CC BY
47
ГЕОМЕТРИЯ И КВАЛИМЕТРИЯ НЕДР ,
::: ^ А.М. Гальперин, В.А. Ермолов, '■ ::: :
I::::: В.П. Зервандова, Ю.В. Кириченко, :
А.А. Парфенов, 2000
УДК 622.02-113:658.516
А.М. Гальперин, В.А. Ермолов, В.П. Зервандова, Ю.В. Кириченко, А.А. Парфенов
КВАЛИМЕТРИЯ ТЕХНОГЕННЫХ МАССИВОВ РУДНОМИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Введение
Горнодобывающие предприятия, спроектированные и созданные, исходя из стандартов и требований прошлых лет, продолжают и в настоящее время работать в многоотходном режиме. В результате накоплено более 20 млрд. т отходов горнометаллургического производства, в том числе 15 млрд. т хвостов обогащения. В производство же ежегодно вовлекается лишь 14 % годового образования отходов горного производства, 10 % отходов обогащения и 10 % отходов металлургического производства [3, 7].
Большинство техногенных образований горнопромышленных отходов следует рассматривать как особую категорию полезных ископаемых. Техногенные массивы, содержащие скопления полезных ресурсов, составляют класс техногенных месторождений. Для их оценки необходимо проведение комплекса исследований и работ, позволяющих установить ценность георесурсов горнопромышленных отходов с учетом требований к комплексности их использования и охраны окружающей среды. Такой состав исследований и работ предполагает системное единство методов, используемых в геологии, геомеханике, гидрогеологии, геометрии недр и маркшейдерии, горной системологии и геотехнологии, что соответствует новому направлению в горных науках - квалиметрии недр [6].
Методология изучения георесурсов техногенных массивов хвостохранилищ.
Проведению геологоразведочных работ на техногенных месторождениях должна предшествовать положительная прогнозная (кадастровая) оценка хвостохранилищ, а также установление потребности в товарной продукции, которая может быть получена из вторичного минерального сырья. При этом оценка техногенных массивов наряду с ресурсными (геологическими) вопросами требует решения маркшейдерских, геотехнологических, геомеханических, экономических и экологических задач.
Маркшейдерское и геодезическое обеспечение при сооружении отвальных массивов, наряду с геологическим и геомеханическим обеспечением, выполняет роль информационного базиса, снабжающего необходимой информацией все технологические подразделения. Эта информация используется в дальнейшем для принятия управляющих решений.
Весь комплекс работ маркшейдерско-геодезического мониторинга может быть разбит на несколько стадий от-
личных как по характеру, так и по содержанию: предпроектная стадия;
строительство отвального сооружения; эксплуатация и ликвидация отвального сооружения.
Предпроектная стадия является важнейшим этапом информационного обеспечения проектных работ. На этом этапе создаются опорные плановая и высотные сети, съемочная сеть и составляется план участка строительства.
Для определения планового положения опорных точек могут быть использованы различные методы: микротриангуляция, полигонометрия. Высоты точек определяются геометрическим нивелированием IV класса. Наиболее рациональным методом создания опорной сети является использование спутниковых систем GPS, позволяющее с минимальными временными и трудовыми затратами определить координаты необходимого количества опорных точек.
Съемочные сети создаются теми же методами, что и опорные, только требования к точности при выполнении работ более мягкие (теодолит-ные хода, засечки, техническое нивелирование).
План участка строительства отвального сооружения может быть выполнен любым из существующих на сегодняшний день способов: тахеометрическая съемка, мензульная съемка, фототеодолитная съемка. При значительных площадях отвального сооружения целесообразно использование аэрофотосъемки.
На стадии строительства отвального сооружения осуществляется вынос элементов отвального сооружения с проекта в натуру, и выполняются исполнительные съемки готовых участков.
На стадии эксплуатации отвального сооружения ведется контроль за его выполнением. При этом могут быть использованы весьма разнообразные методы, от съемки поверхности традиционными методами (тахеометрическая съемка, мензульная съемка, нивелирование по квадратам) до применения аэрофотосъемки и фототеодолитной съемки. Последние два метода могут использоваться на участках, ограниченно доступных для непосредственных работ, поскольку являются дистанционными и не требуют работы реечника в пределах зоны отвалообразования, что особенно актуально для гидроотвалов.
В обязательном порядке при эксплуатации отвальных сооружений ведется наблюдение за состоянием ограждающих дамб. В наиболее опасных участках создаются наблюдательные станции, на которых с определенной периодичностью производится регистрация деформаций. Для наблюдений используется нивелирование IV класса и замер расстояний между реперами наблюдательной станции.
