Способы возведения первичной дамбы обвалования хвостохранилища и обоснование технологических параметров картового намыва, на примере Лебединского горно-обогатительного комбината



Вопросы возведения первичных дамб хвостохранилищ, а также технологических параметров картового намыва техногенных месторождений с учетом промышленной и экологической безопасности формируют самостоятельную актуальную задачу, имеющую большое научно-практическое значение [1].

Возведение упорных призм первичных ограждающих дамб из скальной вскрыши карьеров рассматривалось в настоящей статье в 3-х вариантах.

Вариант 1 — упорные призмы первичных дамб возводятся традиционным способом гидротехнического строительства с доставкой грунта из ближайшего отвала карьерной вскрыши в тело дамбы с последующим разравниванием и уплотнением.

Вариант 2 — упорные призмы первичных дамб возводятся методом отвалообразования с доставкой грунта из действующего карьера железнодорожным транспортом; укладка грунта в тело дамбы осуществляется ярусами 15–20м без дополнительного уплотнения.

Вариант 3 — упорные призмы первичных дамб возводятся методом отвалообразования с доставкой грунта из действующего карьера ленточными конвейерами; укладка дамбы в тело дамбы осуществляется отвалообразователем без дополнительного уплотнения.

Для всех трех вариантов строительство первичных насыпей противофильтрационных дренажных сооружений рекомендуется осуществляться традиционными методами гидротехнического строительства с доставкой грунта автотранспортом, послойной укладкой и уплотнением.

Технология строительства по варианту № 1 уже применялась при строительстве ограждающих дамб существующих хвостохранилищ Лебединского горно-обогатительного комбината и других ГОКов в мире.

Несмотря на то, что технология строительства ограждающих дамб из скальной вскрыши по варианту № 1 освоена строительными организациями, она обладает рядом недостатков. Для ее осуществления необходимо предусматривать дополнительные работы по погрузке грунта в ближайшем отвале на самосвалы, транспортировку и послойную укладку в тело дамбы и ее уплотнение.

Технология строительства ограждающих дамб по вариантам № 2 и № 3, предусматривающая доставку грунта из карьера непосредственно к месту строительства ограждающих дамб большегрузным карьерным транспортом и укладку его в тело дамбы без дополнительного уплотнения, позволяет исключить эти затраты на возведение упорных призм и тем самым значительно удешевить строительство хвостохранилища.

В связи с изложенным, рекомендуется для строительства упорных призм рассматривать методы отвалообразования, сохраняя методы гидротехнического строительства только для противофильтрационных и дренажных элементов и устройства первичных насыпей ярусов отвалов.

Однако, переход к методам отвалообразования при возведении первичной дамбы потребовал пересмотра решений при организации противофильтрационной защиты, а также не позволил использовать насыпные противофильтрационные конструкции, т. к. возможны неравномерные осадки упорной призмы, отсыпанной из скальной вскрыши без уплотнения, и, следовательно приведет к нарушению сплошности экрана. В традиционных способах возведения ограждающих дамб противофильтрационная защита как правило, осуществляется в виде экрана, уложенного на верховном откосе первичной дамбы [2].

Поэтому в качестве противофильтрационного элемента первичной дамбы, возведенной методами отвалообразования, нами рекомендуется центральное ядро из уплотненного суглинка. В зависимости от геологических условий основания центральное суглинистое ядро опирается либо на слой глин ИГЭ-10, либо на экран из укатанного суглинка, расположенный под верховым клином плотины и переходящей в чаще хвостохранилища в экран чаши (рис. 1).

Рис. 1. Сечение 1–1 Поперечный профиль дамбы обвалования хвостохранилища от ГК-0 до ГК-50 I отсека и от ГК-0 до ГКII+50 II отсека: 1 — рядовая скальная вскрыша; 2 –любой минеральный грунт; 3 — ядро из суглинка; 4- переходной слой толщиной 3,0м из щебня; 5 — переходной слой толщиной 3,0 м из песка; 6 — дренажный канал; 7 — глины; 8 — пески и лессовидные суглинки

Кроме этого сравнения объемов суглинка, необходимого для укладки в ядро и в экран, показало меньшие затраты суглинка при варианте с ядром.

