Подземный способ добычи алмазов

Как осуществляется добывание алмазов в Якутии

Алмазы с древних времен признаны самым изысканным и дорогим украшением. Но область применения драгоценных камней не ограничивается ювелирным искусством. Напротив, большая часть добываемых камней направляется на производственные нужды.

Используются алмазы практически во всех отраслях промышленности. Из них делают наконечники для резцов, сверл, которые используются при обработке металлов, твердых сплавов, стекла и прочих синтетических материалов.Такое применение экономически оправдано, поскольку алмаз имеет очень высокую прочность и в этом плане превосходит аналогичные инструменты из твердосплавного металла.

Исторический экскурс

Алмазная руда залегает в земной коре, в так называемых кимберлитовых трубках. Они образовались несколько миллионов лет назад в результате извержения подземных вулканов. Под воздействием огромного давления и высоких температур углерод принял прочную кристаллическую форму, которую сегодня называют алмазным камнем.

Кимберлитовые трубки имеют форму конуса, основание которого выходит на поверхность, а остриё уходит вглубь земной коры на 2 километра. Такая форма залегания алмазных руд позволяет вести добычу открытым способом. Как правило, по достижению глубины карьера, равной 300 – 600 метров, его закрывают, а дальнейшую разработку ведут подземным способом.

Таблица крупнейших алмазов мира

В мире первыми разведанными месторождениями алмазов считаются рудники в Африке, именно с них началось более ста лет назад активное промышленное производство. В России кимберлитовые рудники обнаружены в середине прошлого столетия на территории Якутии.

Первое значительное месторождение было обнаружено в 1954 году, его назвали «Зарница». Геологи делали большие ставки на Якутию и не ошиблись, спустя год было разведано еще одно крупнейшее месторождение – «Мир».

Говорят, когда данные подтвердились, в Москву была отправлена зашифрованная телеграмма «Закурили трубку мира, табак отличный». В процессе разработки этого месторождения в его окрестности разрастался одноименный город Мирный. Сегодня численность населения города превышает 35 тысяч человек. Примечательно, что 80% работоспособных граждан являются сотрудниками самой крупной алмазодобывающей компании «Алроса».

Основные месторождения алмазов в России

На территории Российской федерации были на сегодняшний день разведаны следующие места расположения кимберлитовой трубки:

Город Мирный — алмазная «столица» России, расположенная в Якутии (Саха) в 1200 км. от Якутска.

• Республика Саха (Якутия);
• Пермская область;
• Архангельская область.

Лидером по объемам добычи, бесспорно, является Якутия, на долю местной промышленности приходится 82% всех добываемых алмазов. На втором месте Архангельская область – 17,5 %. Менее одного процента ископаемых алмазов приходится на Пермскую область.

В Якутии выделено и разведано 12 алмазоносных районов. В настоящее время активно разрабатываются три:

Кимберлитовая трубка «Удачная»

• Далдыно-Алактинский;
• Анабарский;
• Мало-Ботуобинский.

На этих территориях расположены известные кимберлитовые трубки:

Первой активно разрабатывалась Удачная кимберлитовая трубка, затем Интернациональная и Мир.

Месторождение Интернациональное открыто в 1969 году и расположено вблизи города Мирный (в 15 км). Глубина разведанных алмазных запасов здесь достигает 1220 м. Активная разработка рудника началась в 1971 году и не останавливалась по сегодняшний день.

Карьерный способ добычи алмазной руды

Открытый способ добычи полезных ископаемых, в том числе и алмазов, является наиболее простым и дешевым вариантом. Основа его заключается в извлечении руды на поверхность с помощью машин – самосвалов, погрузчиков.

Для начала буровая установка делает скважину, затем в нее закладывается взрывчатка. Используются щадящие технологии, поскольку алмаз может расколоться и потерять целостность, даже, несмотря на то, что он самый твердый из минералов. После взрывных работ фрагменты породы погружаются на самосвалы и транспортируются на обогатительную фабрику.

