленное внедрение высокоэффективных способов дезинтеграции и обогащения труднопромывистых песков на обогатительной фабрике №5 и на драгах ПО "ЯКУТАЛМАЗ". Исследование износостойкости и повышение долговечности и эксплуатационной надежностью реконструированного оборудования отделения дезинтеграции песков на обогатительной фабрике №5: Отчет о НИР (заключительный)/ Свердловский горный ин-т.; руководитель В.А.Мещеряков. - Свердловск, 1988. - 58 с.).

Известен также способ дезинтеграции с использованием высоконапорных струй в барабанных грохотах, что снижает выход глинистых окатышей в галечные отвалы в 1,3 раза (Брунс С.А., Кузьмич И.А. О характере разрушения пластичных и хрупких материалов струей воды // Горнотехнические свойства пород и прикладные вопросы горнотехнической механики. Выпуск 125. - М.: Изд-во ИГД, 1974 - с.79-84).

В случае применения данных способов удается уменьшить размеры глинистых кусков и увеличить площадь их поверхности. Однако ослабить структуру пород и улучшить их размыв не удается, потому что не уменьшается их влажность и связность частиц.

Известен способ с использованием вибрационных промывочных машин типа ВМИ-100. СМД-88. Р-633 и МПА-100, которые повышают эффективность дезинтеграции до 90-96,7% (Троицкий В.В. Промывка полезных ископаемых. - М.: Недра, 1978. - 254 с.).

Однако эффективность этого способа зависит от физико-механического состава поступающих на обогащение песков, и она резко снижается при разработке мясниковатых (вязких) глин из-за трудности их размыва. При этом разрушения крупных кусков практически не происходит.

Известен способ улучшения дезинтеграции глинистых песков с применением химических реагентов (серная кислота, хлористый и едкий натрий, сода, хлорид железа), позволяющих снизить потери ценного компонента с продуктами неполной дезинтеграции на 4-7% (Потапова Т.С., Поляков А.В., Морозов В.Н. и др. Повышение эффективности разработки глинистых россыпей Сибири и Северо-Востока // Повышение эффективности разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири. - Иркутск, 1985. - 47 с.). Обработка глинистых песков осуществляется до процесса обогащения в предварительно разрыхленном состоянии или в массиве горных пород с использованием коагулянтов, например плавов хлоридов металлов (Матвеев А.А. и др. Влияние химических реагентов на извлечение алмазов на драгах // Известия ВУЗов «Горный журнал». - №1 - 1985. - С.10-12).

Однако при использовании данного способа на массиве горных пород не удается равномерно ослабить структуру глинистых песков. Из-за низкого коэффициента фильтрации глинистых пород остаются необработанные участки и соответственно трудноразмываемые куски. Технология обработки предварительно разрыхленных глин не обеспечивает поточности процесса обогащения. Кроме этого, данный способ подготовки глинистых песков представляет собой процесс долговременный, экологически опасный и негативно влияющий на все металлическое обогатительное оборудование, а также понтон драг.

Известен способ повышения дезинтеграции глин с использованием электроискрового разряда в жидкости (электрогидравлический эффект), позволяющий повысить эффективность дезинтеграции по классу менее 5 мм до 85% (Троицкий В.В. Промывка и обесшламливание полезных ископаемых. - М.: Недра, 1988. - 280 с.).

Известен способ, использующий интенсифицирующее воздействие ультразвуком на комья глины размерами 20-60 мм, позволяющий полностью разрушать их за 35-75 мин (Троицкий В.В. Промывка и обесшламливание полезных ископаемых. - М.: Недра, 1988. - 280 с).

Известен также способ, предусматривающий применение аппаратов с использованием акустических колебаний при промывке пород крупностью до 70 мм с содержанием глины 55-85%, повышающий эффективность дезинтеграции до 92-98% (Троицкий В.В. Промывка и обесшламливание полезных ископаемых. - М.: Недра, 1988. - 280 с.).

Однако все три указанных выше способа могут быть использованы только на мелких глинистых кусках. Технологии предварительной подготовки таких кусков к обогащению в процессе разработки глинистых песков нет. Поэтому все эти способы не вышли из стадии лабораторных и полупромышленных испытаний, не обеспечивают поточности процесса и высокой производительности обогатительного оборудования.

