Исследование процессов кольматации при движении пульпы через отбитую горную массу Текст научной статьи по специальности «Математика»

© Ю.П. Галченко, В.Т. Кравченко, Г.В. Сабянин, 2003

УАК 622.272; 622.34

Ю.П. Галченко, В.Т. Кравченко, Г.В. Сабянин

ИССЛЕЛОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОЛЬМАТАЦИИ ПРИ ЛВИЖЕНИИ ПУЛЬПЫ ЧЕРЕЗ ОТБИТУЮ ГОРНУЮ МАССУ

Одним из перспективных направлений развития геотехнологии подземного освоения недр является решение проблемы замкнутого цикла обращения твердого вещества, посредством использования выработанного пространства для складирования отходов обогатительного передела [1]. Возможности реализации этих принципов во многом зависят от эффективности процессов обезвоживания возводимых закладочных массивов и степени защиты горных выработок от прорыва водонасыщенного материала из закладываемых камер.

Одним из наиболее дешевых путей решения этих вопросов является использование в качестве фильтрующих и ограждающих систем отбитой горной массы, остающейся на днищах камер после выпуска из них руды. Исходя из реальной ситуации, существующей на руднике им. Губкина, когда в каждой отработанной камере находится в среднем до 10 тыс. т отбитой массы (Орр = 0,42 м, Кп = 0,33, Кразр = 1,5), все основные показатели водоотдачи будут определяться фильтрующими свойствами именно этого слоя. Эти свойства, в свою очередь, зависят от показателя пористости (пус-тотности) насыпного материала и степени кольмата-ции его пустот материалом твердой компоненты хвостов обогащения.

Для изучения этих процессов были построены две модели камеры в масштабе 1:25 и 1:50 и подготовлена методика исследований. Фазовый состав пульпы, применяемой при моделировании на первом его этапе, был принят Т:Ж = 70:30, что соответствует фазовому составу пульпы после первой ступени гидроциклониро-вания. Объем единичной навески пульпы был принят 10 кг (вода 3000 см3, твердое 2448 см3, общий объем 5448 см3). Пульпа готовилась на основе воды и сухих хвостов обогащения с грансоставом приведенным в таблице. На дно модели в дучку был уложен дробленый материал, грансостав которого обеспечивал коэффициент пустотности, аналогичный натурному (Ор = 2,5 см, Кп = 0,33).

Заполнение модели проводилось в три приема.

1. Залита навеска пульпы 10 кг; через 20 сек. 5,3 кг пульпы ушло из модели, в которой осталось 4,7 кг в виде слоя водонасыщенного твердого на поверхности дробленого материала.

2. Залито еще 10 кг пульпы; через 15 сек. из модели ушло 7,3 кг, а осталось - 2,7 кг.

3. Залито еще 10 кг пульпы; через 21 сек. из модели ушло 2,4 кг, а осталось - 7,6 кг.

ГРАНСОСТАВ СУХИХ ХВОСТОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПУЛЬПЫ

4. После третьего этапа модель стояла 16 часов и за это время из нее ушло 630 г чистой воды.

5. Залито еще 10 кг пульпы после чего, в течение 1 часа, из модели ушло 200 г чистой воды.

Далее, в течение 48 часов измерялось только количество ушедшей из модели воды: второй час - 120 г третий час - 130 г четвертый час - 110 г

пятый час - 110 г через 24 часа - 2080 г (74,2 г/час) еще через 3 часа - 190 г (63 г/час) еще через 21 час - 150 г (7 г/час).

Анализируя полученные результаты можно сделать, прежде всего, вывод о том, что при поступлении пульпы в модель сначала формируется фильтрующий слой, состоящий из дробленого материала, пустоты которого кольматированы твердой компонентой пульпы. Процесс кольматации хорошо прослеживается по соотношению объемов на первых двух этапах эксперимента. Слой твердого, оставшийся после первой заливки (4,7 кг), потерял устойчивость во время подачи второй порции и был перемещен вместе с частью ее твердой фракции в пустоты между кусками дробленого материала. При этом пустоты эти оказались практически полностью кольматированы. Нетрудно видеть, что после первых двух заливок в модели осталось 6,77 кг твердого вещества. По условиям эксперимента в заполненном объеме (модели дучки) находилось 7713 см3 дробленой горной породы. При описанном выше гран-составе этот объем состоял из 5398 см3 твердого и 2315 см3 пустот. Считая, что удельный вес материала хвостов обогащения (ух) составляет ух = 2,85г/см3, нетрудно подсчитать, что при полной кольматации пустот модель дучки примет 6,597 кг твердых частиц пульпы. Как видно, эта величина с достаточной точностью совпадает с весом остатка в модели после двух этапов ее заполнения (6,77 кг).

