CC BY
298
Ю.С. Спиридонов
ЭКСПЛУА ТАЦИЯ ХВОСТОХРАНИЛИЩА ОАО ”МИХАЙЛОВСКИЙ ГОК”
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Введение
ОАО "Михайловский горно-обогатительный комбинат сегодня-это крупнейшее предприятие России по добыче и переработке железистых кварцитов. Ежегодно мы добываем более 45 млн т руды и отгружаем потребителям более 17 млн т железорудной продукции.
В процессе обогащения руда проходит несколько стадий дробления и измельчения, затем на стадии сухой и мокрой магнитной сепарации происходит её разделение на концентрат и хвосты (немагнитную фракцию). Хвосты обогащения складируются в хвосто-хранилище.
Таблица 1
Грансостав хвостов
Размер фракции, мм +1.0 -1.0 +0.63 -0.63 +0.16 -0.16 +0.071 -0.071 +0.05 -0.05 +0.04 -0.04 Итого:
Содержание фракции, % 0.2 0.9 4.9 9.3 4.0 5.8 74.9 100
Средневзвешенный диаметр, мм 0.071
Таблица 2
Химический состав хвостов обогащения
Feo6щ.-25.93 MgO -1.655
Fe мг -0.667 ТЮ2* -0.006
FeO -3.388 3* -0.051
2+ P2O5 -0.17
Fe -2.710 ппп -3.639
Fe2O3 -33.317 К20 -1.403
SiO2 -53.35 N20 -0.477
А12Оз -0.244 МпО -0.07
CaO -1.499 Р -0.074
Характеристика хвостохранилища
и входящих в его состав сооружений
Хвостовое хозяйство эксплуатируется с 1974 года. Состав сооружений хвостового хозяйства: (общий план х/хр)
• хвостохранилище с ограждающими дамбами и головной плотиной;
• система гидротранспорта;
• система оборотного водоснабжения.
Хвостохранилище представляет собой естественную емкость, образованную плотиной в русле реки Песочная и ограждающими дамбами по её берегам.
Хвостохранилище намывного типа.
Класс хвостохранилища - II.
Проектная отметка гребня плотины и ограждающих дамб 3-ей очереди строительства - 237,00 м, отметка горизонта воды - 235,50 м, 4-й очереди-247.0 м.
Хвостохранилище разделено перемычками на три отсека, которые имеют между собой сообщение. В случае аварии в одном из отсеков (прорыв дамбы), эти перемычки становятся ограждающими дамбами и к ним предъявляются требования по возведению и по эксплуатации как к гидротехническим напорным сооружениям.
Перепускные трубы в дамбах, разделяющих отсеки, при повышении отметки намытых хвостов, перекладываются на более высокие отметки. Самый верхний отсек считается чистым, в нем расположена насосная станция оборотного водоснабжения.
Отметка горизонта воды в отсеках хвостохранилища на 01.05.2005 г.:
I отсек (нижний) - 234.96 м,
II отсек (средний) - 234.64 м,
III отсек (верхний) - 234.37 м.
Общая длина ограждающих дамб и головной плотины - 19,0
км.
Полезный объем хвостохранилища - 340,947 млн м3. Объем хвостов, уложенных с начала эксплуатации, на 01.01.2005 г. - 273.3 млн м3.
Хвостохранилище строилось в три очереди: I очередь: плотина возведена с отметкой гребня 216,00 м. (Плотина комбинированная: упорная призма до отметки 211,00 м намыта из
Рис. 1. Хвостохранилище ОАО «Михайловский ГОК»
песков, верховой откос до отметки 216,00 м отсыпан из суглинка с послойным уплотнением. Высота плотины I очереди - 30 м, ширина по гребню - 12,50 м, длина - 1000 м.)
