Анотація до роботи:

Маланчук Є.З. Обґрунтування параметрів області важких металів при свердловинному гідровидобутку. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 – “Геотехнічна і гірнича механіка”. Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2009 р.

Дисертація присвячена обґрунтуванню параметрів зон підвищеної концентрації важких металів у тілі техногенних розсипів при свердловинному гідровидобутку корисних копалин.

Ідея роботи полягає у використанні виявлених закономірностей розподілення важких металів у техногенному розсипу при обґрунтуванні параметрів зон підвищеної концентрації важких металів у тілі техногенних родовищ.

Експериментальні дослідження було проведено з метою вивчення особливостей механізму формування техногенних родовищ, розподілу в них більш важких корисних компонентів і обґрунтування параметрів зон підвищеної концентрації цих компонентів.

Запропоновано рішення вказаного наукового завдання шляхом розробки практичних рекомендацій по визначенню місцезнаходження таких зон та їх параметрів. На рівні винаходів розроблено агрегат і спосіб проходки виймальних камер при свердловинному гідровидобутку корисних копалин.

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішено актуальне наукове завдання, що полягає у виявленні закономірностей розподілу важких металів у техногенних розсипах та обґрунтуванні параметрів зони концентрації корисних компонентів у їх тілі з урахуванням домінуючих чинників даного процесу при умовах формування розсипів на площині, в балці, яру та низині.

Найбільш важливі підсумкові наукові і практичні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному:

1. Доведено, що за відсутності надійної технології збагачення або недотримання технологічного циклу, частина цінного компоненту скидається в карти намиву або хвости збагачення, формуючи техногенні розсипи з ядром, в якому зосереджується до 90% важких металів.

2. Встановлено, що носіями мідної мінералізації є базальти, базальтові туфи і лавокластичні брекчії при нерівномірному вмісті міді в породах. В туфах спостерігається самородна мінералізація з вмістом міді від 0,4 до 1,2 %, в лавокластичних брекчіях вона коливається від 0,004 до 8%.

3. Свіжо видобуті туфи являють собою досить зцементовані породи, які при дії вологи розкладаються з утворенням рихлої маси. Після подрібнення цих порід на щоковому млині, отримане туфове борошно за гранулометричним складом містить часток з розміром > 2 мм – 25 %; 1-2 мм – 32 %; 0,5-1,0 мм – 9 %; 0,25-0,5 мм – 14 %; 0,1-0,25 мм – 11 %; < 0,1 мм – 9 % від загальної маси повітряно-сухого матеріалу. Насипна густина подрібненого туфу знаходиться в межах 0,96-1,22 10³ кг/м³, а питома поверхня складає 120-150 м²/кг. Загальна пористість диспергованого туфового матеріалу сягає близько 30 %; набухання у воді – 36 %. Водопоглинання за масою складає близько 18 % і за об’ємом – 33 %.

4. Встановлено, що розміри воронки розмиву розсипу за діаметром і глибиною змінюються в часі за рахунок розмиву та виносу раніше намитих переважно крупних фракцій, а також намиву крупнозернистого туфу по периметру воронки. При цьому відбувається зміна умов розтікання та розподілу пульпи на карті намиву, що в значній мірі впливає на викладку туфу по відкосу.

5. Експериментальним шляхом доведено, що розподіл металу в техногенному розсипі нерівномірний, як по висоті так і по довжині розсипу, а основна маса металу, що скидається разом із пульпою концентрується в центральній частині розсипу, і формує область важких металів у формі ядра з процентним вмістом металу в ядрі від 59,46% до 85,35%.

6. На основі математичного аналізу експериментальних даних встановлено поліноміальну залежність розподілу важких металів у техногенному розсипу:

f(x)=ax³+bx²+cx+d,

де коефіцієнти a,b,c,d відповідно характеризують рівновагу концентрації важких металів у ядрі розсипу. Дана функціональна залежність дає можливість

Рис. 7. Розрахункові схеми та формули для визначення параметрів зон концентрації важких металів у тілі

техногенних розсипів при різних умовах їх формування

5. Експериментальним шляхом доведено, що розподіл металу в техногенному розсипі нерівномірний, як по висоті так і по довжині розсипу, а основна маса металу, що скидається разом із пульпою концентрується в центральній частині розсипу, і формує область важких металів у формі ядра з процентним вмістом металу в ядрі від 59,46% до 85,35%.

