Результаты экспериментальных работ по второму этапу заполнения опытных камер текущими хвостами обогащения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

2000"

СЕМИНАР 18

ДОКЛАД : НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ і ГОРНЯКА -

Т

МОСКВА, М! ТУ, 31 января - 4 февраля 2000 года

^ В.Н. Ельников, С.Г. Лейзерович,

А.Х. Усков, 2000

УДК 581.272.4

В.Н. Ельников, С.Г. Лейзерович, А.Х. Усков

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАБОТ ПО; ВТОРОМУ ЭТАПУ ЗАПОЛНЕНИЯ ОПЫТНЫХ | КАМЕР ТЕКУЩИ МИ'ХВОСТАМ И ОБОГАЩЕН ИЯ'.......................

камерами и восстающим в начале наполнения (на рис. 1 не показано). Наличие небольшого слоя хвостов и оставшейся в камерах отбитой руды способствовали хорошей

гидравлической связи всех выработок. По мере нарастания слоя хвостов в закладываемых камерах взаимосвязь восстающего и камер, как видно из рис. 1, неуклонно снижалась, а после достижения хвостами отметки -96 м практически исчезает. С этого момента в восстающем наблюдаются небольшие колебания уровня, не превышающие + 0.5 м, обусловленные естественной фильтрацией воды через толщу уложенных хвостов. Некоторое увеличение уровня в восстающем (на 1.0 м) связано со сбросом пульпы в восстающий из трубопровода гор.-71 м при переключении ее потока из камеры в камеру.

Контроль уровней наполнения камер осуществлялся также по показаниям манометров,

установленных на водоизолирующих перемычках №№1, 2, 3 гор.-125 м. Максимальное давление,

ехническая и экономическая целесообразность заполнения

выработанного пространства на шахте им. Губкина, сущность технического решения, результаты лабораторных исследований и первой части экспериментов изложены в материалах «Недели горняка» за 1998-99 гг.

Этап II (заполнение хвостами непосредственно объемов опытных камер 14/9 и 14/10 шахты им. Губкина) в соответствии с разработанным технологическим регламентом на проведение опытных работ начат в октябре 1998 г. Наполнение камер хвостами производилось до абсолютной отметки (-90+1.0 м), пульпой до -84 м с последующим сливом осветленной воды и осушением уложенного массива. При этом камеры были заполнены твердым материалом на половину высоты и третью часть их объема.

В период экспериментальных работ велись наблюдения за уровнем пульпы и хвостов в обеих камерах и восстающем методом непосредственных замеров из выработок вентиляционного

горизонта. В первоначальный период заполнения камер уровни пульпы (воды) в восстающем изменялись пропорционально

уровням в камерах, что свидетельствует о тесной гидравлической связи между

Рис. 1. Динамика заполнения камер пульпой и хвостами

зафиксированное по манометрам при разных уровнях наполнения камер пульпой не превышало истинного гидростатического столба и изменялось по перемычкам 1, 2, 3 соответственно в диапазонах 0.280.36 Мпа; 0.19-0.25 Мпа; 0.22-0.28 Мпа.

Проектом на заполнение опытных камер текущими хвостами обогащения при подаче пульпы не предусматривался сброс осветленной воды на промежуточных стадиях формирования массива хвостов, начиная от перемычек, хотя это предлагалось неоднократно.

Учитывая невысокую интенсивность заполнения камер твердыми хвостами (0.5-0.9 м/в неделю по высоте камеры), водоизолирующие

перемычки №№1, 2, 3 гор.-125 м должны испытывать максимальные нагрузки в течении длительного периода времени. С целью сокращения времени нахождения перемычек под максимальными нагрузками (примерно в 2 раза), в проект были введены

корректировочные решения. Было рекомендовано и реализовано бурение в каждую из камер на середину их высоты (абс. отм.-90+5.0 м) водосбросных скважин. Выбор диаметра скважин (100 мм) -обусловлен

наличием имеющегося бурового оборудования (НКР-100М).