II очередь: плотина возведена до отметки 229,00 м (из переот-ложенных хвостов методом двухстороннего намыва на основание из хвостов. Намыв производился с кварцитных дамб обвалования высотой 3,0 м.) По правому берегу хвостохранилища выполнены ограждающие дамбы, в верховье хвостохранилища - отсечная дамба для защиты русла реки в верховье от подтопления.
III очередь: плотина возведена до отметки 237,00 м методом одностороннего намыва с дамб обвалования в сторону верхнего бьефа. Дамбы возводятся из хвостов с креплением откосов квар-цитным камнем слоем толщиной 0,70 м.
По правому и левому берегу хвостохранилища возведены ограждающие дамбы. Наращивание дамб, как и плотины, производится ярусами высотой 3,0 м.
Дамбы выполнены из хвостов или, при недостатке последних, из суглинка. Откосы дамб крепятся слоем кварцитного камня, который, в случае выклинивания депрессионной кривой на откос, выполняет роль дренажа. Для упорядочивания отвода воды в основании откосов проложены водоотводные канавы. Вода из них поступает в балки или пониженные места к насосным станциям, которые перекачивают воду в хвостохранилище Существующая система гидротранспорта обеспечивает замыв хвостохранилища до отметки 235,50 м (отметка уровня воды).
Существующая схема работы хвостового хозяйства: от фабрик обогащения пульпа самотеком поступает в приемную камеру пульпонасосной станции (ПНС). В ПНС установлены 10 грунтовых насосов марки 28Гр-8Т(2ГрТ 8000/71), производительность каждого -8000 м3/час, напор - 71,0 м, а также три насоса меньшей производительности для удобства маневрирования намывом:
2 насоса 1ГрТ-4000 производительностью 3600 м3/час, напором 71 м;
насос 12ГрК-8 производительностью 1500 м3/час, напором 50
м.
Каждый землесос работает на "свою" нитку пульповодов.
Количество работающих насосов зависит от работы фабрик обогащения.
Рис. 2. Машинный зал пульпонасосной станции, 1-я очередь
В случае аварийной остановки ПНС пульпа из приемной камеры самотеком по аварийному выпуску (двум железобетонным лоткам) сбрасывается в аварийную емкость. Отметка гребня ограждающей дамбы аварийной емкости - 237,00 м, отметка максимального наполнения - 226,50 м. Объем емкости - 600 тыс. м3. Это позволит работать комбинату без остановки фабрик обогащения течение 5-6 часов. Для очистки аварийной емкости используется земснаряд.
На случай затопления ПНС предусмотрен еще аварийный выпуск: две стальные трубы диаметром 1000 мм, по которым осуществляется сброс в аварийную емкость.
Система гидротранспорта состоит из магистральных и разводящих пульповодов. Количество магистральных пульповодов - 12 штук: девять - D = 1200 мм; два - D = 700 мм; один - D = 500 мм. Общая протяженность всех ниток пульповодов - 45,0 км.
Из ПНС в сторону головной плотины выходят 5 ниток магистральных пульповодов:
Рис. 3. Схема гидротранспорта хвостов
- один пульповод проходит по перемычке № 1 на левый берег;
- два пульповода проходят к головной плотине;
- два пульповода расположены на правом берегу хвостохрани-лища.
В верховья хвостохранилища выходят 7 ниток:
- один пульповод переходит по отсечной дамбе № 1 на левый берег;
- четыре пульповода ведут намыв в районе аварийной емкости;
- один пульповод проходит по ограждающей дамбе № 2;
- один пульповод проложен по отсечной дамбе № 2 на левый берег.
Разводящие пульповоды прокладываются по гребню ограждающих дамб и предназначены для равномерного распределения пульпы по хвостохранилищу.
Выпуск пульпы в хвостохранилище осуществляется по всей длине ограждающих дамб и головной плотины. Фронт намыва разделен на технологические участки - карты. Заполнение хвостохранилища ведется круглый год. В безморозный период на разводя-
Рис. 4.
