Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Техногенные массивы в горном деле. Учебное пособие
.pdf
Хвостохранилища овражного типа возводятся в оврагах и балках,
выход из которых перегораживает дамба. Хвостохранилище должно
вмещать не только хвостовую пульпу фабрики, но и паводковые и
дождевые воды, объем которых может быть значительным и зависит от
площади водосбора. В некоторых случаях объем воды с указанной
площади может в несколько раз превышать объем осветленной воды. В
этом случае необходимо решить вопросы о пропуске через водосбросные
сооружения хвостохранилища паводковых вод или об их аккумулировании
в хвостохранилище.
Пойменные хвостохранилища располагают в поймах рек с
обвалованием с двух или трех сторон (в зависимости от рельефа
местности) [19, 41].
Хвосты представляют собой мелкие частицы песка, пустой породы и
малоценной руды, получающиеся в результате переработки полезных
ископаемых (дробления, измельчения, классификации, флотации,
магнитной сепарации и др.). Хвосты подразделяют на мокрые и сухие, к
которым относят также крупные обезвоженные хвосты мокрого
обогащения. Твердая фаза хвостовой пульпы состоит из частиц различного
размера, а жидкая – из воды, остатков флотационных реагентов и
нефтепродуктов, применяемых для смазки оборудования обогатительных
фабрик.
Химический и минералогический состав хвостов связан с
минеральным составом перерабатываемых руд и технологией их
обогащения (табл. 8). Гранулометрический состав (табл. 9) изменяется в
широких пределах у различных видов полезных ископаемых и в разные
периоды эксплуатации месторождений, так как зависит от методов и
стадий подготовки руды, технологии основных обогатительных процессов
и твердости минералов, входящих в состав руд [27].
Накопленные технологические отходы являются потенциальным
сырьем. С течением времени возникают технологии, позволяющие лучше
разделять компоненты отходов. Промышленность предъявляет новые
требования к сырью, известные источники минералов обедняются и
истощаются. Это ведет к разработке «вторичных месторождений» с целью
приобретения редких элементов, другого ценного сырья [42].
Класс капитальности хвостохранилищ выбирают с учетом выхода
хвостов, степени ответственности сооружений, высоты ограждающей
дамбы, условий эксплуатации. При определении класса капитальности
хвостохранилища и его сооружений можно руководствоваться данными
табл. 10.
.
41
Предприятие,
обогатительная фабрика
Перерабатываемая
руда
Содержание
класса
0,074 мм, %
Средне-
взвешенный
диаметр
частиц, мм
Измельчение
Процессы, в которых
образуются отвальные
хвосты
Горно-металлургический
комбинат «Печенганикель»,
обогатительная фабрика № 1
Сульфидная,
медно-никелевая
80,0
0,49
Среднее
Трехстадийное дробление,
стадиальное измельчение,
флотация
Горно-металлургический
комбинат «Печенганикель»,
обогатительная фабрика № 2
Бедная и
забалансовая
медно-никелевая
79,0
0,053
Крупное
Двухстадийное дробление,
двухстадийное измельчение,
флотация
Ловозерский ГОК
Лопаритовая
12,1
0,423
Крупное
Дробление, гравитация,
электромагнитная сепарация
Тырныаузский горнометаллургический комбинат
Скарновая,
вольфрамомолибденовая
64,0
0,90
Среднее
Крупное дробление,
самоизмельчение
Гайский ГОК
Центральная обогатительная
фабрика
Краснореческая
обогатительная фабрика
Колчеданная
65,3
0,069
Крупное
Трехстадийное дробление,
трехстадийное измельчение,
флотация
Сульфидная и
смешанная
52,0
0,094
Крупное
То же
Сульфиднокасситеритовая
54,0
0,13
Крупное
То же
Учалинский ГОК
Медно-цинковая,
медно-цинковая
колчеданная
64,1
0,09
Среднее
Трехстадийное дробление,
двухстадийное измельчение,
флотация
42
Таблица 8. Характеристика отвальных хвостов обогатительных фабрик руд цветной металлургии
в зависимости от степени измельчения [27]
Примечание. По крупности все хвосты пылеватые.
