Фізико-технічні основи свердловинної гідро-технології видобутку важких металів розсипних родовищ і техногенних розсипів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. Полякова

Автореферат

дисертації на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук

ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ СВЕРДЛОВИННОЇ ГІДРОТЕХНОЛОГІЇ ВИДОБУТКУ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ РОЗСИПНИХ РОДОВИЩ І ТЕХНОГЕННИХ РОЗСИПІВ

Спеціальність: Фізичні процеси гірничого виробництва

Маланчук Зіновій Романович

Дніпропетровськ, 2003 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. У зв'язку з наявністю стратегічних видів сировини в Ровенсько-Волинському районі і ряді інших регіонів України на державному рівні прийняте рішення про їхнє промислове освоєння. Територіальна приуроченість родовищ до заповідних районів обумовила неможливість відкритого способу розробки з екологічної точки зору, а цінність сировини і її важливість для державних інтересів України визначила необхідність залучення даного виду корисних копалин до експлуатації. Відділенням наук про Землю НАН України схвалено основні напрямки “Концепції розвідки, дослідної експлуатації і промислового освоєння стратегічних видів корисних копалин, приурочених до надр Рівненської області” (протокол №7, §35 від 06 липня 1999 року). Дана “Концепція” передбачає підземний спосіб розробки родовищ з використанням свердловинної гідро-технології видобутку, яка досить добре зарекомендувала себе при видобутку корисних копалин методом вилуговування. Однак використання такого способу для видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ вимагає його науково обґрунтованої адаптації і визначення параметрів усіх процесів, які входять до складу даного способу.

Тенденція розвитку видобутку кольорових, дорогоцінних і рідких металів в умовах розсипних родовищ, яка намітилася останнім часом, передбачає удосконалення способів і схем відпрацювання, технологій видобутку, збагачення і переробки сировини в напрямку підвищення ступеня вилучення корисних копалин з надр і одержання концентрату на місці залягання з залишенням у надрах уміщуючи порід.

Крім корінних і розсипних родовищ, об'єктами для промислового освоєння є техногенні розсипи, які мають значні запаси корисних компонентів. Утворення таких родовищ обумовлено значним обсягом сировини, яка перероблялася, і недосконалістю існуючих на момент видобутку способів і технічних засобів витягу корисних копалин. Здобувачем уперше виявлено і встановлено закономірності кількісного розподілу мінералів у техногенних розсипах, які Міжнародною асоціацією авторів наукових відкриттів визнані науковим відкриттям з видачею диплома № 257 від 17.10.2002 р.

Таким чином, розробка фізико-технічних основ свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів є актуальною науково-практичною проблемою, що має важливе народногосподарське значення, а також необхідні передумови для її вирішення, що ґрунтуються на результатах наукового відкриття.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертація виконана відповідно до “Комплексної програми розвитку кольорової металургії України на період до 2010 р.”, затвердженої постановою Кабінету Міністрів України №1918 від 18.10.99 р., програми 2.3.8 “Створити й освоїти технології і технічні засоби, які забезпечують екологічно чисті процеси видобутку і переробки корисних копалин за рахунок використання безвідхідних технологій і утилізації відходів промислових виробництв” ДКНТ України, “Концепції розвідки, дослідної експлуатації і промислового освоєння стратегічних видів корисних копалин, приурочених до надр Рівненської області”, схваленої Відділенням наук про Землю НАН України (протокол №7, §35 від 06 липня 1999 року), у якій автор є виконавцем.

Ідея роботи полягає у використанні встановлених закономірностей розподілу корисного компоненту по техногенним розсипам та особливостей процесів гідро руйнування, дезинтеграцї і гідро транспортування матеріалів розсипів при обґрунтуванні їх параметрів в умовах дотримання збалансованості витрат робочого агента і мінімізації втрат корисного компонента.

Метою роботи є розробка фізико-технічних основ свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів, які дозволяють підвищити ефективність і забезпечити екологічну захищеність їхнього освоєння.

Задачі досліджень:

1. Дослідити особливості гідродинамічного процесу розмиву матеріалів розсипів і гідро транспортування рудних пульп.

2. Розробити гідродинамічні моделі гідромоніторного розмиву корисних копалин і порід, що їх підстилають, у випадку приуроченості до них корисного компоненту; самопливного гідротранспорту по днищах виймальних камер; гідроелеваторного підйому пульпи з включенням корисного компонента значної гідравлічної крупності.

3. Провести теоретичні дослідження і розробити методи вибору і розрахунку гідроелеваторного підйому пульпи.

4. Провести експериментальні дослідження і перевірку теоретичних передумов досліджуваних гідродинамічних процесів.

5. Установити закономірності кількісного розподілу мінералів у техногенних розсипах і обґрунтувати технологію їхньої розробки.

6. Визначити параметри свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів. Обґрунтувати технологічні і технічні рішення, які забезпечують динамічну погодженість використовуваних процесів.

Методи досліджень. Для рішення поставлених задач використовувався комплексний метод досліджень, що включає в себе системний аналіз і узагальнення досвіду свердловинного гідровидобутку важких металів з розсипних родовищ і техногенних розсипів, статистичну обробку даних, фізичне моделювання гідродинамічних процесів, лабораторні і стендові дослідження з використанням промислових зразків технологічного устаткування, натурний експеримент, техніко-економічний аналіз і прогнозування.

Об'єкт дослідження - свердловинна гідро-технологія видобутку корисних копалин в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів.

Предмет досліджень - гідромеханічні процеси руйнування, переміщення, гідро підйому і гідро транспортування гідросуміші.

На захист виносяться наступні наукові положення:

1. Зниження втрат корисного компонента у виймальній камері до мінімального рівня забезпечується при швидкостях переміщення струменя по вибою в межах 1,0-2,0 м/с і пошаровому розмиві розсипів уступами висотою 0,25-0,30 м., з переміщенням зруйнованого матеріалу на відстань, яка дорівнює половині ефективної дальності польоту струменя.

