Особенности разработки кемберлитовых трубок
Кимберлитовая трубка — вертикальное или близкое к вертикальному геологическое тело, образовавшееся при прорыве магмы сквозь земную кору. Кимберлитовая трубка заполнена кимберлитом. Геологическая структура и сопутствующие горные породы названы по имени города Кимберли в Южной Африке.
Кимберлитовая трубка представляет собой трубку распространения взрыва при вулканическом извержении. Имеет форму трубообразного канала с поперечником 0,4—1 км, по которому преимущественно на древних платформах произошёл прорыв магматических растворов и газов. В трубке взрыва застыли сцементированные растворами вулканические обломки (брекчии), или туфообразная порода зеленовато-серого цвета — кимберлит, которая состоит из оливина, флогопита, пиропа, карбонатов и других минералов, а также имеет включения ксенолитов. Эти трубки (до 10 %) содержат алмазы, которые добывают в ЮАР, Индии, а с 1954 года на Среднесибирской платформе — в Якутии. Первая якутская кимберлитовая трубка, открытая Ларисой Попугаевой 21 августа 1954 года, была названа «Зарница».
Отработка кимберлитовых трубок ведется открытым способом, пока это экономически целесообразно, затем уходят в подземный вариант добычи.
Кимберлитовая трубка представляет собой гигантских размеров столб, который оканчивается в верхней части расширением конической формы. С глубиной коническое тело сужается, напоминая по форме гигантскую морковь, и на какой-то глубине переходит в жилу. Кимберлитовые трубки — своеобразные древние вулканы, наземная часть которых в большой степени разрушена в результате эрозионных процессов. В настоящее время известно свыше 1500 тел кимберлита, из которых 8—10 % — алмазоносные породы. По оценкам специалистов, около 90 % запасов алмазов коренных источников сосредоточены в кимберлитовых трубках, а около 10 % — в лампроитовых трубках.
Согласно выводам советского геолога Наталии Сарсадских, алмазы не кристаллизуются из кимберлитовой магмы, которая генерируется в глубинных очагах и является лишь транспортёром алмазов.
При возможности интервьюировать геологические образования, ученые и журналисты задали бы кимберлитовым трубкам десятки вопросов. Стандартный взгляд на происхождение алмазоносных бокалов гласит, что это преобразовавшиеся у поверхности в минералы потоки магмы из глубин земли. Они некогда вытолкнуты газами, которые под давлением вырывались наружу, буквально подбрасывая вверх тяжелое содержимое мантии. На пути это содержимое расталкивало и ломало более мягкие и рыхлые породы верхних слоев.
Подходя к поверхности, вытолкнутая газами магма отвердевала, разделяясь на минералы. Однако алмазы встречаются по всей глубине трубок и обусловлено это глубинным формированием бриллиантов. Именно с этим связывают их исключительную плотность. Дело в колоссальном давлении на многокилометровых глубинах. Уже сформированные там алмазы подхватывались потоком, распределялись в нем. Какие-то кристаллы возносились к поверхности, а какие-то не доходили до нее. Такое происхождение кимберлитов — лишь гипотеза, поскольку остаются открытыми следующие вопросы:
1. Почему трубки находятся исключительно на древних платформах? Такие участки земной коры прошли этап
формирования. Будучи древними, платформы тектонически устойчивы. Речь о толстых и твердых «корках» земли.
2. Чем обусловлена форма минеральных зерен в кимберлите? Алмазы — единственные кристаллы в породе, причем кристаллы идеальной формы. Агрегаты тверды, но хрупки. Приходилось видеть, как скалывается грань бриллианта при ударе под определенным углом? Почему же алмазы сохранили форму, поднимаясь из глубин, буквально пробивая путь среди поверхностных пород? Ученые не могут объяснить. Другие же минералы кимберлитов, коим тоже свойственен кристаллический вид, формировались из лавы у поверхности, но стали округлыми зернами. Минерологи не нашли следов оплавления. Тогда можно было бы объяснить зернистость оливина, пироксена действием на них раскаленной магмы. Она могла буквально расплавить грани минералов. Однако при этом камни должны утратить кристаллическую структуру, превратившись в подобие стекла. Этого не произошло.
3. Почему кимберлитовые трубки бокаловидные, похожи на воронки. Выталкивание глубинным газом под напором пород на поверхность подобно взрыву. В однородной среде при этом должны образоваться сферические камеры. Геологи называют их камуфлетными, изучили сотни таковых. Получается, ядерные реакции и взрывы внутри планеты не имеют отношения к образованию кимберлитовых трубок? На вопросы, вытекающие из одной теории, дают ответы другие гипотезы. Некоторые из них звучат правдоподобно.
