CC BY
25
СЕМИНАР 15
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.
© С.Г. Лейзерович, А.Х. Усков,
В.Н. Ельников, 2001
УАК 622.691.24
С.Г. Лейзерович, А.Х. Усков, В.Н. Ельников
ИССЛЕАОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЗАПОЛНЕНИЯ ХВОСТАМИ ОБОГАЩЕНИЯ ПОАЗЕМНЫХ ОТРАБОТАННЫХ КАМЕР КОМБИНАТА «КМАРУАА»
Опытно-экспериментальные работы по заполнению текущими хвостами обогащения отработанных камер начаты в 1998 г.
Пульпа в шахту и под землей до камер подавалась по вертикальному и горизонтальным пульповодам от тоски выхода хвостов 1-го приема и 1-ой стадии магнитной сепарации обогатительной фабрики №1 комбината.
В период заполнения пульпой и последующего осушения закладочного массива фиксировались и анализировались следующие параметры:
Консистенция, расход подаваемой пульпы и гранулометрический состав твердого в ней, дебит дренажных фильтров, объемы заполнения камер и уровни воды и твердого в камерах, уклоны поверхности по твердому в камерах и по выработкам, давление по манометрам на перемычках, влажность и грансостав массива за перемычкой, уровни воды и хвостов в восстающем, который является водомерной трубкой для камер, грансостав и влажность уложенных хвостов на поверхности в камере и на глубине, оседание поверхности хвостов, содержание твердого в сливе и его дебит по сбросным скважинам, визуальное состояние перемычек и ряд других показателей.
Заполняемое пространство находилось в абс. отметках -120-65 м. Первая очередь этапа I заполнение твердыми хвостами участки 10 юго-восточного штрека (ЮВШ) между перемычками №2 и №3 завершена со следующими показателями:
• суммарное время подачи пульпы - 42 часа;
• средняя производительность подачи пульпы - 55 м3/ч;
• средняя весовая концентрация твердого - 26 %;
• объем уложенных твердых хвостов - 440 м3.
В период сооружения перемычки №1 (Пер.) было произведено обезвоживание уложенного массива. Влажность хвостов за этот период у Пер.2 уменьшилась с 50 до 10 %, у Пер.3 с 50 до 30 %. Неодинаковые диапазоны изменения влажности объясняются различным гранулометрическим составом уложенных хвостов. У Пер.2 оседали более крупные фракции, поскольку заполнение штрека осуществлялось в основном через восстающий.
Характеристики уложенных хвостов исследовались на образцах, отобранных из шурфов, пройденных в закладке. Дренажные устройства функционировали с устойчивым расходом 0,3-0,4 м3/ч, содержание твердого в воде не превышало 2 г/л.
Вторая очередь этапа I (заполнение выработок выпуска и доставки обеих камер) осуществлялась (пуски №№20-35) в соответствии с разработанным регламентом и с учетом рекомендаций, выработанных по результатам заполнения откаточной выработки. Например, при возведении перемычки №1 реализованы предложенные конструктивные изменения по количеству и расположению сливных отверстий. С целью исключения возможного образования пустот у кровли закладываемых ортов скреперов и отвода воды был смонтирован трубопровод длиной 55 м и диаметром 100 мм от Пер.1 до высшей точки кровле вентиляционной сбойки. Проведенные эксперименты по сбросу воды из вент. сбойки кам.14/10 через трубу №7 Пер.1 до момента появления хвостов на сливе подтвердили предположение, что все выработки днища заполнены твердыми хвостами до их кровли.
В период второй очереди этапа I было закачено 6000 м3 пульпы с средней весовой концентрацией 22.5 % и средней производительностью подачи 75 м3/ч. Уложено 960 м3 твердых хвостов. Отобранные пробы твердых хвостов из всех сливных отверстий перемычек №№1; 2; 3 свидетельствуют о их консолидации, т.к. влажность находилась на уровне 24-32 %, объемная масса 1.85-2.1 г/см3.