42
Предприятие,
обогатительная
фабрика
Состав хвостов по классам крупности (в числителе) и содержанию класса, % (в знаменателе)
Цветная металлургия
Горнометаллургический
комбинат
«Печенганикель»,
обогатительная
фабрика № 1
–0,01
15
–0,02 + 0,01
17
–0,044 + 0,02
33
–0,074 + 0,044
15
–0,1 + 0,074
12,8
–0,2 + 0,1
6,2
–1,0 + 0,2
1
–0,074
79
–0,1 + 0,074
11,5
–0,15 + 0,1
4,5
–0,25 + 0,15
3
–0,3 + 0,25
0,5
–0,5 + 0,3
1
–0,8 + 0,5
0,5
Ловозерский ГОК
– – –
0,074
12,14
–0,15 + 0,074
27,42
–1 + 0,21
56,96
+1
3,48
Тырныаузский горнометаллургический
комбинат
–0,05
7
–0,01 + 0,005
7
–0,04 + 0,01
31
–0,074 + 0,04
19
–0,15 + 0,074
17
–
–
Гайский ГОК
Учалинский ГОК
–0,044
60,3
–0,074
64,1
–0,074 + 0,044
5,0
–0,15 + 0,074
18,8
–0,14 + 0,074
19,3
–0,25 + 0,15
10,3
–0,28 + 0,14
5,0
–0,05 + 0,25
5,1
–0,4 + 0,28
9,5
–0,8 + 0,5
1,7
–0,56 + 0,4
0,9
–
–
–
Черная металлургия
Магнитогорский
металлургический
комбинат
–0,005
6,1
–0,01 + 0,005
7,2
–0,043 + 0,02
7,0
–0,074 + 0,043
9,0
–0,15 + 0,1
5,5
–0,3 + 0,15
10,6
+0,5
33,6
Ковдорский ГОК
– – – –0,74
45,0
–0,14 + 0,074
40,3
–0,3 + 0,14
13
+0,3
1,7
43
Таблица 9. Гранулометрический состав отвальных хвостов
обогатительных фабрик руд цветной и черной металлургии [27]
43
Класс
капиталь-
ности
соору-
жения
Вмести-
мость
хвостохра-
нилища,
млн м3
Выход
хвостов,
тыс.
т/сут
Высота
ограж-
дающей
дамбы, м
Степень
ответственности
Последствия
разрушения
сооружения
I
> 100
> 10
> 50
Особо
ответственные,
авария которых
сопряжена с
катастрофическими
последствиями для
населенных пунктов
и предприятий
Отравление,
загрязнение
водоемов и
водотоков
питьевого
назначения
II
> 100
> 10
> 50
Особо
ответственные,
авария которых не
сопряжена с
катастрофическими
последствиями для
населенных пунктов
и предприятий
Затопление
сельскохозяйственных угодий,
отравление и
загрязнение
водоемов и
водотоков,
имеющих
хозяйственное
значение
III
100–10
10–5
50–20
Малоответственные,
авария которых не
может вызвать
серьезных
последствий для
населенных пунктов
и предприятий
Затопление
местности, не
имеющей
хозяйственного
значения
IV
< 10
5–1
< 20
Малоответственные
(хвостохранилища в
незастроенных
местностях)
Затопление земель и
загрязнение
водоемов и
водотоков, не
пригодных к
использованию в
данное время
V
< 10
< 1
< 10
Малоответственные
(временные
сооружения)
Затопление земель и
загрязнение
водоемов, не
пригодных к
использованию в
данное время
Таблица 10. Класс капитальности хвостохранилищ [27]
обогатительной фабрики по магистральному трубопроводу подаются к
распределительному пульпопроводу, уложенному вдоль гребня плотины.