Стадия ликвидации отвального сооружения включает в себя значительный по объему комплекс маркшейдерских работ. В первую очередь это наблюдение за процессом рекультивации техногенного массива, заключающееся в исполнительных съемках рекультивируемого участка и сравнение полученных результатов с данными проектами. Не менее важным является наблюдение за деформациями поверхности в результате уплотнения уложенного в отвал ма-
териала. Стадия стабилизации осадок может длиться несколько лет и контроль за этим процессом позволит избежать аварийных ситуаций. Для контроля за осадками могут использоваться различные методы и, в первую очередь, нивелирование по квадратам. Если размеры отвального сооружения невелики, то может быть использована фототео-долитная съемка с нулевого базиса. При этом стереоэффект изображения достигается при наличии деформаций в пределах снимаемого участка за счет изменения высоты точек поверхности.
Оценка хвостохранилищ как месторождений вторичных минеральных ресурсов требует решения следующих вопросов [1, 3, 7]:
• установления перечня полезных компонентов и пород в составе техногенного массива (производится на основе изучения отчетов о разведке месторождения, при эксплуатации которого сформировалось техногенное образование, целесообразно привлечение данных о возможном практическом использовании хвостов обогащения);
• выявления скоплений или залежей полезных компонентов и пород в техногенном массиве (осуществляется путем анализа технического проекта, геолого-маркшейдерской документации, маршрутного обследования, проходки и опробования разведочных выработок);
• определения возможных областей применения и оценки потребительских свойств хвостов (изучение вещественного состава материала хвостов и определение показателей качества в соответствии с действующими стандартами на сходные виды сырья);
• оценки промышленной значимости хвостов при соответствии требованиям действующих стандартов (проводится с помощью определения реального или потенциального потребителя и сопоставление существующего объема минеральных ресурсов с потребным);
• оценки возможностей и условий добычи хвостов из хвостохранилищ (осуществляется по аналогии на начальной стадии их изучения, а на завершающем этапе - по данным геологических исследований);
• экологической оценки хвостов и определения кондиций (выполняются, как и для природных месторождений, путем предпроектных проработок вопросов эксплуатации техногенного месторождения по вариантам, при этом проводится сопоставления суммарных затрат на добычу и обработку добытого сырья с суммарной стоимостью товарной продукции);
• подсчета запасов хвостов как полезных ископаемых с учетом кондиций таких же, как для природных месторождений;
• геоэкологическая оценка техногенного месторождения. Схема геологоразведочных работ на хвостохранилище должна включать два этапа: ревизионно-оценочный и разведку.
Назначение ревизионно-оценочных работ состоит в выборе объектов, последующая разведка которых экономически целесообразна. При этом для предварительной ресурсной оценки необходима следующая информация: геоморфологическая привязка объекта; характеристика вещественного и гранулярного состава хвостов; порядок складирования (валовый, селективный); объем, занимаемая площадь и общая высота техногенного массива; наличие и характер деформаций массива, направление рекультивации и т.д.
Ревизионно-оценочные работы должны производиться на основе анализа ретроспективной информации. На основе предварительного анализа составляется принципиальная схема техногенного массива (в виде планов и разрезов) с прогнозом положения в нем скоплений полезных хвостов, размеров и форм этих скоплений.
Разведка проводится на техногенных месторождениях (участках), промышленное значение которых определено ревизионно-оценочными работами. Она проводится в границах, обеспечивающих выявление промышленных запасов сырья на нормативный срок, при наличии реальных потребителей в техногенном сырье. О полезных хвостах на стадии разведки должна быть получена следующая информация:
• характеристики, определяющие потребительскую ценность вторичного сырья, и их пространственную изменчивость;
• геометрические параметры залежей и их зональность (в плане и на глубину);
• технологические схемы и технико-экономические показатели переработки;
• условия, способ и схемы добычи, объемы использования по различным направлениям конкретными потребителями;
• постоянные кондиции и запасы по категории С1 (запасы утверждаются с правом проектирования промышленного использования).
Разведочная сеть и отобранные пробы хвостов должны обеспечить возможность районирования техногенного массива на геотехнологические зоны и заданную точность значений показателей потребительских свойств. В целом техногенные массивы хвостохранилищ можно отнести к объектам незначительной сложности по сравнению с природными месторождениями при ресурсной оценке. Однако, выявление особенностей внутреннего строения хвостохранилищ, образующих нижний структурный этаж комбинированных отвалов, существенно затруднено из-за невозможности визуального обследования их поверхности.
Выбор систем и технических средств разведки хвосто-хранилищ как техногенных месторождений минерального сырья определяется:
1. особенностями внутреннего строения техногенных массивов на поверхности или под незначительным рекуль-тивационным слоем;
2. отсутствием или наличием структурных связей между минеральными агрегатами.
