CC BY
75
© Л.М. Бабеи, М.Л. Лергилев,
В.Л. Копылов, Ю.В. Красовская, 2003
УАК 622.693.25
Л.М. Бабеи, М.Л. Лергилев, В.Л. Копылов,
Ю.В. Красовская
ОЦЕНКА ДОПУСТИМЫХ ПЛРЛМЕТРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ УВЕЛИЧЕНИЯ ЕМКОСТИ ХВОСТОХРЛНИЛИШЛ ЛЕБЕЛИНСКОГО ГОКа КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБЛМ
Хвостохранилище Лебединского ГОКа, расположенное в б. Чуфи-чево на расстоянии 2 км от промплощадки обогатительного комплекса, является одним из уникальных гидротехнических сооружений. Оно эксплуатируется с 1972 г., по состоянию на конец 2002г. заполнено хвостами и грунтами гидровскрыши в объеме
Таблица 1
КА
620 млн. м3, в т.ч. 390 млн. м3 -хвостами. Проектом реконструкции хвостового хозяйства Лебединского ГОКа института Укр-Г идропроект [1] предусмотрено увеличение отметки его заполнения до 230 м и ограждающих дамб до 232 м. При этом максимальная высота головной плотины составит 93 м, а ограждаю-
щих дамб на отдельных участках возрастет до 75 м, объем хвосто-хранилища по сравнению с фактическим увеличится на 410 млн
3
м , в т.ч. за счет намыва хвостов на 361 млн. м3, гидровскрыши на 49 млн. м3, общая площадь составит 1520 га (без учета площади прудковых зон, примыкающих к хвостохранилищу), периметр ограждающих дамб составит 16,8 км.
Хвостохранилище относится к гидротехническим сооружениям первого класса [2,3], по всему его периметру проектом предусмотрено сооружение ограждающих дамб путем переэкскавации хвостов обогащения из пляжной зоны надводного намыва.
Особенностью хвостохрани-лища Лебединского ГОКа является его расположение в непосредственной близости от заповедного участка “Ямская степь” площадью 566 га, входящего в состав
РАСЧЕТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ОГРАЖЛАЮШИХ ЛАМБ ХВОСТОХРАНИАИША ЛЕБЕЛИНСКОГО ГО-
№№ слоев Наименование грунтов Угол внутреннего трения ф грунтов, град Сцепление, тс/м2
при естественной влажности при водона-сыщении при естественной влажности при водона-сы-щении
Породные смеси скальной вскрыши (кристаллические сланцы, кварцитопесчаники, 30 30 0,00 0,00
5а дайки филлитовидные сланцы (до 15%) Почва, суглинок илистый 10 10 1,50 1,50
8 Суглинки лессовидные 19 19 1,50 1,50
9 Суглинок полутвердый и твердый 18 18 2,50 2,50
10 Суглинки твердые 20 20 1,80 1,80
10 а Супеси с прослоями песка 23 23 0,80 0,80
16 б Мергель трещиноватый 27 27 2,00 2,00
18 б Мел трещиноватый 29 29 2,20 2,20
1 а' Хвосты, пески пылеватые неслежавшиеся 17 16 0,30 0,30
1 б' Хвосты-супеси 11 8,5 1,10 0,80
2 Пески гидроотвала 27 27 0,30 0,30
1 а" Хвосты, пески пылеватые неслежавшиеся 21 17 0,40 0,30
1 б " Хвосты-супеси неслежавшиеся 10 8 1,70 1,30
2 а Пески гидроотвала средней крупности 28 28 0,10 0,10
2 в Меловая паста 6 6 0,20 0,20
7 Суглинки с обломками мела до 20% 11,5 11,5 2,0 2,0
18а Мел пластичный 22 22 2,70 2,70
7в Суглинки гумусированные, илистые 11 11 1,20 1,20
9б Супеси с включениями мергеля 18 18 1,80 1,80
7а Суглинки с обломками мела более 20% 14 14 1,60 1,60
19 Пески средней крупности до мелких 34 34 0,20 0,20
3 Пески мелкие, средней крупности 26 26 0,10 0,10
3а Пески средней крупности, средней плотности 28 28 0,05 0,05
4а Насыпные хвосты-супеси 16 16 0,80 0,80
Таблица 2
ФAKTИЧECKИE, ^ОЕКТНЫЕ И PEKOМEHAУEМЫE ПAPAМETPЫ OГPAЖAAЮШИX ЛШБ XBOCTOXPAHИЛИШA ЛГОМ
№№ Фактические парамет эы Проектные па раметры
расчетных абс. отм. абс. отм. высота результирующий абс. отм. увеличение результирующий
профилей основания намыва дамб, угол низового намыва, высоты угол низового отко-
дамб на1.01.02г м откоса, град м дамб, м са, град
В существующих контурах намыва хвостохранилища
1 -1 148,З0 212,3G 63,8g 9 230,0 19,7 8
2-2 18G,GG 212,GG 32,GG б 230,0 20,0 9
3-3 19G,GG 216,GG 26,00 7 230,0 1б,0 8
4-4 194,З0 211,GG 1б,З 10 230,0 21,- 8
З-З 1б2,З0 2GG,GG 37,З 8 230,0 32,0 7
б-б - 197,GG - - 230,0 ЗЗ,0 9
7-7 - 2G3,GG - - 230,0 29,0 9
В перспективных контурах намыва хвостохранилища
1, - 1, - - - - в проекте не приведены
2, - 2. - - - - -“- -“- -“-
3, -3, - - - - -“- -“- -“-
4, -4, - - - - -“- -“- -“-
государственного природного заповедника “Белогорье”, что требует разработки комплекса эффективных мероприятий, обеспечивающих снижение отрицательного влияния хвостохра-нилища на окружающую среду.