6. На основі математичного аналізу експериментальних даних встановлено поліноміальну залежність розподілу важких металів у техногенному розсипу:

f(x)=ax³+bx²+cx+d,

де коефіцієнти a,b,c,d відповідно характеризують рівновагу концентрації важких металів у ядрі розсипу. Дана функціональна залежність дає можливість розраховувати положення та форму ядра важких металів у техногенних розсипах як конусоподібного типу, так і в яру, балці та низині.

7. Математичним моделюванням процесу формування техногенного розсипу встановлена залежність для ординат точок вільної поверхні відкосу та побудови його профілю при формуванні техногенного розсипу конусоподібного типу, в балці, яру та низині.

8. Доведено, що мінерали на початковому етапі утворення техногенного розсипу концентруються в нижній основі воронки розмиву, а потім, по мірі збільшення висоти відвалу, накопичуються в межах ядра. Вірогідність пружного удару мінералів об базальтовий матеріал або зцементовані частини туфу, внаслідок якого мінерали можуть бути викинуті за контури воронки розмиву, незначна.

9. Встановлено, що відносна відстань від місця випуску пульпи до центра відкладання шуканої фракції породи, яка намивається, дорівнює половині долі даної і всіх інших більш крупних фракцій у складі вихідного потоку пульпи при спрямованості струменю паралельно поверхні стікання. Збільшення дальності польоту струменя здійснюється шляхом зміни граничного кута його нахилу до 30-35, що дозволяє формувати зони підвищеної концентрації важких металів з максимальним їх вмістом до 85 %.

10. Розроблено рекомендації по визначенню місцезнаходження зон підвищеної концентрації важких металів у тілі техногенного розсипу різних способів формування і обґрунтовано параметри зазначених зон.

11. На рівні винаходів розроблено агрегат і спосіб проходки виймальних камер при свердловинному гідровидобутку корисних копалин.

12. Попередня економічна ефективність запропонованих методів становить більше 1 млн. грн., а на стадії проектування та розробки хвостосховища в Рафалівському базальтовому кар’єрі Рівненської області 241,72 тис. грн.

Публікації автора:

1. Особливості залягання та гідровидобутку туфу в Рівненсько-Волинському регіоні / С. Є. Стець, Є. З. Маланчук // Зб. наук. пр. Вісник КТУ. - Кривий Ріг: КТУ. - 2006. - Вип. № 3(13) . - С.35 - 39.

2. Особливості формування ядра важких металів в техногенних розсипах / Є.З. Маланчук, С.Р. Боблях // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП.- Рівне : НУВГП.-2006.- Вип. № 2(34) .-С. 313-319.

3. Характеристика покладів міді в Рівненсько-Волинському регіоні / Є. З. Маланчук, Т. Ю. Гринюк, С. Р. Боблях // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. -Рівне: НУВГП. - 2006. - Вип. № 3 (35) . - С. 217 - 225.

4. Особливості розподілу важких металів в техногенних розсипах / А. Д. Калько, С. Р. Боблях, Є. З. Маланчук // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2006. - Вип. № 1 (37) . - С. 232 - 237.

5. Дослідження основних технологічних параметрів гідровидобутку цеоліт-смектитових туфів Рівненщини / Стець С.Є., Маланчук Є.З., Мельник В.С // Зб. наук. пр. Вісник КТУ.- Кривий Ріг: КТУ.- 2007.-Вип.№ 16. -С. 29-33.

6. Дослідження технологічних параметрів гідровидобутку розсипних родовищ / Є.З. Маланчук, С.Р. Боблях, В.О. Козяр // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. – Рівне : НУВГП.-2007.-Вип. № 4(40) .- С.126-131.

7. Імітаційна Simulink-модель системи керування гідромоніторним розмивом при свердловинному гідровидобутку корисних копалин / В.С. Мельник, Є.З. Маланчук, // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП.- 2007.-Вип. № 4(40), частина 3. С. 140-145.

8. Технологічні особливості геотехнологічних методів видобутку важких металів розсипних родовищ / В.Г. Перепелиця, Є.З. Маланчук, С.Р. Боблях // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП.- 2008.- Вип. № 1(41).- С. 417-425

9. Аналіз обсягів утворення та використання техногенної мінеральної сировини / Маланчук Є.З// Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП.-2008.- Вип. № 2(42) .- С. 423-428

10. Особливості проектування промислової ділянки свердловинного гідровидобутку / Маланчук Є.З., Боблях С.Р. // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП.- 2008.- Вип. № 2 (42) .- С. 429- 437

11. Аналіз існуючих методів видобутку міді / Маланчук Є.З., Козяр В. Ю., Гринюк Т. Ю. // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП. - 2008. - Вип. № 2 (42). - С. 437- 446

12. Класифікація техногенних родовищ / Маланчук Є.З. // Зб. наук. пр. Вісник НУВГП. - Рівне: НУВГП.-2008.- Вип. № 3(43).- С.313-319

13. Експериментальні дослідження особливостей процесу розподілу важких металів в техногенних розсипах / Перепелиця В.Г., Маланчук Є.З. // Зб. наук. пр. „Геотехнічна механіка”. – Дніпропетровськ: ІГТМ НАНУ. – 2008 – Вип. № 74. - С. 222 – 229.