Первая особенность техногенных массивов хвостохра-нилищ позволяет рассматривать их как объекты разведки, соответствующие природным месторождениям приповерхностного залегания. Наиболее информативными средствами изучения массива служат открытые горные выработки. Вторая особенность требует проходки скважин на всю глубину оценки объекта для надежного выявления внутреннего строения массива. Опорной системой разведки техногенных массивов может быть горно-буровая.
Систематизация номенклатуры показателей качественного состояния техногенных отложений должна быть основана на дифференцировании параметров по видам (целевой направленности) оценки и месту их нахождения.
Для оценки потребительских свойств отходов целесообразно использовать следующие группы показателей: назначения, технологичности, сохраняемости, транспортабельно-
сти, экологичности, точности, надежности и стабильности [3,5].
Параметры назначения играют ведущую роль при оценке направления использования отходов (доизвлечение полезных компонентов, утилизация, производство новой продукции и др.) и установление уровня качества. Указанные показатели являются основой определения ресурсной ценности отходов при подсчете их запасов. Применительно к рассматриваемым видам вторичного минерального сырья характеристиками назначения служат содержания основных и сопутствующих элементов и их соединений, позволяющие выделять экономически целесообразные направления использования отходов. Химический состав хвостов зависит от минерального состава перерабатываемых руд и технологии их обогащения.
Выбор параметров назначения целесообразно проводить, используя методы диагностики качества горнопромышленных отходов по результатам полного химического, минералогического, гранулометрического и других видов анализа. При этом состав отходов проверяется на соответствие техническим условиям, предъявляемым к сырью для производства набора готовой продукции для химической промышленности, стройматериалов, удобрений и др. Номенклатуру возможного выпуска готовой продукции целесообразно ранжировать по дефициту в натуральном или стоимостном выражении и устанавливать приоритетность получения продуктов утилизации или доизвлечения полезных компонентов.
Особо важное значение при геологической оценке горнопромышленных отходов имеет правильный выбор показателей их технологичности, т.к. в процессах накопления и хранения техногенные отложения претерпевают значительные физико-химические изменения. В группу параметров технологичности необходимо включать показатели, позволяющие оценить специфические особенности отходов при их добыче и переработке различными способами. К этой группе показателей относятся гранулярный состав, физикотехнические характеристики, влажность, плотность, минеральный состав и др.
Основной характеристикой технологичности хвостов обогатительных фабрик является гранулярный состав, позволяющий установить режимные параметры технологических процессов добычи, переработки, пылезащиты, рекультивации, управления состоянием техногенных массивов и др.
Гранулярный состав хвостов зависит от методов и стадий подготовки первичного измельчения и др. технологии основных обогатительных процессов и твердости минералов, входящих в состав перерабатываемых руд. На основе результатов гранулометрического анализа техногенных отложений определяют тип хвостов по измельчаемости и крупности, распределение полезных компонентов по классам крупности, обогатимость отдельных фракций.
Гранулометрическая характеристика хвостов по локальным участкам, выделенным в структуре техногенного массива, позволит организовать их селективную отработку и обогащение с помощью наиболее рациональных технологических схем.
Показатели транспортабельности характеризуют приспособленность отходов к перемещению определенными транспортными средствами. В эту группу должны входить показатели крупности (гранулометрический состав, средневзвешенный диаметр частиц), влажности, слипаемости, спо-
собности к слеживанию. К показателям сохраняемости отходов относятся склонность их к самовозгоранию и окис-ляемости.
Названные группы вещественных показателей, отнесенные к различным уровням их определения (исходный материал, данные по отдельным участкам техногенного массива), позволят произвести многоаспектовую геоэкологическую оценку хвостохранилищ.
Показатели точности, надежности и стабильности (основные расчетные статистические показатели) характеризуют с заданной вероятностью погрешность, достоверность и изменчивость в пространстве перечисленных выше параметров. Следует отметить, что без установления этих показателей оценка многих параметров, характеризующих ресурсную оценку горнопромышленных отходов, теряет свою определенность.
Композиция состояний показателей назначения, технологичности, сохраняемости и экологичности техногенных образований обусловливает комплексирование методов математической статистики, геостатистики, теории случайных функций, кластерного анализа для описания структуры техногенных образований и районирования геологотехнологических и геолого-экологических зон.
Математическая модель пространственного размещения фракционно-минерального состава техногенного месторождения может быть представлена в виде [2, 3, 5]
Мок = {Моц, Мо1,Мо2,Мо3,Мо4,Мо5}, (1)
где М0ц - цифровая модель техногенного месторождения; М0к - математические модели пространственного размещения показателей: назначения (к=1), технологичности (к=2), экологичности (к=3), сохраняемости (к=4) и горнотехнических (к=5).