Общая площадь хвостохрани-лища разделена на семь отсеков разделительными дамбами, в шести отсеках складируются хвосты, а в седьмом - вскрыша карьера. При этом согласно проекту [ 1] максимальное годовое наполнение отсека не должно превышать 5 м, а разность отметок смежных отсеков не должна превышать 15 м.
На территории хвостохрани-лища дамбы отсыпаются на намытую часть шагающим экскаватором, а в дальнейшем формируются бульдозерами. Всего сухоройными механизмами в дамбы подлежит отсыпке 18 млн м3 хвостов.
Анализ зарубежного опыта строительства хвостохранилищ /4/ показывает, что там конструкция хвостохранилищ отличается разнообразием. Помимо традиционной для России конструкции хвостохранилищ с поя-русными дамбами наращивания из хвостов надводного намыва (рис. 1, схема А), за рубежом широко применяется опережающий намыв ограждающих дамб на конечную высоту из складируемых хвостов, а также на проектную высоту путем намыва или отсыпки грунтовыми материалами (рис. 1, схема Б).
При этом почти повсеместно используются гидроциклоны и камеры распредхвостов для отбора крупных фракций, которые используются для возведения дамб наращивания и даже боковых зон хвостохранилищ (рис. 1, схема В). Это исключает неизбежное примыкание отстойного пруда к первичной дамбе и отложению пылевато-глинистых частиц хвостов по основанию хво-стохранилища.
Также, за рубежом (США) получила распространение конструкция хвостохранилища с ограждающей дамбой намываемой (насыпаемой) на дренированное основание на конечную высоту. При прочих равных условиях устойчивость дамбы указанной конструкции на оползание будет выше, чем устойчивость тела хвостохранилища с поярусными дамбами наращивания.
Кроме вышеуказанного негативного влияния на устойчивость откосов ограждающих дамб, применяемая в настоящее время технологическая схема их сооружения (см. рис. 1, схема А) не позволяет существенно снизить фактор отрицательного влияния пыления на окружающую среду (в т.ч. на заповедник “Ямская степь), также она требует незамедлительного проведения горно-технического и биологического этапов рекультивации откосных зон в процессе возведения ограждающих дамб.
В настоящее время воздух в районе гг. Губкин и Старый Оскол, заповедника “Ямская степь” загрязняется выбросами вредных веществ от Лебединского и Стойленского ГОКов, комбината “КМАруда”, Оскольского электрометаллургического комбината, ТЭЦ, предприятий стройиндустрии, транспорта и др. В этих условиях выделить долю воздействия именно хвостохранилища ЛГОКа на окружающую среду можно только очень приблизительно [1].
Однако, хвостохранилище ЛГОКа является одним их основных источников загрязнения атмосферы (вместе с гидроотвалом
- 14,8% от общих выбросов комбината) из-за пыления сухих поверхностей открытых пляжей и откосов дамб. Наиболее интенсивное пыление пляжей происходит при низкой абсолютной влажности и ветровом воздействии [1, 5, 6].