Источник
Способ разработки кимберлитовых трубок
Способ относится к горной промышленности и создан применительно к кристаллосберегающей технологии добычи алмазов при разработке многолетнемерзлых кимберлитов в экстремальных условиях Севера. Разработку кимберлитовой трубки ведут в режиме кристаллосбережения путем разделения горного массива на элементарные блоки с помощью кумулятивных зарядов, разрушение выделенных блоков высоконапорным гидравлическим воздействием (HRS) через скважины, рыхление горной массы в забое экскаватором с активным исполнительным органом, доразрушение ее в дробилке и выгрузку в зумпф, превращение полученного материала в пульпу и транспортирование горной массы в среде рассола на обогатительную фабрику и склад руды. Достигается повышение выхода ювелирных алмазов на 50% и снижение затрат на транспортирование горной массы из глубоких карьеров в 2-3 раза. 5 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, а именно к открытой разработке месторождений, и создано применительно к щадящей кристаллы алмазов технологии отработки кимберлитовых трубок в многолетнемерзлых породах и экстремальных условиях Севера.
Известен способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий выбуривание массива скважинами на уступе, подборку выбуренной горной массы экскаватором и транспортирование ее конвейером на обогатительную фабрику [1].
Недостатком способа является большая металлоемкость и энергоемкость, а также низкая производительность технологического комплекса, обуславливающие значительные затраты на горные работы.
Известен также способ открытой разработки месторождений полезных ископаемых, включающий определение контура зоны разработки, установку вертикальной замкнутой крепи, взрывное дробление горной массы, погрузку ее экскаватором в автосамосвалы и подъем горной массы на поверхность скипами [2].
Недостатком способа являются значительные затраты на разработку, связанные с взрывным рыхлением горной массы, транспортированием и подъемом ее на поверхность автосамосвалами и специальным дорогостоящим подъемным оборудованием, ухудшением санитарно-гигиенических условий труда на рабочих местах, а также разрушение кристаллов алмазов при такой технологии.
Известен способ специальной разработки месторождений полезных ископаемых с применением средств гидромеханизации, включающий разрушение массива горных пород струей воды из гидромониторов, перемещение пульпы к зумпфу и подаче ее землесосом по трубопроводу на фабрику и гидроотвал [3].
Однако данный способ характеризуется ограниченной областью применения для месторождений с рыхлыми вмещающими породами. Кроме того, применение такого способа зависит от климатических условий региона.
Известен также специальный способ геотехнологической подготовки горного массива при разработке месторождений полезных ископаемых, включающий бурение технологических скважин, установку электродов в них и последующее электровоздействие переменным током низкого напряжения на горный массив с последующим транспортированием разрушенных пород гидротранспортом [4].
Недостатком такого способа являются большая энергоемкость, низкая производительность и ограниченная область применения для разупрочнения рудного массива в специфических условиях.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ открытой разработки кимберлитовых трубок, включающий рыхление горной массы, погрузку горной массы экскаватором и транспортирование [5].
Недостатком способа является ограниченная область применения для месторождений горизонтального залегания, с пологим падением и рыхлыми покрывающими породами при наличии поблизости месторождения водных источников.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе разработки кимберлитовых трубок, включающем рыхление горных пород, погрузку горной массы экскаватором и ее транспортирование, вначале производят разделение массива многолетнемерзлых горных пород на крупные блоки путем направленного трещинообразования при взрывании в скважинах строго ориентированных кумулятивных зарядов, затем внутри блоков через скважины создают высоконапорное гидравлическое воздействие (способ HRS), разрушая блок на более мелкие куски, экскаватором с активным исполнительным органом производят рыхление горной массы и погрузку ее в дробилку, разрушенную в дробилке горную массу выгружают в зумпф, где, перемешивая в среде рассола, превращают ее в пульпу, после которого горную массу земснарядом по пульпопроводу транспортируют на обогатительную фабрику и склад руды, причем рассол добывают через скважины из высоконапорных водоносных пластов.
В предлагаемом способе новыми признаками в сравнении с прототипом являются: — применение нового принципа отделения кимберлитов из горного массива вначале взрыванием кумулятивных зарядов в скважинах строго ориентированной направленности для разделения рудного массива на элементарные блоки, затем разрушение данных блоков на более мелкие путем высоконапорного гидравлического воздействия через скважины (способом HRS) и дальнейшее рыхление разрушенного элементарного блока экскаватором с активным исполнительным органом; — использование в экстремальных условиях Севера высоконапорных подмерзлотных рассолов для транспортирования рудной массы в низкотемпературной среде рассола (рассолы замерзают при температуре минус 10-40 градусов); — применение промежуточного рудного гидроотвала из рассолов позволяет доразрушить кимберлит на еще более мелкие фракции, используя эффект фазовых температурных колебаний окружающего воздуха.