Скважины были оснащены запорной арматурой и оборудованы манометрами для определения величины гидростатического

давления. Производительность

сбрасываемой осветленной воды из каждой скважины составляла за исследуемый период 40-80 м3/ч, что обеспечивало эффективный сброс

воды, осветленной между пусками и при подаче пульпы в смежную камеру. Содержание твердого в воде не превышало 0.5 г/л.

Для уточнения режимов работы водоизолирующих перемычек была введена предельная отметка наполнения камер пульпой -84.0 м. Поэтому, при экспериментальных пусках этапа II превышение заполнения пульпой над сбросными скважинами составляло 6-8 м.:

Этими перепадами определялись пределы наполнения и соответственно длительность подачи и объемы пульпы во время пусков до достижения осевшими хвостами уровня устья скважин. Наращивание уровня твердого в камерах производилось поочередно с небольшим опережением соседней камеры, что обеспечивало равномерность давления на межкамерный целик со стороны формируемых массивов твердых хвостов.

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 заполнения не наблюдается.

Для определения наклона поверхности осевших твердых хвостов при подаче пульпы в камеры, уровень уложенных твердых хвостов фиксировался с двух точек по периметру. За время наблюдений сформировавшийся под водой уклон по

1 О

твердому изменялся в пределах 1-3 , что подтвердило результаты моделирования в лабораторных условиях.

После достижения

осевшими хвостами отметок устьев водосбросных скважин пуски были остановлены произведен сброс осветленной воды и начато осушение формирующегося массива. Гравитационная вода

удалялась из массива хвостов через дренажные коллекторы перемычек.

Формирование массива,

Рис. 2. Пьезометрические поверхности в камере

(одномоментная съемка

каждого ряда)

т.е. его усадка при дренаже продолжались несколько месяцев. Поверхность хвостов через некоторое время была осушена настолько, что не удавалось отобрать пробу обычным способом, а затем на поверхности появилась типичная мульда

проседания при выпуске хвостов снизу.

В период осушения камер

отслеживался уровень несвязанной гравитационной воды в массиве уложенных хвостов. После

освобождения от воды поверхности хвостов в камерах замеры производились по уровню воды в восстающем и по показаниям манометров, установленных на перемычках (рис. 2). Общее понижение уровня в восстающем за этот период составило 19,5 м. Отставание понижения уровня в

восстающем по отношению к уровню у перемычек объясняется

замедленной фильтрацией воды через уплотненные хвосты в днище восстающего. Измерение уровня воды над дренажными площадками

трубкой-пьезометром в конечный

момент осушения показало, что в днище камер остался слой воды 0,25 м, т.е. гравитационная вода удалена из массива хвостов высотой 29 м.

В период осушения с целью определения возможных путей движения воды в уложенных хвостах от поверхности до дренажных устройств, проведены эксперименты с применением аммиачной селитры как индикатора. В восстающем с гор.-71 м было растворено 50 кг аммиачной селитры, а из дренажных коллекторов

в течении месяца отбирались пробы на наличие в воде нитратов. В результате экспериментов

установлено, что концентрация нитросоединений в сбрасываемой, профильтрованной воде изменялась от 5 до 7 мг/л при уменьшении концентрации в восстающем с 200 до 35 мг/л. Повышение концентраций происходило одновременно и равномерно на всех трех перемычках, что говорит об отсутствии «короткой связи» (протоков) между восстающим и какой-либо из перемычек.

Дренажные коллекторы в период осушения работали неоднородно. Так дренаж Пер 1 функционировал с производительностью 0,4-0,13 м3/ч, Пер 2-0,6-0,15 м3/ч, Пер 3-0,2-0,05 м3/ч. Общее уменьшение производительности обусловлено снижением уровня гравитационной воды, т.е. понижением давления.

Из-за неудовлетворительной работы дренажного коллектора Пер 3 зафиксировано увеличение влажности твердых хвостов, отобранных из-за перемычки, до 30 %. Такое

увеличение влажности (до величины, большей полной влагоемкости хвостов), привело к разжижению уложенного материала за

перемычкой, что подтверждено контрольными выпусками хвостов из сливного отверстия №1 Пер 3.