После оседания пыли происходит загрязнение окружающей среды по цепочке воздух-почва-растение. Скорость и уровень загрязнения почв и, как следствие, растительного покрова зависит от мощности выброса и расстояния до его источника. Особую экологическую опасность в данном случае представляют тяжелые металлы (железо, цинк, хром, свинец, никель, кадмий, медь, ртуть) из-за их способности накапливаться как в растениях, так и в живых организмах.
Рекомендуемые параметры
абс.отм. увеличе- результирую-
намыва, ние высо- щий угол низо-
м ты дамб, м вого откоса, град
а
260,0 49,7 1З
260,0 З0,0 1З
260,0 46,0 1З
260,0 З1,0 14
260,0 62,0 14
260,0 бЗ,0 14
260,0 З9,0 14
260,0 З0 20
260,0 30 24
260,0 ЗЗ 24
260,0 60 18
Вследствие вышеизложенного, хвостохранилище ЛГОКа входит в число основных источников загрязнения почв, т.к. хвосты
обогащения содержат железо, медь, марганец, хром, свинец [5].
С учетом анализа результатов применения различных конструкций и технологических схем сооружения ограждающих дамб хвостохранилищ [4, 8, 9, 10] и состава отрабатываемых пород скальной вскрыши,
представляется экономически выгодным и экологически целесообразным переход на формирование ограждающих дамб хвостохранилища комбинированным способом, суть которого заключается в отсыпке ограждающих дамб из пород скальной вскрыши (смеси кристаллических сланцев, даек, кварцитопес-чаников, филлитовидных сланцев,
при содержании последних в смеси до 15%). Указанные смеси пород скальной вскрыши в настоящее время складируются с использованием ж.д. транспорта в отвал скальной вскрыши.
Организацию опережающей отсыпки ограждающих дамб из пород скальной вскрыши с применением ж.д. транспорта предлагается производить на перспективном (северо-западном) участке намыва хвостохранилища (рис. 2), а начиная с отметки -211 м, производить отсыпку вторичных дамб обвалования на действующих участках намыва хвостов с применением ж.д. транспорта. На основе использования результатов инженерно-геологических изысканий, выполненных институтами Укр-Гидропроект и Центрогипрору-да [1] и результатов исследований прочностных свойств пород
Рис. 1. Конструкции ограждающих дамб хвостохранилищ: А
- с поярусными дамбами наращивания; Б - с ограждающей дамбой, намытой на конечную высоту из складируемых хвостов или отсыпанную из грунтовых материалов; В - с ограждающей дамбой, намытой на проектную высоту из крупных хвостов, отобранных гидроциклонами; 1 - отстойный пруд, 2 - намытые хвосты, 3 - первичная дамба, 4 - дамбы наращивания из хвостов, 5 - отложения крупных фракций хвостов, 6 - отложения пылевато-глинистых хвостов, 7 - отложения пылевато-глинистых хвостов, отобранных гидроциклонами, 8 - дренаж.
Рис. 3. Поперечные профили ограждающих дамб на перспективном участке намыва хвостохранилища: 1, 2 - контуры верховых и низовых откосов ограждающих дамб из скальной вскрыши; 3 - контуры прудковых зон; 4 - прогнозное положение депрессионной поверхности в процессе намыва; З - прогнозное положение депрессионной поверхности при отсутствии намыва; б -водоотводящие (дренажные) канавы; 7 - намывные хвосты обогащения. Литологический состав пород основания хвостохранилища:
З - почва, суглинок гумусированный; |8~| - суглинки лессовидные; 9_ - суглинок полутвердый и твердый; |10| - суглинки твердые; |10а|
- супеси с прослоями песка; |1бб| - мергель трещиноватый; |18б| -мел трещиноватый
Рис. 4. Допустимые параметры увеличения емкости хвостохранилища при комбинированном способе сооружения ограждающих дамб: 1-1 - поперечный профиль головной плотины хвостохранилища; 5-5 и 6-6 - профили ограждающих дамб, примыкающих к заповеднику “Ямская степь”; 1 - существующая поверхность намыва хвостохранилища; 2
- поверхность намыва предусмотренная проектом; 3 - дренажный банкет из кварцита;
4 - вторичные дамбы обвалования из скальной вскрыши (или окисленных кварцитов); 5
- рекомендуемый контур заполнения хвосто-
хранилища. ___
Литологический состав пород: |1а | - хвосты, пески пылеватые, |1 а" - неслежавшиеся, |1 а” -
- хвосты-супеси, |1б" - не-1б” - слежавшиеся; |1в | -
пески средней крупности; 2 - пески гидро-
- пески гидроотвала,
МА (табл. 1) получены предварительные данные по допустимым параметрам ограждающих дамб хвостохрани-лища на перспективном участке
