книги из ГПНТБ / Совершенствование горных работ на карьерах Алмалыкского горно-металлургического комбината

рудных и безрудных блоков зависит от принятого браковочного бортового содержания.

Опытными работами установлено, что если принятое бортовое содержание повысить, то сразу же монолитное рудное тело оказы­ вается расчлененным на ряд широтных тел перемежаемых прослой­ ками забалансовых и убогих руд.

Оценка перемежаемости различных типов и сортов руд и породы произведена на основе коэффициента перемежаемости, представля­

и другим компонентам, затрудняют выбор системы разработки, параметры которой дали бы возможность выполнить эти требования.

Полиметаллические месторождения Алмалыкского горнопромыш­ ленного района, кроме медно-молибденовых, представлены также свинцово-цинковыми месторождениями, которые разрабатываются Кургашинканским и Сердобским карьерами.

Полиметаллическое месторождение Кургашинкан расположено на севере Алмалыкского рудного района. Рельеф района месторожде­ ния носит мелкосопочный характер с относительной разностью высот 100 м.

Месторождение представлено в основном известняками, доломи­ тами, песчаными известняками и в меньшей степени — сиенитами, сиенито-диоритами, дайками гранодиорит-порфиров.

В структурном отношении Кургашинкан представляет собой сложный грабен в месте отщепления оперяющих сколовых трещин от регионального Карабулакского разлома в узле пересечения последнего со скрытым глубинным разломом.

10

Т а б л и ц а 2

Основная рудная зона приурочена к контакту известняков с сиенито-диоритами. Главные тектонические структуры, ограничи­ вающие площадь оруденения — Центральный и Приконтактовый разломы.

Месторождение делится на четыре обособленные рудные залежи, которые в генетическом отношении связаны между собой: Кургашинкан (Центральную), Приконтактовую, Биномикан и Кулькермес.

Наиболее ценным в промышленном отношении участком место­ рождения является участок Кургашинкан. Основное направление рудных тел и зон на участке — северо-восточное по азимуту 40—45°, падение С-3 под углом 30—60°.

Участок Биномикан к настоящему времени практически отра­ ботан.

Рудные залежи участка Кулькермес имеют форму направильных залежей и линз, местами объединяющихся в мощные рудные мас­

Главнейшими рудными минералами зоны окисления являются свинцовые, представленные церусситом (в меньшем количестве англезитом и смитсонитом), и цинковые, представленные каламином. В меньшем количестве встречаются ковеллин, малахит и другие.

Основные минеральные зоны сульфидных руд — свинцовые (гале­ нит) и цинковые (сфалерит). В меньшем количестве встречаются пирит, халькопирит, магнетит и другие. В заметных количествах

И

в виде примесей в галените присутствуют серебро, кадмий, висмут, селен, теллур.

Согласно существующей классификации запасов применительно к месторождениям свинцовых и цинковых руд Кургашинкан отно­ сится ко второй группе линзообразных и пластообразных залежей сложной формы с преимущественно неравномерным распределением полезных компонентов.

§ 2. Состояние , технологии добычи руд на карьерах

Существующая практика разработки месторождений базируется обычно на четком разделении вскрышных и добычных работ. Однако при эксплуатации месторождений полиметаллических руд, имеющих весьма сложное строение, аналогичное разделение не всегда возможно, что обусловливает необходимость учета их специфических особенностей при выборе способа выемки рудных тел.

К основным факторам, характеризующим технологию добычных работ, как показывает отечественная и зарубежная практика, не­ обходимо отнести следующие четыре связанных процесса: эксплуа­ тационную разведку, включающую опробование и оконтуривание эксплуатационных рудных тел; буровзрывные работы (или отбойку руды и породы); экскаваторную выемку и погрузку руды и породы из взорванного массива; транспортирование руды и породы.

В настоящее время эксплуатационную разведку и опробование пока не принято выделять в самостоятельный процесс технологии добычных работ, хотя успех селективной выемки экскаваторами в сложных забоях зависит главным образом от тщательности опре­

деления контуров рудных тел.

На Кальмакырском и большинстве рудных карьеров Советского Союза и за рубежом наибольшее распространение получил способ шламового опробования взрывных скважин эксплуатационной раз­ ведки; на некоторых карьерах применяется способ бороздового опробования.

