CC BY
97
700
600
БОО
-& 400
*г. -. О 300
£ гг
0 — 1 і 200
° £ гт\ £ 100
ае О 0
Ct -100
-200
Производительность кдрьера-подземного рудника, млн т в год Рис. 3. Зависимость изменения дисюнтированного экономического эффекта от производительности карьера - подземного рудника
3.
Использование преимуществ карьерного комбинированного транспорта... Гавришев С.Е., Бурмистров К.В., Кидяев ЕА.
эффект при производительности карьера -подземного рудника более 2 млн т в год.
Срок окупаемости капитальных вложений составляет от 2 до 11 лет при производительности карьера - подземного рудника соответственно 7 и 2 млнт в год
В ходе проведенных исследований по определению экономической эффективности строительства конвейерного подъемника при доработке карьера, для использования его при вывозе горной массы из карьера, а затем руды с подземного рудника, были получены следующие результаты:
1. Строительство конвейерного подъемника для транспортирования вскрышных пород на этапе доработки карьера позволяет получить экономический эффект в карьере, а на подземном руднике его дальнейшее использование эффек-тивно при отношении производительности подземного рудника к производительности карьера более 0,3.
При отношении Оп/Ок<0,3 затраты на вывоз горной массы с подземного рудника с использованием автомобильно-конвейерного транспорта становятся выше затрат на автомобильный транспорт и его использование является неэффективным.
2. Строительство конвейерного подъемника для транспортирования руды при отношении Оп/Ок=1 при доработке карьера целесообразно при производительности карьера - подземного рудника более 2 млнт в год, что позволяет получить более 23 млн руб. дисконтированного экономического эффекта за 20 лет использования автомобильно-конвейерного транспорта.
Таким образом, используя преимущества карьерного комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта, можно значительно повысить эффективность отработки не только карьера, но и всего месторождения в целом.
Список литературы
Ивашов Н.А. Обоснование способа вскрытия запасов за предельным контуром карьера // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2007. № 1. С. 9-13.
Пособие по определению укрупненных технико-экономических показателей стоимости строительства для сравнения вариантов и выбора видов промышленного транспорта (к СНиП 2.05.07-85).
Юматов Б.П., Бунин Ж.В. Строительство и реконструкция рудных карьеров. Изд. 2, перераб. и доп. М.: Недра, 1978. 231 с. Трубецкой К.Н., Краснянский Г.Л., Хронин В.В. Проектирование карьеров: учебник для вузов: в 2 т. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. Т. I. 519 с.: ил. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рациональных предложений // Экономическая газета. 1977. № 10.
Васильев М.В. Комбинированный транспорт на карьерах. М.: Недра, 1975. 360 с.
Bibliography
Ivashov N.A. Feasibility study of the opening method of stocks behind a limiting contour of an open-cast mine. The bulletin of MSTU named after G. I. Nosov. 2007. № 1. P. 9-13.
The manual for definition of the integrated technical and economic cost indexes of building for comparison ofvariants and a choice of kinds of industrial transport (to SNiP 2.05.07-85).
Jumatov B.P., Bunin ZH.V. Building and reconstruction of ore opencast mines. 2 edit, revised and add., М.: Nedra, 1978. 231 p. Trubetsky K.N, Krasnjansky G.L, Hronin V.V. Designing of opencasts: Textbook for high schools: In 2 vol. 2 edit, revised and add. М.: Publishing house of Academy of mining sciences, 2001. I. 519 p.: fig.
A technique (substantive provisions) of definition of economic efficiency of use in a national economy of new techniques, inventions and innovation proposals // Economic newspaper. 1977. № 10.
Vasiliev M.V. Combined transport in the quarries. M.: Nedra, 1975. 360 p.
УДК 622.271:622.17
Мельников И. Т., Суров А И., Шелковникова А А
ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРУДКОВОЙ ЗОНЫ ХВОСТОХРАНИЛИЩА ОАО «ВАНАДИЙ» (КАЧКАНАРСКИЙ ГОК)
Для складирования отходов обогатительных фабрик (ОФ) на Качканарском горно-обогатительном комбинате (ОАО «Ванадий») организовано хвостовое хозяйство, включающее системы гидротранспорта и
оборотного водоснабжения, хвостохранилища с комплексом дренажей, водозаборных устройств и контрольно-измерительной аппаратуры. При обогащении руд цветных металлов с применением флотореагентов
требуется более мелкий помол, и выход класса -0,074 мм превышает 90-95%, а отходы обогатительного производства складируются, как правило, в наливных хвостохранилищах. Применение сухой или мокрой магнитной сепарации при обогащении желез -ных руд обусловливает выход класса - 0,074 мм не более 30-60% и возможность строительства намывных хвостохранилищ для размещения хвостов. В условиях КачГОКа в прудке-отстойнике ежегодно накапливается около 14,0-15,0 млнт пылеватых хвостов. График гранулометрического состава хвостов ОФ Качканарского ГОКа показан на рис. 1.