Каждая из подмоделей агрегируется в конечном итоге из соответствующих элементарных моделей:
где т/ - цифровая модель і-го разведочного пересечения /го показателя; ту4 - і-ая элементарная модель /-го показателя к-го класса.
Среди элементарных моделей, входящих в состав М0Ч и М0к, выделяются два типа: расчетные и модели идентификации. В моделях первого типа описываются функциональные соотношения между параметрами входа и выхода. К таким моделям относятся, например, оценки статистических характеристик показателей, модели прогноза и т.д. Модели второго типа (модели идентификации) связаны с анализом информации и выбором решения конкретной задачи. Модели идентификации представляются в виде базовых точечных моделей размещения геотехнологических показателей
[3, 5]:
Z = qlZc + q2Zk + qзZт, (3)
где Zc - суммарная компонента поля; Zk - стационарное случайное поле; Zт - детерминированная составляющая (тренд); ql, q2, q3 - параметры идентификации модели.
Коэффициенты q1, q2, q3 являются параметрами идентификации модели, и каждый из них может принимать одно из возможных значений 0 или 1. Возможные наборы значений параметров q2, q3) образуют базовые типы точечных моделей
пространственного размещения показателя т(д1, q2, q3). При этом модель эффекта самородков (модель белого шума), модель стационарного случайного поля без эффекта самородков и детерминированная модель являются элементарными.
Остальные типы моделей: модель стационарного случайного поля с эффектом самородков, модель нестационарного случайного поля без эффекта самородков, трендовая модель, модель нестационарного случайного поля с эффектом самородков являются агрегированными из элементарных моделей. Все перечисленные модели объединяются по одному признаку. Для них входная информация - данные опробования и выходная - параметры идентификации - являются общими.
Значения параметров идентификации базовой модели однозначно определяют выбор метода или группы методов
для решения задач оценки показателей, их прогноза в пределах месторождения и т.д. Подобным свойством обладают различные модели изменчивости, например, трендовая модель, интерполяционные модели и др.
Установление типа или типов базовых точечных моделей размещения показателей в пределах техногенного месторождения позволяет, во-первых, целенаправленно обосновать математические методы, используемые при геотехнологической оценке запасов, например, при детерминированной модели это будут методы сплайн-интерполяции; при модели белого шума - методы среднего арифметического при равноточных наблюдениях или методы средневзвешенного при неравноточных наблюдениях; при модели стационарного случайного поля без эффекта самородков - методы дистанционного взвешивания и точечный кригинг; во-вторых, взаимоувязать характер изменчивости на месторождении с колеблемостью гео-технологических показателей в рудопотоках при последующей обработке геолого-технологических зон.
Инструментом построения модели изменчивости служит структурная функция или вариограмма. Для практических исследований используется выборочная вариограмма, определяемая по формуле [5]:
1 н(кК
У(Ю = ) - 2(х>+ к)\ , (4)
где Ы(И) - число пар точек 1(х) и + к), отличающихся одна от другой приращением координат к.
Оценки структурной функции (вариограммы), определенные для различных направлений, несут почти всю информацию об изменчивости характеристик поля (зона влияния пробы, наличие переходных областей и т.д.), необходимую при решении задачи об оценке показателей и ее погрешности в произвольной точке поля или в заданном объеме. Различие вариограмм, построенных для различных направлений, позволяет выявить геометрическую, зональную и функциональную анизотропию техногенного массива (см. рис. 1 и рис. 2).
Неотъемлемой частью геологического обеспечения разработки и переработки хвостохранилищ, особенно содержащих благородные металлы, является прогнозирование качества, как лежалых хвостов, так и текущей переработки руд.
Прогнозирование качества сырья лежалых хвостов и текущей переработки руд в общем случае сводится к оценке среднего значения случайной функции в некотором объеме:
С = V Ш С(Х,Г,2)Ж
V (5)
При отсутствии тренда или после его исключения методами корреляционной теории находится оптимальная оценка показателей качества (С) из выражения:
о = £ PIcI
(6)
і=1
где рі - коэффициенты взвешивания, определяемые из системы линейных уравнений (уравнений крайгинга в геоста-тистической теории) и выражаемые через кратные интервалы от автокорреляционной или структурной функций; Єі -значения случайной функции в некотором объеме.