Существуют три способа заполнения хвостохранилищ:
1. «От плотины к берегам» (рис. 14а), при котором хвосты
44
а
б
в
1
1
1
Рис. 14. Схема заполнения хвостохранилищ:
а – «от плотины к берегам»; б – «от берегов к плотине»;
в – комбинированная; 1 – обогатительная фабрика; 2 – плотина;
3 – распределительный пульпопровод;
4 – магистральный пульпопровод [30]
Распределительный пульпопровод имеет отверстия, из которых
пульпа поступает в хвостохранилище. Твердые частицы пульпы выпадают
на дно хвостохранилища и образуют при этом конус отложения.
Постепенно вершина конуса доходит до устья выпусков и из
отложившихся хвостов создается откос (пляж), поверхность которого
выше уровня воды хвостового пруда. Распределительный пульпопровод
поднимается, и горизонт воды в хвостохранилище повышается. Основное
преимущество такого способа состоит в том, что большая часть
поверхности отложений находится под водой, а это значительно
уменьшает пылеобразование в летнее время. К важным достоинствам
описанного способа также следует отнести возможность наращивания
различных частей плотины из хвостов необходимой крупности.
2. «От берегов к плотине» (см. рис. 14б), при котором распреде-
лительный пульпопровод укладывается на значительном расстоянии от
уровня воды в хвостохранилище. Пульпа из выпускных отверстий
сбрасывается на естественную поверхность, имеющую уклон, и стекает к
воде, образуя пляж из твердых частиц хвостов. По мере достижения
отложениями хвостов выпускных отверстий пульпопровода последний
поднимается, происходит намыв следующего слоя хвостов; горизонт воды
в хвостохранилище остается на прежнем уровне. Преимущество такого
способа – максимальное использование рельефа местности для укладки
хвостов без повышения высоты плотины. Недостатки – необходимость
возведения первоначальной плотины на высоту, обеспечивающую
вместимость хвостохранилища на весь период эксплуатации обогатитель-
45
ной фабрики; трудность эксплуатации в зимнее время вследствие
образования наледей; пыление хвостов в летнее время. Описанный способ
заполнения хвостохранилищ применяется сравнительно редко, при
наличии специального обоснования в проекте.
3. Комбинированный (см. рис. 14в),, при котором крупные фракции
хвостов используют для намыва дамбы, а мелкие сбрасывают в
хвостохранилище у берегов. С этой целью у места устройства плотины
магистральный хвостопровод разветвляется: одна ветка направляется на
плотину, вторая укладывается вдоль берега хвостохранилища. Крупные
частицы пульпы, перемещающиеся в нижней части сечения
магистрального трубопровода, попадают в хвостопровод, направленный к
плотине. Этот хвостопровод помещается ниже магистрального и
соединяется с ним вертикальными патрубками, на которых установлены
дроссельные затворы для регулирования расхода пульпы. В некоторых
случаях применяют раздельное транспортирование хвостов различных
фракций от обогатительной фабрики до хвостохранилища [6, 30].
В последнее время находит применение хвостохранилище с
центральной подачей сгущенных хвостов (рис. 15).
Рис. 15. Схема хвостохранилища
при центральной подаче сгущенных хвостов:
1 – разводящий пульпопровод; 2 – выпуски; 3 – хвосты;
4 – отстойная зона; 5 – осветленная вода; 6 – ограждающая дамба;
7 – промежуточное положение откоса; 8 – ось конуса хвостов [6]
46
Указанная схема позволяет значительно уменьшить строительный
объем ограждающей дамбы, а также отказаться от высоких колодцев для
забора осветленной воды. Требуемая для такого хвостохранилища
площадь может оказаться меньше, чем для хвостохранилищ
традиционного типа, так как к моменту заполнения первое представляет
собой высокий конус, вершина которого находится значительно выше
ограждающей дамбы.
Недостатки способа – невозможность применения при значительных
объемах складирования, повышенных требованиях к качеству оборотной
воды, высокой крупности материала; необходимость в разработке
специальных мероприятий, направленных на предотвращение чрезмерного
загрязнения воздушного бассейна пылящими частицами хвостов, намытых
в конус.
