CC BY
26
--------------------------------© С.Г. Лейзерович, А.Х. Усков, В.Н. Ельников, 2004
УДК 622.272.4:622.691.24
С.Г. Лейзерович, А.Х. Усков, В.Н. Ельников
ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ И ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ ПРИ РАСШИРЕНИИ ОПЫТНОГО УЧАСТКА НА КОМБИНАТЕ «КМАруда»
Семинар № 13
сследования и экспериментальные работы по заполнению хвостами обогащения двух подземных камер подтвердили техническую возможность и экономическую целесообразность складирования текущих отходов обогащения в выработанном пространстве шахты им. Губкина. На этой основе принято решение о расширении опытного участка.
Опытный участок гидрозакладки, включающий шесть отработанных камер, а также ранее заполненные хвостами две камеры, отделен четырьмя вновь сооруженными водонепроницаемыми перемычками, а также действующей перемычкой №3 от остальной части горного отвода (рис. 1).
Технологией предусмотрено три стадии заполнения хвостами опытного участка. Складирование начинается с заполнения откаточных выработок гор.—125 м (I-ая стадия), затем заполняются выработки доставки и подсечки камер до появления свободной поверхности твердых хвостов в камерах (II-ая стадия) и заканчивается процесс складирования заполнением хвостами собственно объемов всех камер до уровня (после усадки) почвы вентсбоек гор.— 71 м (III-я стадия) и возможно верхней свободной части камер выше вентиляционного горизонта на 10-20 м. Объемы заполнения составляют по стадиям 2,2; 4,1 и 93,7 % соответственно; объем пустот составляет 371 тыс. м3 (без свода), в которых можно разместить 575,1 тыс. т хвостов, в пересчете на сухой вес.
Перед началом заполнения новых камер было проведено обследование состояния откаточных выработок шести камер с
Рис. 1. Опытный участок (гор.-125 м)
целью определения возможных путей движения пульпы при заполнении хвостами опытного участка. Обследованы откаточные и прилегающие выработки участка: 11 ортов скреперов, вентсбойки, 3 восстающих, дучки. Из всех дучек — 21 являются открытыми для прохода пульпы (51 %), 17 — полностью запрессованы рудой (41 %), 3 — забиты бутами при сохранении тяги воздуха. Все восстающие выработки камер могут использоваться для подачи пульпы, т.к. имеют хотя бы один свободный вход. По всем ортам скреперов и вентсбойкам пульпа и соответственно хвосты могут перемещаться в зависимости от местоположения источника подачи пульпы на гор.—71 м. На закладочном горизонте во все камеры и ко всем восстающим открыты проходы.
На основе оценки состояния возможных траекторий движения пульпы определены рациональные пути ее подачи для формирования дренажных площадок сооружаемых перемычек участка:
- к Пер.№5 — через камеру 13/9;
- к Пер.№3а — через камеру 11/10;
- к Пер.№4.1 и 4.2 через восстающий камеры 10/9.
Центральная часть 9 ЮВШ заполняется через восстающий кам.12/9, а центральная часть 10 ЮВШ через кам.11/10.
Прямые перетоки пульпы из камеры в камеру после заполнения хвостами откаточных штреков прогнозируются только из кам.13/9 в кам.12/9 по имеющейся в днище вентиляционной сбойке. Возможны также периодические перетоки через 9 ЮВШ по каналу под кровлей, заполненному пульпой, но действующему в некоторый период времени до его перекрытия сгустившейся пульпой. Это будет отслеживаться по мере заполнения камер 13/9; 12/9 и 10/9.
Исследования по определению воднофизических свойств хвостов в ранее заполненных экспериментальных камерах 14/9 и 14/10 к моменту начала гидрозакладочных работ шести новых камер показали, что они были осушены и сконсолидированы, а производительность дренажного коллектора Пер.№3 на момент начала заливки была близка к величине естественного притока воды в эти камеры.
Режимы подачи за исследуемый период изменялись в определяемых технологией обогащения пределах, соответственно изменялись и количественные показатели не только при наполнении, но и во время сброса осветленной воды. Время подачи хвостов на первой стадии рассчитывалось исходя из объемов выработанного пространства, заполняемого в конкретный промежуток времени до необходимого уровня. Главной задачей этой стадии являлось формирование массива хвостов над дренажными площадками и в непосредственной близости от водоизолирующих перемычек, поскольку эти участки будут определяющими во всех фильтрационных процессах в период осушения формируемых в будущем массивов.