щих пульповодах в нескольких местах, в зависимости от производительности ПНС, последовательно открываются 10-15 выпусков диаметром 245 мм, что способствует образованию равномерного пляжа из хвостов. Расстояние между выпусками - 20,0-25,0 м. Ширина пляжа - 100-350 м.
В зимний период для предотвращения образования наледей в зоне пляжа пульпа сбрасывается через торцевые выпуски D=1000 мм, удаленные от дамб на расстояние более 15,0 м.
В межсезонье (март, апрель, ноябрь) возможен комбинированный способ намыва: из коротких выпусков и концевого выпуска.
Ежегодно осуществляется чередование летних и зимних карт.
По мере заполнения хвостохранилища и наращивания ограждающих дамб, производится переукладка разводящих пульповодов на более высокие отметки.
Оборотное водоснабжение
В настоящее время потребность комбината в чистой воде составляет 37000 м3/час, что полностью обеспечивается системой оборотного водоснабжения из хвостохранилища.
Система оборотного водоснабжения состоит из водоприемных колодцев, самотечных водоводов, насосной станции и напорных водоводов.
Осветленная в хвостохранилище вода через водоприемные колодцы (4 штуки), расположенные в чаше хвостохранилища, по четырем водоводам из стальных труб диаметром 1400 мм поступает в насосную станцию. На участке под ограждающей дамбой № 3 трубы проходят в железобетонной обойме. По мере повышения уровня воды в отстойном прудке водоприемные окна колодцев перекрываются шандорами.
Производительность одного колодца до 3,2 м3/с. Размер колодца в плане (9,5х9,3) м, высота - 14,0 м, отметка верха колодца -236,50 м. Максимальная отметка порога водосливного фронта, при которой возможна работа водоприемных колодцев - 235,20 м. Насосная станция построена и сдана в эксплуатацию в 1997 году.
Существующая насосная станция представляет собой полуза-глубленное на 4,5 м здание размером (36,0х72,0) м. Насосная
Рис. 6. Машинный зал станции оборотного водоснабжения
станция незатопляемая, что достигнуто посадкой ее на берегу оврага, в который сбрасывается вода из машинного зала в случае аварии.
Максимальная производительность станции - 15,2 м3 /с В насосной станции установлено:
• десять насосов марки АД 6300/80, производительность каждого насоса - 6300 м3/час, напор - 80 м, мощность - 1600 кВт;
• один насос марки АД 3200/75, производительность - 3200 м3/час, напор - 75 м, мощность - 1000 кВт;
• один насос марки Д 1250/65, производительность - 1200 м3/час, напор - 65 м, мощность - 320 кВт.
Насосная станция подает воду на фабрики обогащения: один водовод D = 1400 мм и два водовода D = 1200 мм - на фабрику I очереди;
два водовода D = 1200 мм - на фабрику II очереди.
Количество работающих насосов зависит от количества работающих секций по обогащению руды на фабриках обогащения. Хвостохранилище ОАО «Михайловский ГОК»
Полезная площадь отсеков хвостохранилища составляет 17227 тыс. м2, при этом площадь зеркала воды, которая меняется в зависимости от различных технологических факторов на сегодня составляет около 15 тыс. м2, таким образом площадь пляжей хвостохранилища составляет 2,1 тыс. м2.
Как уже говорилось выше, складирование хвостов осуществляется с помощью гидротранспорта, что обеспечивает высокую технологическую, экономическую и экологическую эффективность данного способа (поточный трубопроводный транспорт, гибкое распределение потока по всему периметру, использование территорий непригодных для земледелия, складирование большей части хвостов под воду и т.д.)
Несмотря на явные преимущества данного способа складирования хвостов обогащения, у него есть и определенные недостатки, в том числе: высокая энергоемкость (23 тыс. квт/ч, 350 тыс квт/сут.), постоянные затраты на возведение ограждающих сооружений по периметру хвостохранилища, затраты на переукладку пульповодов, а также воздействие на окружающую среду, в том числе подтопление близлежащих территорий за счет фильтрационных процессов, и ветровое пыление открытых пляжей. О воздейст-
вии донной фильтрации будет сказано другими докладчиками, я же остановлюсь на фильтрации через дамбы хвостохранилища.
