Способ разработки месторождений полезных ископаемых

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к добыче полезных ископаемых выщелачиванием. Технический результат - снижение затрат на добычу, транспортировку и переработку пустых пород. Способ включает в себя вскрытие и подготовку месторождения вертикальными и горизонтальными выработками, образование компенсационного пространства с выдачей части руды на поверхность, отбойку на образованное компенсационное пространство оставшихся запасов руды и их магазинирование, подачу выщелачивающего раствора в замагазинированную руду и сбор продуктивных растворов. Компенсационное пространство образуют в пределах участков с наибольшим коэффициентом рудоносности. Объем руды, выдаваемой на поверхность при образовании компенсационного пространства, определяют из соотношения 12δ₀ -V_o/D_k ≅ V_k ≅ V_н.р(1 + К_р, где V_к - объем руды, выдаваемой на поверхность при образовании компенсационного пространства; δ₀ - - толщина диффузионного слоя при естественной конвекции; _о - объем руды, отбиваемой на компенсационное пространство; D_к - средний диаметр кусков руды, отбитой на компенсационное пространство; V_н.р. - объем запасов руды с наибольшим коэффициентом рудоносности; К_р - коэффициент разубоживания руды на отбойке V_н.р., т.е. при отбойке и выемке запасов с наибольшим коэффициентом рудоносности.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при добыче полезных ископаемых выщелачиванием из предварительно раздробленных скальных руд с неравномерным оруденением.

Известен способ подземного выщелачивания полезных ископаемых, включающий вскрытие и разделение рудного тела на этажи, образование компенсационного пространства, отбойку руды в вертикальных полосах на компенсационную подсечку поярусно, при этом подсечка создается с опережением на толщину отбиваемой полосы, магазинирование отбитой рудной массы, орошение ее выщелачивающим раствором и сбор продуктивных растворов (см. авт.св. СССР N 720163).

Недостатком способа является низкая эффективность извлечения полезного компонента из руд с неравномерным оруденением.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ выщелачивания полезных ископаемых из скальных руд, включающий вскрытие и разделение месторождения на этажи горизонтальными и вертикальными выработками, разделение этажей на блоки, очистную выемку богатых руд слоями по восстанию, отбойку оставшейся руды на образованное очистной выемкой компенсационное пространство, магазинирование отбитой руды, орошение ее выщелачивающим раствором и сбор продуктивных растворов (см. Лунев Л.И. "Шахтные системы разработки месторождений урана подземным выщелачиванием". М., Энергоиздат, 1982 г., стр. 90-91).

К недостаткам известного способа можно отнести то, что при образовании компенсационного пространства путем предварительной выемки участков богатых руд неизбежно происходит разубоживание и потеря полезного компонента. Это связано с тем, что рудные месторождения очень редко представляют собой сплошные, монолитные скопления промышленных руд и обычно характеризуются наличием различных по размерам включений убогих руд или пустых пород, что обуславливает значительную изменчивость содержания в элементарных объемах недр. В результате на поверхность вместе с балансовой рудой выдаются большие объемы пустых пород, которые подвергаются сортировке с выделением товарной руды, поступающей на переработку. Остальная часть складируется в отвалы, что приводит к повышению стоимости и снижению качества добываемого полезного компонента по сравнению с балансовой рудой.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию способа разработки месторождений полезных ископаемых, обеспечивающего большую эффективность извлечения полезного компонента за счет снижения затрат на добычу, транспортировку и переработку пустых пород посредством снижения потерь и повышения качества полезных компонентов.