Подача пульпы при заполнении выработок доставки и откатки опытного участка производилась порционно от 500 м3 до 10 тыс. м3 за один пуск. При этом, время пусков изменялось от нескольких часов до нескольких суток. После суточного отстоя пульпы (время, достаточное для осаждения твердых частиц любых фракций, включая фракции <0,05 мм) осуществлялся сброс осветленной воды вначале через водосбросные отверстия перемычек, затем через водосбросные скважины, пробуренные через целик в камеру 10/9. Подача очередной
порции пульпы (очередной пуск) осуществлялась либо после сброса осветленной воды на осевшие хвосты, либо на несброшенную осветленную воду. По каждому пуску определялся расход пульпы в единицу времени и отбирались пробы пульпы у закладочной скважины. По отобранным пробам определяли качественно-количественные характеристики пульпы и твердого, подаваемого в камеры.
Исследование хвостов показало, что при обогащении идет процесс переизмельчения. Так, количество фракций класса <0,05 мм в пробах зачастую превышает 80 %.
При формировании массива из хвостов обогащения на всех стадиях заполнения камер происходит распределение материала по крупности. Характер сегрегации зависит от длины транспортирования, места поступления пульпы в камеру (выработку), ее формы и других факторов.
Во время заполнения 9 ЮВШ и ортов скреперования камер были проведены экспериментальные исследования по распределению материала по крупности при растекании пульпы на участке «восстающий камеры 12/9 — перемычки 4.1 и 4.2». В этот период времени имелся доступ в скреперные орты камер 11/10 и 11/9 через 10 ЮВШ. Это дало возможность отобрать пробы на сопряжении 9 ЮВШ и скреперного орта кам.11/9, и сравнить их с пробами, отобранными у точки выпуска пульпы и у перемычки 4.1 и 4.2 (здесь пробы отбирались через сливные отверстия перемычки).
Распределение хвостов по крупности по длине намыва приведено на рис. 2.
Анализ графиков показывает, что с увеличением текущей координаты в формируемом массиве уменьшается количество фракций >0,05 мм и увеличивается количество фракций <0,05 мм до 98-99 % в конечных точках растекания пульпы (у перемычек). Такой высокий процент мелких фракций связан со средним диаметром частиц и с количеством этих фракций в исходной пульпе до 80 %.
Фракционирование тонкомолотых хвостов предопределит различие физико-механических свойств (плотность, пористость, фильтрация и др.) на разных участках. Различие грансостава хвостов у перемычек ранее заложенных камер и ныне формируемых массивов показано на рис. 3.
В первый период заполнения пульпой новых камер и разделения твердой и жидкой фаз осуществлялся сброс отстоявшейся осветленной воды через водосливные отверстия перемычек, частично через дренажные коллекторы. После бурения и обустройства четырех специальных водосбросных скважин в одну из камер основная масса осветленной воды удалялась через одну из них.
Водоводы из водосбросных скважин сведены в единый коллектор, оснащенный манометром и водосчетчиком.
Учет сбрасываемой воды осуществлялся вначале по расходам водосливных отверстий перемычек, а затем по водосчетчику. Средняя производительность сброса осветленной воды из скважины №1 составляла 40-45 м3/час, при этом
Рис. 3. Гранулометрический состав уложенных в камеры хвостов
Рис. 2. Сегрегация хвостов по длине выработок при ее заполнении
шаровый кран был открыт на 2/3. При полностью открытом шаровом кране производительность скважины достигала 90 м3/час. Однако по возможностям водоотлива она ограничена производительностью в 45 м3/час.
Заполнение днищ камер опытного участка, а также выработок подсечки пульпой и твердыми хвостами контролировалось замерами уровней пульпы и отстоявшейся воды через восстающие выработки гор. -71 м.