Известен способ криогенной обработки (иссушения) глинистых песков (Бейлин Ю.А. Новое направление в технологии переработки песков россыпных месторождений Северо-Востока // Колыма. - 1981.- №8. - с.3-5).

Данный способ позволяет ослабить и разрушить поверхностные слои отдельных кусков глинистого материала. Относительно крупные куски требуют большой продолжительности процесса, что при обогащении обеспечить нельзя. Данный способ не вышел из стадии полупромышленных испытаний, является технически и технологически сложным для осуществления и не обеспечивает поточности производства.

Известен способ подготовки суглинистых песков путем их предварительного увлажнения (Шорохов С.М. Технология и комплексная механизация разработки россыпных месторождений. - М.: Недра, 1973).

Однако с увеличением содержания глины в песках эффективность этого способа резко снижается из-за уменьшения коэффициента фильтрации пород. При этом достаточное переувлажнение происходит только в поверхностном слое. У нижележащих слоев вязкость при увлажнении может даже повыситься.

За прототип принят способ подготовки глинистых песков, включающий их механическое рыхление путем смещенных заездов рыхлителя наполовину межбороздового целика. При этом используются продольно-кольцевые, спиральные, возвратно-поступательные, продольно-поперечные схемы рыхления (Справочник по разработке россыпей. Под ред. В.П.Березина и др. - М.: Недра, 1973, с.100-101, прототип). Выемка глинистых песков после рыхления производится на глубину 0,7-0,9 Н_р (где Н_р - глубина рыхления).

Недостатком способа по прототипу является слеживаемость глинистых пород после рыхления и их слипаемость в процессе последующей выемки. Влажность разрыхленных таким способом пород снижается незначительно, а размер кусков глины, поступающей на обогащение, остается прежним, поэтому последующая дезинтеграция улучшается недостаточно.

Общим признаком заявленного технического решения с прототипом является механическое рыхление глинистых песков и их последующая выемка землеройно-транспортным оборудованием.

Задачей изобретения является наиболее полное извлечение полезных компонентов из глинистых песков массива, содержащего куски крупных размеров.

Технический результат изобретения заключается в создании глинистых кусков с ослабленной текстурой, обеспечивающей более интенсивное их разрушение при взаимодействии с водой в процессе последующей дезинтеграции за счет ссыхания коллоидных оболочек глинистых минералов благодаря более интенсивному выветриванию и высыханию в гребнях, содержащих каналы (трещины) и обеспечивающих большую площадь контакта поверхности кусков с атмосферой. Кроме этого результата, изобретением достигается уменьшение размеров глинистых кусков крупностью более 200-250 мм и сокращение процента их выхода в подготовленном к обогащению навале.

Это в свою очередь приводит к улучшению их дезинтеграции в процессе последующего обогащения и, как следствие, повышению извлечения ценных компонентов.

Технический результат достигается тем, что в способе подготовки глинистых песков к дезинтеграции, включающем механическое рыхление массива и выемку песков землеройно-транспортным оборудованием, согласно изобретению рыхление массива производят с формированием гребней, выемку глинистых песков после рыхления производят путем срезания гребней без заглубления рабочего органа ниже основания гребней. Причем формирование гребней производят посредством двукратных параллельных заездов однозубого рыхлителя со смещением хода в пределах 10÷15% от ширины колеи, образованной однозубым рыхлителем. Рыхление с формированием гребней осуществляют с минимально возможным углом резания, например в пределах 40-50°, а в качестве механического оборудования используют бульдозерно-рыхлительный агрегат с регулируемым углом наклона стойки.

Технический результат изобретения достигается путем изменения физико-механических свойств глинистых песков в сформированных межбороздовых гребнях, поступающих в последующем на дезинтеграцию (в скруббер или барабанный грохот), за счет меньшей крупности кусков в подготовленном массиве и вследствие этого более доступных для размывания, а также за счет изменения их текстуры из-за снижения влажности глин посредством подсушки их на солнце и частичного выветривания (коллоидные оболочки глинистых минералов при высыхании обеспечивают прочное их склеивание), что позволяет при попадании таких глинистых песков в воду в процессе их промывки интенсифицировать их разложение (набухание коллоидных оболочек при их увлажнении происходит быстрее, что приводит к увеличению в объеме наружного слоя глины, вызывая образование неравномерно скалывающих напряжений, которые ведут к растрескиванию наружного слоя). При этом выход глинистых окатышей в галечные хвосты сводится к минимуму.

