Геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием

Геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к добыче ценных минералов из высокопрочных песчано-глинистых пород при открытой разработке золотоносных россыпных месторождений.

Известен способ направленного изменения свойств горных пород посредством лазерного излучения и геотехнологический комплекс с лазерным инициированием, содержащий источник лазерного излучения и систему подачи газа, модули источника лазерного излучения с управляемым спектром генерации выполнены с возможностью перемещения в вертикальных и горизонтальных плоскостях независимо друг от друга, при этом источник лазерного излучения снабжен системой сканирования физико-механических параметров пород, а система подачи газа установлена с возможностью двухстороннего воздействия для разделения породы и минералов по плотности и снабжена направляющими для тяжелой фракции и направляющей для легкой фракции [1].

Данный комплекс применим для разрушения горных пород с низкой смачиваемостью поверхности водой и не может быть применим при разработке россыпных месторождений в комбинации с гидроразмывом.

Наиболее близкими по технической сущности являются геотехнологические комплексы с многоступенчатой дезинтеграцией, включающие модуль гидроразмыва забоя, систему фракционного разделения горной породы по крупности, систему напорного гидротранспортирования, систему отвалообразования и перерабатывающий комплекс [2, 3].

Данные геотехнологические комплексы не позволяют эффективно изменять структурно-механическое состояние (геометрические, морфометрические и энергетические параметры системы), прочностные, упругореологические, теплофизические и физико-химические свойства песчано-глинистых пород.

Технический результат - интенсификация процесса направленного изменения состояния и свойств песчано-глинистых пород посредством комплексного применения гидродинамического и лазерного инициирования с формированием требуемого направленного распределения периодического энергетического теплоэлектротермического и гидродинамического воздействий.

Технический результат достигается тем, что геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием, включающий модуль гидроразмыва забоя, систему фракционного разделения горной породы по крупности, систему напорного гидротранспортирования, перерабатывающий комплекс с системой отвалообразования, снабжен модулем электротермического ослабления структурных связей в крупных фракциях пород повышенной прочности посредством подвижной в вертикальной плоскости, с помощью привода поворота, и в горизонтальной плоскости, с помощью привода перемещения вдоль эстакады, установки лазерного инициирования и модулем гидродинамического доразрушения фракций среднего размера и мелких фракций, при этом установленный на эстакаде с возможностью перемещения вдоль эстакады модуль гидродинамического доразрушения фракций среднего размера и мелких фракций снабжен системой периодической подачи воды под давлением и плоскими поворотными отражательными элементами, при этом сопла системы периодической подачи воды под давлением установлены жестко под углом в вертикальной плоскости по отношению к друг другу и со смещением в горизонтальной плоскости, а плоские поворотные отражательные элементы связаны попарно с системой их перемещения и установлены между сопел системы периодической подачи воды под давлением с возможностью поворота на оси в вертикальной плоскости.

Снабжение комплекса модулем электротермического ослабления структурных связей в крупных фракциях пород повышенной прочности посредством подвижной установки лазерного инициирования, установленной на эстакаде, и модулем гидродинамического доразрушения фракций среднего размера и мелких фракций с системой периодической подачи воды под давлением и плоскими поворотными отражательными элементами создает эффект интенсификации процесса направленного изменения состояния и свойств песчано-глинистых пород повышенной прочности, позволяющий снижать потери мелких фракций ценных компонентов.

Предлагаемый геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием изображен на чертежах.

На фиг.1 изображен общий вид комплекса на промышленной площади полигона; на фиг.2 - вид А на фиг.1, показана подвижная установка лазерного инициирования, установленная на эстакаде; на фиг.3 - вид Б на фиг.2; на фиг.4 - вид В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.4; на фиг.6 - геотехнологическая схема направленного изменения состояния песчано-глинистой породы в воде.

Геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием содержит модуль гидроразмыва забоя 1, систему фракционного разделения горной породы по крупности 2, систему напорного гидротранспортирования 3, перерабатывающий комплекс с системой отвалообразования 4. Модуль электротермического ослабления структурных связей 5 в крупных фракциях пород повышенной прочности содержит подвижную в вертикальной плоскости 6, с помощью привода поворота 7, и в горизонтальной плоскости 8, с помощью привода перемещения 9 вдоль эстакады 10, установку лазерного инициирования 11. Модуль гидродинамического доразрушения 12 фракций среднего размера и мелких фракций снабжен системой периодической подачи воды под давлением 13 и плоскими поворотными отражательными элементами 14. Сопла 15, 16 системы периодической подачи воды под давлением 13 установлены жестко под углом 17 в вертикальной плоскости 18 по отношению к друг другу и со смещением 19 в горизонтальной плоскости 20. Плоские поворотные отражательные элементы 14 связаны попарно 21 с системой их перемещения 22 и установлены между сопел 15 системы периодической подачи воды под давлением 13 с возможностью поворота на оси 23 в вертикальной плоскости 24.

Дно котлована 25 выполнено с наклоном в сторону котлована 26 модуля гидродинамического доразрушения 12. А дно 27 котлована 26 выполнено с наклоном 28 в сторону системы напорного гидротранспортирования 3. Модуль гидродинамического доразрушения 12 установлен на эстакаде 29 на опорах 30 с возможностью перемещения вдоль эстакады 29 с помощью привода 31. Система фракционного разделения горной породы по крупности 2 снабжена гидромониторной установкой 32.

Геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием работает следующим образом.

После формирования в зоне промышленного полигона котлованов 25, 26, предназначенных для крупной, средней и мелкой фракций, и выполнения соединения между ними, а также формирования наклонов дна котлована 25 в сторону котлована 26, а дна 27 котлована 26 в сторону системы напорного гидротранспортирования 3 осуществляется рабочий цикл добычи. Разрушенная гидромониторной струей в модуле гидроразмыва забоя 1 порода путем безнапорного транспортирования, самотеком или с помощью дополнительных средств попадает в зону действия системы фракционного разделения горной породы по крупности 2. С помощью гидромониторной установки 32 порода подвергается предварительному разупрочнению и перемещению крупных кусков в котлован 25 модуля электротермического ослабления структурных связей 5, а кусков породы среднего размера и менее - в котлован 26 модуля гидродинамического доразрушения 12. В модуле электротермического ослабления структурных связей 5 с помощью установки лазерного инициирования 11, подвижной в вертикальной плоскости 6, с помощью привода поворота 7, и в горизонтальной плоскости 8, с помощью привода перемещения 9 вдоль эстакады 10, осуществляется импульсное, высокой излучающей мощности воздействие на породу, содержащую включения минералов с оксидными пленками, увеличивающими поглощательную способность падающей энергии от 50 до 80%. Высокоскоростной импульсный режим нагрева движущейся под действием воды породы усиливает эффект электротермического ослабления высокопрочных структурных связей, приводит к объемному деформированию и частичному разрушению.

Перемещающаяся из котлована 25 в котлован 26 модуля гидродинамического доразрушения 12 порода подвергается последовательной активации с помощью системы периодической подачи воды под давлением 13 и плоских поворотных отражательных элементов 14. Модуль гидродинамического доразрушения 12 установлен на эстакаде 29 на опорах 30 с возможностью перемещения вдоль эстакады 29 с помощью привода 31. Через установленные жестко под углом 17 в вертикальной плоскости 18 по отношению к друг другу и со смещением 19 в горизонтальной плоскости 20 сопла 15, 16 вода подается в импульсном режиме с изменяющимся давлением - от максимального до пониженного по величине вдвое. Связанные попарно 21 с системой перемещения 22 и установленные между сопел 15 системы периодической подачи воды под давлением 13 с возможностью поворота на оси 23 в вертикальной плоскости 24 плоские поворотные отражательные элементы 14 поворачиваются периодически для отражения потока пульпы и создания стесненных условий деформации и усиления эффекта расклинивающего действия статического и динамического давления жидкой фазы. Осуществляется необратимая поверхностная деформация и доразрушение породы.

По дну 27 котлована 26, выполненного с наклоном 28 в сторону системы напорного гидротранспортирования 3, измельченная порода поступает на обогатительные агрегаты перерабатывающего комплекса с системой отвалообразования 4, минуя оборудование дезинтеграции.

Комплекс обеспечивает эффективное направленное изменение состояния и свойств высокопрочных песчано-глинистых пород для повышения извлечения мелких фракций ценных минералов путем сочетания ускоряющих процессы разрушения электротермического и гидродинамического активирования.

Источники информации

1. Пат. 2283956 Российская Федерация, МПК⁷ Е21С 37/00. Способ направленного изменения свойств горных пород посредством лазерного излучения и геотехнологический комплекс с лазерным инициированием / Хрунина Н.П., Мамаев Ю.А. Заявитель и патентообл. ИГД ДВО РАН, заявл. 30.05.2005; опубл. 20.09.2006. Бюл. №26.

2. Пат. 2209678 Российская Федерация, МПК⁷ В03В 5/00, Е21С 41/26. Геотехнологический комплекс с многоступенчатой дезинтеграцией / Хрунина Н.П., Мамаев Ю.А. и др. Заявитель и патентообл. ИГД ДВО РАН, заявл. 08.02.2002; опубл. 10.08.2003. Бюл. №22.

3. Пат. 2206403 Российская Федерация, МПК⁷ В03В 5/00, Е21С 41/26. Геотехнологический комплекс с многоступенчатой дезинтеграцией / Хрунина Н.П. Заявитель и патентообл. ИГД ДВО РАН, заявл. 08.02.2002; опубл. 20.06.2003. Бюл. №17.

Геотехнологический комплекс с гидродинамическим и лазерным инициированием, включающий модуль гидроразмыва забоя, систему фракционного разделения горной породы по крупности, систему напорного гидротранспортирования, перерабатывающий комплекс с системой отвалообразования, отличающийся тем, что снабжен модулем электротермического ослабления структурных связей в крупных фракциях пород повышенной прочности посредством подвижной в вертикальной плоскости с помощью привода поворота и в горизонтальной плоскости с помощью привода перемещения вдоль эстакады установки лазерного инициирования и модулем гидродинамического доразрушения фракций среднего размера и мелких фракций, при этом установленный на эстакаде с возможностью перемещения вдоль эстакады модуль гидродинамического доразрушения фракций среднего размера и мелких фракций снабжен системой периодической подачи воды под давлением и плоскими поворотными отражательными элементами, при этом сопла системы периодической подачи воды под давлением установлены жестко под углом в вертикальной плоскости по отношению к друг другу и со смещением в горизонтальной плоскости, а плоские поворотные отражательные элементы связаны попарно с системой их перемещения и установлены между сопел системы периодической подачи воды под давлением с возможностью поворота на оси в вертикальной плоскости.