способ добычи алмазов из крутопадающих рудных тел

Формула изобретения

Способ добычи алмазов из крутопадающих рудных тел, включающий бурение вертикальных скважин по рудному телу с извлечением выбуренной алмазосодержащей руды на поверхность в виде пульпы, отличающийся тем, что извлеченную из рудного тела алмазосодержащую руду подвергают гидроструйному воздействию, затем облучают пучком ускоренных электронов, регистрируют возникающее в алмазах световое излучение Вавилова-Черенкова и извлекают участки алмазосодержащей руды, в которых обнаружена локальная яркость свечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи и извлечения природных алмазов из рудных тел, предпочтительно из крутопадающих алмазосодержащих трубок кимберлитовых месторождений.

Известен способ разработки трубкообразных рудных тел, включающий проведение подготовительных и нарезных выработок, слоевую восходящую отработку запасов вертикальных полос с закладкой очистных выработок слоя твердеющими смесями (см. авт.св. СССР N 1618885).

Недостатком известного способа является то, что для его осуществления требуется проведение большого объема горно-подготовительных и нарезных работ, в результате выводятся из хозяйственного оборота большие площади земной поверхности, требуются большие затраты и длительные сроки на отработку месторождения, кроме того в процессе отработки горные породы взрывают, что приводит к техногенному разрушению содержащихся в них алмазов, его конечным продуктом является алмазосодержащая руда, которую необходимо подвергать сложному и дорогостоящему процессу технологической обработки для извлечения из нее алмазов, что приводит к дополнительному техногенному разрушению и нарушению структуры алмазов, а также снижает технико-экономическую эффективность добычи.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленному является способ добычи полезных ископаемых из трубкообразных рудных тел, включающий вращательное бурение скважин сплошным забоем по рудному телу с извлечением выбуренной рудной массы на поверхность (см. патент РФ N 2034149).

Недостатком известного способа является то, что его конечным продуктом также является алмазосодержащая руда, которую необходимо подвергать сложному и дорогостоящему процессу технологической обработки для извлечения из нее алмазов, который проводится на обогатительных фабриках в специальных мельницах, куда и доставляется вся добываемая алмазосодержащая порода. Как показывает практика в процессе работы мельниц происходит разрушение крупных алмазов, представляющих наибольшую ценность, так как мельница не пропускает через себя без разрушения кристаллы алмазов с размером, превышающим ширину выходной щели мельницы. Как правило, ширина этой щели составляет 2 см и проходят через нее свободно кристаллы алмазов, в зависимости от своей формы, с массой от 30 до 100 карат. Имеющиеся в алмазосодержащей руде кристаллы алмазов большей массы подвергаются техногенному разрушению, что существенно снижает ценность добываемых алмазов. Кроме того, так как обогащение происходит на сложном крупногабаритном дорогостоящим оборудовании, требующем квалифицированного обслуживания при его эксплуатации, оно размещается на специальных обогатительных фабриках, которые очень часто располагаются на существенных расстояниях от места добычи алмазосодержащей руды, которую приходится транспортировать на обогатительную фабрику, что снижает технико-экономическую эффективность получения алмазов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа добычи природных алмазов из крутопадающих алмазосодержащих рудных тел, обеспечивающего высокую степень извлечения, сохранности и отсутствие техногенных разрушений у добываемых алмазов путем более эффективной дезинтегации алмазосодержащей руды в непосредственной близости от буровой установки.

Созданный при решении указанной задачи способ добычи природных алмазов из крутопадающих алмазосодержащих рудных тел, включает в себя бурение вертикальных скважин по рудному телу с извлечением выбуренной алмазосодержащей руды на поверхность в виде пульпы, отличием способа согласно изобретению является то, что извлеченную из рудного тела алмазосодержащую руду подвергают гидроструйному воздействию, затем облучают пучком ускоренных электронов, регистрируют возникающее в алмазах световое излучение и извлекают участки алмазосодержащей руды, в которых обнаружена локальная яркость свечения.

Техническим результатом настоящего изобретения является извлечение без потерь всех находящихся в алмазосодержащей руде алмазов, в том числе крупных массой 100 карат и выше, без техногенных разрушений непосредственно на буровой площадке.