При намыве хвостохранилищ из наиболее крупных фракций формируется надводный пляж, образуя упорную призму, а более мелкие частицы уносятся потоком в прудок-отстойник. Осаждение пылеватых частиц приводит к осветлению оборотной воды и формированию отложений прудковой зоны. Исследование свойств отложений по глубине и длине прудковой зоны производилось в полевых условиях на хво-стохранилище Качканарского горно-обогатительного комбината (ГОКа) и в лабораториях ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО (г. Москва) и МГТУ (г. Магнитогорск) по стандартным методикам.
Площадь прудка-отстойника - 30-35% от общей площади хвостохранилища, которая составляет около 5,0 км2. Отбор проб осуществлялся по 3 створам (А, В, С) и расстояние между точками отбор проб в каждом створе - 50-70 м согласно рис. 2. Разбивка створов производилась с помощью шнура длиной 50 м, лодки и катамарана. Индикация мест отбора проб в прудке-отстойнике выполнялась с помощью деревянных или пенопластовых буйков. Для определения количества твердых осадков в осветляемой воде, суспензии и материале текучей консистенции производится отбор по глубине через 0,5 мс помощью батометра. Результаты определения количества твердого в единице объема материала прудковой зоны приведены в таблице.
Плотность материала прудковой зоны, находящегося во взвешенном состоянии, определяется по формуле
V =
• сусп
1 + Я _ут(1 + Я)
1 + Я 1 + ут Я
(1)
0.001 0.01 0.1 1.0
Крупность, мм Рис. 1. Гранулометрический состав хвостов:
1 - исходные хвосты ОФ; 2, 3, 4 - донных отложений прудковой зоны: на расстоянии 100-350 м, 350-500 и более 500 м от уреза воды
где Я=Ж:Т - весовая консистенция (вес воды, содержащей 1 т твердого), т/т, ут - 3,15 т/м3 - средневзвешенная плотность минералов частиц хвостов.
Началом донных отложений считалось появление структурной прочности хвостов, т.е. при переходе их в текучую консистенцию. При исследовании использовался метод статического зондирования с применением металлического шара-пенетрометра диаметром 15 см и весом 15 кг, размеры и вес которого взяты по аналогии с применявшимися при зондировании намывной плотины Форт-Пек в США [1]. Исследованиями ряда авторов [2-5] установлено, что шар-пенетрометр «зависает» при переходе суспензии в грунт текучей консистенции, имеющий сдвиговую прочность 0,001-0,002 МПа, Ж=80-95%. Переход от суспензий к грунту текучей консистенции происходит при усквзв=0,60-0,65 т/м3, а к текучепластичному при Уск.взв=0,80-0,90 т/м3.
В суспензиях и отложениях текучей кокжтенции частицы хвостов находятся в состоянии взвеси. Исходя из этого вводится понятие - определение «плотности скелета взвеси», которая определяется по формуле
Гс
(Гсусп. - 1) -Гг
Ут - 1
(2)
где Г суси = -
Га
относительная плотность суспен-
зии ("тяжелой жидкости"); ут, у0 - плотность минеральной части хвостов и воды, т/м3.
На расстоянии до 350-400 м от уреза воды мощность слоя суспензии практически равна нулю. Эю означает, что поверхность донных отложений сложена довольно плотными пылеватыми породами и супесями намывными. По мере удаления от уреза воды мощность слоя суспензии возрастает и на расстоянии больше 500 м от уреза воды составляет 1,5-2,0 м и более (см. рис. 1).
