Аренда спецтехники,

горные работы,

перевозки негабаритных грузов

Статьи

Влияние рельефа местности и технологии намыва на эффективность гидроотвалообразования

Влияние рельефа местности и технологии намыва на эффективность гидроотвалообразования


Увеличение спроса на минеральное сырье в современном мире требует постоянного совершенствования технологических схем, процессов, аппаратов и транспортных систем, применяемых на современных обогатительных фабриках.

Известно, что одним из основных условий интенсификации и рационального природопользования является комплексное использование сырьевых ресурсов, в том числе внедрение в производство безотходной технологии и мероприятий по охране окружающей среды.

Особенность решения вопросов рационального использования земли состоит в том, что расположение объектов горного предприятия, схемы и способы выполнения горных работ должны быть рассчитаны на длительный период, при детальном рассмотрении территории всего бассейна и прилегающих к нему земель.

Разработка месторождений полезных ископаемых гидромеханизированным способом при многих его известных преимуществах характеризуется высокой степенью отчуждения земель, занимаемых намывными сооружениями, и на более длительный срок по сравнению с «сухими» отвалами. Так в Кузбассе гидроотвалы угольных разрезов занимают свыше 3500 га, а в бассейне Курской магнитной аномалии более 5000 га занято гидроотвалами и хвостохранилищами. Причем средний срок эксплуатации намывных сооружений на горно-обогатительных предприятиях составляет 15-20 лет [3].

Применяемые на практике и в проектах технические решения по размещению отвалов не всегда учитывают возрастающую ценность земли, затраты на рекультивацию непригодных земель, на которых могли бы быть размещены отвалы.

В связи с этим возникает необходимость обоснования способов уменьшения площади земли, занимаемой горными предприятиями и ускорения ее рекультивации с минимальными затратами, что в конечном итоге является эффективной основой для развития открытого способа разработки.

Поэтому необходимость увеличения ёмкости гидроотвалов (равно как и хвостохранилищ) при минимальных занимаемых площадях в процессе их эксплуатации является чрезвычайно актуальной задачей.

В данной статье рассмотрим возможности увеличения приёмной способности намывных сооружений с учетом геоморфологических особенностей места размещения, обуславливающих геометрические параметры, отвальной емкости и способа укладки пород при формировании техногенного рельефа нарушенных средствами гидромеханизации территорий.

Выбор места для размещения гидроотвалов является ответственной задачей, так как значительно влияет на себестоимость гидромеханизированных работ и определяет их эффективность.

Известны следующие типы гидроотвалов по их расположению [4]:

– овражные и балочные, создаваемые в оврагах или балках путем перегораживания их дамбами;

– равнинные, расположенные на местности ровной или с небольшим уклоном, огражденные со всех сторон дамбами;

– косогорные, устраиваемые на косогорах, огражденные дамбами и частично рельефом местности;

– котловинные и котлованные, расположенные соответственно в местных понижениях (котловинах) и выемках отработанных карьеров.

Наряду с отвалами, размещаемыми в старых разрезах (внутренние отвалы), в целом ряде случаев прибегают к строительству внешних отвалов, располагаемых непосредственно на поверхности земли. В этих случаях отвальная емкость образуется путем создания земляной оградительной насыпи механическим способом. Внешние отвалы обычно устраивают в тех случаях, когда невозможно разместить вскрышные породы или хвосты обогащения в выработанном пространстве по тем или иным причинам, или из-за недостаточного его объема при строительстве карьеров, а также при особых геологических и технологических условиях открытых разработок месторождений. К этому виду относится разработка россыпей, строительных горных пород, значительной части угольных и небольшой части рудных месторождений при горизонтальном и пологом залегании залежей. Карьеры при этом имеют небольшую (до 40-80 м) и относительно постоянную глубину, различные размеры в плане и различную производственную мощность. Вскрышные породы и полезные ископаемые весьма разнообразны и практически охватывают все их возможные сочетания.

При одновременно существующей возможности расположения гидроотвала на равнине, косогоре, балке, долине необходимо иметь в виду, что при строительстве отвалов в низине уменьшаются капитальные затраты, упрощается и удешевляется их эксплуатация. [4]

При разработке россыпных месторождений гидромеханизированным способом работы, связанные с размещением пород (хвостов) в отвалы, оказывают большое влияние на конечную стоимость ценного компонента. При благоприятных условиях отвалообразования, при наличии крутых склонов, непосредственно спускающихся в долину, промывной прибор обычно устанавливается на склоне, и отвал размещается сразу за промприбором [2].