Задача решена путем создания способа разработки месторождений полезных ископаемых, включающего вскрытие и подготовку месторождения горизонтальными и вертикальными выработками, образование компенсационного пространства с выдачей части руды на поверхность, отбойку и магазинирование оставшихся запасов руды, подачу выщелачивающего раствора в отбитую руду и сбор продуктивных растворов, в котором согласно изобретению компенсационное пространство образуют в пределах участков с наибольшим коэффициентом рудоносности, а объем руды, выдаваемой на поверхность при образовании компенсационного пространства, определяют из соотношения где V_к - объем руды, выдаваемой на поверхность при образовании компенсационного пространства; δ_o толщина диффузионного слоя при естественной конвекции; V_о - объем руды, отбиваемой на компенсационное пространство; D_к - средний диаметр кусков руды, отбитой на компенсационное пространство; V_н.р. - объем запасов руды с наибольшим коэффициентом рудоносности; K_р - коэффициент разубоживания руды при отбойке V_н.р., т.е. при отбойке и выемке запасов с наибольшим коэффициентом рудоносности.

Образование компенсационного пространства в пределах участков месторождения с наибольшим коэффициентом рудоносности, которые могут состоять из руды различных технологических сортов (бедные, рядовые, средние, богатые и т.д.), но, как правило, содержат минимальное количество пустых пород и, следовательно, наибольшее количество полезного компонента в единице объема, обеспечивает снижение разубоживания полезных компонентов и позволяет уменьшить до минимума извлечение на поверхность пустых пород при образовании компенсационного пространства. В результате снижаются затраты на транспортировку, сортировку, переработку пустых пород и их последующее размещение в отвалах, повышается эффективность разработки месторождения.

Определение объема руды, выдаваемой на поверхность в процессе образования компенсационного пространства, исходя из соотношения также обеспечивает при использовании левой части неравенства величину минимального объема компенсационного пространства с точки зрения возможности реализации инфильтрационного выщелачивания, характерного для способов подземного и кучного выщелачивания (см. кн. "Строительство и эксплуатация рудников подземного выщелачивания" М., Недра, 1987 г., стр. 187). Меньший объем компенсационного пространства приведет к чрезмерному уплотнению обрушенной руды и снижению фильтрации выщелачивающих растворов, что приведет к потерям полезного компонента и ухудшению технико-экономических показателей добычи, включая сквозное извлечение.

С увеличением объема компенсационного пространства происходит снижение содержания полезного компонента в руде, выдаваемой из компенсационного пространства и в камерных запасах, отбиваемых на компенсационное пространство. А это значит, что при выщелачивании такой бедной руды произойдет быстрое падение концентрации металла в продуктивных растворах до уровня минимально промышленной и дальнейшее ведение процесса выщелачивания станет нерентабельным, т. е. коэффициент извлечения станет низким, а потерь - высоким. По этой причине и сквозное извлечение уменьшится.

Таким образом указанное соотношение ограничивает объем компенсационного пространства, с одной стороны, по фактору фильтрационной способности руды подвергаемой после ее отбойки выщелачиванию, а с другой стороны, - по фактору качества отбиваемой для выщелачивания руды. Как в первом, так и во втором случае несоблюдение условий указанного соотношения приводит к росту потерь полезного компонента, а следовательно, - к снижению величины сквозного извлечения.

Вышеизложенное можно продемонстрировать на следующем примере. Среднее содержание металла в руде на месторождении составляет 0.06%, запасы руды равны 10 млн.тонн. Объем руды в участках с наибольшим коэффициентом рудоносности составляет 20% от общих запасов, количество металла в нем равно 80% от общего количества.

В соответствии с настоящим изобретением компенсационное пространство для отбойки запасов месторождения образуют в участках с наибольшим коэффициентом рудоносности, а объем выдаваемой из компенсационного пространства руды, необходимый для обеспечения отбойки камерных запасов, определяется из вышеуказанного соотношения.

Поскольку руда, выдаваемая из компенсационного пространства, имеет более высокое содержание, чем в камерных запасах, то обычно она перерабатывается по многооперационной схеме, обеспечивающей более полное извлечение металла чем при подземном или кучном выщелачивании. В нашем случае коэффициент извлечения металла из этой руды принимается равным Ku = 0,97.