Заполнение непосредственно камер 14/9 и 14/10 (этап II) проводилось в соответствии с уточненным технологическим регламентом. Наполнение камер пульпой производилось до отм.-81 м ±1 м, а твердыми хвостами - до абсолютной отметки (-90±1) м. Затем было начато осушение уложенного массива
- сброс гравитационной воды через дренажные коллекторы.
В течении всего периода экспериментальных работ по всем этапам велись наблюдения за уровнем пульпы и хвостов в обеих камерах и восстающем
методом непосредственных замеров из вентиляционных сбоек с 10 ЮВШ и 14-го заезда -71 м. Контроль уровней пульпы осуществлялся по показаниям манометров, установленных на перемычках №№1; 2; 3. Максимальное давление, зафиксированное по манометрам при разном уровне наполнения камер пульпой до отм.-81 м не превышало истинного гидростатического столба и изменялось по перемычкам:
Пер.1 - 0,28-0,36 МПа;
Пер.2 - 0,19-0,25 МПа;
Пер.3 - 0,22-0,28 МПа.
Упомянутыми выше отметками определялась длительность подачи и объемы пульпы в период экспериментальных пусков до достижения твердыми хвостами уровня устья скважин. Наращивание уровня твердого в камерах производилось поочередно с небольшим опережением соседней камеры. Этим обеспечивалась равномерность давления на между-камерный целик со стороны формируемых массивов твердых хвостов. После суточного отстоя пульпы начинали сброс осветленной воды через водосбросные скважины. Производительность сброса составляла 45-50 м3/ч, что связано с резервными возможностями водоотливной установки ствола №2. Содержание твердого в осветленной воде изменялось в пределах 0,2-0,5 г/л. Время отстоя пульпы выбрано по результатам исследований в лабораторных условиях. Скорость осаждения твердых частиц в пульпе до концентрации в осветленной воде не более 2 г/л, составляет 1,0 см/мин.
В процессе заполнения камер пульпой и сброса осветленной воды производился визуальный осмотр и инструментальные замеры состояния целиков, которые показали, что отслоений на стенках после нескольких циклов «заполнение слив» не наблюдается.
После достижения твердым отметок устьев водосбросных
скважин, что соответствовало половине высоты камер, экспериментальные пуски были остановлены и начато осушение сформированного массива. Гравитационная вода удалялась из массива хвостов через дренажные коллекторы перемычек. Общее состояние исследуемых массивов за этот период оценивается следующими показателями:
• изменение давления по манометрам:
Пер.2 - с 0,25 до 0,025 МПа;
Пер.3 - с 0,28 до 0,05 МПа;
Пер.3 - с 0,34 до 0,05 МПа (верхний манометр) и с 0,36 до 0,06 МПа (нижний манометр);
• за время осушения через дренажные коллекторы сброшено 2300-1800 м3 осветленной воды или 23-28 м3/сутки;
• зафиксировано увеличение влажности хвостов у Пер.3 с 24 до 30-32 %. Такое увеличение влажности (свыше полной влагоемкости хвостов) привело к некоторому разжижению уложенного материала;
• переход консолидированных хвостов к текучему состоянию (разжижению) некоторой части хвостов обусловлен снижением общего давления на уложенные хвосты (уменьшение до нуля пригрузки воды над хвостами, уменьшение величины объемной массы верхних слоев сформированного массива из-за снижения уровня гравитационной воды в массиве хвостов) и, как следствие, разуплотнение нижних слоев уложенных хвостов.
С целью определения наклона поверхности осевших твердых хвостов при подаче пульпы в камеры, уровень уложенных твердых хвостов фиксировался с двух точек - с вентиляционной сбойки (внт. сб.) 10 ЮВШ и с вент. сб. 14-го заезда. За время наблюдений сформировавшийся уклон по твердому изменялся в пределах 1-3°.