Схема перехода

консолидированных твердых хвостов к подвижному состоянию возможно реализуется при наличии следующих факторов:

• постоянное снижение общего давления на уложенные хвосты из-за уменьшения до нуля пригруза воды над хвостами, и уменьшения величины объемной массы верхних слоев сформированного массива в связи со снижением уровня гравитационной воды в нем;

• повышение влажности нижних слоев уложенных хвостов до

величины полной влагоемкости и выше из-за разуплотнения,

обусловленного уменьшением

пригрузки;

• интенсивное искусственное

разуплотнение массива хвостов за счет выпуска значительных объемов подвижной массы через сливные отверстия с образованием при этом внутри массива зон разгрузки,

которые заполняются

устремляющейся туда

гравитационной водой. Возможно, этому так же способствует выход растворенного в воде воздуха в зону разгрузки в связи со снижением давления в воде.

Первоначальная степень

консолидации хвостов достигается с течением некоторого времени, по мере нарастания давления на

уложенные хвосты в камерах при их дальнейшем наполнении, при условии устойчивой работы дренажных устройств.

Нормальная работа дренажа способствует снижению давления на

перемычки. Это было

подтверждено наличием перепада давления между манометрами, установленными на закрытом сливе в перемычке и на работающем дренаже (до 0.02-0.1

МПа). Изменению нагрузок на перемычки также способствует изменение сцепления в материале под влиянием снижения влажности по мере осушения и роста вертикального давления на хвосты при наполнении камер. На рис.3 приведены результаты этих экспериментов. По мере

заполнения камер и

последующего дренажа

сцепление в хвостах может возрасти в 5 раз.

Равномерная работа

дренажного коллектора

перемычки №2 с достаточно высокой производительностью позволила снизить влажность уложенных за перемычкой хвостов до 21-22 %. При этом, было обнаружено явление вакуумирования воздуха внутрь массива при открытом сливном отверстии. Уменьшение

разрежения вакуума происходило при насыщении массива воздухом в течении 2-х часов с максимально зафиксированной

величины 9* 103 Па до нуля. Характер насыщения массива хвостов воздухом (снижение величины вакуума) за исследуемый период приведено на рис. 4. Явление вакуумирования подтвердило факт отсутствия свободной воды в поровом пространстве сформированного

массива твердых хвостов. Период насыщения составил 1 месяц.

В целом выполненный этап работ Рис. 3. Изменение сцепления хвостов от влажности при различном уплотнении

Рис. 4. Характер насыщения массива хвостов воздухом

показал, что за технологически приемлемое время вода в камере осветляется, хвосты 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.

Проведенные исследования при наполнении камер пульпой с последующим осушением

сформированного массива

позволили при снятом давлении на

запорную арматуру провести цикл ревизионных и вспомогательных работ, а также спрогнозировать конкретные технологические

параметры для составления регламента заполнения верхней половины камер. В настоящее

время II этап экспериментальных работ по заполнению текущими хвостами обогащения опытных камер 14/9 и14/10 шахты им.

Г убкина комбината «КМАруда» продолжается.

Г

Ельников В.Н. — технический директор, ОАО «Комбинат КМАруда»..

Лейзерович С.Г. — зав. лабораторией технологии подземных горных работ, ОАО «НИИКМА им. Л.Д. Шевякова».

Усков А.Х. — ст. научный сотрудник, кандидат технических наук, ОАО «НИИКМА им. Л.Д. Шевякова»

г

ВНУКУ АНТОШЕ

В день принятия военной присяги

29.08.99 г.

Сегодня принял внук присягу На верность Родине своей:

«Не отступать назад ни шагу И кровь отдать до капли ей».

Пошел на службу наш Антоша На смену дедам и отцу.

Хоть и не легкой будет ноша,

Но и сдаваться - не к лицу.

Коль скоро победил внучок Себя, свои сомненья,

На них надел он «колпачок»,

Отбросив все «томленья».

Пред нами воин, гражданин Страны своей великой,

Страж гор, лесов, полей, равнин, Не безымянных, не безликих.

Антоша - ты герой! Антоша - ты боец!