Содержание металла в камерных запасах не должно быть ниже, чем остаточное содержание в перерабатываемой руде, выданной из компенсационного пространства.

Таким образом, содержание металла в руде, выдаваемой из компенсационного пространства, является функцией количества этой руды. Поэтому и количество металла, а следовательно, и его содержание в камерных запасах также будет меняться в зависимости от количества руды, выданной из компенсационного пространства.

Разработку месторождений полезных ископаемых по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Месторождение вскрывают, например, вертикальными стволами, из которых осуществляют разделение месторождения на этажи путем проходки горизонтальных и вертикальных выработок. Затем одним из известных методов определяют характер распределения полезного компонента в пространстве месторождения, после чего выделяют участки с наибольшим коэффициентом рудоносности и отбивают их в первую очередь. Для более быстрого ввода основных запасов месторождения в эксплуатацию выщелачиванием наиболее целесообразна отбойка участков с наибольшим коэффициентом рудоносности с выдачей отбитой руды на поверхность.

Затем на эти отработанные участки, как на компенсационное пространство, например, веерами глубоких скважин отбивают оставшиеся запасы руды и магазининируют их. После чего в замагазинированную руду подают выщелачивающий раствор, например, через сформированный горизонт орошения и осуществляют сбор продуктивных растворов.

Мощность и протяженность участков с наибольшим коэффициентом рудоносности влияют на направление фронта очистных работ, который может развиваться вдоль, поперек и под углом к месторождению, в зависимости от ориентации участков с наибольшим коэффициентом рудоносности относительно месторождения, в то время как фронт обрушения и магазинирования руды будет определяться только исходя из необходимости обеспечения наилучших технико-экономических показателей.

Для повышения эффективности отработки, руду, отбиваемую на компенсационное пространство, возможно выдавать на поверхность и подвергать кучному выщелачиванию. При этом выданную на поверхность бедную руду перед отсыпкой в кучу можно дополнительно подготавливать к выщелачиванию посредством измельчения, окомкования или сортировки.

Так при разработке месторождений золотосодержащих руд методом выщелачивания применяют, как правило, сильно ядовитый цианистый раствор. Поэтому выщелачивание в подземных условиях небезопасно вследствие возможной миграции раствора за пределы зоны выщелачивания или выделения синильной кислоты в замкнутом объеме.

Применение кучного выщелачивания позволяет формировать надежный гидроизоляционный экран под штабелем отсыпанной в кучу и орошаемой выщелачивающим раствором руды, обеспечивающий полное исключение возможности миграции растворов за пределы контура площадки кучного выщелачивания, а также производить орошение руды выщелачивающим раствором на открытом воздухе, снижая вредные выделения до ПДН [предельно допустимой нормы).

Таким образом предлагаемый способ, особенно в сочетании с кучным выщелачиванием золотосодержащих руд, является весьма перспективной технологией извлечения благородных металлов из руд.

Формула изобретения

Способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающий вскрытие и подготовку месторождения вертикальными и горизонтальными выработками, образование компенсационного пространства с выдачей части руды на поверхность, отбойку на образованное компенсационное пространство оставшихся запасов руды и их магазинирование, подачу выщелачивающего раствора в замагазинированную руду и сбор продуктивных растворов, отличающийся тем, что компенсационное пространство образуют в пределах участков с наибольшим коэффициентом рудоносности, при этом объем руды, выдаваемой на поверхности при образовании компенсационного пространства, определяют из соотношения

где V_к - объем руды, выдаваемой на поверхность при образовании компенсационного пространства;
δ_o - толщина диффузионного слоя при естественной конвекции;
V_о - объем руды, отбиваемой на компенсационное пространство;
D_к - средний диаметр кусков руды, отбитой на компенсационное пространство;
V_н.р - объем запасов руды с наибольшим коэффициентом рудоносности;
К_р - коэффициент разубоживания руды при отбойке V_н.р, т.е. при отбойке и выемке запасов с наибольшим коэффициентом рудоносности.