В современной индустрии одним из важнейших металлов является алюминий. По масштабам производства и потребления он занимает второе место после железа и первое среди цветных металлов, что связано с его универсальными свойствами: малой плотностью, высокой электропроводностью, пластичностью, механической прочностью, устойчивостью против коррозии, обусловившими его широкое применение во всех областях производства техники. Широко применяется в авиационной и автомобильной промышленности, в строительстве и машиностроении, электропромышленности, производстве тары. Главным сырьем для алюминиевой промышленности являются бокситы [2].
Бокситы — сложнейшая горная порода, она является важнейшей алюминиевой рудой, на которой базируется почти вся мировая алюминиевая промышленность.
На сегодняшний день добыча боксита во всем мире осуществляется несколькими способами: открытым и подземным. Но в основном добычу осуществляют открытым способом. Вид отработки месторождений определяется в зависимости от типа алюминиевых месторождений и геологических условий залегания рудных тел.
Основные типы алюминиевых месторождений следующие:
1) бокситовые пластообразные латеритные месторождения Боке (Гвинея), Висловское (Белгородский район КМА), месторождения Индийской платформы, Бразильского щита [1, с. 121];
2) бокситовые линзо- и пластообразные латеритно-осадочные месторождения: Уэйпа (Австралия), Верхне-Ворыквинское (Россия), месторождения Суринама, Гайаны, Гвианы [1, с. 121];
3) бокситовые пластообразные осадочные месторождения карбонатных толщ: Северо-Уральская группа месторождений, бокситы острова Ямайка, месторождения Франции, ВНР, Греции [1, с. 121];
4) бокситовые пластообразные осадочные месторождения терригенных толщ: Северо-Онежская (Иксинское и др.), Амангельдинская (Аркалыкское и др.) группы месторождений [1, с. 121].
Такие показатели, как: морфология бокситовых рудных залежей, условия их залегания (наклонное или горизонтальное), состав вмещающих пород (терригенные или карбонатные), являются основой для определения промышленного типа бокситов.
Месторождения первого и второго типов залегают почти горизонтально вблизи земной поверхности, разрабатываются открытым способом, но могут быть и древними перекрытыми. Бокситовые пласты месторождений третьего типа имеют значительную протяженность, часто наклонное залегание и поэтому отрабатываются подземным способом. Месторождения четвертого типа приурочены к карстовым воронкам, имеют невыдержанную мощность, залегают вблизи поверхности, но могут быть перекрыты более поздними отложениями. Отработка их ведется чаще всего открытым способом.
Подземную отработку бокситов рассмотрим на примере месторождения Красная Шапочка, которое входит в Северо-Уральскую группу. Данная группа относится к третьему типу алюминиевых месторождений. Расположена на восточном склоне Северного Урала. Простирание бокситового пласта, залегающего среди известняков силура и девона, меридиональное, и пласт падает на восток. Возраст бокситового горизонта раннеэйфельский. Бокситоносная полоса делится крупными разрывными нарушениями преимущественно северо-восточного направления на блоки, которые представляют собой отдельные месторождения. Эти разрывные нарушения дорудные, но движения по ним происходили и в послерудное время. Общая амплитуда перемещения 200–400 м.
Промышленное бокситовое оруденение связано с субровским горизонтом, залегающим в основании эйфельских известняков. Рудный горизонт подразделяется на два подгоризонта: нижний — красные маркие, немаркие и яшмовидные бокситы и верхний — пестроцветные пиритизированные бокситы. Мощность красных бокситов изменяется от нескольких сантиметров до 9 м, изредка более (в рудных карманах). Мощность горизонта пестроцветных бокситов не превышает 1 м. Красные маркие бокситы заполняют впадины в известняках почвы, красные немаркие и яшмовидные бокситы тяготеют к склонам депрессий, пестроцветные распространены повсеместно. Основную ценность представляют красные бокситы. Местами в основании рудных тел залегает известково-бокситовая брекчия мощностью 0,2–0,5 м. Основная масса промышленных руд залегает в крупных депрессиях дорудного карстового рельефа. Безрудные участки приурочены к дорудным возвышениям.
Добычу осуществляет Североуральский бокситовый рудник (СУБР). На сегодняшний день в составе предприятия четыре действующих шахты: «Красная Шапочка», «Кальинская», «Ново-Кальинская» и «Черемуховская». В 2015 году начался новый этап развития СУБРа — запущена в эксплуатацию шахта «Черемуховская-Глубокая» глубиной 1550 метров.
Но, как говорилось раньше, добыча бокситов в основном осуществляется открытым способом. Разрабатываемое в Казахстане Восточно-Аятское месторождение бокситов не исключение. Данное месторождение относится ко второму типу. Так как рудные тела залегают на незначительной глубине и имеют мощность до 50 м. Восточно-Аятское месторождение относится к Амангельдинской группе бокситовых месторождений. Приурочено к Тургайскому прогибу.
Платформенный чехол Торгайского прогиба по возрасту, составу, рудоносности и условиям залегания сложен четырьмя продуктивными стратиграфическими системами триаса, юры, мела, палеогена и двумя подкомплексами пород и полезных ископаемых:
1) эффузивно-осадочными образованиями нижнего и среднего триаса и континентальными угленосными отложениями верхнего триаса и юры, выполняющими грабены складчатого фундамента;
2) меловыми и палеогеновыми рудоносными осадками железа, бокситов, угля и титановых россыпей, залегающих сплошным покровом на сформировавшейся в неокоме денудационной равнине.