На гидровскрышных работах угольных и железорудных месторождений наиболее распространенным также является расположение гидроотвалов (хвостохранилищ) в низине. Так, гидроотвалы КМА: «Берёзовый Лог», «Балка Суры», «Балка Чуфичева»; Кузбасса: «Бековский», «Кедровский №3», а также ряд хвостохранилищ (Надеждинского маталлургического завода, ЛГОКа, СГОКа и др.) являются намывными сооружениями овражно-балочного типов.

Предельный уклон местности для устройства гидроотвала обычно составляет 0,15?0,20, на практике для этого выбирают площади с уклоном 0,03?0,01 и менее [4]. Большой уклон местности приводит к потере емкости отвала и к осложнениям при сооружении дамбы начального обвалования. Начальная и конечная емкости отвала должны быть возможно большими при минимальном объеме начальной дамбы обвалования. Поэтому во многих случаях гидроотвалы располагаются в поймах рек или в оврагах. При расположении гидроотвалов в выработанном пространстве карьеров их обвалование может быть одно-, двух и трехсторонним (в зависимости от конфигурации выработанного пространства, его объема и схемы горных работ на близлежащих участках).

В итоге местоположение гидроотвалов и хвостохранилищ выбирается с учетом рельефа местности, организации удобного водоснабжения, а также минимальных суммарных затрат на транспортировку и подъем пород от карьера до места складирования, на возмещение убытков от потери земельных ресурсов, занятых отходами, на возмещение стоимости основных фондов (дороги, ЛЭП, строения и т.п.).

Значительное влияние на эффективность отвалообразования имеет использование объёма отвальной ёмкости для максимального размещения вскрышных пород или отходов обогащения. При большем использовании этого объёма уменьшаются удельные затраты на обвалование и снижаются эксплуатационные расходы.

Для характеристики практической возможности заполнения геометрического объёма отвала необходимо знать его коэффициент использования. Из анализа литературных источников [1, 4] вытекает, что рекомендуемые значения коэффициента использования отвальной емкости (или, как его также называют, коэффициента заполнения отвала) изменяется от 0,5 до 1 и более.

Так, когда отвальная емкость создается отсыпкой плотины по периметру на ровной поверхности, коэффициент использования возрастает с увеличением отношения длины отвала к ширине и может достичь значений больше единицы. Он достигает максимума при определенных этих соотношениях, после чего его величина постепенно убывает. Это объясняется тем, что для отвалов, которые имеют одинаковые размеры в плане на уровне пруда-отстойника, происходит прирост намытого массива в результате увеличения высоты плотины и вместе с тем убывание полезного объема отвала за счет увеличившегося объема самой земляной плотины. При этом коэффициент использования отвальной ёмкости зависит также от общей и подводной высоты отвала, уклона надводной его поверхности.

Фактически на коэффициент использования отвальной емкости оказывают влияние: характер отвальной емкости (выработанное пространство, косогор, долина, искусственно созданная с помощью отсыпки или намыва плотины, отвальная емкость и т.д.), схема заполнения отвала, параметры его и другие факторы.1

Формирование гидроотвала в долине может осуществляться по двум технологическим схемам – от плотины к пруду-отстойнику (рис. 1) и с верховья долины к плотине (рис. 2), что определяет способ сооружения ограждающей плотины в низовье долины – насыпным или намывным способами.

1При укладке пород в гидроотвал от плотины сооружение ограждающей плотины осуществляется намывным способом одновременно с формированием гидроотвала, а последовательность его заполнения определяется технологией намыва при перемещении выпусков гидросмеси по периметру намываемой плотины.

При формировании гидроотвала по схеме с верховья долины к плотине, последняя возводится насыпным способом, при необходимости сразу на полную высоту для размещения всего объема укладываемых вскрышных пород. При этой технологической схеме заполнения крупные частицы намытых пород откладываются вдалеке от плотины, в верховье долины, а около плотины обычно располагается пруд-отстойник, и осаждаются наиболее мелкие частицы. Ограждающая плотина подвергается гидростатическому давлению намытых пород в водонасыщенном состоянии (или воды отстойного пруда), а также воздействию фильтрационного потока. Таким образом, ограждающая плотина является гидротехническим сооружением, и к нему предъявляются все требования, которым должна отвечать водоудерживающая плотина.

На основе анализа влияния фактических параметров и формы отвала геометрическим методом было определено соотношение объема отвальной емкости и объема пород, который возможно разместить в ней, при гидромеханизированной разработке, когда отвал и пруд-отстойник размещаются совместно. Принимается, что горизонт воды в отстойном пруде отвала в течение определенного времени поддерживается на одном уровне, так как это характерно для отвалов со стационарным расположением насосной станции.

