Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Железосодержащие хвостохранилища, источники их образования и особенности строения
1.1, Анализ источников образования промышленных отходов, характеристики и возможность вовлечения в разработку железосодержащих хвостохранилищ 11
1.2. Типы, закономерности формирования и особенности строения хвостохранилищ 20
1.3. Анализ состояния исследований по вовлечению в разработку железосодержащих техногенных месторождений 26
1.4. Выводы по главе 1 30
Глава 2. Анализ существующих технологий и влияние хвостохранилищ лебединского гока на окружающую среду
2.1. Анализ существующих технологий разработки железосодержащих хвостохранилищ 32
2.2. Анализ влияния железосодержащих хвостохранилищ на изменение физико-химических условий горных пород в их основании и на прилегающей территории Лебединского ГОКа 38
2.3. Выбор выемочно-погрузочного оборудования для разработки полусухих хвостохранилищ 45
2.4. Выводы по главе 2 52
Глава 3. Разработка эффективной технологии отработки действующих и не действующих хвостохранилищ
3.1. Определение физико-механических свойств железосодержащих хвостов Лебединского ГОКа 54
3.2. Исследование устойчивости откосов рабочих уступов экскаваторов и рабочих площадок хвостохранилищ Лебединского ГОКа 56
3.3. Создание способа разработки не действующих железосодержащих хвостохранилищ Лебединского ГОКа 64
3.4. Создание способа разработки действующих железосодержащих хвостохранилищ Лебединского ГОКа 71
3.5. Выводы по главе 3 80
Глава 4. Обоснование возможности вовлечения в повторную переработку железосодержащих хвостов
4.1. Производство отбора проб лежалых хвостов обогащения 82
4.2. Особенности вещественного состава лежалых хвостов обогащения 83
4.3. Результаты лабораторного обогащения лежалых хвостов Лебединского ГОКа с последующим окускованием железного концентрата 93
4.4. Влияние вещественного состава на показатели обогатимости 100
4.5. Выводы по главе 4 105
Глава 5 Технико-экономическая оценка технологии отработки железосодержащих хвостохранилищ
5.1. Общие сведения о технологии разработки техногенного месторождения. 106
5.2. Маркетинговые исследования 107
5.3. Технико-экономические показатели отработки железосодержащих хвостохранилищ 109
5.3.1. Формирование наклонных систем осадительных траншей 109
5.3.2. Расчет эксплуатационных затрат на разработку хвостохранилищ 112
5.4. Выводы по главе 5 106
Заключение 122
Список литературы
- Типы, закономерности формирования и особенности строения хвостохранилищ
- Анализ влияния железосодержащих хвостохранилищ на изменение физико-химических условий горных пород в их основании и на прилегающей территории Лебединского ГОКа
- Исследование устойчивости откосов рабочих уступов экскаваторов и рабочих площадок хвостохранилищ Лебединского ГОКа
- Особенности вещественного состава лежалых хвостов обогащения
Введение к работе
Актуальность работы. В современных условиях в связи с ростом потребления продукции минерально-сырьевого комплекса происходит истощение крупных запасов полезного ископаемого, ухудшается состояние окружающей среды и возникает настоятельная необходимость вовлечения в разработку техногенных месторождений.
Техногенные месторождения становятся все более важными источниками различных видов минерального сырья. Накопление отходов горно-металлургического производства в техногенных объектах осуществляется непрерывно. Так, только в хвостохранилищах горнодобывающих предприятий ГОКов КМА накопилось свыше 600 млн.т железосодержащих отходов, содержащих значительное количество железа и кремния. Суммарное содержание компонентов, накапливающихся за 20 - 30 лет на техногенных объектах сопоставимо, а иногда превышает их количество в ежегодно добываемых рудах. Это является еще и важным резервом для развития ресурсосбережения, охраны недр, рационального землепользования, экономической целесообразности и защиты окружающей среды.
В отношении отвалов твердых пород вскрыши ситуация в целом складывается обнадеживающе, имеются технологии и некоторый опыт их переработки. По-иному обстоит дело с разработкой обводненных хвостохранилищ обогатительных фабрик, характеризующихся куда более сложными условиями залегания и высокой степенью опасности для окружающей среды. При наличии схем дообогащения этих техногенных образований до сих пор не обоснованы эффективные способы их разработки.