табл. 2 и на рис. 3). При этом эффективность применения указанного способа сооружения упорных призм определяется как экономическими (сокращение дальности
слежавшиеся;
слежавшиеся,
отвала, мелкие; 2а I
средней крупности:
2в | - меловая паста; |3|
- пески мелкие, средней крупности; 3а | - пески средней крупности, средней плотности;
4а | - насыпные хвосты- супеси; |5а | -
почва, суглинок илистый ; |7 | - суглинки с
обломками мела до 20 %; |7а - суглинки с обломками мела более 20 %; 7в| - суглинки гумусированные илистые; - суглинки с
включениями мергеля более 30 % ; |18а | - мел пластичный; |18б| - мел трещиноватый;
- пески средней крупности до мелких
скальной вскрыши на широко-
Рис. З. Графики зависимости объемов ограждающих дамб из скальной вскрыши по перспективному и существующим участкам намыва от отметок заполнения хвостохранилища: ряд 1 - по перспективному участку намыва хвостохранилища; ряд 2 -объем вторичных дамб по действующему участку намыва хвостохранилища; ряд 3 - суммарные объемы скальной вскрыши для отсыпки ограждающих дамб с применением ж. д. Транспорта
транспортировки, нецелесообразности устройства трубчатого дренажа, сокращение изъятия земельных отводов), так и экологическими критериями (снижение пыления откосных и пляжных зон). Так на перспективном участке намыва при применении двухстороннего заезда в северном и западном направлениях (см. рис. 2), отсыпка ограждающих дамб из пород скальной вскрыши в объеме 24 млн м3 может производиться при сокращении средневзвешенной дальности транспортирования на 5 км по сравнению с размещением этих объемов в отвале скальной вскрыши. При этом на отвале скальной вскрыши земельный отвод сократится на 40 га, а в связи с высокими фильтрационными свойствами пород скальной вскрыши по сравнению с фильтрационными свойствами хвостов отпадает необходимость в сооружении трубчатых дренажей в откосных зонах ограждающих дамб. Кроме указанных экономических факторов целесообразность опережающей отсыпки ограждающих дамб из скальной вскрыши определяется возможностью увеличения отметок заполнения хвосто-хранилища до 260 м при значительном сокращении пыления откосных зон (в первые два года отсыпки и с последующим его прекращением). Вследствие этого отпадает необходимость в срочном выполнении рекультивационных работ в процессе отсыпки ограждающих дамб.
Этими же критериями определяется целесообразность сооружения вторичных ограждающих дамб в существующих Контурах намыва хвостохранилища, когда ограждающие дамбы на хвостах формируются из скальной вскрыши с применением ж.д.
Объем, млн. м
транспорта. Переход на формирование вторичных ограждающих дамб из пород скальной вскрыши на действующих участках намыва
предлагается начать с отметки -211 м и производить до отметки -262 м (с увеличением отметки заполнения хвостохранилища по сравнению с проектными решениями на 30 м). При этом сооружение вторичных ограждающих дамб предлагается производить с применением экскаватора ЭКГ -
6,3 УС, что позволяет обеспечить минимум затрат на путепереук-ладочные работы и производить отсыпку на всю высоту ограждающих дамб, равную 10,5 м.
Предложенные конструкции вторичных ограждающих дамб из скальной вскрыши иллюстрируются на поперечных расчетных профилях ограждающих дамб, примыкающих к защитной зоне заповедника “Ямская степь” (рис. 4).
Сооружение ограждающих дамб на перспективном и действующих участках намыва по предлагаемым параметрам ограждаю-
щих дамб можно обеспечить путем перевода двух экскаваторов с отвала вскрыши, при этом общий объем скальной вскрыши составит
47,3 млн м3 (рис. 5), за счет чего может быть обеспечено сокращение земельного отвода на отвале скальной вскрыши на 80 га.
При дальнейшем формировании хвостохранилища в проектных контурах и отметки заполнения -230 м, остаточный объем размещения хвостов начиная с 2003 года составит 360 млн м3, а при формировании хвостохранилища с применением комбинированного способа сооружения ограждающих и вторичных дамб до отметки
- 262 м остаточный объем возможного намыва хвостов может быть увеличен на 490 млн. м3
Переход на комбинированный способ сооружения ограждающих дамб из пород скальной вскрыши позволяет разместить скальную вскрышу на хвостохранилище в
объеме 47,3 млн м3 без изъятия дополнительных земельных отводов.