В Якутии достаточно суровый климат, зима здесь длится восемь месяцев, а температура воздуха иногда опускается до -60 о С. Для обеспечения бесперебойной деятельности необходима техника, способная выдерживать такие температурные режимы.

Для карьерных работ используются погрузчики, экскаваторы, самосвалы таких марок, как «БелАЗ», Cat, Komatsu. Такие машины способны транспортировать до 136 тон руды, для обеспечения работы одного карьера используются около ста машин и механизмов.

Однако, несмотря на все преимущества открытого способа добычи алмазов, его применение ограничено. Как правило, глубина карьеров не должна достигать 600 метров. В воронке Интернациональной трубки самосвал, поднимаясь со дна на поверхность по серпантину, преодолевает 10 км.

Подземный способ добычи алмазной руды

Когда добыча руды открытым способом становится невозможной, переходят к строительству подземных шахт. Этот способ добычи требует намного больше затрат, но даже при больших инвестициях в его организацию, все равно остается экономически оправданным, поскольку глубина кимберлитовых трубок часто достигает 1,5 км.

После закрытия Интернационального карьера, оставшихся запасов алмазной руды, по экспертным оценкам, хватит еще на 25 лет бесперебойной добычи. Для того чтобы подготовить шахту к эксплуатации понадобятся значительные капитальные инвестиции – 3-4 миллиарда долларов. Но большая часть вложений требуется только на первоначальном этапе строительства, для эксплуатации будут необходимы значительно меньшие размеры денежных средств.

Строительство подземных рудников осуществляется в сложных климатических условиях. Низкие температуры дополняются агрессивными подземными водами. Они высокоминерализованные, под их воздействием разъедается колесная резина. Воду необходимо постоянно откачивать. Это происходит в два этапа. Сначала с помощью насосов происходит забор жидкости и перекачка ее в бункеры, расположенные посредине шахты, затем, после их наполнения, воду из них откачивают на поверхность.

Добыча алмазов под землей ведется комбайной проходкой

Добыча алмазов под землей ведется комбайной проходкой. Резцы машины вращаются, и под их давлением разрушается горная порода. Затем она погружается на специальные машины, которые доставляют руду на поверхность. Схема достаточно проста и схожа с карьерным способом, иногда предоставляется возможность использовать взрывчатые вещества для разрушения кимберлитовой породы. Самым дорогостоящим и сложным является обеспечение безопасной деятельности шахтерам и технике под землей.

Чтобы доставить людей к месту работы используется клеть, похожая на лифт, в нее помещается до 20 человек. Время спуска к нижней точке семь минут. В шахту постоянно необходимо подавать кислород, для этого строится клетевой ствол, он служит лифтом для спуска и подъема шахтеров, грузов, а также для подачи воздуха в шахту.

Глубина этого столба 1065 м, диаметр 6,5 метра. Скиповой ствол строится для выдачи горной породы и может использоваться как аварийный подъёмник для людей. Под землей созданы ниши для отдыха шахтеров, они располагаются на глубине 300 метров, здесь комфортная температура, сухо и тепло.

Где и как добывают алмазы? Алмазы Якутии

Обогащение алмазной руды

После добычи алмазной руды любым способом она направляется на обогатительную фабрику, где будет проходить несколько этапов очищения. Вначале горная порода должна измельчиться, поскольку часто попадаются куски размером в 1,5 метра. С помощью конусных и щековых дробилок порода измельчается до диаметра менее 0,5 метра. Далее, сырье направляется в классификаторы, где руда разделяется по плотности и размеру с помощью потока воды. Промытая порода поступает на вибросито, оно состоит из нескольких уровней, каждый последующий имеет более мелкие отверстия, таким образом, сырье сортируется по фракциям. Вибросито часто называют «Грохот», поскольку при его работе издается сильный шум.