2. Підвищення повноти витягу корисного компонента з розсипу забезпечується шляхом його вилучення з тріщин порід, які підстилають розсип, глибиною до 1,6 м за рахунок двох стадійного впливу на днище виймальної камери, де на першій стадії здійснюється розкриття тріщин повітряним струменем, який подається під днище через похилу свердловину з тиском 0,7-1,0 МПа, протягом 12-15 хвилин і наступним змивом і гідроелеваторним підйомом на другій стадії.

3. Зменшення питомих енерговитрат при свердловинному гідровидобутку досягається за рахунок використання кінетичної енергії падаючого потоку пульпи для надання корисному компоненту початкової швидкості зрушення, розгону корисного компонента максимальної крупності до швидкості надійного гідро транспортування і підтримкою її на постійному рівні по довжині транспортування керованим профілюванням днища камери.

4. Втрати корисного компоненту при течії гідросуміші по днищу виймальної камери прямо пропорційні щільності гідросуміші і гідравлічній крупності часток та обернено пропорційні продуктивності гідромонітору і куту нахилу утворюючої днища. Ефективність гідроелеваторного підйому забезпечується дією об'ємних сил по витисненню рідини з камери змішання поршневим рідинним утворенням струменя.

5. Гідродинамічні і дезінтеграційні процеси, які відбуваються на промивних приладах і в падаючому потоці пульпи, що зноситься зі збагачувального шлюзу, обумовлюють формування техногенних розсипів, яким притаманна закономірність кількісного розподілу мінералів з концентрацією корисного компонента до 95 % у ядрі розсипу, що має форму усіченої піраміди, параметри і розташування якої визначаються конструктивними і технологічними характеристиками промивного устаткування.

Наукова новизна отриманих результатів.

- Уперше встановлені закономірності зниження втрат корисного компонента на днищах виймальних камер у залежності від витрати робочого агента, нахилу днища і його шорсткості.

- Виявлено закономірності і встановлені особливості гідромеханічних процесів руйнування матеріалів покладів, а також їхнього переміщення, усмоктування, гідро підйому і гідро транспортування.

- Вперше експериментально виявлена і теоретично обґрунтована закономірність кількісного розподілу мінералів у техногенних розсипах, яка полягає в тому, що мінерали, які зносяться зі збагачувальних приладів, концентруються в ядрі відвала у формі усіченої піраміди, параметри і розташування якої визначаються конструктивними і технологічними параметрами промивного устаткування.

Практичне значення отриманих результатів.

- Обґрунтовано параметри процесів очисної виїмки при свердловинній гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів.

- Удосконалено метод розрахунку гідроелеваторного підйому пульпи, який враховує особливості процесу її переміщення, а також вплив затоплення змішувальної камери гідроелеватора на висоту підйому.

- Розроблено і впроваджено комплект методик розрахунку технологічних і конструктивних параметрів гідро видобувних агрегатів, виймальних камер, процесів гідро транспортування і гідроелеваторного підйому, а також витягу корисного компонента з тріщин порід, які підстилають розсип.

- Реалізована у виді наукового відкриття і практичних рекомендацій закономірність формування техногенних розсипів, а також методика пошуку їхніх ядер, у яких зосереджене до 95 % запасів корисного компонента, що міститься в даному родовищі.

Методики розрахунку параметрів технологічних процесів свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів передані:

- Національному гірничому університету і Дніпропетровському національному університету (м. Дніпропетровськ), Українському державному університету водного господарства і природокористування (м. Рівне), Європейському університету (м. Київ) для використання в навчальному процесі і наукових дослідженнях свердловинного гідровидобутку;

- Міністерству промислової політики України, Рівненській геологічній експедиції державного регіонального управління „Північгеологія” виробничого об'єднання “Укрпівнічгеологія”, Центру “Геополітика”, об'єднанню “Укрбурштин”, для використання в навчальному процесі і при проведенні наукових досліджень.

Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в проект освоєння покладів Рівненсько-Волинського регіону складає 592321 грн., розрахунковий обсяг очікуваного економічного ефекту сягає 5 млрд., доларів США.

Особистий внесок здобувача полягає в теоретичному узагальненні і рішенні важливої для народного господарства науково-технічної проблеми створення фізико-технічних основ свердловинної гідро-технології видобутку важких металів з розсипних родовищ і техногенних розсипів. При цьому автором самостійно сформульовані мета, ідея роботи і задачі дослідження, основні наукові положення, висновки і рекомендації з їхньої практичної реалізації. Ним розроблено комплект методик розрахунку гідродинамічних параметрів плину гідросуміші і гідроелеваторного підйому пульпи, проведене фізичне моделювання в лабораторних умовах і виконано комплекс стендових експериментів. Автор брав безпосередню участь у розробці нових технологічних рішень по удосконалюванню методів свердловинного гідровидобутку. За його участю розроблено основну концепцію наукового відкриття “Закономірність кількісного розподілу мінералів у техногенних золото- і алмазоутримуючих розсипах”. Текст дисертації викладено автором особисто.