Основным направлением диссертационной работы является научное обоснование двух безопасных и высокопроизводительных технологий разработки хвостохранилищ, позволяющих существенно повысить интенсивность ведения горных работ и разделить железосодержащие хвосты на кондиционные и некондиционные.
Вопросам освоения техногенных месторождений и рационального использования ресурсов посвящены исследования следующих ученых: М.И. Агошкова, С.С. Аршинова, Ж.В. Бунина, С.Е. Гавришева, С.А. Ильина, Ю.Е. Капутина, В.С. Коваленко,
И.П. Малярова, А.М. Михайлова, Н.В. Мельникова, Б.М. Никитина, К.Н. Трубецкого, В.Н. Уманца, С.И. Фомина, Г.А. Холоднякова, и др.
Работа выполнена в рамках двух Государственных контрактов № 02.740.11.0695 «Создание геомеханически и экологически безопасных малоотходных способов разработки месторождений открытым способом в сложных гидрогеологических условиях» и № 14.132.21.1819 «Обоснование и разработка технологии формирования железосодержащих хвостохранилищ в отвалах вскрышных пород с учетом дальнейшего вовлечения в разработку».
Цель работы. Разработка и обоснование параметров технологий открытой разработки железосодержащих техногенных месторождений на примере хвостохранилищ ГОКов КМА.
Идея работы. Обоснование технологии открытой разработки железосодержащих техногенных месторождений на примере хвостохранилищ ГОКов КМА должно осуществляться на основе установленных зависимостей параметров технологии от влажности, физико-механических свойств лежалых хвостов и их гранулометрического состава.
Основные задачи исследований:
-
Анализ техногенных образований, динамики объемов лежалых хвостов обогащения и методической базы по вовлечению их в разработку.
-
Разработка методики исследования устойчивости откосов уступов и рабочих площадок при ведении добычных работ на хвостохранилищах.
-
Разработка и обоснование технологических схем эксплуатации железосодержащих хвостов на площади хвостохранилищ.
-
Выбор выемочно-погрузочного оборудования для разработки хвостохранилищ.
-
Установление зависимостей влияния вещественного состава железосодержащих хвостохранилищ на показатели их обогатимости и качество получаемого при этом концентрата.
-
Экономическое обоснование целесообразности вовлечения в разработку железосодержащих хвостов обогащения.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный подход, включающий: анализ отечественной и зарубежной литературы; проведение в лабораторных условиях исследований свойств лежалых хвостов; математическое, трехмерное параметрическое моделирование и обработку результатов исследований на ЭВМ с использованием специализированных программных комплексов.
Научная новизна:
-
-
Установлены зависимости коэффициента запаса устойчивости поверхности хвостохранилища и безопасной высоты добычного забоя экскаватора от влажности железосодержащих хвостов.
-
Выявлены зависимости величины расстояния возможного движения железосодержащих хвостов от удельного веса и угла наклона системы осадительных траншей.
Основные защищаемые положения:
-
-
-
Для повышения устойчивости выемочно-погрузочного оборудования на поверхности полусухого хвостохранилища Лебединского ГОКа следует уменьшать влажность железосодержащих хвостов с 35 до 21% за счет разбивки их на выемочные заходки путем создания проветриваемых траншей, что обеспечивает безопасную высоту добычного забоя до 7 м.
-
С целью снижения разубоживания при разработке действующих хвостохранилищ Лебединского ГОКа целесообразно применять рекомендуемую технологию с использованием выемочно-погрузочного оборудования и наклонной системы осадительных траншей длиной не более 12 м и углом наклона до 11 град, которая обеспечивает выемку кондиционных железосодержащих хвостов и отличается меньшей энергозатратностью по добыче и количеством применяемого оборудования.
-
Железосодержащие хвостохранилища Лебединского ГОКа являются техногенными месторождениями с возможностью получения железорудного концентрата до 66%, целесообразность разработки которых определяется технологиями выемки хвостов, отличающимися меньшими затратами на их добычу.
Практическая значимость работы:
-
Разработана технологическая схема отработки полусухих железосодержащих техногенных месторождений, обеспечивающая уменьшение влажности хвостов и повышение устойчивости выемочно-погрузочного оборудования.
-
Предложена методика расчета безопасной высоты добычного забоя, представленного сложенными сыпучими материалами в обводненных условиях.
-
Разработан способ отработки действующих железосодержащих хвостохранилищ, позволяющий снизить разубоживание хвостов при их добыче.
-
Предложена принципиальная схема дообогащения железосодержащих хвостов с получением железорудного концентрата до 66%.
Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций обеспечивается: значительным объемом проанализированной и обобщенной исходной информации для аналитических исследований, значительным объемом экспериментальных исследований в натурных и лабораторных условиях, применением современных методов анализа и обработки экспериментальных данных, хорошей сходимостью расчетных данных с результатами лабораторных и натурных экспериментов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы освещались на: международном симпозиуме горняков (Фрайберг, Германия, 2012 г.), международной научно-практической конференции (София, Болгария, Горно-геологический университет «Св. Ивана Рилски», 2012 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2012 г.); международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Открытые горные работы в 21 веке» (Красноярск, 2011 г.); международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (Тула, 2011 г.); XII международной научно-практической конференции
«Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и
применение высоких технологий в промышленности» (Санкт- Петербург, 2011 г.); студенческой научной конференции (Польша, Краковская горно-металлургическая Академия (КГМА), 2010, 2011 г.).
Личный вклад автора. Анализ и обобщение существующего опыта разработки техногенных месторождений, создание и научное обоснование новой технологии, формулировка задач исследований, разработка методики и проведение лабораторных исследований, формулировка основных научных положений и выводов, разработка практических рекомендаций.
Публикации. Основные результаты исследований представлены в 21 опубликованной работе, из них 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 135 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 100 наименований, включает 60 рисунков и 29 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю профессору Г.А. Холоднякову, развитие идей которого, постоянное внимание и помощь способствовали успешному выполнению работы; сотрудникам кафедр Разработки месторождений полезных ископаемых и Обогащения полезных ископаемых за ценные советы и помощь в научной работе; зав. лабораторией физико- механических свойств и разрушения горных пород М.Д. Ильинову за содействие в проведении экспериментальных исследований.
Типы, закономерности формирования и особенности строения хвостохранилищ
Большинство хвостохранилищ проектировались на непригодных или неудобных для сельскохозяйственного использования землях: на поймах, на болотах, в балках, на обнаженных склонах и т.п. Как правило, на таких территориях требуются особые меры для подготовки основания. Хвосты системой напорного или безнапорного гидротранспорта в виде пульпы подаются в хвостохранилище (рисунок 1.9) [28].
Осветленная вода собирается в пруде-отстойнике на площади хвостохранилища, откуда она через водоприемные колодцы сбрасывается в естественные водоемы или подается на обогатительную фабрику в качествеоборотной. Хвосты мокрого обогащения - материал преимущественно тонкоизмельченный, сильно пылящий в сухом состоянии. Для предотвращения пыления в процессе формирования хвостохранилищ в них поддерживается уровень воды выше поверхности хвостов. Потеря воды на фильтрацию в этом случае нежелательна. В связи с этим упорные и ограждающие дамбы хвостохранилищ сооружаются обычно из водоупорного материала, которым служат глины и суглинки. Рисунок 1.9 - Схема основных элементов хвостохранилища 1 - первичная дамба обвалования; 2 - дамбы последующего обвалования, возводимые поярусно; 3 -упорная призма, состоящая из наиболее крупнозернистых фракций намываемого грунта; 4 - намывной пульповод на эстакаде; 5 - пляж; 6 - промежуточная зона; 7 - прудок-отстойник; 8 - водосбросный (водозаборный) колодец; 9 - ядро (центральная зона); 10 - водосбросная труба. Намыв гидроотвалов и хвостохранилищ чаще всего производится по схеме "от плотины к берегам" (рисунок 1.10), чтобы обеспечить осаждение наиболее крупных и тяжелых фракций у внешнего откоса дамбы [35]. Анализ изменчивости содержания металлов в техногенных месторождениях, представленных мелкодисперсной массой (хвостохранилища), показал, что благодаря гравитационной дифференциации твердой фазы в процессе заполнения хвостохранилища, а также в результате процессов окисления, выщелачивания, миграции некоторых компонентов происходит образование обособленных, достаточно крупных, обогащенных металлами участков пластообразной или линзообразной формы - техногенных залежей, как показано на рисунке 1.10. Рисунок 1.10 - Схемы намыва хвостов а - от плотины к берегам; б - от берегов к плотине; 1 - хвостохранилище; 2 - водосборные колодцы; 3 - плотина; 4 - магистральный трубопровод; 5 - обогатительная фабрика; 6 - водосбросная труба; 7 - выпуски гидросмеси; 8 - пруд-отстойник. Рисунок 1.11- Строение хвостохранилищ а - хвостохранилище овражного типа одностороннего замыва; б - хвостохранилище равнинного типа двухстороннего селективного замыва; 1 - откос оградительной дамбы; 2 - крупный тяжелый материал; 3 - менее крупный и более легкий материал; 4 - мелкий легкий материал; 5 - глинистый материал.