Для оценки качества сырья текущих хвостов добычи целесообразно применять методы прогнозирования, базирующиеся на стохастическом моделировании временных последовательностей показателей качества. Эти методы являются наиболее эффективными с точки зрения погрешности полученных оценок, учитывают динамику формирования хвостов, и что очень важно пригодны для анализа нестационарных случайных процессов.
При использовании методов прогнозирования на основе временных рядов стохастическая модель строится либо по исходным данным Є, либо, если ряд нестационарный по преобразованным данным Ч(л)Єі, где Ч(л>- оператор взятия разностей і-го порядка [4, 5]:
Ч((І)С=фіЧ ((1)Сы +...+фрЧ ^С-р + е - Qlet-l-...-
- Qqet-q,
(7)
где (рі - параметры авторегрессии; Qj - параметры скользящего среднего; е1 - "белый шум" с постоянной дисперсией; р и q - соответственно порядок авторегрессии и скользящего среднего.
При этом следует отметить, что в конкретных условиях, прогнозирование показателей качества в хвостах текущей добычи и переработки может быть основано на основе следующих методов:
• статистической экстраполяции для экспоненциальной и степенной моделей изменчивости;
• обособленных динамических рядов общего вида авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего;
• взаимосвязанных динамических рядов, аппроксимирующих изменчивость показателей качества на стадии переработки;
• комбинированных моделей прогнозирования, основанных на анализе моделей регрессии и временных рядов.
Выделение геолого-технологических зон целесообразно производить по комплексу значимых (информативных) показателей на основании анализа коэффициентов сходства, например, по коэффициенту корреляции или га-мерному евклидову расстоянию с построением дендрограммы, обеспечивающей выделение зон при соответствующем уровне значимости.
Моделирование поверхностей, ограничивающих зоны, связано с построением интерполяционного бикубического сплайна S(x,y) и сводится к нахождению коэффициентов бикубического многочлена в каждой ячейке сети Di в виде [2,
7]:
S(х,у) = Sij(x,y) = £ £а1]к1(х1 - х)к(у - у]/ (8)
к=0I=0
Результаты районирования техногенного образования позволяют определить запасы сырья различной технологической направленности, в том числе и для извлечения благородных металлов.
Рис. 1. Экспериментальные вариограммы выхода фракции -0,074 мм по слою +285 м Ковдорско-го техногенного месторождения. Модель вариограммы:
структура 1. Функция - эффект самородков, изотропная; параметры: коэффициент = 0,686;
структура 2. Функция - линейная, изотропная; параметры: коэффициент = 0,00034
Рис. 2. Карта-план точечного кригинга ZrO2 по слою +279 м Ковдорского месторождения
В настоящее время кафедрой геологии МГГУ на основании изложенного подхода проведена ресурсная оценка на хвостохранилищах Ковдорского, Оленегорского и Вяземского горно-обогатительных комбинатов.
Инженерно-геологическое и геомеханическое обеспечение возведения техногенных массивов
Намывные горнотехнические сооружения - гидроотвалы и хвостохранилища являются объектами повышенной экологической опасности, так как с их формированием связаны изъятие значительных земельных площадей (более 4 га/млн. м3 укладываемого материала), загрязнение воздушного и водного бассейнов. Потеря устойчивости ограждающих дамб может привести к затоплению прилегающих территорий и соответственно загрязнению глинистыми или токсичными пульпами плодородных земель, и также к дополнительному (по отношению к обусловленному фильтрационными потерями) загрязнению поверхностных и подземных вод.
Главными технологическими функциями хвосто-хранилищ являются:
• складирование твердой фазы отходов обогащения;
• необходимое осветление воды и снижение содержания флотореагентов до значений, при которых допустимо использование всего слива хвостохранилища в технологическом процессе;
• создание накопительной емкости для водоснабжения при замкнутом водообороте.
В связи с увеличением отрицательного влияния хвосто-хранилищ на окружающую среду в условиях роста объемов перерабатываемого минерального сырья большое значение приобретают вопросы консервации и рекультивации этих сооружений. При этом первостепенное значение имеют пы-леподавление на всех этапах формирования сооружения и обеспечение эффективного вторичного использования хвостов. Отличительной особенностью формирования хвосто-хранилищ (по сравнению с гидроотвалами) является преимущественное круглогодичное наращивание намывного массива. Гранулярный состав хвостов определяется видом минерального сырья и принятой технологией его переработки (более мелкие хвосты характерны, например, для свинцово-цинковых обогатительных фабрик, более крупные - для медно-молибденовых и железорудных), изменяясь в следующей последовательности: мелкозернистые пески - пылеватые пески - супеси - суглинки. Высота хвостохранилищ достигает 150 м и более при интенсивности намыва до 20 м/год (при укладке отходов обогащения в узких каньонах). При перемещении фронта намыва «от дамбы - к пруду» намывной массив создается по принципу обратного фильтра из хвостов. Намыв по схеме «от берега - к дамбе» допустим лишь при заблаговременном возведении ограждающей дамбы на
полную высоту из насыпного грунта или вскрышных пород и систематическом контроле состояния откосных сооружений.