Это достигается тем, что при гидроструйном воздействии на алмазосодержащую руду струи жидкости высокого давления происходит эффективное разрушение относительно мягкой вмещающей породы, оставляя при этом в полной сохранности присутствуйте в ней алмазы, так как отношение твердости алмазов и вмещающих их пород примерно стократное. После гидроструйного воздействия на алмазосодержащую руду все находящиеся в ней кристаллы алмазов класса +0,5 находятся в раскрытом виде и при облучении алмазосодержащей руды пучком ускоренных электронов в них возникает световое излучение, составной частью которого является излучение Вавилова-Черенкова, являющееся примесонезависимым, интенсивность излучения является функцией коэффициента преломления, энергии электронов и плотности вещества. Алмаз имеет максимальные значения перечисленных параметров среди предполагаемых сопутствующих ему веществ во вмещающих породах, а следовательно, и будет иметь максимальную светимость при прочих равных условиях. В результате из алмазосодержащей руды будут извлечены все находящиеся в ней алмазы размером более 0,5 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема гидроструйного воздействия на алмазосодержащую руду, содержащая подающий конвейер 1, наклонный лоток 2, гидроструйную головку 3, отводящий конвейер 4. На фиг. 2 - принципиальная схема извлечения алмазов из алмазосодержащей руды, содержащая ускоритель электронов 5, светочувствительную ПЗС-камеру 6, конвейер 7, компьютер 8, устройство 9 для удаления алмазосодержащей руды с конвейера 7, контейнер 10.

Добычу и извлечение алмазов из рудных тел заявленным способом осуществляют следующим образом. Месторождения, имеющие крутопадающие алмазосодержащие рудные тела, например, кимберлитовые алмазосодержащие трубки, отрабатывают методом выбуривания рудного тела вертикальными скважинами диаметром 4,0 - 6,0 м. Вращательное бурение вертикальных скважин указанного диаметра можно осуществить с помощью буровой установки "WIRT L - 35М", которая имеет А-образную вышку высотой 22 м и ширину основания 8 м. Конструкция вышки предусматривает ее сборку в горизонтальном положении с последующим подъемом краном КАТО в вертикальное положение. Кран КАТО предназначен также для обслуживания технологического процесса сооружения скважины: спускоподъемных операций, замены и ремонта бура, сборки секций постоянной крепи, спуска и подъема тампонажных труб, погрузочно-разгрузочных работ и др. Отличительной особенностью этой буровой установки является обратная циркуляция бурового раствора, которая обеспечивает эффективную очистку забоя скважины от разбуренной породы и выдачу ее на поверхность в виде пульпы по колонне бурильных труб без повторного дробления, что в значительной степени способствует сохранности алмазов.

Реальная скорость бурения при диаметре скважин 4,0-6,0 м составляет 100 м/месяц. Норматив отклонения скважины от проектной оси не превышает 1/1000 глубины скважины, что обеспечивает не более 57% потери руды. Раздробленная (дезинтегрированная) при бурении алмазосодержащая руда в пульпе выдается непрерывным потоком на поверхность при помощи эрлифта, на поверхности она транспортируется на узел первичного обогащения с выделением зернистой массы класса +0,5 мм.

Необходимость дополнительной дезинтеграции алмазосодержащей руды, выданной на поверхность, обусловлена данными о ее составе, полученными в ходе буровых работ с использованием буровой установки WIRT L - 35М. Значительную долю в составе алмазосодержащей руды, выданной на поверхность, составляют гранулы с размером более 2 мм. Из всех имеющихся в алмазосодержащей руде алмазов с размерностью +0,5 лишь 70% являются частично или полностью вскрытыми от окружающей их непрозрачной породной рубашки и могут быть визуально обнаружены известными сейчас методами. Более полное извлечение алмазов требует дополнительного дробления алмазосодержащей руды на более мелкие фракции, т. е. более высокого обогащения. Большое значение в процессе обогащения алмазосодержащей руды имеет проблема сохранения алмазов, особенно крупных, от разрушения.

Настоящее изобретение решает эту проблему путем использования для дополнительной дезинтеграции алмазосодержащей руды, выданной на поверхность из скважины, разрушающего воздействия струи жидкости высокого давления. В основу процесса дезинтеграции алмазосодержащей руды методом гидроструйного воздействия положено существенное различие по твердости алмаза и вмещающей его породы. Это различие отличается одно от другого для разных кимберлитов, но тем не менее остается не менее чем стократным. При этом струя жидкости высокого давления в чистом виде или в смеси с абразивной компонентой, например с мелкодисперсным порошком SiO₂, создает эффективное разрушающее действие на относительно мягкую вмещающую породу, оставляя при этом в сохранности присутствующие в ней алмазы.