Эти участки приурочены к месту слива пульпы (пляжной зоне) и удобны для первоочередной разработки. Содержание полезного компонента обычно уменьшается с удалением от места слива пульпы к прудковои зоне. Некоторые разности хвостов в натуральном виде или после очистки от рудного материала могут отвечать кондициям на сырье для того или иного производства. Отсюда следует вывод о необходимости раздельного технологического опробования материала из таких зон, а при положительной технико-экономической оценке - их селективной выемки и переработки. Для этого породы, находящиеся в хвостохранилищах, подлежат специальному изучению. Попадая в хвостохранилище, они постепенно меняют свои свойства: теряют одни и приобретают другие. Утилизация горнопромышленных отходов из хвостохранилищ влечет за собой необходимость дополнительных материальных затрат, и иногда довольно значимых, связанных с реорганизацией основного производства [47]. К числу главных препятствий использования минерального сырья из хвостохрнаилищ, относят следующие: 1) Недостаточную изученность вещественного состава и технологических свойств руд, отходов обогащения для использования в качестве минерального сырья, балластного, закладочного материала и для других хозяйственных нужд. 2) Отсутствие достаточно эффективных экономических стимулов комплексного освоения месторождений и увеличения степени извлечения из добытого сырья ценных компонентов. 3) Отсутствие должного учета и контроля образования хвостохранилищ, использования находящихся в них продуктов. Интенсивное развитие в нашей стране горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности сопровождалось вовлечением в переработку относительно бедных железных руд и резким ростом количества отходов горного производства, размещаемых на земной поверхности. Таким образом, детальная изученность хвостов обогащения и создание ресурсосберегающих технологий, позволит значительно повысить качество получаемого минерального сырья, сократить земельный отвод и существенно оздоровить окружающую среду. Существующие железосодержащие хвостохранилища Южного Урала и КМА сложены хвостами обогащения железных руд. При устарелых технологиях обогащении железных руд, различных непредвиденных аварий, а также тонкие дисперсные включения золота и других попутных компонентов в железе обусловливают высокие потери этого металла в хвостах обогащения. Находящиеся в сростках с железом минералы кремния обусловливают насыщение хвостохранилищ этими металлами. Из этого следует, что железосодержащие хвостохранилища при определенных условиях можно рассматривать как техногенные месторождения по добыче железа с попутным извлечением кремния.
Анализ влияния железосодержащих хвостохранилищ на изменение физико-химических условий горных пород в их основании и на прилегающей территории Лебединского ГОКа
Длительная эксплуатация хвостохранилищ оказывает значительное влияние на геологическую среду, в том числе и на горные породы, залегающие в основании этих объектов, а также в зоне подтопления или подпора вне контура накопителя. Последнее обстоятельство вызвано тем, что подтопление сопровождается существенным изменением гидрохимических условий на значительной территории. Поскольку изменение свойств пород протекает в новых условиях техногенного гидродинамического и гидрохимического режима, прогноз преобразования горных пород во времени и пространстве должен быть увязан с динамикой процессов химизма подземных вод [15]. Механизм формирования нового техногенного гидрохимического режима внутри контура хвостохранилища в пространственно-временном аспекте можно схематически представить в виде отдельных циклов. В первом цикле происходит свободная фильтрация промышленных стоков в породы зоны аэрации в вертикальном направлении. Так, например, для условий хвостохранилища ОАО «ЛГОКа» (Лебединского горно-обогатительного комбината), учитывая первоначальный высокий уровень подземных вод, этот цикл был весьма кратковременен. Второй цикл можно рассматривать как фазу подпертой фильтрации, характеризующуюся процессом смешения промышленных стоков с подземными водами. В третьем цикле происходит собственно миграция загрязняющих компонентов в подземных водах зоны полного насыщения. В плане потока за контуром дренажных канав формируется фронт загрязнения [9].