Апробація результатів досліджень. Результати дисертаційної роботи доповідалися на щорічних конференціях професорсько-викладацького складу УДУВГіП (м. Рівне, 1998-2003 р.), науково-технічній раді Центра “Геополітика” (м. Рівне, 1997-2003 р.), Міжнародній науково-технічній конференції Львівського політехнічного університету (м. Львів, 1996 р.), науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу Дніпропетровського державного університету (м. Дніпропетровськ, 1996 р.), Ученій раді РДТУ (м. Рівне, 1999 р.), науково-технічній раді РДТУ (м. Рівне, 2000 р.), Бюро відділення наук про Землю НАН України (м. Київ, 1999 р.), засіданні Українського науково-технологічного центра (м. Київ, 2000-2001 р.), наукової конференції офісу “Reiko Uchida” (м. Одавара, Японія, 2000 р.), наукових семінарах компаній: “Tri International d.o.o.” (м. Любляна, Словенія, 2000 р.), “Coral Travel Ltd.” (м. Лимассол, Кіпр, 2000 р.), “Bund Deutschland” (м. Фрейбург, Німеччина, 2000 р.), науковому семінарі Асоціації авторів наукових відкриттів України (м. Дніпропетровськ, 2002 р.), Міжнародній асоціації авторів наукових відкриттів (м. Москва, 2001-2002 р.).

Публікації. По темі досліджень опубліковано 93 друкованих праць, у тому числі 4 монографії і 25 статей в наукових журналах і збірниках, віднесених ВАК України до переліку фахових видань.

Пріоритет наукових розробок захищений 2 науковими відкриттями і 1 авторським свідоцтвом.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів і висновку, викладених на 371 сторінках машинописного тексту, у тому числі список використаних джерел на 24 сторінках, 12 додатків на 71 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Аналіз існуючих технологічних і технічних рішень, а також моделей гідродинамічних процесів розмиву і гідро транспортування рудних пульп дозволив оцінити їх слабкі і сильні сторони, виділити основні робочі процеси й елементи технологічних схем, визначити класифікаційні ознаки систем свердловинного гідровидобутку.

Виконаний аналіз дозволив чітко визначити необхідність подальшого розвитку теорії, методів розрахунку засобів свердловинної гідро-технології й інженерного забезпечення реалізації її потенційних можливостей.

Показано, що ідеальними системами випробування і розробки повинні бути такі, котрі в силу сукупності сполучень якісних і кількісних характеристик технічних і технологічних параметрів дозволяють одержувати концентрат на місці залягання, залишаючи в надрах уміщуючи породи.

Такий підхід визначив вибір води в якості робочого агента, а для систем, які використовуються у складних гірничо-геологічних умовах - застосування води і стиснутого повітря. Призначення останнього - для розкриття тріщин у підстилаючи в породах, до яких приурочена частина запасів корисних копалин.

Слід відзначити немаловажну обставину, яка полягає в тому, що дослідження гідротранспорту в суміжних областях проводилися, як правило, при сталості витрат робочої рідини, у той час як гідро транспортування у розглянутих умовах відбувається при перемінній витраті води, яка змінюється параболічне. Крім того, більшість досліджень проведено при транспортуванні матеріалу, який не має початкової швидкості, що істотно відрізняється від умов розмиву і гідро транспортування матеріалу по днищу камери, де вимиті гідромонітором частини корисних копалин мають значний запас кінетичної енергії при падінні на днище камери.

Тріщинуватість підстилаючи в порід, приуроченість до них корисного компонента і створення ефективних способів і засобів його витягу, є складовими частинами систем випробування і розробки методів свердловинного гідровидобутку (СГВ).

Результати відомих експериментальних досліджень впливу підпору рідини показують, що при збільшенні затоплення в гідроелеваторі починають діяти додаткові фактори, які сприяють гідро підйому, але не враховуються в теорії змішання потоків. Використання емпіричних коефіцієнтів чи інтегральних кривих для обліку підпору не може дати точного рішення задачі, тому що є правомірним лише для умов експерименту, з якого вони отримані. Таким чином, мається очевидна необхідність створення теоретичних основ роботи гідроелеватора в умовах досить великих значень затоплення.

На думку багатьох авторів, техногенні розсипи необхідно розглядати як потенційні об'єкти видобутку дорогоцінних металів з мінімальними капітальними й експлуатаційними витратами, ще й без проведення дорогих геологорозвідувальних робіт. Тому, проблема промислового освоєння техногенних розсипів є актуальної, як по запасах дорогоцінних і рідких металів, що збільшуються в ретроспективі їхнього утворення, так і по працевлаштуванню населення, яке вивільняється при закритті нерентабельних золотодобувних підприємств. Експериментальними дослідженнями розмиву матеріалів розсипів і гідро транспортування рудних пульп встановлено характерні особливості кожного з процесів. Натурні дослідження проводилися в умовах дослідної ділянки з оголеною поверхнею корисних копалин. Гідромонітор встановлювався у вершині сектору розмиву. В якості компенсаційної виробки використовувалася траншея, яка закладалася на відповідній відстані від вершини сектору. Під час експерименту:

- вимірювалися параметри струменя в залежності від насадок гідромонітору;

- час, потрібний на розмив і вигін шару корисних копалин потужністю h_П і порід на глибину h_ПП із сектору з кутом а.

Для встановлення характеру розподілу втрат корисного компоненту передбачалося визначення його середнього вмісту по блоку до і після розмиву. Випробування на вміст корисного компоненту здійснювалися відповідно до діючих інструкцій з геологічного обслуговування розробки розсипних родовищ. Швидкість переміщення струменя по забою змінювалась від 0,5 до 2,1 м/с. Розмив корисних копалин і підстилаючи порід здійснювався пошарово при висоті уступи 15 - 25 см з переміщенням їх струменем на граничну відстань. Відбій, транспортування і зачистка підстилаючи порід по суті представляли єдиний процес і виконувались шляхом послідовної дії струменя на забій, що зміщувався.