Кроме того, в процессе подачи глинистых песков к приемному бункеру промывочного прибора (ПКС-1200 или ПГБ-700) изобретением достигается доставка более рыхлых песков. Другими словами, исключается скручивание срезаемых глинистых слоев в "рулоны" с образованием плотных кусков больших размеров, которые невозможно подвергнуть дезинтеграции. При этом потери ценных компонентов с продуктами неполной дезинтеграции могут достигать практически 100%.

Согласно изобретению в процессе выемки пород отвал бульдозера в грунт не зарезается, а срезает лишь сформированные межбороздовые гребни, глинистые пески в которых более разрыхлены и просушены.

Рыхление массива с формированием гребней позволит увеличить трещиноватость и усилить прогрев в них пород за счет увеличения площади поверхности.

Рыхление с формированием гребней при минимальном угле резания позволяет усилить трещиноватость и разрыхленность глинистых пород именно в гребнях, а не по всему массиву на глубину рыхления, а также увеличивает высоту гребней.

Выемка глинистых песков после рыхления путем срезания гребней обеспечивает подачу в навал наиболее разрыхленных и выветренных (осушенных) кусков.

В настоящее время известны способы образования гребней в агротехнике, в том числе для посадки картофеля. Однако в данном случае используется специальное универсальное оборудование, которое может работать только на мягких, рыхлых грунтах. При этом гребни формируются путем насыпания пород снаружи, с откосов. В заявленном техническом решении гребни формируются изнутри. В известном техническом решении гребни отсыпаются из разрыхленных пород и трещиноватость пород не увеличивается. В предложенном изобретении гребни будут иметь максимальную, вновь созданную трещиноватость, что обуславливает технический эффект.

Для подготовки пород к выемке механическим рыхлением применяют различные типы рабочих органов (Современные бульдозеры с рыхлителями на мощных тракторах и опыт их эксплуатации в условиях Севера: обзорная информация. - М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987, вып.2; Захарчук Б.З. Бульдозеры и рыхлители. - М.: Машиностроение, 1987; а.с. №№606960, 626164, 706500, 723057, 819282, 840259, 918403, 962479, 964074, 1020525 и др.; патенты США №№461805, 4592240, 3857447; Японии №№51-39711, 53-206, 57-23051, 58-49663; Германии №№3530594, 3007558; Франции №2467919 и др.). Однако в большинстве случаев основной целью этих изобретений является повышение трещиноватости в массиве горных пород и задачи формирования гребней не стоит.

Известные способы подготовки пород рыхлением, в том числе прототип (а.с. №№857371, 699121, 1104216 и др. по кл. E 02 F 5/18, 5/30), также направлены на снижение прочности пород в подготавливаемом массиве и на увеличение глубины рыхления. В отличие от заявляемого способа, в котором без увеличения глубины рыхления достигается формирование гребней, форма которых способствует качественному изменению структуры кусков разрабатываемого массива, а именно ее ослабление размыву, достигаемому за счет ссыхания коллоидных оболочек глинистых минералов, способных при взаимодействии с водой в процессе дезинтеграции быстрее разрушаться.

Получаемая форма гребней была установлена в результате наблюдения и фотографирования. А механизм влияния формы гребней на появление ослабленной структуры у крупных кусков массива представлен заявителем в настоящих материалах заявки.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема движения рыхлителя при формировании межбороздового гребня смежными заездами.

На фиг.2 изображена схема движения рыхлителя при формировании межбороздового гребня продольно-поперечными заездами.

На фиг.3 изображена схема формирования межходового гребня при первом ходе рыхлителя (начало работы).

На фиг.4 изображена схема формирования межходового гребня при смежном ходе рыхлителя.

На фиг.5 изображен окончательно сформированный межбороздовый гребень.

На фиг.6 изображены параметры сечения межбороздового гребня, сформированного параллельными заездами рыхлителя.

На фиг.7 изображены параметры сечения межбороздового гребня, сформированного параллельно-перекрестными ходами рыхлителя.