Кроме того, особенностями формирования хвостохрани-лищ по сравнению с гидроотвалами являются повышенные требования к замкнутой системе водоснабжения в связи с наличием в отстойном пруде участвующих в обогатительном процессе реагентов, что определяет необходимость создания противофильтрационных экранов. Загрязнение воздушного бассейна и возможная токсичность твердой фазы хвостов обогатительных фабрик предприятий цветной металлургии, горно-химического сырья и некоторых других горнодобывающих отраслей определяют необходимость закрепления поверхности хвостохранилищ с применением физических, химических и вегетативных способов.
В качестве основных направлений инженерногеологического и геотехнического обеспечения при возведении намывных горнотехнических сооружений необходимо рассматривать:
• инженерно-геологическая схематизация, выбор методов исследования вещественного состава, прочностных и деформационных характеристик техногенных отложений, изменяющихся во времени и в пространстве;
• разработка расчетных схем уплотнения намывных массивов, учитывающих инженерно-геологические свойства техногенных отложений и грунтов оснований, этапы формирования гидросооружений и направления дальнейшего использования их территорий;
• совершенствование технических средств и методов определения механических свойств техногенных отложений в массиве;
• инженерно-геологическое районирование, предусматривающее выделение в намывном массиве однородных по гранулярному и минеральному составам участков и оценку их уплотняемости и несущей способности;
• изыскание новых способов ускорения процесса консолидации тонкодисперсных намывных отложений;
• определение рациональной конструкции дамб гидросооружений;
• установление рациональной формы техногенного рельефа намывных территорий с учетом остаточных осадок;
• контроль состояния возводимых объектов, включающий стационарные и мобильные устройства, наземную и аэрофотограмметрическую съемку для систематической оценки устойчивости дамб, степени уплотнения и несущей способности внутренних зон намывных сооружений.
Рассмотрим подробнее одно из направлений, осуществляемое на хвостохранилище, предназначенном для складирования хвостов обогащения бедных руд на обогатительной фабрике Михайловского ГОКа. Железистые кварциты крупностью до 1200 мм поступают из рудника в корпус крупного дробления дробильной фабрики, где дробится в два приема крупностью до 250 мм. Следующий этап - корпус среднего и мелкого дробления. Там они дробятся до крупности 25 мм и по конвейерам поступают на обогатительную фабрику, где осуществляется дальнейшее измельчение на шаровых мельницах. Извлечение полезного концентрата происходит в процессе магнитной сепарации.
Отходы обогащения различной крупности от 50 микрон до 5 мм с консистенцией 1:20 складируются в хвостохрани-лище в балке Петрикова, образованное отсыпкой упорной дамбы в низовьях балки. Хвостохранилище овражно-
пойменного типа, имеющее головную дамбу высотой 45.5 м в южной части, ограждающие дамбы по западному склону балки и каскад отсечных дамб, изолирующих несколько мелких логов и урочищ по восточному берегу хвостохрани-лища. В юго-восточной части в отгороженном Логу Шама-ровский складировались в период с 1977 г. до 1993 г. вскрышные суглинки, отрабатываемые способом гидромеханизации.
Намыв хвостохранилища производится рассредоточенным способом с дамб, общая площадь намывного массива более 1300 га, отсеки в восточной части и в логах Анищин-ский, Пенковский, Гремучий, Бобровский, Бобров, а также урочища Хуторская Дубрава и Пипортное покрыты водой общей площадью около 500 га. Мощность намывных отложений достигает по тальвегу балки Петрикова 37-40 м. По оси основной плотины на отметке +216.0 м проходит автодорога (рис. 3). Дамба состоит из 2-х плотин:
1. плотина I очереди отсыпана из грунтов почвеннорастительного слоя и пригружена в верховом откосе затор-фованными суглинками, а в низовом - песками. В основании плотины на коренные глины отсыпан слой гравия и гальки с песчаным и супесчаным заполнителем;
2. плотина II очереди сформирована из нескольких ярусов дамб обвалования из кварцитов, отсыпанных на пляж намыва хвостохранилища. Пляж разлинован серией дамб из кварцитов, находящихся на расстоянии около 65 м от оси плотины II очереди.
Верхний ярус упорной призмы сформирован из хвостов обогащения с кварцитной отсыпкой, отметка гребня +234.5 м. На дамбе уложен намывной пульпопровод с выпусками.