Институтом Центрогипроруда проработан вариант перспективного размещения хвостохранили-ща и пород рыхлой гидровскрыши в балках Дубянка и Лужки (рис. б). При этом средневзвешенная дальность гидротранспорта (в обход защитной зоны заповедника “Ямская степь”) увеличится на 4,2 км, что окажет существенное влияние на увеличение себестоимости концентрата.
В этой связи становится очевидной необходимость дальнейшего инженерно-геологического обоснования безопасного увели-чения емкости хвостохранилища в б. Чуфичево совместно с разработкой и внедрением эффективных мероприятий по снижению отрицательного влияния хвосто-хранилища на окружающую среду.
СПИСОК ЛИTEPATУPЫ
1. Реконструкция хвостового хозяйства Лебединского ГОКа с целью поддержания его мощности и увеличения емкости хвостохранилища. ОАО “Укр-гидропроект”. 2002.
2. СНиП 2.06.01.-86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. М.:
1986.
3. Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности// ВНИИ ВОДТЕО Госстроя СССР, - М.: 1986.
4. Мелентьев В. А. Проектирование и возведение хвостохранилищ за рубежом // Обогащение руд -1981. - № 2.
5. Писанец Е.П., Титовский В.И, Бурыкин А.М.
Исследование
воздействия гор-Рис. 6. Схема размещения отвалов ^
ных работ на скальной вскрыши, окисленных к
кварцитов и хвостохранилищ Лебе- прилегающие
динского ГОКа: 1 - карьер Лебединско- земли КМА//
го ГОКа; 2 - отвал окисленных кварцитов; Г орный журнал.-
3 - отвал скальной вскрыши; 4 - перспек- 1989 - D2 - С
тивный контур развития отвала скальной вскрыши; 5 - контуры действующего хво- 59-61.
стохранилища; 6 - перспективные конту- 6. Кузьменко
ры размещения хвостохранилища; 7 - П.К., Бересневич строящийся гидроотвал; 8 - перспективные контуры размещения гидроотвала; 9 -заповедник “Ямская степь”; 10 - контуры защитной зоны заповедника “Ямская
степь”; 11 - гидроотвал “Березовый Лог”; JfŒPŒTJfŒ ŒR ARTŒPAY 12 - отвал рыхлой вскрыши Лебединского ŒD ADÈŒrA"
ГОКа; 13 - отвал рыхлой вскрыши Стойленского ГОКа; 14, 15, 16 - соотвествен-но станции Северная, Отвальная, Сланцевая; 17 - с. Дубровка; 18 - с. Дубянка.
П.В, Неженцева Н.Г. и др. Предотвращение пыле-ния поверхностей хвостохранилищ горнообогатительных комбинатов// Бюллютень научнотехнической информации. Черная металлургия. -1985. - № 18 - С. 12-21.
7. Инструкция по проектированию и строительству ограждающих дамб хвостохранилищ с использованием вскрышных пород // РСН 319-81, Госстрой УССР.
8. Антоненко Л.К., Зотеев В.Г., Коваленко А.И. Основы проектирования, строительства и эксплуатации хвостохранилищ большой вместимости// Горный журнал. - 1990. - № 11 - С. 44.
9. Колишевский В.Н. Возведение ограждающих сооружений хвостохранилищ в процессе отва-лообразования// Горный журнал. - 1993. - № 4 - С. 38.
10. Инструкция по гидрогеологическому и инженерно-геологическому обеспечению предприятий по добыче полезных ископаемых, согласована с Госгортехнадзором, 1986.
Бабец А.М. - кандидат технических наук, зам. Генерального директора по научной работе, НИИКМА.
Дергилев М.А. - кандидат технических наук, зав. Лабораторией инженерно-геологических и открытых горных работ. Копылов В.Л. - ведущий научный сотрудник, НИИКМА.
Красовская Ю.В. - инженер, НИИКМА.
1-я — нечетная!!!
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
БАБЕЦ_1
в:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 С:\и5еге\Таня\АррВа1а\Коаті^\Місго50й\ШаблоньіШогта1Ло1т УДК 622
Alexandre Katalov
28.04.2003 9:17:00 9
08.11.2008 0:16:00
Таня
54 мин.
08.11.2008 1:02:00
7
2 907 (прибл.)
16 570 (прибл.)