В целом выполненный этап работ показал, что за технологически приемлемое время вода в камере осветляется, хво-
сты при заданной консистенции и способе подачи оседают в камере, а затем осушаются до 20-25 % при работе дренажных устройств. Последние требуют иных решений для интенсификации процессов
обезвоживания.
После окончания процесса удаления гравитационной воды из камер и замены запорной арматуры на перемычках были продолжены экспериментальные работы по наполнению камер.
В течение III квартала 2000 г. были завершены опытноэкспериментальные работы по заполнению текущими хвостами обогащения отработанных камер 14/9 и 14/10. За это время в шахту было подано (пуски №№ 82-84):
• пульпы - 58 тыс.м3;
• твердых хвостов - 13,6
тыс.м3 (21,1 тыс. т).
В целом этап заполнения камер до уровня вент. сб. гор.-71 м завершен со следующими техническими показателями:
• количество экспериментальных пусков - 84;
• суммарное время подачи пульпы - 3360 часов;
• средняя производительность подачи пульпы - 111,7 м3/час ;
• объем поданной в шахту пульпы - 375,5 тыс.м3;
• максимальные показания манометров:
Пер.1 - 0,54 МПа,
Пер.2 - 0,25 МПа,
Пер.3 - 0,38 МПа;
• содержание твердого в пульпе (среднее);
• плотность пульпы (средняя)
- 1,21 т/-м3;
• объем уложенных твердых хвостов - 75481 м3 (117 тыс. в сухом весе).
Верхний уровень твердых хвостов доведен до следующих абсолютных отметок: кам.14/9 (61,8, -61,4 м), кам.14/10 (-61,1, -60,3 м).
Углы наклона сформированной поверхности твердых хвостов составили по камерам 1 -2°.
Подъем уровня твердых хвостов на отметки выше почвы
вентиляционных сбоек был осуществлен за счет сооружения фильтрующих перемычек из кварцитов, укрытых фильт-ротканью. Однако эффекта фильтрации достигнуто не было, т.к. основные объемы пульпы просачивались под породным навалом. Поэтому содержание твердого в сбрасываемой воде в период заключительного опытного пуска составляло 2-5 %. В целом, во время верхнего перелива воды (до установки перемычек) содержание в ней твердого не превышало 2,0 г/л (0,2 %).
Гранулометрический состав хвостов, подаваемых в шахту, определялся требованиями обогащения и имеет большой разброс. Средний помесячный гранулометрический состав хвостов по пробам, отбираемых ежедневно со скважины, приведен в таблице.
Как видно из таблицы, во втором квартале несколько увеличилось переизмельчение хвостов. Выход фракции - 0,05 мм превысил мартовский на 15-16 %.
Анализ данных грансостава показывает, что хвосты 1-го приема 1-ой стадии значительно переизмельчены. В течение эксперимента был период (1-й этап, 1998 г.), когда доля
фракции -0,05 снижалась до 30-50 %. Естественно, для целей складирования желательны более крупные хвосты. Поэтому, реальный грансостав для заполнения опытно-промышленного участка должен быть
определен комбинатом исходя из необходимого качества и выхода концентрата.
В период экспериментальных работ по II этапу отработана технологическая схема по сбросу осветленной воды из верхней части опытных камер. Для равномерного наполнения хвостами обоих камер поток подаваемой пульпы был разделен на две камеры, и они заполнялись одновременно со сбросом осветленной воды (переливом) через вентиляционные сбойки. Была выявлена неравномерность расходов пульпы при одновременной подаче в две камеры из-за различного гидравлического сопротивления трубопроводов. Так в кам. 14/10 угол изгиба составлял около 120°, а в кам.14/9 менее 90°. Поэтому, несмотря на то, что ввод в камеру 14/9 находится ниже на 1.2 м, чем в кам.14/10, в камеру 14/9 поступало пульпы значительно меньше в единицу времени.