В состав хвостового хозяйства обогатительной фабрики входят такие
основные сооружения, как плотины (насыпные и намывные), дамбы
обваловывания; водосбросные сооружения; дренажные устройства;
насосные станции оборотного водоснабжения; сооружения для
химической очистки осветленной воды; пульпонасосные станции и
пульпопроводы.
Хвостохранилища сооружают в две очереди:
I (предполагает устройство насыпных плотин и дамб
обваловывания);
II (подразумевается создание намывных плотин из хвостов).
Насыпная плотина (рис. 16) состоит из основных элементов:
тела (искусственно образованной насыпи, ограниченной гребнем,
подошвой и откосами плотины);
гребня (горизонтальной плоскости, ограничивающей тело плотины
сверху);
подошвы (поверхности сопряжения тела плотины с ее естественным
основанием);
верхового откоса (откоса со стороны хвостового пруда;
низового откоса (откоса с противоположной стороны плотины);
водоупорных частей тела (экрана, понура), т.е. противофильтрационных систем, предназначенных для ослабления фильтрации через тело
плотины и ее основание;
дренажных устройств (дренажной призмы и двухслойного обратного
фильтра, служащих для предупреждения выхода фильтрующих вод
непосредственно на низовой откос плотины выше ее подошвы).
Как правило, плотины I очереди сооружают из местных или
привозных естественных грунтов: песков, супесей, суглинков и глин.
Отдельные части плотины образуют из камней или щебня. В некоторых
случаях плотины I очереди можно возводить непосредственно из
хвостовой пульпы. Необходимо иметь в виду, что чем неоднороднее в
47
плане гранулометрического состава применяемый грунт, тем меньше его
сопротивляемость внутреннему размыву.
Рис. 16. Профиль насыпной плотины:
1 – верховой откос; 2 – гребень; 3 – тело; 4 – низовой откос;
5 – дренажная призма; 6 – двухслойный обратный фильтр;
7 – подошва; 8 – экран; 9 – понур [6]
Высота насыпных плотин I очереди обусловливается рядом
основных требований: объем водного бассейна должен обеспечивать
необходимое осветление пульпы в первый период эксплуатации
хвостохранилища; делается укладка хвостов в период зимней
эксплуатации обогатительной фабрики; осуществляется аккумулирование
части объема паводковых вод; соблюдается превышение гребня плотины
над нормальным уровнем воды в хвостохранилище во избежание ее
перелива через гребень с учетом высоты волны. Поперечное сечение
насыпной плотины должно быть трапецеидальным.
При конструировании и строительстве насыпных плотин I очереди
необходимо иметь в виду, что эти плотины при заполнении
хвостохранилищ способом «от плотины к берегам» являются упором для
намывного откоса отложений хвостов, образующих тело плотины
II очереди.
Наполнение водой хвостохранилища начинается после образования
(путем намыва из хвостовой пульпы) на верховом откосе водоупорной
части плотины экрана.
Низовые откосы насыпных плотин в целях предохранения от
распыления ветром и размыва дождевыми водами укрепляются дерном
или посадкой зеленых насаждений. Верховые откосы плотин и дамб
хвостохранилищ укрепляются только, если верховой откос не замывается
хвостами, т.е. при способе заполнения хвостохранилища «от берегов к
плотине».
Водосбросные сооружения предназначены для отвода из
хвостохранилища осветленных и приточных с поверхности водосбросного
бассейна (паводковых и ливневых) вод и для полного (или частичного)
опоражнивания хвостохранилища. Конструкция водосбросных
48
сооружений должна предусматривать возможность отвода воды с
различных отметок горизонта, так как уровень воды в хвостохранилище
непрерывно повышается. Применяются водоприемники шахтного типа,
которые располагаются в хвостохранилище таким образом, чтобы в любой
момент эксплуатации расстояние от места выпуска пульпы до места слива
осветленной воды было достаточным для выпадения твердых частиц
хвостов на дно хвостохранилища.