Выполненные натурные и лабораторные исследования показывают, что переход донных отложений в текучую консистенцию происходит при плотности взвеси усквзв=0,55-0,60 т/м . Высота слоя осажденных частиц текучей консистенции также возрастает по
Изменение плотности взвеси материала прудковой зоны с глубиной
Г лубина прудковой зоны от поверхности воды И, м Плотность материала прудковой зоны по трём створам
А В С
Усусп R Усусп R Усусп R
0,5 1,00015 4732 1,00014 5000 1,00015 4545
1,5 1,00020 3448 1,00014 5000 1,00014 5000
2,5 1,00015 4546 1,00020 3333 1,00020 3703
3,5 1,00013 5263 1,00014 5000 1,00020 3125
4,5 1,00039 1754 1,00046 1493 1,00054 1351
5,5 1,034 19,5 1,047 14,3 1,045 14,9
6,5 1,239 1,96 1,275 2,16 1,305 1,92
7,5 - - 1,476 1,118 1,402 1,38
мере удаления от уреза воды и, как правило, не превышает 2,0-2,5 м. При усквзв=1,1-1,2 т/м3 осадок переходит в текучепластичную и с глубиной в мягкопластичную консистенцию при Уок.взв=1,6-1,7 т/м3.
Отбор проб отложений прудковой зоны производился с предварительно заякоренного катамарана пробоотборником конструкции И.С. Федорова [6]. По каждому из трех створов в каждой точке стояния образцы отложений прудковой зоны отбирались с шагом 1 мпо глубине. Максимально возможная глубина извлекаемых образцов отложений в прудковой зоне составляла 7-8 м и ограничивалась техническими возможностями и увеличением плотности материала прудковой зоны с глубиной.
У образцов ненарушенной структуры, отобранных по высоте слоя структурных отложений прудковой зоны, определялись значения плотности ут и плотности минеральных частиц ут, величина влажности и гранулометрический состав по стандартным методикам и ГОСТ 25584-90.
Допуская, что коэффициент водонасыщения хвостовых отложений прудковой зоны равен или близок к единице (О = 1,0), остальные основные показатели рассчитывались по известным формулам:
Гек =
1 + 0,01 • ю
; Хкзв Ус
Ус,
Ут
-у»;
п = ■
Ут -Ус,
(3)
є =
п
Ут
1 - п
После высушивания и взвешивания определялся гранулометрический состав отобранных образцов. Обработка полученных результатов исследований показы-
вает, что средневзвешенный диаметр хвостовых отложений уменьшается по мере удаления от уреза воды -границы между пляжной и прудковой зонами. В зависимости от зернового состава названия разновидностей хвостов согласованы с принятыми для песчаных грунтов в ГОСТ 25100-95. Для отдельных проб содержание пылеватых и глинистых частиц, то есть частиц размером менее 0,05 мм, суммарно достигает 90%, что приводит к проявлению пластических свойств. По ГОСТ 25100-95 донные отложения можнэ классифицировать как пески антропогенного образования. Гранулометрический состав донных отложение прудковой зоны показан на рис. 1 (кривые 2, 3, 4).
Обобщая результаты выполненных исследований, можно констатировать следующее:
- на расстоянии 100-350 м от уреза воды донные отложения в основном представлены пылеватыми хвостами, средневзвешенный диаметр которых составляет ^ср = 0,04-0,124 мм (класс 0,15-0,05). Пористость донных отложений на поверхности п = 52,4-54,2%, а на глубине 2-3 м уже уменьшается до п = 45,0-48,1%. Отбор проб на большей глубине не представлялся возможным из-за высокой плотности донных отложений (Уск > 1,75 т/м3);
- на расстоянии 350-500 м от уреза воды донные отложения представлены в основном частицами, средневзвешенный диаметр которых равняется й?ф = 0,020,035 мм (класс 0,05-0,02). Пористость донных отложений на границе структурных образований не превышает п = 61,8-65,7%, а на глубине 3 м уменьшается до 48,753,7%. Для этих донных отложений содержание пылеватых частиц диаметром менее 0,05 мм составляет около 90%, а диаметром менее 0,02 мм - в пределах 10-20%;
III IV V VI VII • X о - точки отбора проб
Рис. 2. Схема отбора проб на хвостохранилище Качканарского ГОКа (Рогалевский отсек)
- на расстоянии более 500 м от границы между пляжной и прудковой зонами донные отложения прудковой зоны представлены частицами, средневзвешенный диаметр которых равняется й?ф = 0,011-0,0152 мм (класс 0,02-0,01). На поверхности структурных образований пористость колеблется от 66,1 до 73,6%, а плотность скелета 0,326-1,01 т/м3. Содержание частиц крупностью менее 0,05 мм составляет, как правило, 95-98%, менее
0,02 мм колеблется от 20 до 30%.