Мельница мокрого самоизмельчения

Следующий этап необходим для вычленения алмазов и кусков руды среднего размера. Отсадочные машины подают пульсирующую струю воды, которая растворяет или отбивает породу, а алмазы оседают на дне установки. Порода более мелких фракций обрабатывается другим способом, с использованием химических реактивов – пневмофлотацией.

Вещества, взаимодействуя с водой, пенятся, а мелкие частицы алмазов прилипают к пузырям и таким образом, вычленяются из породы.

Рентгенолюминесцентная сепарация

Главным и контрольным этапом обогащения алмазной руды является рентгенолюминесцентная сепарация. По специальной конвейерной ленте сырье подается в блоки, оборудованные рентгеном, попадая под излучение алмаз, люминесцирует, а прибор фиксирует вспышки и потоком воздуха выбивает алмаз из общей массы. Поскольку с потоком воздуха выдувается и небольшое количество породы, необходим еще один этап вычленения, очищения и сортировки алмазов.

Далее эти действия выполняют люди. Каждый алмаз проходи трех человек, которые очищают камень от примесей, сортируют по фракциям, оценивают чистоту.

Алмаз является не стандартизированным товаром, на его стоимость влияют совокупность различных качеств – чистота, цвет и размер. Оценка каждого камня осуществляется специалистом. После завершения всех этапов обогащения алмазы более крупных фракций направляются на огранку или продажу в чистом виде, а мелкофракционный песок предназначен для реализации на промышленные предприятия, из него будут изготавливаться инструменты и прочие материалы.

Основные экономические показатели компании «Алроса»

Добыча алмазов в Якутии осуществляется крупнейшим предприятием в России – ОАО «Алроса». Ежегодно объемы добычи драгоценных камней составляют 35 миллионов карат. На долю компании приходится 97% всей российской и 25% мировой добычи алмазов.

С каждым годом объемы добычи увеличиваются, разрабатываются новые месторождения, строятся подземные шахты. Выручка от объемов реализации алмазов в год – более 5 миллиардов долларов США. Ежегодный прирост чистой прибыли на уровне 3%. В будущем планируется увеличить этот показатель, за счет окончания строительства шахт, которое требует значительных капитальных вложений.

По предварительным расчетам, для оборудования одной подземной копи необходимо до четырех миллиардов долларов. Из-за таких расходов Алроса оказалась на пороге убыточности в 2008 году, но государство поддержало компанию, разрешив продажу акций, значительную часть которых приобрел банк ВТБ.

По оценкам специалистов, месторождения, принадлежащие ОАО «Алроса» достаточно перспективны, ожидаемый объем добычи составляет 1,23 млрд карат, из которых 1,014 млрд доказанных, а 0,211 млрд вероятных. Карат – это общепринятая мера веса драгоценных камней и равняется 1,5 грамма.

Видео: Акционерная компания «АЛРОСА»

Источник

Прорывная технология добычи алмазов подземным способом

На примере подземного рудника «Мир» проанализированы все этапы реализации действующей в настоящее время так называемой технологии подземной добычи алмазов. Представлен путь снижения энергетических затрат на добычу руды и решения экологических проблем этой технологии, связанных с образованием отвалов пустой кимберлитовой породы и хвостохранилищ с защитными дамбами, как неизбежных последствий дробления, измельчения и обогащения добытой руды.
Предлагается за счет новой техники в виде проходческого комбайна гироскопического типа (ПКгиро), 3D-сканера и строительного 3D-принтера, исключить из существующего технологического процесса такие операции как доставку кимберлитовой руды на поверхность, обогащение ее на фабриках и закладку выработанного пространства цементно-песчаной смесью, приготавливаемой на поверхности.
При этом на поверхность будут подниматься исключительно только алмазы в виде цельных природных кристаллов высокой степени сохранности.