Расчеты выполнялись для примера укладки вскрышных пород, представленных несвязными четвертичными отложениями – песчаными породами различной крупности (тонко-, мелко-, средне- и крупнозернистыми) с коэффициентом неоднородности К60/10 = 30?45.

Проверочные расчеты, выполненные с помощью рабочей программы, составленной в приложении Microsoft Excel, позволили установить влияние геоморфологических особенностей долины, а также технологической схемы намыва (рис. 3, 4) на изменение значений коэффициента использования отвальной емкости, а, следовательно, и на рациональное размещение вскрышных пород и отходов обогащения при гидромеханизированной укладке пород с верховья долины и от плотины к пруду-отстойнику.

3 3

Из графиков, представленных на рисунках 3 и 4 видно, что наибольшее влияние на изменение коэффициента использования отвальной емкости оказывает уклон долины I, в которой планируется размещение отвала.

При увеличении уклона долины I значение коэффициента использования отвальной емкости ? повышается при намыве пород от плотины к прудку-отстойнику. Так, к примеру, при фиксированных значениях высоты плотины Н = 30 м, суммы коэффициентов заложения увалов долины ? = 11,34 (углы бокового откоса для удобства расчетов ?1 = ?2 и составляют 10?), ширины долины b = 1000 м значения коэффициента использования отвальной емкости ? при изменении значений уклона долины I от 0,015 (угол уклона долины ? = 0,9?) до 0,1 (? = 5,7?) меняются в пределах – от 0,53 до 0,82 (рис. 3).

При укладке пород с верховья долины, напротив, с уменьшением значений I происходит увеличение коэффициента использования ?, значения его достигают 1 и более. Например, при уклоне надводной поверхности намыва отвала i = 0,01 и значениях Н = 30 м, b = 1000 м, ? = 11,34 коэффициент ? достигает максимума, равного 1,18 при I = 0,015. При большем значении I = 0,05 (? = 2,9?) значение ? = 0,92 (рис. 3).

Также проведенный анализ показывает, что с увеличением размеров отвала (ширины отвала по низу – b и высоты его – Н) при укладке пород с верховья долины коэффициент использования отвальной ёмкости – ? возрастает и может достичь значений больше 1 (рис. 3). Так, коэффициент использования изменяется от ? = 0,81 при Н = 10 м, b = 500 м до ? = 1,11 при Н = 30 м, b = 2500 м при уклоне I = 0,024 (? = 1,4?).

При намыве пород от плотины к пруду-отстойнику ? также возрастает при увеличении ширины долины b: ? = 0,70?0,81 при изменении b = 500?2500 м (при Н = 30 м, ? = 11,34, I = 0,055 (? = 3,2?)), однако снижается с увеличением высоты отвала: ? = 0,81?0,77 при изменении Н = 10?30 м (при b = 1000 м, ? = 11,34, I = 0,055).

При увеличении углов откоса долины – ?1 и ?2 значения ? изменяются в незначительных пределах при намыве пород с верховья долины (рис. 4). Так, при изменении суммы коэффициентов заложения правого и левого увалов долины ? от 2,22 (?1 и ?2 = 42?) до 22,86 (?1 и ?2 = 5?) величина ? увеличивается с 0,91 до 0,94 при укладке пород с верховья долины и уменьшается с 0,78 до 0,70 при намыве пород от плотины к пруду-отстойнику при Н = 20 м, b = 1000 м, I = 0,04 (? = 2,3?).

На основе анализа зависимостей коэффициента использования отвальной емкости ? от основных параметров отвала, представленных на рисунках 3 и 4, можно дать следующие основные рекомендации для проектирования отвалов, сооружаемых гидромеханизированным способом.

При укладке пород с верховья долины наиболее целесообразно использовать долины с пологими уклонами и боковыми откосами (увалами), а также проектировать отвалы с максимальной для данного уклона местности высотой.

Долины с крутыми уклонами и боковыми откосами (увалами) выгодно намывать от плотин, причем при увеличении крутизны уклона долины целесообразно выбирать меньшую высоту плотины отвала.

Как при укладке пород от плотины, так и при намыве с верховья долины предпочтительнее долины по основанию большей ширины.

Результаты анализа влияния рельефа местности и технологической схемы на процесс укладки пород в отвальную емкость позволяют обосновать рациональный выбор варианта гидроотвально-хвостовых хозяйств при проектировании гидротехнических сооружений на горно-обогатительных предприятиях.


11.04.2017 00:07/читать дальше...
Первая

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipisicing elit, sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua. Ut enim ad minim veniam, quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat. Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur. Excepteur sint occaecat cupidatat non proident, sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum. 


12.04.2013 01:05/читать дальше...