На ефективність розмиву порід з однаковими фізико-механічними властивостями впливає час впливу струменя на забій, який визначається швидкістю її переміщення. Встановлено, що при пошаровому розмиві корисних копалин попутним забоєм збільшення часу впливу струменя на масив веде до утворення вруби і зниження ефективності розмиву. Утворення врубі при обертанні ствола гідромонітора з кутовою швидкістю щ =1 об/хв., спостерігалось на віддалі до 6 - 8 м., від насадки. Швидкість переміщення струменя по забою при цьому змінювалось від 0,37 до 1,0 м/с. Утворенню вруби сприяло також відносно високе значення кута зустрічі струменя з поверхнею, величина якого при переміщенні забою від 0 до 6 м від насадки гідромонітора змінювалась від 28^° до 10^°. З ціллю підвищення ефективності розмиву і переміщення гідро пульпи на віддалі до 6 - 8 м., від насадки кут нахилу струменя до поверхні розмиву не повинен перевищувати 5 - 7^°, швидкість переміщення струменя по забою обмежується при цьому до 1,0 - 2,0 м/с, а висота забою при розмиві через насадки діаметром 15 - 35 мм складає 25 - 30 см.

Основою для виявлення характеру зміни втрат корисних копалин на породах різного виду послужили результати досліджень на дослідних ділянках. Деяке збільшення втрат корисного компонента на малих віддалях від насадки пояснюється малою швидкістю переміщення струменя по забою, в результаті чого значна частина енергії втрачається на розрідження і переміщення корисних копалин, в результаті чого окремі, більш крупні частини корисного компонента осідають на підстилаючи породи, або затримуються в тріщинах.

На величину втрат корисних копалин, крім параметрів струменя, впливає і характер відкладень що підстилають порід: їхній склад, міцність, тріщинуватість, а також кут падіння і напрямок дії струменя стосовно площини залягання.

По складу порід продуктивної товщі і відношенню площини нашарування сланців до напрямку дії струменя, породи розділяються на 4 види. Породи мають різну міцність, тріщинуватість і, як наслідок, розмиваються нерівномірно.

Практично відсутні втрати на поверхні породи, представленої глинистими різностями, що ілюструється даними.

Приуроченість запасів до зони тріщинуватості послужило підставою до створення спеціальних систем випробування і розробки, особливість яких полягає в тому, що поряд з основною виїмкою корисної копалини, здійснюється витяг корисного компонента з зони тріщинуватості, у якій виділені 4 підкласи тріщинуватості (0,003-0,01., 0,01-0,03., 0,03-0,1 м).

На підставі проведених досліджень отримано залежності, які визначають абсолютний обсяг витягу заповнювача з тріщин підстилаючи до порід (Vтр), ореол впливу однієї свердловини на масив що підстилають порід (r), кількість свердловин (K_kc) і питомі енергетичні витрати на до вилучення заповнювача водою на третин стадії (ЕВ).

Моделювання течії гідросуміші по днищу виймальної камери враховувало, що при свердловинному гідровидобутку руйнування породи в ній здійснюється гідромоніторним струменем. Характеристиками і режимом роботи гідромонітора визначаються параметри плину гідросуміші по дну виймальної камери, а також режим роботи гідроелеватора, що використовується для підйому пульпи на денну поверхню.

Радіус розмиву для струменя гідромонітору визначається за умов руйнування породи в залежності від витрат води і напору гідромонітору. Цими ж величинами визначається товщина шару пульпи при надходженні на дно виймальної камери.

При цьому, плин пульпи по днищу виймальної камери буде здійснюватися без розриву потоку на його конічній поверхні.

До приймальної камери гідроелеватора пульпа тече по дну виймальної камери "самопливом", при цьому певна доля часток коштовного компоненту більшої гідравлічної крупності, ніж частки уміщуючи порід, випадає на дно потоку, накопичуючись в порах, тріщинах і жорсткостях її днища. Ця доля часток відноситься до втрат коштовного компонента. Для дослідження процесу плину пульпи по днищу виймальної камери й оцінки величини втрат коштовного компонента, в роботі запропонована математична модель плину гідросуміші перемінної щільності, яка змінюється в результаті випадання на дно часток твердого матеріалу. При цьому вважається, що матеріал, який випав, не утворює донного рухливого шару, а накопичується в порах, тріщинах і жорсткостях днища.

Моделювання гідромеханічних процесів при гідроелеваторному підйомі пульпи з виймальної камери на денну поверхню враховує її технологічно необхідний обсяг. Гідроелеватор розташовується на дні виймальної камери в самій нижній її відмітці, а відцентровий насос, який забезпечує напір гідроелеватора, знаходитися на денній поверхні.

Припускаючи, що витратно-напірна характеристика відцентрового насоса описується поліномом другого ступеня щодо подачі, а напір гідроелеватора визначається в залежності від його ККД і масового коефіцієнта подачі, у роботі пропонується визначати коефіцієнт ежекції гідроелеватора.

Для визначення величини ККД при різних параметрах і режимах роботи гідроелеватора були проведені експериментальні дослідження залежності від відносної довжини змішувальної камери, вираженої в калібрах насадки та у власних калібрах , а також модуля гідроелеватора при різних значеннях відносного напору:



Апробація модельних представлень проводилася шляхом технологічного випробування гідродинамічних процесів розмиву і плину гідросуміші.

Для створення надійного транспортування корисних копалин по днищу виймальної камери, необхідно залишити в камері деякий обсяг продуктивного тіла покладу, обмежений знизу поверхнею що підстилають порід і бічною поверхнею циліндра діаметром, обумовленим радіусом розмиву R_ni чи граничним прольотом оголення покрівлі камер L_npi.

Обсяг корисних копалин, що втрачається, у виймальній камері, описується формулою:

Ефективне використання способу гідро свердловинного видобутку з погляду стійкості камер теоретично можливо до глибин, на яких величина гірського тиску починає дорівнювати межі міцності масиву гірських порід на стиск. При середніх значеннях межі міцності порід на стиск у_сж = 22,5·10⁵ Па і щільності порід 2,08· 10⁴ т/м³ критична глибина застосування систем із залишенням стрічкових ціликів складе 108 м, систем із зіркоподібними ціликами - 76 м.