Изменение плотности скелета донных отложений с глубиной показано на рис. 3. На глубине 3 м пылеватые хвостовые отложения, супеси и суглинки намывные имеют интервал изменения плотности скелета соответ-
прудковой зоны в зависимости от глубины их залегания:
1 - пылеватые породы (класс 0,15-0,05); 2 - частицы класса
0,05-0,02; 3 - частицы класса 0,02-0,01
К .х10"4
ственно равный 1,65-1,74, 1,46-1,58, 1,26-1,33 т/м3. На глубине 7 м плотность скелета суглинков намыв -ных - 1,55-1,62 т/м3. Таким образом, плотность донных отложений различной крупности с глубиной возрастает, что объясняется с точки зрения теории фильтрационной консолидации. Согласно данной теории процесс уплотнения грунтов под действием собственного веса, находящихся под водой, протекает тем медленнее, чем меньше коэффициент фильтрации.
Фильтрационно-компрессионные испытания отложений прудковой зоны производились на приборе (ГОСТ 25584-90), который позволял определять коэффициенты фильтрации хвостовых отложений при различных значениях эффективных сжимающих нагрузок. Как правило, определение фильтрационных свойств отложений прудковой зоны в полевых условиях сопряжено с рядом трудностей. Поэтому для получения рас -четных характеристик было принято моделирование структуры образцов в лабораторных условиях согласно методике, разработанной во ВНИИ ВОДГЕО.
Из хвостовых отложений готовились пасты с влажностью, соответствующей пределу текучести. Тщательным перемешиванием из пасты удалялись пузырьки воздуха и затем производилась загрузка прибора. Определение коэффициентов фильтрации производилось при нагрузках 0; 0,025 ; 0,050; 0,1; 0,3;
0,7 МПа после полной стабилизации деформации.
Результаты исследований представлены на рис. 4, анализ которого показывает, что происходит значительное уменьшение коэффициента фильтрации в интервале сжимающих нагрузок 0-0,5 МПа. Как установлено при полевых исследованиях, донные отложения находятся в текучепластичной консистенции при уск > 1,6-1,7 т/м3, что соответствует величине сжимающих нагрузок 0,2-0,6 МПа. В данном интервале нагрузок коэффициент фильтрации пылеватых хвостов частицы
до 8-10-5см/с, час-
до 5-10 см/с и части-
СМ
сек
1 Г
щ щ 'Щ
щ
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 ат
Рис. 4. Изменение коэффициента фильтрации хвостовых отложений прудковой зоны при различных значениях эффективных нагрузок:
1 - пылеватые хвосты (класс 0,15-0,05); 2 - частицы класса 0,05-0,02;
3 - частицы класса 0,02-0,01
(класс 0,05-0,15) изменяется от 2-10 тицы класса 0,02-0,05 - от 8-10-5, цы класса 0,01-0,02 - от 3-10-6 до 1Т0-7см/с и менее 1 • 10-7 см/с из водозаборных сооружений.
По результатам выполненных исследований можно сделать следующие важные выводы:
1. Донные отложения неоднородны по своему составу, их средневзвешенный диаметр и коэффициент фильтрации уменьшаются по мере удаления от уреза воды по направлению к водозаборному сооружению и с глубиной вследствии гравитационной консолидации.
2. Донные отложения прудков -отстойников могут использоваться для создания противофильтрацион-ных экранов при формировании отвалов вскрышных пород, шлаков металлургического производства,
золоотвалов на поверхности земли и в отработанных пространствах карьеров для защиты подземных вод от загрязнения, так как их коэффициент фильтрации находится в пределах от
4
3
2
1 • 10-5 до 5 • 10-7 см/с (8,6 • 10-3-4,3 • 10-4 м/сут).
3. Удельная поверхность пылеватых хвостов по сравнению с исходным сырьём увеличена в 105-106 раз и с момента процесса измельчения до складирования в хвостохранилище они не вступают в соприкосновение с кислородом воздуха. Поэтому при высушивании, имея высокую поверхностную химическую активность, и соприкосновении с воздухом тонкодисперсные хвосты донных отложений затвердевают и могут быть использованы в качестве слабовяжущего материала. Способностью образовывать цементный камень обладают и донные отложения хвостохранилищ Соколовско-Сар-байского и Лисаковского ГОКов. Поэтому необходимы более детальные исследования минералогического состава мелкодисперсных хвостов для их широкого применения в цементной промышленности.