Основные решения по технологии отсыпки ограждающих дамб методом отвалообразования с применением конвейерного транспорта приведены на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Схема укладки скальной вскрыши в тело дамбы отвалообразователями с конвейерной подачей (1 отсек, ПК 43 + ПК 60): 1a, 1b — массивы грунта, отсыпанные с позиции ковейера 1; 2a, 2b — массивы грунта, отсыпанные с позиции ковейера 2; 3 — массив грунта, отсыпанный с позиции ковейера 3; 4 — массив грунта, отсыпанный с позиции ковейера 4

Рис. 3. Схема укладки скальной вскрыши в тело дамбы отвалообразователем с конвейерной подачей (II отсек, ПК 20 + ПК 40): 1а, 1б — массивы грунта, отсыпанные с позиции конвейера 1; 2а, 2б — массивы грунта, отсыпанные с позиции ковейера 2; 3 — массив грунта, отсыпанный с позиции конвейера 3

Применение конвейерного транспорта требует создание центральной первичной насыпи, включающей и ядро ограждающей дамбы. На этой насыпи должны располагаться как железнодорожное полотно, так и все конструкции конвейера с отвалообразователем.

Гребень такой первичной насыпи рекомендуется располагать на отметке 90.5 м, а участок первичной насыпи, где будет работать конвейер рекомендуем разместить на прямолинейном участке ограждающей дамбы перового отсека между пикетами 43 и 60.

Отсыпку ограждающей дамбы первого отсека с помощью отвалообразователя рекомендуем осуществлять только в сторону верхнего бьефа. Отсыпку в сторону нижнего бьефа рекомендуем осуществлять грунтом, доставленным из карьера железнодорожным транспортом.

Для второго отсека отсыпку вскрыши с помощью конвейерного транспорта с отвалообразователем рекомендуем производить на прямолинейном участке ограждающей дамбы длиной 2 км, расположенной в пойме реки Ингулец.

Основные решения по технологии отсыпки ограждающих дамб методом отвалообразования с применением конвейерного транспорта приведены на рисунке 3. и 4.

Крупность хвостов намытых в карты несгущенной пульпой, может быть охарактеризована величиной средневзвешенного диаметра . При этом в качестве материала для основания и тела дамб пригодны хвосты, у которых больше или равен 0,05 мм. Результаты исследований [3], позволяют предположить, что хвосты указанной крупности, намытые в карты сгущенной пульпой, так же окажутся пригодными для возведения ограждающих дамб хвостохранилищ.

Картовый намыв целесообразно применять, если отношение содержаний частиц хвостов 0.05 мм к 0.1 мм () больше 1,5. На данной стадии изученности гранулометрического состава исходных хвостов Лебединского горно-обогатительного комбината соотношения значения и равно 1,8 и следовательно, метод картового намыва может быть применен при строительстве нового хвостохранилища.

Для его осуществления на расстоянии от первичной дамбы в чаше хвостохранилища по длине контура отсыпаются внутренние (верховье) ограждающие дамбочки. Намываемый контур разбивается на карты, с шириной фронта намыва — .

Расчет параметров рекомендуется проводить по выражению:

(1)

где - величина характеризующая оптимальность подобранных технологических параметров картового намыва на расчетном ярусе; — слой хвостов, намываемых в год на расчетном ярусе намыва карт, м/год; — суммарный выход твердой части хвостов млн. т / год; который составил млн.м³/год; -плотность сухих хвостов, т/м³ (по результатам исследований [3], на данной стадии проектирования рекомендуется для расчета карт принимать равной 1,7 т/м³.

При расчете карт, как правило, заданной бывает максимально возможная из условия устойчивости высота наращивания хвостохранилищ выше верха первичной дамбы.

В рассматриваемом случае для обоих отсеков хвостохранилищ величина была заранее задана равной 3 км и, следовательно, искомой являлась величина максимально возможная из условия картового намыва.