З огляду на залежність показника и порід від кута укосу стінок цілика і для забезпечення стійкості на необхідний час t для визначеної глибини (при відсутності інших заходів щодо зміцнення цілика чи поліпшенню умов його роботи), рекомендується формувати кут укосу цілика. Для інженерних методів розрахунку рекомендується до використання спрощена формула визначення обсягу що підстилають порід.

Синтез оптимальних теоретичних і експериментальних досліджень дозволив вперше встановити закономірність кількісного розподілу мінералів у техногенних розсипах і розробити технологічні схеми розробки техногенних розсипних родовищ. Представлення про формування техногенних родовищ базується на виявленій закономірності розподілу корисних мінералів по тілу відвалів і розглядається на прикладі відкритого способу розробки розсипів з використанням гідроелеваторних промивних приладів. Аналогічні закономірності встановлені при гідравлічному способі розробки розсипів, при збагаченні пісків підземного видобутку, а також при формуванні відходів стаціонарних збагачувальних фабрик, які працюють на мінеральній сировині поліметалевих і рідкоземельних родовищ.

Фізична сутність встановленої закономірності розподілу корисного компонента в межах техногенного розсипу полягає в тому, що самопливне гідро транспортування пульпи, яка зноситься зі збагачувальних шлюзів, по поверхні відвала характеризується мінливістю параметрів процесу, обумовленій зміною питомої витрати води по довжині транспортування і зменшенням швидкостей потоку. Транспортуюча здатність потоку максимальна в зони ерозійної депресії і мінімальна на рівні підошви відвалу.

Це справедливо для умов, у яких не відбувається міграція води по паровим просторам порід техногенного родовища, наприклад, у техногенних розсипах, складених хвостами збагачення з великим вмістом мулу і глини, включаючи ефельні відвали скрубберних приладів.

У цьому випадку відбувається кольматація парового простору порід, які складають техногенний розсип. На поверхні відвала неможливе збереження таких швидкостей потоку, які дозволили б транспортувати усі хвости, включаючи корисні компоненти, що зносяться зі шлюзів. Зазначені особливості складають основу механізму формування ядра техногенного розсипу. Для цих умов розрахунок профілю здійснюється з урахуванням зміни глибини потоку, витрат і швидкості руху рідини по довжині транспортування, а також кута сектора транспортування.

Розміри верхньої основи ядра на рис.12 відповідають розмірам ерозійної депресії по верху. Враховуючи, що мінімальне значення Hmin прагне до нуля, довжину ерозійної депресії D з достатнім ступенем точності можна прийняти рівній ширині потоку пульпи Ш в шлюзі, а ширину депресії В - рівну глибині потоку h.

Аналогічні розміри D1 і B1 нижньої основи ядра, які відповідають максимальним граничним розмірам ерозійної депресії при Hmax встановлюють із залежностей розпаду падаючого потоку пульпи.

Кут розпаду падаючого потоку пульпи залежить від положення H, значення якого визначає ступінь аерації потоку. Для практичних розрахунків і виходячи з граничного значення Hmax, яке не перевищує 15 м., для гідроелеваторних приладів, кут розпаду з необхідною точністю розрахунків може бути прийнятий рівним а = 7°.

Техногенні розсипи необхідно розглядати як потенційні об'єкти видобутку дорогоцінних металів з мінімальними капітальними й експлуатаційними витратами. При цьому не потрібно проведення дорогих геологорозвідувальних робіт.

З огляду на виявлені закономірності розподілу корисного компонента в межах техногенного покладу, запропоновано наступні методи виявлення її ядра:

- на підставі аналізу геологічної і маркшейдерської документації підприємств, які ведуть розробку розсипних родовищ;

- по наявності спеціальної структури, що складається з вертикальних стійок і горизонтальних балок, на які були встановлені промивні прилади;

- на базі використання результатів аерокосмічної зйомки для складання карти регіону, на якій зафіксовані ерозійні депресії;

- по зміні складу рослинного покриву техногенного розсипу, представленого у місцях формування ядра золотарником жовтого кольору.

Основна маса (95 %) мінералів, які втрачаються при збагаченні корисних копалин, приурочена до ядра техногенного покладу. Пропонується селективна виїмка ядер з техногенних розсипів, що дозволяє знизити обсяги переробки гірської маси в 1000 разів у порівнянні із суцільною розробкою. При практичному використанні розроблених гідродинамічних моделей для розрахунку параметрів конкретних конструктивних елементів гідроелеваторного підйому необхідно пам'ятати, що кожний з них є ділянкою технологічного ланцюга, і від показників його роботи залежить стабільність роботи всього комплексу гідровидобутку.

З урахуванням цього проведено методичне обґрунтування способу свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів.

Запропоновано метод вибору систем розробки і методів гідровидобутку по гірничо-геологічних і техніко-економічних показниках. Показано, що цінність корисного компоненту впливає на вибір системи, тому в комплексі з економічними критеріями встановлюється оптимальність прийнятого рішення.

Такі фактори, як ступінь вивченості і досвіду розробки родовища (чи аналогічних), наявність закладного матеріалу і води природних джерел, сприятливий рельєф денної поверхні та інші повинні бути враховані при остаточному виборі і проектуванні систем.

Альтернатива вибору свердловинної гідро-технології видобутку на попередній стадії здійснюється в рамках укрупненого техніко-економічного аналізу.

Вибір на користь того чи іншого способу гідровидобутку може бути встановлений на підставі аналізу показників базового родовища.

Запропоновані до практичного використання методи розрахунку параметрів виймальних камер і між камерних ціликів з урахуванням впливових факторів: глибини розробки, форми виймальних камер і між камерних ціликів, особливостей технології виїмки корисних копалин з камер.