Ключевые слова: кимберлит, алмаз, технология, добыча, подземный способ, энергоэффективность, экология, отвалы, хвостохранидища, проходческий комбайн гироскопического типа, 3D-сканер, строительный 3D-принтер, закладка, вяжущий состав

В.А. Бобин — заведующий отделом Института проблем комплексного освоения недр РАН, д.т.н.
А.В. Бобина — руководитель департамента по научным конференциям и всероссийским проектам ВЭО России, директор по развитию журнала «Вольная экономика», к.т.н.


Рис. 1. Отвалы пустой породы

Технология подземной добычи алмазов подразумевает добычу кимберлитовой породы, содержащей алмазы с уникальными физическими свойствами, подземным способом и собственно извлечение из нее алмазов уже на поверхности на обогатительных фабриках. Неизбежными последствиями работы обогатительных фабрик являются отвалы пустой кимберлитовой породы и хвостохранилища с защитными плотинами, которые в большей мере и создают экологические риски. Кардинальное решение экологических проблем технологии добычи алмазов подземным способом возможно только в том случае, если переместить все этапы ее осуществления непосредственно под землю, т.е. в выработанное пространство рудника.

Результаты использования существующей технологии добычи алмазов хорошо видны на примере работы рудника «Мир», где содержание составляет 3,29 карата на тонну, а проектная мощность — 1 млн т руды год. Однако, в 2014 году здесь было добыто всего 1,463 млн карат алмазов, или около 300 кг алмазов, в 2015 году объем добычи алмазов составил уже 2,198 млн карат, или около 450 кг алмазов, хотя согласно содержанию алмазов добыча должна была составить 3,29 млн карат, или 675 кг алмазов. Эти данные показывают, что существующая технология обеспечила в 2014 году извлечение только 45 %, а в 2015 году — 67 % алмазов, содержащихся в кимберлитовой руде, остальные перемещаются в отвалы (рис. 1) и хвостохранилища (рис. 2).

Анализ всех технологический операций традиционной технологии подземной добычи алмазов, проведенный в работах, позволяет оценить энергетические затраты на традиционную добычу алмазов подземным способом (табл. 1).

Вид технологической операции	Энергетические затраты на 1 т руды, кВт час
		Проходка подземных выработок с дроблением коренных кимберлитовых пород	24–30
Погрузка и транспортировка раздробленной кимберлитовой породы к скипам	41–47
		Подъемом на поверхность всей добытой породы	60–70
Обогащение на фабриках с извлечением алмазов	150–200
Закладка выработанного пространства	3–4
Общие затраты	275–351

Табл. 1. Энергетические затраты на традиционную добычу алмазов подземным способом


Рис. 2. Хвостохранилище

Анализ данных таблицы 1 показывает, что если из существующего технологического процесса исключить 2-ю, 3-ю и 5-ю операции, то удастся сократить энергетические затраты, т.е. повысить эффективность процесса, сразу на 37 %. А если, кроме того, совместить отбойку кимберлитовой руды и процесс обогащения алмазов, то затраты снизятся еще существеннее. Для того, чтобы достигнуть резкого повышения эффективности добычи алмазов подземным способом, необходимо не дробить кимберлитовую руду до среднего размера 100 мм, а потом перерабатывать ее на обогатительной фабрике, а сразу, еще в подземной выработке, дезинтегрировать ее до размера 50–100 мкм, чтобы не пропустить технические алмазы, и одновременно отделять пустую породу от алмазов, используя дифференцированное разделение.

При этом пустую породу необходимо использовать как закладочный материал для обеспечения устойчивости пройденных выработок и безопасности ведения горных работ.

Эти соображения позволяют предложить новую инновационную экологически чистую технологию подземной добычи алмазов, идея которой состоит в том, чтобы не поднимать на поверхность руду, а перерабатывать ее в подземном пространстве с помощью специальных проходческих комбайнов гироскопического типа (рис. 3).