Формирование определенной физико-химической обстановки происходит с разной степенью интенсивности внутри и вне контура хвостохранилищ. На хвостохранилищах ОАО «ЛГОКа» внутри их контура происходит быстрый подъем уровня подземных вод, сопровождающийся процессом смешения и образования единого водоносного комплекса, который условно может быть разделен на два водоносных горизонта. Верхний из них приурочен к техногенным породам - пескам, нижний - к озерно-ледниковым отложениям, водоупором для единого комплекса служат коренные отложения. Для химического состава промышленных стоков хвостохранилища ОАО "ЛГОКа" характерно содержание органических и неорганических компонентов. Основными загрязняющими веществами являются: органическое - дизельное топливо, состоящее из солярового масла и керосина, и неорганические - сера, цинк и др.
Деструкция органического вещества в промышленных стоках - достаточно сложный окислительно-восстановительный процесс, характер и динамика протекания которого зависит от ряда действующих химических и микробиологических факторов. Химическое окисление органических соединений зависит от количества поступающего в систему вода-порода свободного кислорода. Поскольку возможность поступления атмосферного кислорода на различных участках размещения хвостохранилищ и вертикально по разрезу неодинакова, то можно выделить ряд зон по интенсивности окислительно-восстановительных условий.
Интенсивное химическое окисление органических компонентов происходит в верхней зоне прудка хвостохранилища, зоне капиллярного насыщения и приповерхностной части водоносного горизонта, приуроченного к техногенным пескам, где сказывается влияние инфильтрации атмосферных осадков, обогащенных кислородом (рисунок 2.4).
Наиболее активно окисление нефтепродуктов происходит в прудковой зоне хвостохранилищ в летнее время в результате взаимодействия с атмосферным кислородом и инсоляции. Известно, что наибольшей сорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам, содержащимся в промышленных стоках, обладают сухие и маловлажные породы. По мере возрастания степени водонасыщения породы, в том числе и песчаной, будет происходить падение сорбционной активности по отношению к полярным компонентам нефтепродуктов.
Насыщенные водой техногенные отложения связывает только так называемое "остаточное" количество нефтепродуктов, в форме жидкой фазы. Это количество нефтепродуктов определяется величиной их растворимости в воде и сорбционной способностью водонасыщенных техногенных железосодержащих хвостов. Поскольку обе составляющие "остаточного количества" нефтепродуктов незначительны по сравнению с их содержанием в фильтрующихся через намывные хвосты техногенных водах, то избыток нефтепродуктов вытесняется в верхние слои породы, обладающей более низкой влажностью в зоне аэрации. Этот процесс происходит на фоне плотностной конвекции, к которой приводит различие в плотности нефтепродуктов и воды и плохая их смешиваемость. В результате этого происходит колебание уровня капиллярного поднятия, в зоне которого образуется полоса, содержащая максимальное количество нефтепродуктов. Такие полосы, обогащенные нефтепродуктами, наблюдаются в техногенных песках непосредственно над уровнем грунтовых вод, что фиксируется в процессе бурения по изменению цвета песка (он становится черного цвета), а также по специфическому запаху. Доступ атмосферного кислорода в эту зону затруднен в связи с существованием пленки нефтепродуктов в капиллярной части техногенного водоносного горизонта, а при отсутствии доступа кислорода воздуха и света химическое окисление нефтепродуктов практически не происходит. В связи с этим в нижней части разреза техногенных песков и озерно-ледниковых отложений основания хвостохранилищ формируется восстановительная зона.
Вне контура хвостохранилищ в зоне капиллярного поднятия водоносного горизонта озерно-ледниковых отложений, существует окислительная обстановка, поскольку в этой части разреза присутствует зона свободного водообмена (рисунок 2.4). Ниже уровня подземных вод, в связи с затрудненными условиями аэрации, окислительные условия сменяются на восстановительные (рисунок 2.4). Необходимо отметить, что мощность зоны аэрации зависит от рельефа местности и гранулометрического типа песчано-глинистых пород. Например, если в верхней части разреза озерно-ледниковых отложений залегают более глинистые разности, и этот участок находится на низких гипсометрических отметках, возможно заболачивание территории. Соответственно, уровень зоны, где отмечается восстановительная обстановка, поднимется. Таким образом, окислительной обстановкой в пределах контура характеризуются верхняя часть Прудковой зоны и аэрированная часть техногенных песков до уровня воды техногенного водоносного горизонта, восстановительные условия существуют во всей толще озерно-ледниковых отложений основания и в обводненной части техногенных песков.