При формировании искусственного массива в выработках погрузки и доставки на начальном этапе заполнения отмечался единый уровень пульпы и отстоявшейся воды по всем трем восстающим как в дни наполнения, так и в периоды сброса осветленной воды. Это говорит о том, что между камерами в это время существовала прямая гидравлическая связь. При дальнейших пусках были зафиксированы различные уровни жидкой фазы в восстающих с последующим выравниванием (обычно через несколько суток), что свидетельствует о наличии фильтрации в восстающие через хвосты, уложенные в скреперных ортах, т.е. можно утверждать, что они практически заполнены хвостами (рис. 4).
Гидравлическая связь прямым перетоком сохранилась между кам.13/9 и кам.10/9, поскольку наполнение пульпой кам.13/9 почти одновременно ведет к повышению уровня воды над сбросной скважиной №1 кам.10/9. Переток осуществляется очевидно по каналу в кровле 9-го юго-восточного штрека.
Часть воды, хотя и незначительная, сбрасывалась из-за перемычек через дренажные
90 -
80 |- ■ I ■ —
то ; і ' ! 1
60 ■ ■ • ■ :
50 ' ; ' — і/
40 ■ . ! . 1 • •
эо : - ■ : ! і і /
20 2 і
10 о —1 — /
1.2- посты М перемычками ■ жспсрммеитальжд камера» 14/9 и 14/10. 3 - и
в опыткы> камерах 13/9-10/9. 4 - то ж
Рис. 4. Колебания уровня воды в восстающих
коллекторы, работа которых отслеживалась по двум показателям: производительность и степень осветления воды. Результаты наблюдений показывают, что наиболее устойчиво работал дренажный коллектор Пер.№3а. На начальном этапе при максимальной производительности 1,2 м3/час весовое содержание твердого в сбрасываемой воде не превысило 0,02 %. На коллекторе перемычки 4.1 максимально-достигнутая производительность равнялась 0,9 м3/час при количестве твердого в сбрасываемой воде 0,19 %. На перемычке 4.2 дренажный коллектор, несмотря на гораздо большую по сравнению с 4.1 приемную возможность, долго работал неустойчиво (не удавалось достигнуть требуемой степени очистки воды — 2,0 г/л). При повышении давления за Пер.№4.2 до 0,11МПа была достигнута производительность 0,36 м3/час при 8 = 0,23 %, однако дальнейшее повышение давления (до 0,13-0,14 МПа) повлекло за собой загрязнение не только дренажного коллектора Пер.№4.2, но и коллекторов Пер.№4.1 и 3а. Поэтому, при дальнейшем наполнении камер опытного участка они были закрыты до окончания заполнения хвостами днищ камер. Дренажный коллектор Пер.№5 включался эпизодически, поэтому характеристики его устойчивой работы не выявлены.
Выводы:
• с начала опытных работ по заполнению выработанного пространства участка гидрозакладки хвостами обогащения произведено 40 пусков, в шахте уложено около
30 тыс. т хвостов. Проведенные исследования гранулометрического состава хвостов показали, что при обогащении идет процесс переиз-мельчении, количество фракций класса <0,05 мм в подаваемой пульпе с 1-ого приема 1-й стадии обогащения составляет 80 %;
• исследование процессов фракционирования хвостов по длине показало, что дренажные площадки пригружены тонкомолотыми хвостами фракции <0,05 мм (98-99 %);
• несмотря на значительные расстояния перемещения пульпы по выработкам (до 200 м) перемычки перекрыты хвостами;
• между камерами на этапе заполнения днища камер имеется прямая гидравлическая связь, что обуславливает перетоки пульпы. Изменения уровней воды в восстающих выработках (повышение и понижение) происходит за счет фильтрационных процессов;
• обустройство одной из камер в качестве осветлителя со сбросом воды по скважине с расходом 40-90 м3 позволяет не накапливать воду в заперемыченном пространстве;
• с начала заполнения в оборотное водоснабжение ОФ-1 из шахты выдано 61,5 тыс. м3 осветленной воды.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Лейзеровмч С.Г. - зав. лабораторией технологии подземных горных работ, ОАО «НИИКМА». Усков А.Х. - ст. научый сотрудник, кандидат технических наук, ОАО «НИИКМА».
Ельников В.Н. - главный инженер, ОАО «Комбинат КМАруда».