Розроблено рекомендації з розрахунку параметрів процесів очисної виїмки при опробуванні. Показано, що з урахуванням необхідного обсягу (маси) представницької проби, радіуси розмиву виймальних камер не перевищують 1-3 м при значному запасі стійкості покрівлі. На основі гідродинамічних моделей і результатів досліджень розроблено комплект методик розрахунку параметрів гідроелеватора при роботі з підтопленням. Розроблено методики розрахунку основних технологічних параметрів свердловинних гідравлічних методів опробування, дослідної експлуатації і промислової розробки розсипних родовищ корисних копалин.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечується коректністю постановки розв'язуваних задач, адекватністю розглянутих моделей реальним умовам, статистично значимим обсягом лабораторних, стендових і натурних експериментів, проведенням теоретичних досліджень з використанням фундаментальних положень гідродинаміки.

Також позитивними результатами промислових іспитів. Вірогідність отриманих результатів підтверджується задовільною збіжністю теоретичних і експериментальних даних (розбіжність не перевищує 18%, показники знаходяться в межах довірчої імовірності відхилення). Відтворюваність отриманих результатів забезпечується використанням стандартних приладів, типової апаратури і методів вимірів.

Таблиця - ВИЗНАЧЕННЯ ОБ'ЄМІВ ВИЙМАЛЬНИХ КАМЕР І МІЖКАМЕРНИХ ЦІЛИКІВ:

Форма виймальних камер	, , м3	Глибина розробки, Н, м
		Н 50 м	50 м < H 100 м
		Без закладки очисного простору камер	З послідуючою закладкою очисного простору камер	Без закладки очисного простору камер	З послідуючою закладкою очисного простору камер
Круг	Vк - об'єм виймальної камери Vц - об'єм целіка, який припадає на виймальну камеру
Ромб
			Не існує
Зірка			Не існує
Квадрат
			Не існує

ВИСНОВОК

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій виконане теоретичне узагальнення і рішення значної галузевої проблеми, що має важливе народногосподарське значення і полягає в розробці фізико-технічних основ свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів.

У процесі виконання роботи отримані наступні підсумкові наукові висновки і практичні результати: гідровидобуток гірничий геологічний

1. Вперше встановлено закономірності зниження втрат корисного компонента на днищах виймальних камер у залежності від витрат робочого агента, нахилу днища і його шорсткості. Доведено, що зниження втрат корисного компонента у виймальній камері до мінімального рівня забезпечується при швидкостях переміщення струменя по вибою в межах 1,0-2,0 м/с., і пошаровому розмиві розсипів уступами висотою 0,25-0,30 м., з переміщенням зруйнованого матеріалу на відстань, рівну половині ефективної дальності польоту струменя.

2. Розроблено удосконалений метод розрахунку гідроелеваторного підйому пульпи, який враховує особливості процесу її переміщення а також вплив затоплення змішувальної камери гідроелеватора на висоту підйому.

3. Виявлено закономірності процесу витягу корисного компонента з тріщин що підстилають породи. Доведено, що підвищення повноти витягу корисного компонента з розсипу забезпечується шляхом його витягу з тріщин у породах глибиною до 1,6 м., за рахунок двох стадійного впливу на днище виймальної камери, де на першій стадії здійснюється розкриття тріщин повітряним струменем, який подається під днище через похилу свердловину з тиском 0,7-1,0 МПа, протягом 12-15 хвилин і наступним змивом і гідроелеваторним підйомом на другій стадії.

4. Отримано нові аналітичні й емпіричні залежності гідродинамічних характеристик гідроелеватора, які покладено в основу методики розрахунку параметрів виймальних камер. При цьому дотримані умови: розмиву корисної копалини, розмиву порід при приуроченості до них корисного компоненту, самопливного гідротранспорту по днищах виймальних камер, витягу корисного компоненту з тріщин порід, з урахуванням гідродинаміки і фаз робочого агента, а також особливостей фізико-механічних властивостей корисної копалини і порід.

5. Встановлено, що розмив корисних копалин в свердловині приводить до їх корисних компонент і уміщуючи породи, гравітаційного осадження корисного компонента на підстилаючи породи за рахунок перевищення щільності в 2-8 разів. Сукупність зазначених процесів обумовлює закономірність формування виймальної камери у межах розроблювальної потужності розсипу з прирізкою тріщинуватих порід, у які мігрує корисний компонент. При цьому границі ефективного витягу заповнювача залежать від класу тріщинуватості і знаходяться в межах глибини від 0,8 до 1,2-1,6 м, втрати корисного компоненту становлять 5-10 %.

6. Доведено, що ефективність свердловинного гідровидобутку досягається за рахунок використання кінетичної енергії падаючого потоку пульпи для додання корисному компоненту початкової швидкості руху, розгону корисного компонента максимальної крупності до швидкості надійного гідро транспортування і підтримкою її постійною по довжині транспортування керованим профілюванням днища камери.

7. Доведено, що необхідна для підтримки порід покрівлі стійкість камерних виробок забезпечується пошаровим відпрацюванням корисних копалин в межах камери з одночасним формуванням між камерних ціликів на повну виймальну потужність і зміцненням їх підтримуючою призмою з корисної копалини при глибинах розробки більш 50 м. При глибинах розробки 76 м., стійкість камер забезпечується зіркоподібними між камерними ціликами, а при глибинах більше 108 м., - стрічковими.

8. Розроблено методики розрахунку основних технологічних параметрів свердловинної гідро-технології видобутку важких металів з розсипних родовищ і техногенних розсипів. Відмінними рисами запропонованих технічних і технологічних рішень є: відсутність робітників в очисних просторах виймальних камер, збереження земної поверхні з дотриманням комплексу еколого-економічних вимог, які пред'являються до конкретного родовища.