Указанные новые признаки исключают недостатки существующих способов отработки кимберлитовых трубок и обеспечивают следующие усиленные положительные свойства: — применение новых щадящих принципов разрушения кимберлитов на стадии добычи позволяет повысить качество извлечения кристаллов, особенно крупных ювелирных; — применение гидротранспорта с использованием низкозамерзающих подмерзлотных рассолов позволяет, по крайней мере, в 2-3 раза снизить затраты на транспортирование руды при отработке глубоких горизонтов месторождения в экстремальных условиях Севера; — использование щадящих технологий выемки кимберлитов, создание промежуточных гидроотвалов (складов) руды в конечном итоге, наряду с повышением качества добываемых алмазов, позволяет ликвидировать на обогатительной фабрике цех крупного дробления и т.д.
Способ поясняется чертежами. На фиг.1 на поперечном разрезе показана добычная зона карьера и технологическая схема отработки кимберлитовой трубки; на фиг. 2 — схемы размещения оборудования и расположения скважин в плане добычного горизонта; на фиг. 3, 4 и 5 — схемы обуривания добычного горизонта.
Способ осуществляется следующим образом.
Карьер 1 отрабатывается в контуре рудного тела 2 рабочими уступами. Причем в пределах добычного блока 3 подготовка горной массы к выемке ведется следующим образом. Вначале добычной блок 3 с помощью направленных кумулятивных зарядов 4 разделяют на элементарные блоки 5. При этом кумулятивная направленность 6 данных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в скважинах 7 чередуется в строгом соответствии с боковыми поверхностями формируемых элементарных блоков 5. В результате порядного взрывания этих кумулятивных зарядов весь рудный массив становится разделенным на элементарные блоки с четырьмя разупрочненными поверхностями. В дальнейшем внутри обнаженных блоков бурят по сетке скважины 7 для создания в них высоконапорного гидравлического воздействия при помощи насоса 9 (способ HRS). При помощи системы HRS производят разрушение элементарного блока на более мелкие куски 10. Затем разрушенную таким способом горную массу с помощью экскаватора с активным ковшом 11 перегружают в дробилку 12, где производят доразрушение ее на более мелки фракции. Горную массу из дробилки перегружают в зумпф 13, где, перемешивая ее с рассолом, поступающим через скважины 14 из высоконапорного подмерзлотного пласта 15, превращают в пульпу 16. Пульпу 16 из зумпфа 13 перекачивают землесосом 17 по пульпопроводу 18 на обогатительную фабрику 19 и склад руды 20. На складе руды происходит доразрушение кимберлита под воздействием естественных температурных колебаний воздуха окружающей среды и по мере необходимости руда по пульпопроводу подается на обогатительную фабрику.
Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР N 823576, кл. E 21 C 41/00, 1961.
2. Авторское свидетельство СССР N 875041, кл. E 21 C 41/00, 1981.
3. Специальная система разработки // Горная экциклопедия. -М., Изд-во «Советская энциклопедия», 1991. — т.5. — с.53.
4. Кошколда К.Н., Гончарко E.B., Чесноков Н.Н. Специальные способы геотехнологической подготовки // Горный журнал. — 1991. — N 7. — с.52-55.
5. RU 2117762 C1, E 21 C 41/26, 20.08.1998.
Способ разработки кимберлитовых трубок, включающий оконтуривание участков рудного массива, рыхление пород, формирование выработанного пространства, отгрузку рудной массы, отличающийся тем, что вначале производят разделение массива многолетнемерзлых пород на крупные блоки путем направленного трещинообразования при взрывании в скважинах строго ориентированных кумулятивных зарядов, затем внутри блоков через скважины создают высоконапорное гидравлическое воздействие, разрушая блок на более мелкие куски, экскаватором с активным исполнительным органом производят рыхление горной массы и погрузку ее в дробилку, разрушенную в дробилке горную массу выгружают в зумпф, где, перемешивая в среде рассола, превращают ее в пульпу, после которого горную массу земснарядом по пульпопроводу транспортируют на обогатительную фабрику и склад руды, причем рассол добывают через скважины из высоконапорных водоносных пластов.
Источник