Контроль за устойчивостью упорной призмы осуществляется при помощи визуальных осмотров, геодезических наблюдений и замеров в пьезометрах уровня депрессионной кривой фильтрующей через тело призмы воды. Однако наличие в основании плотины почвенно-растительного слоя и мягкопластичных светло-серых глин и нестабилизированное состояние хвостов обогащения провоцирует появление избыточного порового давления Ри, развивающегося в уплотняемом слое.
Учитывая то, что устойчивость фильтрующего откоса оценивается с помощью выражения [8]:
£tg<Pl(Nl -Щ) + £С^
£ Т ’
где (р¡, СI - соответственно угол внутреннего трения и сцепление по основаниям блоков, слагающих откос; М, Т, - соответственно нормальное и касательные составляющие массы элементарных блоков породы без учета гидростатического взвешивания; Ь - длина наклонного основания блоков; Di - величина гидростатического давления в середине оснований блоков, то прочностные характеристики С и р, слагающих откос грунтов, оказывают значительное влияние на коэффициент запаса устойчивости Т}.
Но, в соответствии с принципом эффективных напряжений, предел прочности на сдвиг при нестабилизированном состоянии грунтов [1]:
Т - Ри )%Р + С , (10)
где <Г„ - полное нормальное напряжение.
Рис. 3. Профиль дамбы хвостохранилища на р. Песочной Михайловского ГОКа (ПК8+16) и схема контроля ее устойчивости: 1 - основание хвостохранилища; 2 - глина светло-серая мягкопластичная; 3- песчано-гравийная смесь; 4 - суглинки бурые тугопластичные; 5 - песок; 6 - почвенно-растительный слой; 7 - пригрузка из заторфованных суглинков; 8 - намывные хвосты обогащения; 9 - кварциты; 10 - будущая наростка дамбы; 11 - автодорога; 12 - ось плотины I очереди; 13 - ось плотины II очереди; 14 - расчетная кривая скольжения на 01.2000 г.; 15 - депрессионні кривая; 16 - обрыв бурого става; 17 - планируемая скважина; 18 - датчики пьезодинамометры; 19 - место потери датчика; 20 - ось намывного пульпопровода
Следовательно, для реальной оценки устойчивости необходима информация о наличии и величине порового давления в теле и основании откосного сооружения.
На кафедре геологии МГГУ разработан метод оперативной оценки устойчивости дамб гидроотвалов и хво-стохранилищ и контроля за откосными сооружениями с помощью датчиков-пьезодинамометров, закладываемых по вероятной расчетной кривой скольжения. С этой целью весной 1999 г. на упорной призме хвостохранилища МГОКа был выбран слабейший с геомеханических позиций профиль в районе ПК8+16, произведены прогнозные ориентировочные расчеты устойчивости и в пределах наислабейшей кривой скольжения определены места закладки пьезодинамометров. В июле 1999 г. было произведено бурение скважин с целью оборудования стационарных пунктов контроля за устойчивостью упорной призмы (рис. 3):
• № IV на берме низового откоса (отметка +196.0 м), в
щими тело намывного массива и кварцитами из дамб, разлинзовывающими пляж. Так как наибольшую сложность при бурении скважин представляет проходка квар-цитных дамб, принято решение заложить еще один стационарный пункт наблюдения с пляжа хвостохранилища. Преимуществом этой скважины будет являться и то, что при дальнейшем намыве хвостохранилища и наростке дамб обвалования, датчики в ней будут давать информацию, позволяющую оценивать устойчивость намывного массива в будущем. С целью бурения этой скв ажи-ны и закладки датчиков в ноябре 1999 г. был оборудован съезд на пляж хвостохранилища.
Оборудование стационарной скважины № I планируется произвести в феврале-марте 2000 г. со льда, так как в настоящее время несущая способность намытых хвостов недостаточна для прохождения буровой установки.
Контроль устойчивости будет осуществляться с использованием персональной ЭВМ по программе, разработанной на ка-
которую заложено 2 датчика-пьезодинамометра в основание и в тело дамбы;
• № Ш на обочине автодороги (отметка +216.0 м), в которую также были заложены 2 датчика - в основание и в тело дамбы;
• № II с верхнего гребня плотины II очереди (отметка +229.0 м), в которую также планировалось установить датчики в основание плотин и в ее тело.
Однако при закладке пьезодинамометра в глинистое основание на глубине 44.5 м произошел завал нижней части скважины, что вызвало обрыв кабеля и потерю датчика. Второй датчик был установлен в тело дамбы на глубину 29.1 м.