9. Встановлена невідома раніше закономірність кількісного розподілу мінералів у техногенних розсипах. Доведено, що 95 % корисного компонента сконцентровано в ядрі розсипу, параметри якого визначаються характеристиками промивного устаткування. Запропоновано наступні методи виявлення техногенних родовищ і їхніх ядер:

- на підставі аналізу геологічної і маркшейдерської документації підприємств, що ведуть розробку розсипних родовищ;

- по наявності спеціальної структури, яка складається з вертикальних стійок і горизонтальних балок, на яких були встановлені промивні прилади;

- на базі використання результатів аерокосмічної зйомки для складання карти регіону, на якій зафіксовані ерозійні депресії;

- по зміні складу рослинного покриву техногенного розсипу, представленого у місцях формування ядра золотарником жовтого кольору.

10. Результати досліджень реалізовані в комплексі методик, що передані:

- Національному гірничому університету і Дніпропетровському національному університету (м. Дніпропетровськ), Українському державному університету водного господарства і природокористування (м. Рівне), Європейському університету (м. Київ) для використання в навчальному процесі і наукових дослідженнях свердловинного гідровидобутку;

- Міністерству промислової політики України, Рівненській геологічній експедиції державного регіонального управління „Північгеологія” виробничого об'єднання “Укрпівнічгеологія”, Центру “Геополітика”, об'єднанню “Укрбурштин”, для використання в навчальному процесі і при проведенні наукових досліджень.

Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи в проект освоєння покладів Рівненсько-Волинського регіону складає 592321 грн., розрахункова величина очікуваного економічного ефекту сягає 5 млрд. доларів США.

11. Сукупність отриманих результатів складає необхідні фізико-технічні основи свердловинної гідро-технології видобутку важких металів в умовах розсипних родовищ і техногенних розсипів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ТАКИХ РОБОТАХ

1. Наукове відкриття. “Свойство месторождений углеводородов”. Свид. о регистр. научной идеи № 226 от 25.01.2002 г. в Международной ассоциации авторов научных открытий. - Москва. Э.И. Черней, Р.М. Постоловский, С.В. Кравец, З.Р. Маланчук, О.Э. Черней. Заявлено 19.09.01 г.

2. Наукове відкриття. “Закономерность количественного распределения минералов в техногенных золото- и алмазосодержащих россыпях”. Свид. о регистр. научного открытия № 257 от 17.10.2002 в Международной ассоциации авторов научных открытий. - Москва. - Э.И. Черней, Р.М. Постоловский, С.В. Кравец, З.Р. Маланчук, А.М. Сокил, О.Э.Черней, А.И. Кожаев. Заявлено 16.10.01.

3. Маланчук З.Р. Научные основы скважинной гидротехнологии. - Ровно: РГТУ, 2002. - 367с.

4. Черней Э.И., Постоловский Р.М., Маланчук З.Р. Научные основы недропользования в Украине.- Ровно: Ровен. обл. тип., 2000. - 343 с.

5. Научные основы комплексного освоения недр / Э.И. Черней, Р.М. Постоловский, Н.Г. Сорока, О. Э. Черней, З.Р. Маланчук, Я.Б. Петровський, А. Д. Калько. - Ровно: Ровен, 2002. - В 2-ух томах: том 1. - 859 с., том 2-764 с.

6. Науменко И.И., Сидоренко А.М. Маланчук З.Р. Підвищення надійності трубопровідних систем. - К.: Урожай, 1989. - 92 с.

7. Маланчук З.Р. Метод гидроэлеваторного подъема полезных ископаемых // Вестник РГТУ. Сб. науч. тр. - Ровно, 2002. - Вып. №14. - С. 237-244.

8. Федорец А.А., Маланчук З.Р., Ничик Н.А. Временные технические указания к гидравлическому расчету трубопроводов "Аква - Дроп". - Кишинев: КСХИ им. М.В. Фрунзе, 1985. - 11с.

9. Маланчук З.Р. Визначення впливу гідродинамічного напору на величину гідравлічних параметрів при витіканні рідини із отворів // Вісник РДТУ. Зб. наук. пр. - Рівне: РДТУ.- 2000.- Вип. №2. - С. 95-98.

10. Черней Э.И., Маланчук З.Р. Теоретические основы гидроэлеваторного подъема // Вестник РГТУ. Сб. науч. тр. - Ровно: РГТУ.- 2000.-Вып. №3. - С. 179-190.

11. Черней Е.І., Постоловський Р.М., Маланчук З.Р. Державна політика надрокористування в Україні, положення і основні напрямки її реформування // Вісник РДТУ.Зб. наук. пр. - Рівне: РДТУ. - 2000. - Вип. № 5. - С. 3-10.

12. Черней Э.И., Постоловский Р.М., Маланчук З.Р. Принципы Концепции комплексного промышленного освоения недр Ровенской области // Вестник РГТУ. Сб. науч. тр. - Ровно: РГТУ. - 2000. - Вып. №2. - С. 107-113.

13. Черней Э.И., Постоловский Р.М., Маланчук З.Р. Классификация систем гидравлических методов опробования и разработки // Вестник РГТУ, Сб. науч. тр. - Ровно: РГТУ. - 2000. - Вып. №5. - С. 122-130.

14. Явление глобально проявляющихся быстропротекающих механических и термогидродинамических изменений в горных породах Мирового океана в период землетрясений и разработки месторождений углеводородов / Черней Э.И., Постоловский Р.М., Кравец С.В., Маланчук З.Р., Черней О.Э. // Вестник РГТУ. Сб. науч. трудов.- Ровно: РГТУ. - 2001.- Вып. №8. - С. 158-170.

15. Маланчук З.Р., Загоровский Н.Б. Кореляційний метод визначення витрат води в напірних водоводах // Зб. статей УДАВГ. "Механізація і автоматизація”. - Рівне: УДАВГ. - 1997. -Ч.4. - С. 89-93.