В соответствии с расчетами, проведенными проектными институтами городов Москвы, Белгорода, Харькова и постоянными наблюдениями гидрорежимной и гидротехнической служб комбината фильтрационные потери воды через дамбы хвостохранилища составляют ежегодно около 9 млн.м3. Фильтрационная вода скапливается в балках прилегающих к хвостохранилищу и, частично, вытекает в пойму реки Песочная.
В целях уменьшения потерь воды вокруг хвостохранилища установлены 7 и запланирована установка еще 2-х насосных станций, которые перекачивают профильтровавшуюся воду назад в хвосто-хранилище. Объем перекачки составляет 5 млн. м3 , или 55 % от всего объема.
В 2002 году комбинат выполнил реконструкцию насосной станции и водовода длиной 11.5 км от карьера до хвостохранили-ща, что позволило перекачивать воду из подземно-дренажного комплекса карьера и тем самым отказаться от использования для подпитки хвостохранилища речной воды из Михайловского водохранилища на р. Свапа в объеме 17.млн м3. Кроме того, с вводом насосной станции и водовода для перекачки дренажных шахтных вод в хвостохранилище значительно снизился сброс шахтных вод в поверхностные водные источники, тем самым значительно уменьшился уровень их загрязнения.
Вторым фактором негативного влияния хвостохранилища на окружающую среду является ветровое пыление окрытых пляжей хвостохранилища. Причинами пыления хвостов являются:
- очень тонкий помол исходной руды (класс -0.04 составляет 75 %)
- большая, 250 = -300 м, ширина пляжной зона обусловленная требованиями Правил безопасности гидротехнических сооружений накопителей жидких промышленных отходов, а именно -при наименьшей ширине пляжа для хвостохранилищ 2 класса 40 м до уреза воды, пункт 8.15 Правил говорит о том, что превышение верха намытых хвостов над уровнем воды в прудке- отстойнике должно быть не менее 1.5 м.
Рис. 7. Параметры схемы складирования
Исследованиями проектных организаций и наблюдениями служб комбината установлено, что основными источниками пыле-образования на хвостохранилище являются гребень и откосы ограждающих сооружений и открытые пляжи хвостов, при этом пляж можно разделить на 3 зоны: 1-я зона расположена в непосредственной близости, на расстоянии 30-40 от выпуска пульпы, где откладываются хвосты крупностью более 0.5 мм; 2-я зона протяженностью 180-200 м, где крупность хвостов составляет 0.05-0.5 мм, и 3-я зона протяженностью от 50 до 150 м, где отложены хвосты крупностью менее 0.05 мм. Пылеобразование пляжей хвостохрани-лища начинается при достижении скорости ветра 3.4 м/с на границе 2 и 3 зон, затем при увеличении скорости ветра до 8 м/с зона пыления распространяется к дамбе и захватывает весь пляж.
Рис. 8.
Зона относительной устойчивости
Рис. 9. Схема распределения хвостов по пляж, грансостав., зоны пыления, несущая способность
Интенсивность пылеобразования по зонам пляжа намытых хвостов
Рис. 10
Борьба с пылением хвостохранилищ это проблема, которой занимаются во всем мире. В той или иной мере, применительно к каждому конкретному случаю, она решается. Основной целью проведения работ по снижению пыления хвостохранилищ является сни-
жение площади зон пылеобразования. Для этого используются, в разных вариантах, следующие методы:
- затопление пляжей
- орошение водой
- закрепление (полив) поверхности специальными растворами
- покрытие (замыв) пляжей суглинками
- посев растительности (трав, кустарника)
- внесение коагулянтов в исходную пульпу.