Для проверки надежности применяемого способа опробования и оконтуривания рудных тел на Кальмакырском карьере были про­ ведены исследования, сущность которых заключалась в следующем.

На опытно-промышленных блоках отбирались пробы по эксплуа­ тационным слоям при 5 и 10 м высоте уступов, которые после раз­ делки направлялись на фазовый анализ. По результатам анализа производилось оконтуривание рудных тел методом ограниченной экстраполяции и по геолого-маркшейдерским планам и разрезам блоков определялись объемы руд и пород по слоям, рассчитывалось среднее содержание металла в них, а затем и по всем опытно-про­ мышленным блокам.

Исследованиями установлено, что существующую методику опро­ бования при подсчете запасов в недрах с оконтуриванием рудных тел по средней линии между точками опробования следует признать удовлетворительной и обеспечивающей достаточную точность, что

12

позволяет применять ее для подсчета погашенных запасов и исполь­ зовать при учете потерь и разубоживания руды.

В настоящее время в трудах советских ученых четко определи­ лась тенденция к упрощению схемы обработки проб и к снижению начальной их массы, к внедрению в практику прогрессивных минера­ логических и геофизических способов определения, а также к при­ менению математических методов обработки данных опробования.

Взрывание руды и породы на Кальмакырском карьере осущест­ вляется методом скважинных зарядов при однорядном и многоряд­ ном расположении вертикальных скважин с применением коротко­ замедленного способа взрывания с порядным замедлением. Удель­ ный вес однорядного и многорядного взрывания на карьере [134] приводится в табл. 3.

Относительно высокий удельный вес однорядного взрывания, как видно из табл. 3, объясняется наличием на ряде горизонтов рабочих площадок недостаточной ширины.

В условиях Кальмакырского карьера, где, как правило, отсут­ ствуют четкие визуально определяемые границы между рудами различных типов, возможность отделения руды от породы в процессе

13

Каджаранский и т. д.) применяется совместное взрывание сложных забоев на развал, что обусловливает существенное перемешивание руды и породы и затрудняет производство раздельной выемки. Это об­ стоятельство предопределяет необходимость изыскания таких мето­ дов взрывания, которые позволили бы ограничить возможность образования широкого развала, особенно в горизонтальном переме­ щении массива, и достичь минимального перемешивания руды и породы взрываемых сложных блоков, что способствует максималь­ ному сохранению первоначальной структуры рудных тел, а следо­ вательно, снижению потерь и разубоживания руды. Для бурения взрывных скважин диаметром 190—250 мм применяются шарошеч­ ные станки марок БСШ-2м, БСВ-3, 2СБШ-200 и СБШ-250.

На отечественных карьерах, в том числе и на Кальмакырском, наибольшее распространение получили экскаваторы ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8 с ковшами емкостью 4,6 и 8 м3. Основные показатели карьеров, разрабатывающих медно-порфировые месторождения, приведены

втабл. 4.

Для снижения потерь и разубоживания на карьерах, отрабаты­ вающих месторождения со сложной структурой рудных тел, нахо­ дят применение различные методы раздельной экскаваторной выемки. Так, на Кальмакырском и Коунрадском карьерах используются нормальные заходки, узкие заходки и выборочная погрузка.

На Кургашинканском карьере в основных забоях рудной зоны фронт работ движется от висячего блока к лежачему по направлению падения рудных тел; в юго-западной части карьера он направлен вкрест простирания рудной зоны. В настоящее время произведена зарезка уступа 460—450 м. Максимальная глубина карьера по на­ горному борту составляет 270 м.

В карьере принята транспортная система разработки с вывозом вскрышных пород во внешние экскаваторные и бульдозерные от­ валы. На выемке и погрузке руды и вмещающей породы работают экскаваторы ЭКГ-4 и ЭКГ-4,6, высота уступа 10 м. Некондиционную руду и породу в отвалы, а промышленную руду на перегрузочный склад транспортируют в автосамосвалах БелАЗ-540, а также же­

14

лезнодорожным транспортом в думпкарах ВС-100 с тягой электро­ возами Д-100, работающими на переменном токе.

В 1967 г. по заданию АГМК институтом Средазнипроцветмет был составлен ТЭД о целесообразности расширения карьера за счет углубки и вовлечения в разработку смежных с ним участков место­ рождения с учетом промышленного использования окисленных и забалансовых руд.