На фиг.8 изображена фотография сформированных межбороздовых гребней в сопоставлении с маркшейдерской рейкой.

Способ осуществляется следующим образом.

Производят рыхление массива механическим оборудованием с формированием гребней. Формирование гребней осуществляется посредством двукратных параллельных заездов однозубого рыхлителя со смещением в пределах 10÷15% от ширины образованной им колеи. Рыхление с формированием гребней осуществляется с минимально возможным углом резанья. После рыхления выемку песков производят путем срезания гребней без заглубления рабочего органа в массив ниже их основания.

Экспериментально доказано, что на качество промывки сцементированных глиной песков существенное влияние оказывает первоначальный размер кусков, поступающих на дизинтеграцию, и остаточная влажность пород. Как правило, глинистые пропластки занимают довольно большие площади. При выемке и транспортировании песков бульдозером к приемному бункеру промприбора происходит перемешивание и истирание породы отвалом бульдозера. При незначительном содержании глины (менее 20%) и высокой влажности песков (в пределах 20-30%) последние подаются на обогатительные установки в определенной мере продезинтегрированными в процессе выемки и транспортировки. При высоком содержании глины в песках наблюдается противоположная картина. Особенно в низких и подтопленных местах полигона. При разработке такого участка бульдозерами наблюдается еще большее уплотнение исходных песков с образованием плотного, трудно разрушаемого навала. Механическое рыхление исходных песков позволяет регулировать средний размер куска породы, а их естественное подсушивание дает возможность улучшить их дезинтегрируемость при промывке в скруббер-бутаре.

В ходе проведенных изысканий с целью установления эффективных схем рыхления песков, обеспечивающих наименьший выход кусков глины размером более 150 мм, были исследованы варианты с использованием схемы движения рыхлителя смежными заездами (параллельными ходами, фиг.1) и продольно-поперечными (параллельно-перекрестным ходом, фиг.2), а также сплошным рыхлением с формированием межходового навала и без формирования навала (рыхление сетки 0,5×0,5 м не позволяет формировать межходовой навал, так как происходит закатывание каждого последующего гребня гусеницами).

Для оценки эффективности использования рыхлителя как с технологической, так и с экономической точек зрения были использованы два типа бульдозеров (ДЗ-126 - база ДЭТ-250М и D-355A «KOMATSU»).

Межколейная площадь дорожного просвета бульдозеров в обоих случаях практически равна и составляет для ДЗ-126 0,9 м², а для D-355A - 0,96 м². В полевых наблюдениях за работой рыхлителей при формировании межбороздовых гребней не выявлено резких отличий в его геометрических параметрах.

Межбороздовые гребни формируются стойкой рыхлителя между двух смежных ходов бульдозера. Сформированные в гребень глинистые пески не должны в последующем закатываться гусеницами бульдозера. Экспериментально доказано, что применение заявляемого способа рыхления позволяет уменьшить средневзвешенный размер глинистых кусков крупностью более 250 мм на 50-60% и сократить процент их выхода в подготовленном к обогащению навале до 60% по сравнению с разработкой песков без подготовки.

Ниже рассмотрен порядок формирования межбороздового гребня, образованного двумя смежными заездами рыхлителя. После рыхления одной полосы (фиг.3) начинается формирование второй, смежной. При достижении контура подготавливаемой площадки бульдозер не разворачивается, а на задней передаче со скоростью, в 2-2,5 раза превышающей скорость рабочего хода, возвращается назад. На новой заходке рыхлитель смещается вперед по фронту формирования с таким расчетом, чтобы внутренняя сторона правого трака (относительно рабочего хода рыхлителя) вплотную примыкала к нижней бровке гребня, образованного от предыдущей заходки (фиг.4). После того, как бульдозером сформирован первый гребень, бульдозер возвращается на исходный контур для формирования второго гребня. При этом внешняя сторона правого трака вплотную примыкает к нижней бровке первого гребня, но уже с противоположной стороны (фиг.5).