Для достижения равного разделения потоков по производительности были установлены ограничительные шайбы (дополнительные сопротивления). В результате потоки были практически выровнены
(0,55:0,45) и при этом зафиксировано уменьшение пульса -ции потоков во входной трубе в камере 14/10 за счет создания некоторого подпора. В кам. 14/9 пульсация осталась на прежнем уровне. Этим можно объяснить более высокую интенсивность истирания стенок
трубопровода, ведущего к кам.14/9, хотя расход через него был меньше.
Пробы осветленной воды, отобранные из сбрасываемого через камеры разделенного потока при верхнем переливе показали, что содержание твердого в воде не превышает 2 г/л.
Для отслеживания уровня гравитационной воды в осушаемых камерах и определения физико-механических и воднофизических характеристик уложенных хвостов в камерах были пробурены с поверхности хвостов вертикальные скважины диаметром 100 мм на глубину до 8 м. Пробы хвостов отбирались с интервалом через 0,5 м.
Установлено, что осушение хвостов по площади камер в первый месяц осуществлялось неравномерно. Первоначальная влажность хвостов на поверхности камер изменялась от 26 % (у 14 заезда) до 34 % (у 10 ЮВШ). В скважинах №3 и №4, расположенных ближе к заезду 14 влажность хвостов на глубине 5 м не превышает 18 % (зона сброса пульпы в камеру), а в скважинах №1 и №2, пробуренных у вент. сбойки с 10 ЮВШ на глубине свыше 1,0-2,5 м составляет 30 % (зона сброса воды из камер). Это объясняется различным гранулометрическим составом уложенных хвостов, так в первом случае количество фракции <0,05 мм колеблется в пределах 8-15 %, то во втором случае - 80-98 %. Поскольку эта фракция является наибо-
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ХВОСТОВ, ОТОБРАННЫХ НА ВХОЛЕ В ЗАКЛАЛОЧНУЮ СКВАЖИНУ ЗА 2000 ГОЛ
Месяц, Размер фракций, мм / Содержание фракций, %
среднее >0,4 >0,315 >0,2 >0,16 >0,1 >0,063 >0,05 <0,05 2, %
январь 0,08 0,31 0,69 1,38 0,32 2,54 7 87,67 100
февраль 0,12 0,45 0,86 1,71 0,88 9,32 5,59 81,06 100
март 0,39 0,58 0,92 1,99 0,45 10,92 5,18 79,54 100
апрель 0,26 0,55 0,93 1,69 1,33 3,86 4,38 87,01 100
май 0,14 0,42 0,91 1,7 2,1 2,13 2,97 89,29 100
июнь 0,2 0,51 1,0 1,7 2,5 1,81 3,37 88,95 100
июль 0,38 0,61 1,07 1,7 2,05 5,54 1,81 87,14 100
август 0,25 0,77 1,54 2,61 2,16 6,36 2,17 84,15 100
Снижение влажности закладочного массива во времени
Время, сут.
Рис.1
Понижение уровня гравитационной воды в закладочном массиве камер и в восстающем
Время, сут.
10 30 50 70 9С
лее влагоудерживающей, то и в последующие периоды осушения влажность хвостов в этих частях камер будет несколько выше. В верхней части
камер влажность хвостов составила 5-11 %.
Анализ влажности в поверхностном слое хвостов был сделан по пробам, отобранным с
поверхности с глубины 0,10 и
0,5 м. Результаты представлены на рис. 1. Как следует из графиков, практически после 65дневного периода осушения поверхностный слой обезвожился полностью. Влажность на большей площади камер (скв. №
2, 4, 10) снизилась до величин менее 7-10 % и только на площади, прилежащей к
вент.сбойке на 10 ЮВШ оставалась несколько повышений -до 20 % (скв. №6). Именно эта зона характеризуется хвостами, сложенными из более мелких фракций.
Оценка гранулометрического состава проб, отобранных на влажность, позволила установить закономерность изменения весовой влажности от содержания наиболее влагоудерживающих фракций (<0,05 мм), а закономерность по скважинам 2; 4; 6; 8 приведена на рис. 2.