В 1969 г. было произведено расширение карьера с вовлечением в разработку участка Кулькермес. Основные проектные параметры нового карьера следующие: максимальная глубина 340 м, ширина поверху 1130 м, отметка дна карьера 370 м, протяженность поверху 1250 м, коэффициент вскрыши 3,38 м3/т.

На карьере успешно применяют комбинированную схему транс­ порта. При этом горную массу с нижних горизонтов вывозят до перегрузочного узла автосамосвалами БелАЗ-540, а дальше ж.-д. транспортом.

Бурение взрывных скважин производят станками типа БС1П

разделяются на однородные, сложенные одним сортом руды или только пустой породой, и разнородные, сложенные разными сортами руд одного типа, в различных процентных соотношениях по объему и в неодинаковом их сочетании с пустой породой. Однородные забои отрабатываются валовым способом.

Разработка сложных забоев на Кургашинканском карьере сопро­ вождается значительным разубоживанием и потерями, соответ­ ственно составляющими 8—10 и 35—38%.

Потери и разубоживание, приводящие к снижению среднего содержания полезных компонентов в рудах, предопределяют необ­ ходимость селективной разработки для удовлетворения требований ОФ в однородности химико-минералогического состава каждого отдельно добываемого типа руды. Для снижения разубоживания руды высота уступов принимается с учетом мощности рудных тел, разобщенных прослоями пустых пород, и составляет 10 м.

Следует указать, что неизбежное перемешивание различных сортов и типов руд с пустыми породами, происходящее при массо­ вых взрывах, весьма осложняет их обособленную выемку и погрузку. Для улучшения селективной отработки взрывы в рудных забоях производятся с учетом максимального сохранения первоначальной структуры рудных тел и требований технологии переработки их по сортам. Согласно этим требованиям регулируют количество запасов отбитой горной массы и руды.

В соответствии с параметрами экскаваторов принимается высота добычного уступа и ширина экскаваторной заходки, оказывающие прямое влияние на потери и разубоживание руды. Анализ эксплуа­ тации меднорудных и свинцово-цинковых карьеров показывает, что в большинстве случаев параметры системы разработки, техники и технологии выемки руд устанавливаются по аналогии с мощными

15

Г л а в а II

ОКОНТУРИВАНИЕ РУДНЫХ ТЕЛ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯДЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРОБОВАНИЯ

§ 1. Краткая характеристика ядерио-геофизических методов опробования руд цветных металлов

В последние годы ядерно-геофизические методы находят все более широкое применение при опробовании рудных полезных ископаемых. Основным достоинством этих методов является прин­ ципиальная возможность определения состава горных пород и руд, а также их количественной оценки в естественных условиях зале­ гания.

В настоящее время практическое применение нашли методы, основанные на взаимодействии горных пород и руд с гамма-излу­ чением и нейтронами.

Гамма-гамма и рентген-радиометрические методы. Подразделе­ ние излучения на рентгеновское и гамма-излучение является услов­ ным. Обычно длинноволновое (мягкое) излучение считают рентге­ новским (область энергий до 100 кэВ), а коротковолновое (жесткое)— гамма-излучением. Кроме того, рентгеновское и гамма-излучение различают по характеру спектра. Однако в связи с тем, что рентге­ новские лучи и гамма-кванты имеют общую природу, в дальнейшем их будем рассматривать совместно, пользуясь термином «гаммаизлучение».

Внастоящее время в ядерной геофизике применяются излучения

сэнергией не свыше 30 мэВ. Наиболее вероятными процессами

взаимодействия этого гамма-излучения с веществом являются: полное фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект); неупругое рас­ сеяние на электронных оболочках (эффект Комптона); эффект обра­ зования электронно-позитронных пар.

Вероятность возникновения каждого из этих процессов зависит от энергии излучения, а также от рода вещества, т. е. атомного номера элементов, слагающих это вещество.

В основу гамма-гамма-метода (ГГМ) положены два вида взаимо­ действия гамма-излучения с веществом: фотоэффект и комптоновское рассеяние. Соответственно существуют . две разновидности ГГМ — селективный и плотностной,

Селективный гамма-гамма-метод (ГГМ-с). Так как сечение фото­ эффекта пропорционально приблизительно пятой степени заряда ядра, увеличение заряда ядер обусловливает возрастание поглоще­ ния гамма-квантов в исследуемой среде и приводит соответственно к уменьшению интенсивности рассеянного гамма-излучения, что используется для обнаружения локальных изменений эффективного заряда пород и позволяет определять присутствие и давать количе­ ственную оценку тяжелых элементов в рудах.