При этом под землей истирать коренную кимберлитовую руду до частиц фракционного состава порядка 50–100 мкм будет проходческий комбайн гироскопического типа (ПКгиро). Эта первая технологическая операция позволит без нарушения структуры кристаллов алмазов и полной их сохранности извлекать из дезинтегрированной породы сначала алмазосодержащую породу размером фракции большей, чем 50–100 мкм. Это свойство ПКгиро истирать только кимберлитовую породу, а не алмазы обеспечивается выбором режима истирания и свойством рабочих органов, управляемых гироскопом, плавно перекатываться через твердые кристаллы алмазов, не разрушая их.

Рис. 3. Упрощенный схематический вид ПКгиро

На следующей технологической операции кимберлитовая руда и выделенные алмазы попадают в приемник ПКгиро и конвейером доставляются на известные многоступенчатые классификаторы, где происходит отделение алмазов от кимберлитовой породы размером 50–100 микрон, где еще могут находиться мельчайшие кристаллы алмазов. Эту породу подвергают липкостной сепарации, выделяют мельчайшие алмазы, а уже совсем пустую кимберлитовую породу используют в качестве закладочного материала.

На завершающей операции пустая порода вместе с вяжущим веществом направляют в печатающую головку строительного 3D-принтера, который будет закладывать выработанное в режиме on-line, причем прочность закладки будет не менее прочности коренных пород, что исключит ее усадку. При этом работой строительного 3D-принтера будет управлять 3D-сканер, создающий трехмерную цифровую модель выработанного пространства.

Такая технология добычи алмазов позволит отделять из дезинтегрированной породы алмазы практически всех размеров: от мельчайших технических до крупных ювелирных и именных без нарушения их природной структуры в полной сохранности.

В результате использования такой технологии на поверхность будут подниматься только алмазы.Основные конкурентные преимущества проходческого комбайна гироскопического типа (ПКгиро), а именно: энергоэффективность, высокая производительность и низкая металлоемкость новой проходческой техники, будут достигнуты за счет нового гироскопического принципа создания усилий разрушения горных пород при добыче полезных ископаемых и проходке горных выработок.

В таблице 2 представлены оценочные данные по энергетическим затратам на реализацию новой инновационной технологии.Сравнительный анализ данных таб-лиц 1 и 2 показывает, что с энергетической точки зрения предлагаемая технологии добычи алмазов с помощью проходческих комбайнов гироскопического типа и закладки выработанного пространства с помощью строительного 3D-принтера и 3D-сканера будет, по крайней мере, в 6–7 раз эффективнее, чем существующая технология.

Вид технологической операции	Энергетические затраты на 1 т руды, кВт час
		Проходка подземных выработок с истиранием коренных кимберлитовых пород ПКгиро и с одновременным извлечением алмазов	38–46
Отделенич алмазов от пустой породы на многоступенчатых классификаторах	4–6
		Закладка выработанного пространства строительным 3D-принтером	3–4
Общие затраты	45–56

Табл. 2. Данные по энергетическим затратам на реализацию новой инновационной технологии

Кроме того, за счет использования ПКгиро удастся снизить число технологических операций, т.к. новый комбайн, истирая кимберлитовую породу до размера порядка 50–100 микрон, позволит одновременно отсеивать от пустой породы алмазы практически всех размеров: от мельчайших технических до крупных ювелирных и именных без нарушения их природной структуры в полной сохранности.

В результате реализации этой предлагаемой технологии на поверхность будут подниматься исключительно алмазы в первозданном природном состоянии без всяких нарушений структуры и формы, а окружающий рудник природный ландшафт не будет обезображен отвалами и хвостохранилищами.

Появление совершенно новой техники для реализации новой технологии подземной добычи алмазов будет доказательством уникальности предлагаемого подхода к решению актуальных задач алмазодобывающей промышленности. При этом достижение прорывных результатов в области преодолении ресурсных ограничений на рынке проходческих комбайнов будет показателем новизны подходов и значимости решаемых задач с точки зрения усиления конкурентных позиций отечественных производителей.

Источник