При проектировании новых хвостохранилищ расчет ведут для двух случаев:

1. определяют длину карт на последнем ярусе намыва ниже верха гребня первичной дамбы. Величину для этого случая определяют по выражению

(2)

где — слой хвостов, намываемых в год на начальном этапе намыва карт, м/год; — рост уровня воды в хвостохранилище в год, м; — высота опережения роста поверхности хвостов в картах по сравнению с темпом роста уровня зашламования, величину рекомендуется принимать равной 1 м.

2. задаваясь величиной коэффициента заложения верхового откоса в зависимости от материала верховых ограждающих дамбочек равной от 1 до 2, определяют длину карт первого яруса намыва и вычисляют величину.

(3)

где — величина характеризующая оптимальность подобранных технологических параметров картового намыва на первом ярусе; — расстояние характеризующее удаление от первичной дамбы первого яруса, м; — необходимый темп замыва карт первого яруса, опережающий темп роста уровня зашламования хвостохранилища в первый год его эксплуатации, м/год.

(4)

где — глубина воды в придамбовой зоне хвостохранилища в начале его эксплуатации, м.

Если окажется, что то расчет сделан верно, если же , то, необходимо сокращать величину путем снижения величины коэффициента заложения верхового откоса, либо уменьшить длину характеризующее удаление от первичной дамбы начального яруса хвостохранилища .

Расчеты повторяют, пока не будут подобраны значения и удовлетворяющие условию

(5)

После этого вычисляют величину по выражению

(6)

где — ширина по гребню ограждающего сооружения после завершения его наращивания; м, исредние значения коэффициентов заложения соответственно верхового и низового откосов.

При проектировании картового намыва не рекомендуется величину на последних ярусах намыва задавать меньшей 40,0 м.

Согласно расчетам, картовый намыв по всему контуру первого отсека можно осуществить только от отм. 90.5 до отм. 112,0 м. От отметки 90,5 до 150,0 м картовым способом можно осуществить наращивание ограждающих сооружений на длине контура, равной 3,5 км.

При замыве наиболее длинных карт одним пультоводом отношение не должна быть больше 2. По мере роста сооружения соотношение уменьшается, но не должно быть меньше 0,2. Площадь одной карты не рекомендуется задавать больше 7 га.

Замыв карт ведется из выпусков того же диаметра, что и технологический пульповод. Выпуски оборудуются запорной арматурой и располагается на удалении, не превышающим 150,0 м. Каждый пульповод должен иметь концевой выпуск, выведенный по разделительной дамбочке в хвостохранилище.

Для сброса пульты с карт необходимо спроектировать сбросы шахтного типа, обеспечивающие пропуск расхода, равного расходам, поступающим на карту. Каждый колодец оборудуется шандорами, обеспечивающими регулировку уровня пульпы в карте. Шаг между шандорами по вертикали не более 0,3 м. В начальный период эксплуатации хвостохранилища, когда глубина воды в картах превышает 2 м, допускается отвод пульпы через прораны.

Вопросы управления надежностью процессов возведения и эксплуатации намывных техногенных месторождений с учетом промышленной и экологической безопасности формируют самостоятельную актуальную задачу, имеющую большое научно-практическое значение.

В данной работе были рассмотрены и предложены рациональные конструкции, профили первичных дамб, а также рассмотрен вариант возведения упорных призм первичных ограждающих дамб с использованием конвейерного транспорта.

Обоснованы технологические параметры картового намыва при наращивании дамб обвалования обеспечивающие экологичную и безопасную эксплуатацию хвостохранилища.

Литература:

1. Макаров А. Б., Техногенные месторождения // Соросовский Образовательный журнал — 2000. — № 9/10. — С. 65–74.
2. Горлова О. В. Техногенные месторождения. — Магнитогорск: МГМА: 1997 — С. 68.
3. Аргимбаев К. Р. Определение физико-механических свойств хвостов железосодержащих хвостохранилищ / Холодняков Г. А., Аргимбаев К. Р., Иконников Д. А. // Горный информационно-аналитический бюллетень — Москва: Горная книга, 2011. — С. 93–98.