Рыхление площади параллельно-перекрестными заездами позволяет увеличить объем гребня практически в два раза (площадь сечения гребня при смежных заездах 0,22 м², а при поперечно-продольных - 0,44 м²). Увеличение объема рыхлых песков достигается за счет возросшего коэффициента разрыхления, обусловленного применяемой схемой рыхления (фиг.6 и 7). При продольно-поперечных заездах (или параллельно-перекрестных ходах) машина дважды производит рыхление одной и той же площадки: сначала вдоль, затем - поперек. Схема формирования межбороздового гребня перекрестным ходом такая же, что и в предыдущем варианте. Расстояние между параллельными ходами должно быть минимальным (в нашем случае 0,5 м). Данная схема по сравнению с предыдущим вариантом приводит к росту затрат на рыхление более чем в 2,5 раза, но она позволяет увеличить в последующем производительность бульдозера при подаче разрыхленных песков к приемному бункеру промприбора (за счет вдвое увеличившегося объема гребня).

Необходимо отметить, что на объем гребня влияет конструкция рамы стойки рыхлителя. В настоящее время на бульдозере ДЗ-126 установлена параллелограммная подвеска рамы крепления зуба на жесткой распорке. Данная конструкция не позволяет изменять угол наклона стойки рыхлителя. На бульдозере D-355A установлена параллелограмная подвеска рамы крепления зуба с гидроцилиндром для изменения угла наклона стойки. Такая конструкция позволяет обеспечить неизменность угла резанья при любой глубине рыхления. Это преимущество по сравнению с жесткой распоркой позволяет увеличить объем разрыхленных песков в гребне до 27%.

В результате полевых исследований (фиг.8) установлено, что для достижения наилучшего результата по подготовке глинистых песков к дезинтеграции необходимо обеспечивать следующее:

- рама крепления стойки зуба рыхлителя должна находиться на высоте 0,3-05 м над кровлей песков, чтобы не подпирать сверху межходовой гребень при формировании его в высоту;

- угол резанья пород стойкой рыхлителя должен быть минимальным, например 40-50°, что достигается путем управления гидроцилиндром;

- при наполнении отвала бульдозера песками необходимо не зарезаться в глубь массива, а только срезать сформированные и подсохшие гребни.

На основании анализа данных, полученных экспериментальным путем, были сформулированы следующие выводы:

1. При сравнении геометрических параметров межбороздовых гребней, сформированных при рыхлении песков двумя типами бульдозеров, не выявило резких отличий их параметров. Однако с учетом себестоимости рыхления более выгодно (1,8-2,3 раза) использование менее мощного бульдозера ДЗ-126.

2. Предварительное механическое рыхление исходных песков позволяет практически в два раза уменьшить содержание в подготовленном к обогащению навале кусков глины крупностью более 150 мм, интенсифицировать процесс их естественной подсушки в 2,5-3,0 раза и тем самым полностью исключить выход глинистых окатышей в галечный отвал после обогащения.

3. Переход от схемы рыхления песков смежными ходами к схеме с параллельно-перекрестными ходами позволяет увеличить объем гребней практически в два раза.

4. Предварительная подготовка песков разрабатываемого участка бульдозером D-355 (или ДЗ-126) приводит к росту затрат на разработку и промывку песков в среднем на 13,7% (и 5,2% соответственно). Но при этом снижается выход продуктов неполной дезинтеграции в галечные хвосты до 54%, а в случае использования метода естественного подсушивания сформированных гребней - до 63%.

5. Уменьшение выхода в отвал неразмытых в дезинтеграторе кусков глинистого материала за счет предварительной подготовки песков позволяет получить значительный экономический эффект.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может найти применение преимущественно при разработке россыпных глинистых месторождений открытым способом. Техническим результатом является наиболее полное извлечение полезных компонентов из глинистых песков массива, содержащего куски крупных размеров. Для этого способ включает механическое рыхление массива и выемку песков землеройно-транспортным оборудованием. Причем рыхление массива производят с формированием гребней, а выемку песков осуществляют путем срезания гребней. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ подготовки глинистых песков к дезинтеграции, включающий механическое рыхление массива и выемку песков землеройно-транспортным оборудованием, отличающийся тем, что рыхление массива производят с формированием гребней, а выемку песков осуществляют путем срезания гребней.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование гребней производят посредством двукратных параллельных заездов однозубого рыхлителя со смешением хода в пределах 10÷15% от ширины его колеи.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что рыхление с формированием гребней осуществляется с минимальным углом резанья, например, 40-50°.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что срезание гребней в процессе выемки песков производят без заглубления рабочего органа ниже основания гребней.