При бурении скважины № I с гребня верхнего яруса дамбы (отметка +234.5 м) произошел обрыв бурового става общей длиной 42 м. Попытки извлечения бурового инструмента привели к отрыву верхних двух шнеков и дальнейшему насыщению скважины хвостами, слагаю-
федре геологии МГГУ.
Контрольный профиль из 4-х датчиков-пьезодинамометров оборудован также на дамбе № 4, разделяющей хвостохранилище и гидроотвал «Лог Шамаров-ский».
Заключение
Рассмотренные в статье направления - ресурсная оценка вторичных георесурсов и инженерно-геологическое обеспечение возведения техногенных массивов отнюдь не исчерпывают тематику работ по проблеме квалиметрии техногенных месторождений рудноминерального сырья. В настоящее время на кафедре геологии МГГУ проводятся исследования в следующих направлениях:
• обобщение и классификация показателей, характеризующих качество вторичных георесурсов с позиций экологотехнологических свойств;
• разработка научных основ и технических средств проведения геомониторинга георесурсов техногенных месторождений рудноминерального сырья;
• разработка научных основ динамического прогнозиро вания изменения качества георесурсов в процессе формиро вания и комплексного освоения техногенных месторожде ний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
23. Гальперин АМ, Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. М.: Недра, 1993.
24. Ермолов В.А., Быховец А.Н. Освоение Ковдорского техногенного месторождения // Горный журнал. 1998, № 3.
25. Ермолов В.А., Бедрина Г.П., Зервандова В.П., Мосейкин В.В. Теория и практика моделирования и ресурсной оценки техногенных месторождений. Изд. Вузов. Геология и разведка, 1998. № 6.
26. Ермолов В.А., Месхин Н.Ж. Динамическое моделирование техногенных образований в процессе их формирования //Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1995. Вып. 5.
27. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. М.: Недра, 1986.
28. Певзнер М.Е., Попов В.Н. Квалиметрия недр - новое направление в горных науках // Информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 1999.
29. Федоров И.И., Захаров М.Н. Складирование отходов ру-дообогащения. М.: Недра, 1986.
30. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М.: Недра, 1965.
/ У
illllllllllllillll ¡íl ¡11 / / юфессор, доктор технических наук, зав. кафедрой гео-ый университет. профессор, доктор технических наук, кафедра гео-рный университет. - ведущий инженер, кафедра геологии, Московский ент, кандидат технических наук, кафедра геологии, ниверситет. іоцент, кандидат технических наук, кафедра геоло-іьій университет. /
""""""""" Гальперин Анатолий Моисеевич - щ логии, Московский государственный горн -/ЛПЛТкл : Ермолов Валерий Александрович-^V/TV N \U логин, Московский государственный гс 0 ЯП Зервандова Валентина Павловна - / государственный горный университет. / k'npiiUi'Hk'í) lOpnil Hnru !Ы>г.пч mil
/ Московский государственный горный \ / Парфенов Андреи Анатольевич -/ гии. Московский государственный гот
РОССИЯ КЕМЕРОВСКАЯ ОБ. ЧАСТЬ МОСКВА
КАЗАХСТАН СВЕРД.ЛОВСКАЯ ОБ.ЧАСТЬ ВОРКУ ТА
У ЗБЕКИСТАН МУ РМАНСКАЯ ОБ. ЧАСТЬ ПЕРМЬ
У КРАИНА ДАЛЬШІЙ ВОСТОК ЯКУТИЯ
НОВОСИБИРСК
НОВОЧЕРКАССК
НОРИЛЬСК
ЧИТА
Издательство Московского государственного горного университета размещает рекламу в Горном информационно-аналитическом бюллетене (ГИАБ), учебной, научной и справочной литературе по различным аспектам горного дела.
Получатели ГИАБ - руководители отраслей и ведущих предприятий, научноисследовательских институтов, горных и технических вузов в различных городах России и СНГ.
Тираж ГИАБ - 500 экз., формат А4, периодичность издания - 12 номеров в год.
Условия размещения рекламы:
Объявления и реклама публикуются в черно-белом или цветном исполнении.
По Вашему заказу редактор и художник разработают оригинальную рекламу, товарный знак или другую символику. Если Вы хотите сохранить собственный стиль оформления рекламы или представляете готовый оригинал-макет, укажите это особо. Расценки на опубликование рекламы в ГИАБ:
• Размер 210 х 297 мм - 5800 руб.
• Минимальный размер 40 см2 - 400 руб.
• В среднем 1 см2 рекламы стоит - 10 руб.
При повторном опубликовании цена снижается на 20 %.
Условия размещения рекламы в учебной, научной и справочной литературе оговариваются особо в каждом конкретном случае.