16. Закономерность количественного распределения минералов в техногенных россыпях / Черней Э.И., Постоловский Р.М., Кравец С.В., Маланчук З.Р., Сокил А.М., Черней О.Э., Кожаев А.И. // Вестник РГТУ. Сб. науч. тр. - Ровно: РГТУ. - 2001. - Вып. №12. - С. 221-231.

17. Маланчук З.Р. Закономерность формирования и расчета техногенной россыпи тяжелых металлов // Вестник УГУВХП. Сб. науч. тр.- Ровно: УГУВХП. - 2003. - Вып. №2 (22). - С. 190-198.

18. Маланчук З.Р. Теоретические основы расчета трубопроводов систем скважинной гидравлической добычи полезных ископаемых // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”. - Днепропетровск, 2002. - Вып. №36. - С. 218-224.

19. Черней Э.И., Маланчук З.Р. Методы выбора и расчета гидроэлеваторного подъема пульпы большой гидравлической крупности // Вестник УГУВХП. Сб. науч. тр. - Ровно: УГУВХП. - 2002. - Вып. №16. - С. 297-308.

20. “Свойство месторождений углеводородов” / Черней Е.И., Постоловский Р.М., Кравец С.В., Маланчук З.Р., Черней О.Е. // Сборник кратких описаний научных открытий, научных идей, научных гипотез. - Москва: Международная академия авторов научных открытий. - 2002. - С. 75-76.

21. Маланчук З.Р. Методы установления рациональных параметров размыва полезных ископаемых и подстилающих пород // Вестник УГУВХП. Сб. науч. тр. - Ровно: УГУВХП.- 2002. - Вып. №17. - С. 356-367.

22. Маланчук З.Р. Характеристика геологических объектов стратегического сырья Ровенской области // Вестник УГУВХП. Сб. науч. тр. - Ровно: УГУВХП.- 2002. - Вып. №18. - С. 88-94.

23. Хлапук М.М., Маланчук З.Р., Жомирук Р.В. Аспекти теорії фільтрації при проектуванні дренажних пристроїв для охорони ґрунтів від забруднення точковими об'єктами // Вісник УДУВГП. Зб. наук. пр. - Рівне: УДУВГП. - 2002. - Вип. №27. - С. 181-188.

24. Кравець С.В., Маланчук З.Р., Черней Е.І. Наукове відкриття як результат наукових досліджень // Вісник УДУВГП. Зб. наук. пр. - Рівне: УДУВГП. - 2002. - Вип. № 27. - С. 3-12.

25. “Закономерность количественного распределения минералов в техногенных золото- и алмазосодержащих россыпях”. / Черней Э.И., Постоловский Р.М., Кравец С.В., Маланчук З.Р., Сокил А.М., Черней О.Э., Кожаев А.И. // (Сборник кратких описаний научных открытий - 2002 г.). - Москва: Международная академия авторов научных открытий. - 2003.

26. Маланчук З.Р. Метод скважинной гидродобычи полезных ископаемых из трещиноватых подстилающих пород // Вестник УГУВХП. Сб. науч. тр. - Ровно: УГУВХП. - 2003. - Вып. №6(19). - С. 307-317.

27. “Закономерность количественного распределения минералов в техногенных золото- и алмазосодержащих россыпях”. / Черней Э.И., Постоловский Р.М., Кравец С.В., Маланчук З.Р., Сокил А.М., Черней О.Э., Кожаев А.И. // Вестник Российской академии естественных наук.- Москва.- 2002. - Т.2, №4. - С. 53.

28. Маланчук З.Р. Уточнение теоретических зависимостей расчета раздаточных трубопроводов систем скважиной гидравлической добычи полезных ископаемых // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины.- 2002. - Вып. №34. - С. 63-72.

29. Маланчук З.Р. Моделирование гидромеханических процессов гидроразмыва россыпных месторождений // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины. - 2003. - Вып. №34. - С. 164-172.

30. Маланчук З.Р. Определение расчетных параметров потолочин выемочных камер и междукамерных целиков россыпных месторождений. // Сб. науч. тр. “Геотехническая механика”. - Днепропетровск: ИГТМ НАН Украины. - 2003. - Вып. №42. - С. 148-155.

31. Способ очистки системы капельного орошения от наносов и устройство для его осуществления: А.с. 1184489 СССР, МКИ А01G 25/16/ З.Р. Маланчук, П.А. Кучеровский, Т.А. Кравченко (СССР). - №3642786, Заявлено 14.09.1983, Опубл.15.06.85, Бюл. №6. - 3 с.

32. Бочаров С.Ю., Маланчук З.Р., Синюк С.М. Система гнучкого керування насосними станціями водорегулюючих комплексів // Праці науково-технічної конф. ”Актуальні проблеми водокористування”. - Том 3. - Рівне: УДАВГ. - 1996. - С. 17.

33. Маланчук З.Р., Бочаров С.Ю. Система оперативного керування водоросподілом і поливом// Праці науково-технічної конф.” Проблеми природокористування в Україні”. - Дніпропетровськ: ДДУ. - 1996. - С.103.

34. Маланчук З.Р., Кочнев А.Ю., Гасан-Заде В.А. Комбинированные автоматические системы регулирования водораспределения в каналах с переменным уклоном дна // Труды Всесоюзной научно-технической конф. ”Водные проблемы и пути их решения”. - М.: МГМИ. - 1987. - С. 98-99.

35. Маланчук З.Р., Бочаров С.Ю. Про величину гідравлічних параметрів у вузлах водопідготовки й водорозподілу // Праця Українсько-Польської науково-технічної конф. „Сучасні проблеми водопостачання і обеззараження стічних вод - Львів 1996”. - Львів: Жовтень. - 1996. - С. 325-326.

...