Интересно, что этот процесс имел ярко выраженный двух стадийный характер. Сначала часть твердого материала пульпы аккумулируется на поверхности дробленого материала, а затем - переносится в его пустоты вместе с твердой компонентой второй порции пульпы. Объяснение этого явления легко найти при рассмотрении физических условий, необходимых для кольматации пустот при движении через них пульп различных консистенций. Если представить элементарную полость правильной формы (рис. 1) с приведенным радиусом гП то время движения через нее потока пульпы составит [2]:

=■

2п

Уд

;где

2жп

X

=

Д

Частица останется в полости, если время ее движения по горизонтали (д будет больше времени осаждения (//-). Величина последнего равна:

Фракция, мм +0,63 +0,4 +0,315 +0,2 +0,16 +0,1 +0,063 +0,05 -0,05

Содержание, % 0,2 2,05 2,25 3,30 3,65 5,10 10,05 6,70 66,70

І г -

2 г

^гп

8

где д - ускорение сво-

и

Рис. 1. Схема процесса кольматации пустот: Уд и V- соответственно, динамическая скорость движения частицы с потоком и скорость осаждения частицы за счет сил гравитации; Дп - общий дебет пульпы; Дв и ДТ - количество воды и твердого в общем дебете

Рис. 2. Изменение скорости фильтрации воды из модели во времени

примет вид:

2гп 2пп

§ Дв

Отсюда следует, кольматация полости твердой фазой пульпы будет развиваться, если количество воды в пульпе удовлетворяет условию:

Дв =

2пп

Рассматривая с этой точки зрения результаты первых двух этапов эксперимента нетрудно видеть. что в принятой по условиям гидроциклонирования консистенции пульпы количество воды, видимо, не удовлетворяет этому условию. Поэтому после первого этапа заполнения пустот не произошло, а часть твердой фазы, пропорциональная приросту гидравлического сопротивления при заполнении ее дробленым материалом, просто осталась на поверхности этого материала. При заливке второй порции пульпы в ее состав вошел осадок от предыдущей стадии, пропорционально этому дебит жидкой фазы через пустоты между кусками дробленой горной массы сократился до величины, соответствующей граничным условиям кольматации. Поэтому основная масса твердой фазы оказалась перемещенной в пустоты

внутри слоя дробленого материала, что привело к резкому увеличению ее гидравлического сопротивления и изменению режима движения пульпы через этот материал от свободного ее пропуска к фильтрации только ее жидкой фазы с накоплением твердой фазы в объеме модели очистной камеры. Именно поэтому после заливки третьей порции количество оставшегося в камере материала (7,6 кг) оказалось втрое больше количества материала ушедшего из нее (2,4 кг). В дальнейшем образовавшаяся многофракционная породная система работала только в режиме фильтрации воды.

Четвертая порция пульпы, массой 10 кг, отдала всю свою воду за 48 часов. Динамика этого процесса показана на рис. 2, из которого видно, что скорость процесса обезвоживания пульпы вполне закономерно падает по мере уменьшения гидростатического давления.

Выполненный оценочный эксперимент позволяет сделать следующие предварительные выводы:

1. Рудная масса на днище блока, кольматиро-ванная твердой фазой хвостов обогащения, может служить фильтрующей и ограждающей системой при использовании выработанных камер для складирования твердой фазы хвостов обогащения.

2. Процесс кольматации отбитой горной массы твердой фазой хвостов обогащения протекает с оптимальной интенсивностью при строго определенном соотношении консистенции пульпы, ее дебита, крупности и равномерности дробления рудной массы.

3. Кольматированная рудная масса обладает хорошими фильтрационными свойствами и высоким гидравлическим сопротивлением, достаточным для постановки в перспективе исследований по обоснованию технологии закладки камер хвостами обогащения с сохранением подготовительных выработок, возможно необходимых в будущем при частичной отработке междукамерных целиков.

4. Более детальное изучение условий кольматации отбитой горной массы и возможностей управления гидравлическим сопротивлением создаваемого фильтрующе-ограждающего слоя открывает интересную перспективу построения новой технологии складирования твердой фазой хвостов обогащения без заполнения подготовительных выработок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трубецкой К.Н, Галченко Ю.П. Принципы построения экологически безопасных геотехнологий. Горный вестник, .№ 4-5, 1999. С. 21-28.

2. КоганМ.Е. Теоретическая гидродинамика. ОГИЗ, М.-Л., 1948, 265 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------------

Галченко Ю.П, Кравченко В. Т., Сабянин Г.В. - ИПКОН РАН.

Файл: ГАЛЧЕНКО

Каталог: G:\^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB10~03

Шаблон:

C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do

tm

Заголовок: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОЛЬМАТАЦИИ ПРИ

ДВИЖЕНИИ ПУЛЬПЫ ЧЕРЕЗ ОТБИТУЮ ГОРНУЮ МАССУ Содержание:

Автор: Georg

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания: 14.08.2003 11:14:00

Число сохранений: 3

Дата сохранения: 14.08.2003 11:18:00

Сохранил: Гитис Л.Х.

Полное время правки: 12 мин.

Дата печати: 09.11.2008 17:20:00

При последней печати страниц: 2

слов: 1 299 (прибл.)

знаков: 7 407 (прибл.)