Сопоставление данных фактических замеров уровней (положений) твердого при заполнении камер пульпой и определения влажности хвостов из скважин позволило воспроизвести картину слоистости в камерах (осаждения фракций <0,05 мм в периоды между пусками).
Бурение разведочных скважин также дало возможность наблюдать за снижением уровня гравитационной воды в камерах. Скорость снижения в первые месяцы составляла 15 см/сутки. Контроль за снижением гравитационной воды
осуществлялся по положению уровня свободной воды в восстающем, который понижался в пределах 1 м в неделю (рис. 3). По абсолютным отметкам уровень воды в восстающем оставался ниже уровня гравитационной воды на 4,0 м, что говорит о более тесной гидравлической
связи восстающего с дренаж-
ными коллекторами перемычек № 2 и № 3, либо о фильтрационном поднятии (удержании) воды в хвостах. Незаполненный хвостами восстающий позволяет
вести прямые наблюдения и яв-
Просадка поверхности хвостов в камерах
Время, сутки
ляется фактически пьезометрической трубкой камер.
О снижении уровня гравитационной воды в камерах свидетельствует и снижение давления по манометрам. Так давление на Пер.1 за четыре месяца осушения снизилось с максимальной величины 0,54 МПа до 0,28 МПа, на Пер.2 с 0.1 до 0,035 МПа, на Пер.3 с 0,38 до 0,18 МПа. Максимальное давление несколько ниже истинного гравитационного уровня воды за счет депрессии при открытых дренажах.
В период осушения камер начаты исследования по определению величины просадки поверхности твердых хвостов. С этой целью на хвосты были установлены измерительные вешки на расстояниях 8 и 11,6 м от вент. сбоек 10 ЮВШ соответственно в камерах 14/10 и 14/9. Интенсивность просадки поверхности в первые две недели осушения была выше (7-9 см/неделю), нежели в после-
дующий период (4-5 см/неделю) (рис. 4). Оседание поверхности по площади камер происходит неравномерно. В центральной части камер общее оседание не превысило в начальный период 25 см, у бортов камер осадка составила 40-50 см. Через семь суток после окончания заполнения камер у бортов появились трещины. В центральной части трещины образовались через 14 суток. Интенсивность раскрывания трещин в осушаемых хвостах различна. Если в центре скважин предельная ширина трещин не превышает 1-2 см, то у бортов наблюдается раскрытие трещин до величин 7-12 см, при глубине 0,5-2,5 м.
Выводы
1. Производственный эксперимент подтвердил теоретические предпосылки и лабораторные эксперименты, выполненные на приборах, цилиндрах (Ь=0,5 м), и в барокамере (0,5 МПа) о свойствах пульпы и хво-
стов, которые сводятся к следующему:
• тонкомолотые текущие хвосты обогащения железистых кварцитов быстро осаждаются в камерах и дают чистый слив до 2 г/л, вода пригодна для оборотного водоснабжения;
• давление в хвостах по манометрам не превышает гидростатическое;
• выработки днища заложены без «карманов»;
• закладочный массив в процессе обезвоживания становится хрупкопластичным;
• восстающий в камере дает информацию об уровне гравитационной воды в хвостах и должен использоваться как водомерная трубка;
• при существующих дренажах и параметрах выработок время осушения камер 55-65 недель, что нерационально. Необходим более интенсивный дренаж камер.
2. Предложенные принципиальные положения технологии подачи и укладки текущих хвостов являются реалистичными, реализуемыми в производственных условиях при жесткой схеме «шахта - обогати -тельная фабрика» без специального сгущения.
3. Воды от гидравлической закладки должна удаляться через сбросные устройства и дренажные коллекторы.
4. Экономическая эффективность предложенной технологии позволила окупить экспериментальные работы и составила более 20 руб/т уложенных хвостов.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