Бокситы характеризуются разнообразием внешнего вида. Обычно они представлены плотными яшмовидными, реже рыхлыми, пачкающими руки, разновидностями. Столь же непостоянна их окраска в связи с присутствием различных примесей. Чаще других наблюдается красная, коричневая и зеленовато-серая окраски, иногда тесно сочетающиеся между собой. Реже встречаются серые, белые, желтые и почти черные разновидности. Характерен также значительный удельный вес, иногда магнитность. Разновидности бокситов, сходные с железными рудами, более тверды (царапают стекло) и дают на фарфоровой пластинке обычно коричневую, а не охристо-бурую черту. В бокситах в большинстве случаев отсутствует значительная примесь обломочных минералов. Кроме того, они не пластичны и не вскипают с соляной кислотой.
Бокситоносные отложения перекрывают всю поверхность закарстованных участков карбонатных пород. Мощность этих отложений зависит от глубины карста и достигает 100 м и более. Бокситовый горизонт сложен бокситовыми, лигнитовыми, каолинитовыми, гиббсит-каолинитовыми глинами и бокситами.
Бокситы залегают обычно в верхней части продуктивной толщи. По литологическим особенностям они подразделяются на каменистые, рыхлые и глинистые. Строго определённого положения различных литологических типов бокситов в разрезе нет. Рудный горизонт представлен переслаиванием всех типов боксита:
− каменистые бокситы залегают, в основном, в верхних частях рудной пачки, реже в средней части или перемежаются с рыхлыми или глинистыми разностями;
− рыхлые бокситы встречаются гораздо реже каменистых. Они залегают среди каменистых и глинистых разновидностей;
− глинистые бокситы подстилают или перекрывают каменистые и рыхлые бокситы, иногда переслаиваясь с ними.
Выемка бокситов осуществляется с помощью БВР и селективным способом.
На сегодняшний день, с целью оптимизации технологических параметров, подготовки и выемки бокситов за счет определения рациональной степени дробления их взрывом и технико-экономической оценки, применяют фрезерную технологию.
Карапетян Э. А. предлагает оптимизировать технологические параметры подготовки и выемки бокситов за счет определения рациональной степени дробления их взрывом и технико-экономической оценки применения фрезерной технологии. Другими словами, организовать комбинированную подготовку и выемку бокситов с помощью БВР и фрезерным способом [3].
Таким объектом разработки является Вежаю-Ворыквинское месторождение, которое разрабатывается Средне-Тиманским бокситовым рудником. Месторождения Северного Тимана представлены крупными линзообразными залежами, которые приурочены к закарстованной поверхности карбонатных и сланцево-карбонатных толщ палеозоя. Залежи сложены латеритными (структурными), делювиальными и осадочными (переотложенными) бокситами. Рудные залежи имеют сложные извилистые очертания. По минеральному составу среди них выделяются гётит-бёмитовый и каолинит-бёмитовый типы.
Бокситоносная толща подразделяется на подрудную, рудную и надрудную пачки. Границы между ними проводятся по формальному признаку. Боксит на 20 % состоит из рыхлых переотложенных разностей, 80 % — из каменистых средней крепости. Вскрышные породы (включая базальты, пригодные для получения щебня) представлены на 60 % скальными породами, и на 40 % — рыхлыми. С ноября 2005 г. на Средне-Тиманском месторождении проводились опытно-промышленные работы с использованием фрезерной технологии. По результатам данных работ были сделаны выводы, что комбайн показал себя достаточно надежной машиной, применение комбайнов на месторождении позволяет сокращать затраты на буровзрывные работы и снижает додрабливание негабарита на шихтовальном складе [4].
Фрезерная технология добычи используется по всему миру. Одно из самых крупных месторождений бокситов — Киндия (республика Гвинея), разрабатывается с применением тонкослоевой технологии и буровзрывного способа. Месторождение Киндия образовалось в палеоген-неогеновое время при выветривании палеозойских сланцев. В основании бокситов залегают глинистые продукты коры выветривания. Бокситы делятся на элювиальные (структурные или остаточные) и делювиальные (обломочные, переотложенные) на склонах бовалей. Основные минералы их — гиббсит, гематит с незначительной примесью бёмита, каолинита и минералов титана. Они содержат (%): Al2O3 51–62, SiO2 1–2, оксидов железа 2–6 и TiO2 2,5–3. Бортовое содержание Al2O3 составляет 50 %.
Актуальность разработки способов и средств безвзрывной отработки массивов горных пород постоянно возрастает в связи с ужесточением требований к экологии горного производства и качеству добываемого сырья, а также необходимостью вовлечения в отработку запасов полезных ископаемых, находящихся в зонах с ограничениями по проведению буровзрывных работ.
Ознакомившись с способами отработки бокситовых месторождений по всему миру, могу предположить, что в будущем добыча боксита будет осуществляться с применением принципиально нового для разработки оборудования, способного при работе совмещать основные процессы горного производства, такие как бурение, взрывание, погрузка и значительную часть дробильного передела.
Литература:
- Яковлев П. Д. Промышленные типы рудных месторождений // Москва «Недра» 1986.
- Байбатша А. Б. Модели месторождений цветных металлов // Монография, Алматы, КазНТУ, 2012.
- Карапетян Э. А. Оптимизация параметров процесса выемки бокситов при разработке месторождений открытым способом в сложных горно-геологических условиях (на примере Вежаю-Ворыквинского месторождения) // Диссертация. Екатеринбург 2009.
- Титов К. С. Опыт использования безвзрывной тонкослоевой технологии при добыче бокситов Среднего Тимана // Материалы Уральской горнопромышленной декады, 3–13 апреля 2006.
- Журнал «Горная Промышленность» № 6 2005.