Зависимость интегрального потока регистрируемого гаммаизлучения N от вещественного состава и плотности горных пород и руд приближенно определяется формулой

N = kN0 pi?Р е-0,6трЯ >

где р — плотность пород; т — массовый коэффициент поглощения гамма-лучей, зависящий от энергии гамма-лучей и эффективного атомного номера; R — расстояние между источником и детектором (длина зонда); N 0 — активность источника; ц — массовый коэффи­ циент поглощения гамма-лучей; к — константа.

Так как т с возрастанием гэф возрастает очень сильно, поток рассеянного гамма-излучения с ростом гэф убывает значительно.

При этом убывание N с ростом т происходит примерно по тому же закону, по которому N изменяется с ростом R. Зависимость потока рассеянного излучения от плотности исследуемой среды имеет

тт 167

инверсию. При р = интенсивность рассеянного гамма-излу­

чения достигает максимума. При геометрии прямого отражения гамма-лучей интенсивность рассеянного гамма-излучения с увели­ чением плотности исследуемой среды возрастает, а в геометрии диффузного отражения убывает [131].

Для веществ, состоящих из нескольких элементов, вводится понятие эффективного атомного номера — номер такого элемента, который эквивалентен по взаимодействию с гамма-излучением. Для руд сложного вещественного состава эффективный атомный номер для фотоэлектрического поглощения определяется по формуле

3 /~р

4 Г = | / 2 ?РЪ

где Р — число элементов, входящих в состав породы; qt — его содержание, %; zt — атомный номер элемента.

Селективный гамма-гамма-метод подразделяется на две основные модификации: интегральную ГГМ-с и спектрометрическую СГГМ-с.

Интегральная модификация ГГМ-с успешно используется для определения тяжелого элемента, и в первую очередь свинца, в мономинеральных рудах. При исследовании руд сложного' состава раз­ дельное определение элементов может быть осуществлено при по­

18

мощи СГГМ-с. Порог чувствительности метода составляет 0,1—0,2%,

глубинность 10—12 см.

Плотностной гамма-гамма-метод (ГГМ-п). ГГМ-п наиболее приемлем для выявления тяжелых элементов в породах и рудах слабо отличающихся по плотности. В породах и рудах с изменчивой плотностью необходимо вначале изучить плотность пород, для чего применяется другая модификация ГГМ, в которой используется некогерентное рассеяние гамма-квантов (эффект Комптона).

Макроскопическое эффективное сечение комптоновского рас­ сеяния равно

мость А о/ (к) от атомного номера рассеивающей среды. Отношение

—изменяется весьма незначительно, причем для элементов с z,

меньшим 30, из которых слагается большинство горных пород,

~ ~ приблизительно одинаково (0,49—0,50).

Поэтому с достаточной степенью точности можно считать, что ткомп ~ р, т. е. величина коэффициента комптоновского рассеяния пропорциональна плотности поглощающего вещества. Следова­ тельно, на основе измерения интенсивности рассеянного гамма-излу­ чения возможна дифференциация пород по их плотности.

При наличии однозначной связи между плотностью горных пород и руд и содержанием в них искомого элемента возможно использо­ вание метода и для количественных определений, в частности для оценки содержания тяжелых металлов в рудах [118, 132].

В сочетании плотностного и селективных модификаций ГГМ воз­ можно определение тяжелых элементов и в мощных рудах [118].

На диаграммах ГГК-с и ГГК-п (рис. 4) видно четкое свинцовое оруденение в присутствии бария.

Рентген-радиометрический метод (PPM). Рентген-радиометри-

ческий флуоресцентный метод основан на возбуждении и измерении характеристического излучения элементов, которое возникает при перераспределении электронов на электронных оболочках атомов. В результате поглощения гамма-кванта из атома вылетает фотоэлек­ трон, но атом остается возбужденным, на место вылетевшего элек­ трона опускаются вышележащие электроны, при этом испускаются рентгеновские кванты. Спектр характеристического излучения со­ стоит из отдельных линий, соответствующих переходам электронов