Исследование устойчивости откосов рабочих уступов экскаваторов и рабочих площадок хвостохранилищ Лебединского ГОКа
Полусухие хвостохранилища, можно характеризовать как трудно разрабатываемые, потому что им присущи следующие особенности: слабое основание, сыпучесть железосодержащих отходов, неравномерность распределения содержания полезного компонента [99]. Нами решается задача по созданию способа разработки железосодержащих хвостохранилищ и обоснование места расположения выемочно-погрузочного оборудования на поверхности. Это позволит осушать хвосты, снизить затраты на их разработку и повысить интенсивность ведения горных работ [18].
Отработку сухих хвостохранилищ можно производить бульдозерами, экскаваторами с широкими гусеницами и малой емкостью ковша, скреперными установками. Разработка же полусухих хвостохранилищ представленным выемочно-погрузочным оборудованием невозможна из-за слабого, неустойчивого их основания.
Исходя из проведенного анализа существующих способов разработки хвостохранилищ во 2 главе и особенностей свойств хвостов, был предложен и запатентован способ разработки полусухих хвостохранилищ со слабым основанием с помощью экскаватора «обратная лопата», представленный на рисунке 3.7 (а,б,в) [3], и проведены исследования по определению устойчивости выемочно-погрузочного оборудования на поверхности хвостохранилища.
Сущность технологии заключается в понижении влажности железосодержащих хвостов с 35 до 21%, что позволит повысить устойчивость основания хвостохранилища и откоса рабочего уступа. Подготовку и оконтуривание участка полусухого хвостохранилища со слабым основанием и разбивку его на выемочные заходки 3 производят в замерзшем состоянии путем создания проветриваемых траншей 4, созданных с помощью экскавации на ширину ковша выемочно-погрузочного оборудования «обратная лопата» 2, с учетом направления розы ветров, а выемку сухих хвостов производят на всю ширину выемочной заходки 3, равной минимальной ширине проезжей части автотранспорта, как показано на рисунке 3.7 (а) [4, 80, 81].
С целью обеспечения безопасности ведения горных работ в пределах выемочной заходки необходимо осуществлять ежедневный контроль содержания влажности в железосодержащих хвостах и планирование автодороги согласно строительным нормам и правилам СНиП 2.05.07-91.
Но, зачастую в полусухих лежалых железных хвостах при размещении выемочно-погрузочного оборудования наблюдались явления внезапных обрушений уступов при достижении критической высоты, при которой коэффициент запаса устойчивости Кзу не удовлетворяет безопасному значению [25].
Для оценки возможности размещения механизмов на рабочих площадках полусухого железосодержащего хвостохранилища необходимо проанализировать вопрос о допускаемых нагрузках на поверхность их рабочих площадок от ходовых устройств горных машин [26].
Исходя из обзора графика представленного на рисунке 3.9 видно, что для выемочно-погрузочного оборудования FUCHS MLH 350 с уширенной гусеничной базой при выполнении операции копания хвосты с крупностью супеси имеют недостаточную несущую способность, тоже самое относится к хвостам с крупностью пылеватых хвостов при влажности более 31%, суглинков влажностью более 18% и с крупностью глин при их влажности более 22%. Коэффициент запаса устойчивости к .определяется, исходя из преобладания того иного класса крупности хвостов.
При обосновании месторасположения выемочно-погрузочного оборудования, находящегося около рабочего уступа хвостохранилища, помимо нагрузки на поверхность необходимо учесть и другие особенности. Далее используем неравенство [91] ,., ,-U (3.45) где Kjyp.y - коэффициент запаса устойчивости откоса рабочего уступа, с учетом сложных хвостов; Ку - коэффициент запаса устойчивости поверхности хвостохранилища, с учетом нагрузки, создаваемой механизмами. С помощью программы AKR88 «Расчет безопасной высоты добычного забоя при разработке хвостохранилищ» производился расчет коэффициента запаса устойчивости рабочего уступа К ру и безопасной высоты добычного забоя, учитывающие их гидростатическое взвешивание и физико-механические свойства хвостов. [6]. По результатам расчетов выводился график зависимости безопасной высоты от влажности хвостов (рисунок ЗЛО). 1 14 с-С fсз О.О- 108 т 6 х — Ъ6 О 42 2 0 Л 14 17 20 23 26 29 Влажность, % Рисунок ЗЛО - Зависимость безопасной высоты забоя экскаватора от влажности средневзвешенных лежалых хвостов при Kjypy= 1,3 Анализ результатов, представленных на рисунках 3.9 и ЗЛО, показывал, что при максимальной достигнутой влажности хвостов, соответствующей 21%, допускается применение откоса рабочего уступа с оптимальной высотой 7 м, при обеспечении устойчивости поверхности полусухого хвостохранилища, представленного хвостами с крупностью глины. Ведение горных работ в данных условиях может осуществляться с применением выемочно-погрузочного оборудования «обратная лопата» FUCHS MHL 350 с уширенными гусеницами и длиной стрелы 15 м, обладающего наиболее высокими технико-экономическим показателями.