Конструкция и способ прокладки водоспускного коллектора по дну
хвостохранилища определяются инженерно-геологическими условиями.
Коллекторы рекомендуется сооружать из сборных бетонных и
железобетонных элементов. По мере заиливания ближайшего к плотине
водоприемника и повышения уровня воды в хвостохранилище
водоспускной коллектор наращивается и на нем устраивается новый
водоприемник. Колодец закрывается после того, как в верхний ряд окон
начинает поступать недостаточно осветленная вода; после этого
водоприемник заиливается, а вода сливается через расположенный выше
водоприемник.
Дренажные устройства предназначены для предупреждения выхода
фильтрующих вод непосредственно на низовой откос плотины выше ее
подошвы, а также для защиты от заболачивания территорий, прилегающих
к хвостохранилищу. Для этой цели на низовом откосе плотины устраивают
дренажные призмы из камня. Дренажи оборудуют обратными фильтрами с
целью предотвращения выноса мелких частиц грунтов из тела плотины и
ее основания. Обратные фильтры, в зависимости от грунтов основания и
тела плотины, могут состоять из слоев песка, гравия и гальки различных
фракций.
Фильтрационные воды отводят от плотины к ближайшему
естественному водоему с помощью канав, устраиваемых вдоль подошвы
низового откоса плотины, и сбрасывают в водобойные колодцы насосных
станций оборотного водоснабжения. Вышеназванные станции
предназначены для возврата осветленной воды на обогатительную
фабрику. Они бывают нескольких типов: стационарные и передвижные
береговые; плавучие; расположенные у низового откоса плотины.
Стационарные береговые станции размещают на берегу
хвостохранилища или в непосредственной близости от него. Водозаборные
сооружения этих станций обеспечивают прием осветленной воды с разных
отметок горизонта воды в хвостохранилище.
Плавучая насосная станция представляет собой судно, на котором
установлены два вертикальных центробежных насоса. Всасывающие
линии насосов забирают воду из специального водоприемного устройства
типа погруженного в воду ящика с днищем, одна или две боковые стенки
которого представляют собой водослив. Применению плавучих насосных
49
станций в системе оборотного водоснабжения мешают трудности
эксплуатации этих станций в зимний период.
Сооружения для химической очистки предназначены для очистки
осветленной воды перед сбросом ее в естественные водоемы. При
проектировании хвостового хозяйства необходимо проводить специальные
исследования с целью решения вопроса о необходимости химической
очистки хвостовых вод и разработки ее технологической схемы.
Существует несколько способов намыва дамб обваловывания
хвостохранилищ из хвостов (это такие способы, как эстакадный, зенитный,
безэстакадный).
Эстакадный способ (рис. 17) состоит в следующем. Распределительный напорный хвостопровод укладывают на эстакады высотой 1,5–2 м,
установленные вдоль намываемой плотины. В пульпопроводе через каждые
6–8 м имеются обращенные вниз выпускные отверстия, через которые
пульпа по желобам поступает на верховой откос плотины I очереди. При
растекании пульпы в направлении, перпендикулярном продольной оси
эстакады, выпадающие твердые частицы образуют откос с постепенно
повышающимся гребнем против линии выпусков.
Рис. 17. Эстакадный способ намыва дамбы:
1 – дренажная призма; 2 – каменная наброска; 3 – насыпная плотина;
4 – пульпопровод; 5 – деревянный желоб (первоначальное положение);
6 – насыпные дамбочки; 7 – кран-трубоукладчик;
8 – опоры пульпопровода [6]
Намыв первого яруса производится при всех открытых отверстиях,
поэтому наиболее интенсивно он происходит у первого отверстия, через
которое выходит наиболее плотная пульпа, содержащая самые крупные
твердые частицы. После того как отложения хвостов подойдут к выпуску,
первое отверстие закрывают и крупные хвосты поступают ко второму
отверстию и т.д. Предотвращение растекания пульпы по низовому откосу
и формирование последнего производятся благодаря насыпным дамбочкам
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]