14. Проблеми та перспективи застосування свердловинної гідротехнології для розвитку мінерально-сировинної бази Рівненсько-Волинського регіону / Маланчук Є.З., Калько А.Д., Боблях С.Р., Стець С.Є., Рачковський В.П.// Тези доповідей міжнародної промислової конференції ”Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”, п. Славське, Карпати, 2007., С. 134-136.

15. Автоматичне керування процесом свердловинної гідротехнології / Клепач М.І., Маланчук Є.З // Тези доповідей міжнародної промислової конференції ”Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”, п.Славське, Карпати, 2007., С.90-93.

16. Особливості дослідження гідравлічних параметрів видобувних свердловин при гідровидобутку / С.Є. Стець, Є.З. Маланчук // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики : Материалы Пятнадцатой Юбилейной международной конференции, 1-5 октября 2007 г., Ялта-Киев: УИЦ “Наука. Техника. Технология”, 2007. – С.252 - 255.

17. Дослідження агрегату для проходки виймальних камер в гірських породах / В. Г. Перепелиця, Є.З. Маланчук, С.Р. Боблях, А.Д. Калько, О.М Прокопюк // Тези доповідей міжнародної промислової конференції ”Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”, п. Славське, Карпати, 2008., С. 384-386.

18. Методика вибору параметрів процесу гідро розмиву цеоліт-смектитового туфу / Стець С.Є., Калько А.Д., Маланчук Є.З // Тези доповідей міжнародної промислової конференції ”Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”, п. Славське, Карпати, 2008., С. 388-390.

19. Моделювання процесу формування ядра важких металів у техногенних розсипах / Перепелиця В.Г., Маланчук Є.З. // Тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції „Школа підземної розробки 2008”, Ялта С. 71-77

20. Агрегат для проходки виймальних камер: Пат.u 2007 12410, МКИ Е 21 С 45. З.Р. Маланчук, С.Р. Боблях, В.А. Гурин, А.Д. Калько, Є.З. Маланчук, В.О. Козяр. - № 29900; Заявл. 08.11.2007; Опубл. 25.01.08. - 6 с.

21. Спосіб проходки виймальних камер: Пат. u 2008 13105, МКИ Е 21 С 45. В. Г. Перепелиця, З.Р. Маланчук, М.М. Гіроль, С.Є. Стець, Є.З. Маланчук, О.М. Прокоп’юк - № 31424; заявл. 26.11.2007; опубл. 10.04.08. – 8 с.

Внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві: [1] – провів дослідження залягання туфів в регіоні; [2] – виділив параметри впливу на формування техногенного розсипу; [3] –провів аналіз фізико-механічних властивостей туфів та описав основні поклади міді на Волині; [4] – провів аналіз розподілу важких металів техногенних розсипів; [5] – провів аналіз регіонів з точки зору застосування гідровидобутку; [6] – запропонував технологію керування процесом гідророзмиву; [7] – оптимізував параметри; [8] – виділив ряд параметрів, що безпосередньо впливають на процес розмиву розсипних родовищ; [9] – проводив аналіз параметрів видобувних свердловин на Рафалівському базальтовому кар’єрі; [10] – розробив модель в математичному середовищі MatLab; [11] – запропонував обладнати пульповидачну трубу пакеруючим елементом; [12] – проведення експерименту по вибору параметрів розмиву цеоліт-смектитового туфу; [13] – обґрунтував розподіл пульпи по висоті насипу; [15] – обґрунтував розміщення ділянки гідровидобутку з усіма її елементами; [16] – дослідив особливості залягання міді в Україні, запропонував метод вилучення міді з туфів при їх конічному складуванні; [18] – провів експеримент по встановленню закономірностей розподілу важких металів в тілі розсипу; [19] – провів теоретичне обґрунтування та розробив математичну модель процесу формування розсипу різних типів формування з утворенням області важких металів; [20] – запропонував конструкцію пакеручого елементу ; [21] – вибір траєкторії проходки агрегату.