В разной мере все эти методы имеют право на жизнь, у каждого есть свои достоинства и недостатки, но никто еще в мире не нашел универсального достаточно эффективного и недорого способа борьбы с пылением хвостохранилищ.
Борьбе с пылением хвостохранилища ОАО «Михайловский ГОК» уделяет большое внимание. Для снижения пылеобразования на хвостохранилище применяются различные методы, в том числе:
- крепление верхового откоса плотины посевом трав и кустарником облепихи (14 га) работа проведена совместно Курской Сельхозакадемией;
- крепление гребня и откосов дамб кварцитным камнем и щебнем, что полностью исключило пылеобразование с этой части хвостохранилища, более 80 га;
- подъем уровня воды в отсеках хвостохранилища с целью затопления пляжей, для чего ежегодно составляется и согласовывается с органами Ростехнадзора график подъема уровня воды в отсеках. Пополнение хвостохранилища осуществляется в основном за счет дренажных вод подземно-дренажного комплекса карьера.17-18 млн м3 год, возврата дренажных вод ограждающих сооружений-5 млн м3 год, подпитки из водохранилища на р.Чернь 5 млн м3 год;
- закрепление поверхности пляжей специальными растворами (глинистыми с добавлением связующих на основе ПАЩ). Около 30 га в год. Эти растворы готовятся на специальной установке, затем заливаются в цистерну оборудованную систе-мой разбрызгивания и с помощью трактора К-700 наносятся на поверхность пляжей. При этом создается достаточно прочная корка толщиной 5-7 мм, которая препятствует образованию пыли. Этот способ борьбы с пылением достаточно эффективен, но, во-первых, он работает до 1го дождя, во-вторых, при существующей технологии складирования и, одновременно, строительства ограждающих сооружений
Рис. 11
карты намыва постоянно меняются. Часто бывает так, что днем обработали карту раствором, а ночью на эту карту начали укладывать хвосты. Тем не менее, мы эту работу проводим и будем её совершенствовать.
- полив автодорог, гребня и пляжей поливочными и гидромониторными установками, 24 га в год.
- укладка распределительных пульповодов по всему периметру хвостохранилища для равномерной раскладки хвостов и обеспечения возможности подачи пульпы в любую точку;
- внедрение регулируемых намывных выпусков с шиберными затворами позволяющими укладывать более крупные хвосты на расстоянии 30-40 метров от выпуска с большими уклонами и уменьшить ширину пляжной зоны на 50-70 метров, что в масштабе хвостохранилища снизило площадь пылящих пляжей на 22-25 га. В настоящее время изготовлено и смонтировано 520 выпусков на сумму почти 3 млн. рублей (рис. 11).
Ростехнадзор России согласовал нам проектное решение снижению высоты превышения уровня намытых хвостов над уровнем воды в прудке до 1 метра, что позволит уменьшить ширину пляж-
237.0
дамба
Рис. 12. Параметры схемы складирования хвостов при сосредоточенном и рассредоточенном способе намыва
ной зоны на 50-70 метров, а это еще 80 га затопленных пляжей при этом допустимая ширина пляжа будет такова, что с помощью имеющихся на комбинате технических средств можно будет достаточно эффективно и оперативно вести борьбу с пылением хвосто-хранилища.
В результате проводимых мероприятий по снижению пыления хвостохранилища нам удалось снизить площадь пыления на 170180 гектаров, или уменьшить объем сдуваемой пыли на 8200 кг час.
В перспективе рассматривается внедрение технологии, предложенной рядом авторов, по обработке пылящей поверхности с помощью мобильных гидротраспортных плавучих установок воднодисперсным раствором с добавлением поверхностно-активных веществ.
В завершении, хочу сказать, - несмотря на проделанную работу мы не всегда достигаем должного результата. Комбинат не останавливается на достигнутом уровне, и мы с благодарностью примем все предложения по улучшению работы в данной области.
— Коротко об авторах ----------------------
Спиридонов Ю. С. - ОАО «Михайловский ГОК».