Определение параметров данного способа разработки хвостохранилищ рационально выполнять после получения уточненной информации о физико-механических свойствах, влажности, коэффициенте фильтрации отрабатываемых хвостов и типе применяемого горнотранспортного оборудования.
Особенности вещественного состава лежалых хвостов обогащения
Изучение вещественного состава хвостов обогащения железистых кварцитов проводилось на пробах, отобранных из хвостохранилищ действующих ГОКов КМА. Содержание кремнезема на Стойленском и Лебединском хвостохранилищах колеблется от 47,50% до 75,08%, хвосты обогащения Михайловского ГОКа характеризуются более низким содержанием SiO 2. Основная часть кремнезема связана с кварцем и лишь небольшое количество его входит в состав силикатов. Наибольшее количество кремнезема содержится в хвостах СГОКа (до 75,08%), наименьшие содержания характерны для хвостов МГОКа (до 36,13%). Оксиды железа слагают рудные минералы - магнетит и гематит и в небольшом количестве содержатся в силикатах. Соотношение их в хвостах обогащения различно. По количеству 203пеРвенствУют хвосты МГОКа (39,91 -38,12%), где преобладает гематит, а по содержанию FeO высокие значения имеют хвосты ЛГОКа (6,26-10,71%), несколько меньше это содержание у хвостов СГОКа (5,04 - 7,03%). Глинозем А12Оъ, входящий в состав слюд, полевых шпатов, амфиболов в хвостах обогащения ЛГОКа и СГОКа, содержится примерно в одинаковых количествах (от 1,84% до 3,6%), в хвостах МГОКа содержание глинозема незначительно — сотые доли процента. Остальные компоненты — СаО, MgO преобладают в хвостах ЛГОКа (1,77-3,60%). Содержание Na20 К20 на всех хвостохранилищах колеблется на одном уровне.
Закономерности изменения содержания компонентов обусловлены гравитационной дифференциацией и близки для Лебединского и Стойленского хвостохранилищ - вблизи выпуска пульпы концентрируются минералы, содержащие железо(магнетит, гематит), а на удалении от выпуска повышается содержание Si02 (чистый кварц без сростков), CaO, MgO, К20, Na20 (силикаты, амфиболы , карбонаты). Отмечено также вблизи выпуска повышенное содержание серы за счет накопления пирита. Минералого-петрографические исследования шлифов и аншлифов хвостов обогащения приведены в проходящем и отраженном свете на микроскопах "ЕМ3900М", представленных на рисунке 4.1. Визуально, отходы обогащения представляют разнозернистый материал темно-серого цвета, а МГОКа - темно-коричневого. Размер зерен колеблется от 5 мм до - 0,05 мм. Как указывалось выше, состав хвостов обусловлен минеральным составом исходной руды, особенностями технологического процесса и характером дифференциаций материала в процессе заполнения хвостохранилища, Крупнозернистые фракции +5, +2,5 мм представлены обломками железистых кварцитов амфиболо-кварцевого состава с вкрапленным магнетитом. Мелкие фракции представлены отдельными минералами. Основными рудными минералами являются магнетит, гематит, нерудными - кварц, амфиболы, слюда, карбонаты, полевые шпаты. Из акцессорных минералов встречаются ильменит, рутил, апатит. Основным минералом, слагающим хвосты обогащения, является кварц, содержание его в пробах колеблется от 35,0 % (ХВМ-3) до 58,4% (ХВЛ-2), исключение составляет проба ХВС-3, где содержание кварца низкое - 27,3%, Кварц наблюдается в виде обломков остроугольной, неправильной формы с вкрапленным магнетитом (рисунок 4.2), в более мелких фракциях кварц округлой формы, практически без включений рудных минералов. Магнетит - основной рудный минерал, представлен в виде вкрапленности в кварцевых зернах, в силикатах, реже отдельными тонкими прослоями в обломках железистых кварцитов. Рисунок 4.2 - Кварцевые зерна с крапленым магнетитом (Проба ХВМ-2, Кварц - серое, магнетит - черное. Проходящий свет, Ув. х125) С уменьшением размера фракций возрастает количество