4. Использование донных отложений позволяет увеличивать вместимость хвостохранилищ и снижает угрозу возникновения селевых потоков в случае прорыва ограждающих дамб.
5. Донные отложения прудковой зоны являются бесконечным экраном зоны питания фильтрационного потока в теле дамб намывных хвостохранилищ и оказывают существенное влияние на режим фильтрации: высотное положение кривой депрессии, высоту выса-чивания фильтрационного потока на внешний откос и удельные расходы фильтрации через тело дамб. Учёт влияния донных отложений на фильтрационный режим хвостохранилищ позволяет увеличить вместимость эксплуатируемых гидротехнических сооружений на 15-20%.
Список литературы
1. Шульц Л.В. и др. Физико-механических свойства грунтов хвостохранилищ // Труды ЛПИ. Л., 1974. № 338. С. 93-95.
2. Абегян ЦХ., Трунков Г.Т., Элоян Л.А. Исследование характеристик грунтов прудковой зоны хвосгохранилища // Рациональное использование природных ресуроов и охрана окружающей среды. Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1977. С. 107-113.
3. Горелик Л.Ш., Чернявский В.А Лабораторные исследования прудковых отложений хвостохранилищ // Проектирование, строительство и эксплуатация хвостохранилищ обогатительных фабрик. Белгород, 1978. С. 46-48.
4. Каминская В.И., Коновалов Л.П. Экспериментальные исследования физико-механических свойств грунтов прудковой зоны гидроотвала//Труды ВНИИГС. Л., 1973. Вып. 36. С. 96-101.
5. Чернявский В.А. Полевые исследования хвостохранилищ и шламоотвалов // Проектирование, строительство и эксплуатация хвостохранилищ обогатительных фабрик. Белгород, 1978. С. 199-200.
6. Федоров И.С., Добровинская О.Х. Свойства и расчетные характеристики намытых хвостов рудообогатительных фабрик. М.: Недра, 1970. 151 с.
Bibliography
1. Shults L.V. and others. Ground Physical-mechanical properties of tail-ponds // Studies of LPI. L., 1974. № 338. P. 93-95.
2. Abegyan C.H., Trunkov G.T., Eloyan L.A Pond-zone tail-storing ground properties investigations. // Rational using of natural resources and environmental protection. L.: LPI named after M.I. Kalinin, 1977. P. 107-113.
3. Gorelik L.Sh., Chernyavskyi V.A. Laboratory investigations of tail-storing pond deposits // Projecting, building and exploitation Concentrate factory tail-storing. Belgorod, 1978. P. 46-48.
4. Kamiskaya V.I., Konovalov L.P. Pond-zone hydraulic dump physical-mechanical ground properties experimental investigations // Studies of VNIIGS. L., 1973. Edition 36. P. 96-101.
5. Chernyavskyi V.A Field investigations of tail-storing and slime dumps // Projecting, building and exploitation of concentrate factory tail-storing. Belgorod, 1978. P. 199-200.
6. Fedorov I.S., Dobrovinskaya O.H. Concentrating ore factories draining packed tails properties and rated characteristics. M.: Nedra, 1970. 151 p.
УДК 622.27
Паук Л.Г., Джиоева AK.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ОТБОЙКИ
В отечественной и зарубежной практике применения одностадийных систем разработки отбойка руды ведется минными зарядами и глубокими скважинами диаметром от 50 до 150 мм.
Отбойка минными зарядами при отработке рудных тел была заменена скважинной в силу присущих ей недостатков, главными из которых являются: большой объем нарезных выработок и неравномерное дробление отбиваемого массива.
Наиболее распространенным и эффективным является способ отбойки руды глубокими скважинами различного диаметра, что объясняется имеющимся буровым оборудованием и горно-геологическими особенностями отрабатываемых залежей. Так, например, на руднике «Заполярный», где наблюдается значительное
горное давление, может быть применено только малогабаритное буровое оборудование, требующее для ус -тановки выработок небольшого сечения. Диаметры скважин 72 и 105 мм оказались для рудника «Заполярный» наиболее эффективными.
На руднике им. XXII съезда КПСС для эффективного использования комплекса вибромеханизмов и получения выхода негабарита не более 10% в блоке 13 горизонта VII применяли отбойку скважинами диаметром 70 мм и отказались от неё только из-за плохого качества буровых станков БУ-70 [65].
На рудниках Швеции отбойка руды в зажатой среде при системе подэтажного обрушения ведется скважинами диаметром 55-60 мм.
Применение скважин большого диаметра (100-