Выданная на поверхность в виде пульпы алмазосодержащая руда направляется в отстойники емкостью 2000 м каждый. При этом кусковато-зернистая рудная масса вместе с открытыми алмазами оседает на дне отстойников, а жидкая фаза пульпы по подземному трубопроводу перетекает в отстойник жидкой фазы и через переливную трубу возвращается в скважину, обеспечивая непрерывную циркуляцию бурового раствора между отстойниками и скважиной. Осевшая в отстойниках кусковато-зернистая алмазосодержащая рудная масса подается в приемный бункер передвижного узла перегрузки. Из приемного бункера алмазосодержащая руда поступает на грохочение, в процессе которого происходит ее разделение на классы +0,5 мм, так называемый надрешетный продукт, и -0,5 мм, так называемый подрешетный или складируемый продукт. Затем надрешетный продукт, т.е. алмазосодержащая руда класса +0,5 мм направляется на обезвоживание, например в систему гидроциклон, а складируемый продукт класса -0,5 мм выводится в приемный резервуар для его размещения, из которого складируемый продукт шламовым насосом перекачивается в закрытую емкость и транспортируется в хвостохранилище месторождения.

Обезвоженная алмазосодержащая руда класса +0,5 мм, содержащая в себе значительное количество гранул размером более 1 мм, в которых заключено до 30% нераскрывшихся алмазов, направляется в гидроструйный дезинтегратор, принципиальная схема которого показана на фиг. 1, в котором алмазосодержащая руда разрушается на более мелкие фракции под воздействием струи жидкости высокого давления.

В основу работы гидроструйного дезинтегратора положено эффективное разрушающее действие струи жидкости высокого давления, которая в чистом виде или в смеси с абразивным мелкодисперсным порошком SiO₂ будет разрушать алмазосодержащую руду на более мелкие фракции, оставляя при этом в полной сохранности присутствующие в ней алмазы. Вместе с размельчением алмазосодержащей руды на мелкие фракции будут раскрыты все присутствующие в руде алмазы с размером более 0,5 мм. В настоящее время разработаны и серийно выпускаются силовые компоненты гидроструйных установок, создающие необходимое давление и расход жидкости, которые могут быть эффективно использованы для дезинтеграции алмазосодержащей руды. После гидроструйной дезинтеграции алмазосодержащая руда направляется на классификацию, например в спиральном классификаторе, в котором прошедшая гидроструйную дезинтеграцию алмазосодержащая руда вновь разделяется на фракции -0,5 мм и +0,5 мм. При этом фракции -0,5 мм складируются и затем направляются в хвостохранилище месторождения, а фракции алмазосодержащей руды класса +0,5 мм направляются на электронно-лучевую идентификацию алмазов.

Как показано на фиг. 2 прошедшая гидроструйную дезинтеграцию алмазосодержащая руда класса +0,5 мм перемещается на транспортерной ленте конвейера 7 под выходом ускорителя электронов 5 и облучается пучком ускоренных электронов. В результате взаимодействия пучка ускоренных электронов с алмазами, как впрочем и другими прозрачными кристаллами, в них генерируется световое излучение (радиолюминисценция, излучение Вавилова-Черенкова), которое пропорционально массе алмаза. При этом излучение Вавилова-Черенкова является примеснонезависимым явлением для всех прозрачных веществ, интенсивность его излучения является функцией коэффициента преломления, энергии электронов и плотности вещества. Алмаз имеет максимальные значения перечисленных параметров среди всех сопутствующих ему веществ в алмазосодержащей руде, а следовательно кристаллы алмазов будут иметь максимальную светимость при всех прочих равных условиях. Световое излучение регистрируется, например, светочувствительной ПЗС-камерой 6 с цифровым выводом полученного после экспозиции кадра. Изображение участка алмазосодержащей руды на конвейере 7, в котором обнаружена значительная локальная яркость свечения, поступает в компьютер 8, который обрабатывает кадр и выдает сигнал в устройство 9 для сброса указанного участка алмазосодержащей руды, в котором обнаружена значительная локальная яркость свечения, в контейнер 10. В результате облучения алмазосодержащей руды пучком ускоренных электронов будет происходить обнаружение имеющихся в ней алмазов с одновременным их извлечением и накоплением в контейнере 10 вместе с незначительными остатками сопутствующих пород. Полученные необработанные алмазы направляются затем на сертификацию их качества.

Таким образом заявленный способ впервые в мировой практике позволяет создать поточную технологию добычи и обогащения алмазов при разработке кимберлитовых алмазосодержащих трубок, которая обеспечивает получение необработанных алмазов непосредственно или в непосредственной близости от буровой установки с наибольшей полнотой извлечения алмазов и с наименьшими затратами.