свободного магнетита. Форма кристаллов правильная, изометричная (рисунок 4.3). Гематит представлен в виде двух разновидностей: в виде тонкодисперсных включений в кварце и в виде мелких чешуек таблитчатой формы. - и »_ & \. Рисунок 4.3 - Идиоморфная форма магнетита (Проба ХВЛ-2. Проходящий свет, У в. х125) Вторая разновидность гематита характерна для Михайловских хвостов обогащения. Здесь гематит присутствует во всех фракциях, в крупных - в виде агрегатов неправильной формы с просвечивающими рубино-красноватыми краями (рисунок 4.4), в мелких фракциях в виде отдельных чешуек правильной формы. Чаще всего гематит встречается в виде вкрапленности в зеленой слюде. Содержание гематита в хвостах МГОКа 39,0 - 53,5%. с Слюды представлены двумя минералам, для Лебединского и Стойленского месторождений характерна слюда биотит-флогопитового вида, в крупных фракциях представлена агрегатами черного цвета, в мелких фракциях в виде отдельных пластинок округлой или таблитчатой удлиненной формы коричневого цвета, редко отмечается в биотите вкрапленность магнетита. Зеленая слюда характерна для хвостов обогащения Михайловского месторождения. В мелких фракциях представлена рассеянными лейстовидными чешуйками изумруднозеленого цвета, часто с вкрапленным гематитом. Карбонаты встречаются в виде двух минералов. Железистый сидерит, желто-бурого цвета с вкрапленностью рудных, и доломит, белого цвета с перламутровым блеском, форма кристаллов неправильная, чаще округлая. Пирит золотисто-желтого цвета с побежалостью, форма зерен неправильная, содержание его достигает 0,5%. В виде единичных акцессорных минералов встречается апатит, ильменит, рутил [47].
Характерно соотношение рудных минералов: для хвостов ЛГОКа типично наибольшее содержание магнетита при низком гематите, для СГОКа магнетита в хвостах содержится несколько меньше (2,9 - 5,2%), однако с выпуском отмечается значительная концентрация магнетита (2,1 - 3,3%) и максимальная гематита (35,0 - 53,5%). В связи с тем, что пробы на хвостохранилищах отбирались на разном удалении от выпусков, гранулометрический состав их для одного и того же хвостохранилища значительно различается. Распределение фракций в исходном материале проб имеет следующие особенности: для мелких хвостов основная масса материала концентрируется во фракции -0,14 мм, оставшаяся небольшая часть распределяется между фракциями -0,315+0,14 и -0,630+0,315 мм. Большая часть распределяется между фракциями -0,315+0,14 и -0,63+0,315 мм с преобладанием материала в первой. В крупных хвостах, как правило, основная часть материала приходится на фракции -0,315+0,14 и -0,63+0,315 мм. Наиболее неоднородны по гранулометрическому составу хвосты ЛГОКа и СГОКа, хвосты МГОКа характеризуются более равномерным распределением материала по зернистости. Модуль крупности песчаной части хвостов (т.е. фракции. -5+0,14 мм) изменяется: для ЛГОКа от 1,06 - 2,45(среднее 1,52), для СГОКа 1,12-2,57 (среднее 1,85), для МГОКа 1,69 - 2,79 (среднее 2,13). Выход песчаной фракции на хвостохранилище ЛГОКа колеблется от 4,6 до 77,5%, СГОКа - от 10,2 до 80,8%, МГОКа - от 48,5 ДО 77,1%.
Хвосты обогащения ЛГОКа и СГОКа отличаются от хвостов МГОКа минеральным и, соответственно, химическим составом. Это выражается в более высоком содержании в хвостах ЛГОКа и СГОКа магнетита, а для хвостов МГОКа основным железосодержащим минералом является гематит. Распределение минералов в хвостохранилище подчинено принципам гравитационной дифференциации материала, моделью которого может служить осадкообразование в движущемся потоке пульпы. В дальнейшем производился ряд лабораторных испытаний на обогатимость лежалых хвостов ЛГОКа.
Похожие диссертации на Обоснование технологии открытой разработки железосодержащих техногенных месторождений на примере хвостохранилищ ГОКов КМА
-
-
-
