книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

сечение типа каньона, так как емкость хвостохранилища даже прй больших высотах плотин оказывается незначительной.

Если на .таких притоках прибегнуть к устройству плотин из хвостов, определяющих малую их сопротивляемость сдвигу (тонкозернистость и др.), придется назначить пологие откосы плотин

иемкость хвостохранилища станет недостаточной для вмещения

внее хвостов .на заданный период эксплуатации обогатительной фабрики.

Притоки горных рек с продольным уклоном дна не более 0,05— 0,07 и с развитой долиной, равно как и долины горных рек с укло­ ном до 0,07, могут быть использованы для укладки хвостов при условии либо отвода реки от хвостохранилища с освобождением нижележащих участков реки для устройства хвостохранилища, либо аккумулирования паводковых расходов в хвостохранилище.

Отвод реки, как правило, решается пропуском ее через туннели или коллекторы, так как пересеченность и крутизна склонов до­ лины рек в условиях горного рельефа обусловливают практиче­ скую невозможность отвода рек при помощи деривационных каналов.

Сечение туннелей или коллекторов рассчитывается на пропуск паводков соответствующей обеспеченности; гидравлический режим при значительном уклоне дна туннеля и больших расходах воды является достаточно неопределенным (аэрация, волны и др.). Конструктивные решения головных сооружений, обеспечивающих подвод воды к туннелям или коллекторам, а также решение вопро­ сов гашения вредной энергии при выходе воды из туннелей или коллекторов в русло реки требует специальных исследований.

Аккумулирование паводкового расхода соответствующей обес­ печенности возможно, если это позволяет сделать емкость хвосто­ хранилища. Следует иметь в виду, что емкость для аккумулирова­

ния паводка не должна быть заполнена хвостами и после оконча­ ния эксплуатации хвостохранилища, так как сброс паводковых вод должен при этом решении обеспечиваться водосбросными сооружениями так же, как это имеет место часто в хвостохранилищах овражного типа.

Практика проектирования хвостохранилищ в горных районах показывает, что наиболее надежным способом борьбы с селями является устройство специальных аккумулирующих водохрани­ лищ в верхпем бьефе. Эти водохранилища имеют значительную протяженность, регулируют сброс реки через головные сооруже­ ния туннеля и аккумулируют твердый сток воды, в том числе и грязекаменные потоки. Проектирование должно учитывать необходимость периодической их очистки от твердого стока и предохранения туннеля или коллектора от попадания в них тпордых тел.

На рис. 2 показаны два способа заполнения хвостохранилищ. При первом способе («от плотины к берегам») распределительный пульпопровод укладывается вдоль гребня плотины или дамбы

11

обвалования. Пульпопровод на всем протяжении распределитель­ ного участка имеет отверстия, из которых пульпа выпускается в хвостохранилище. Твердые частицы хвостов выпадают на дно отстойного пруда, образуя конус отложений. После достижения вершиной конуса поверхности воды отложения хвостов постепенно распространяются вверх, доходя до устья выпуска. Таким обра­ зом, из отложившихся хвостов создается откос, поверхность кото­ рого выше уреза воды отстойного пруда хвостохрапилища. Этот откос называтеся пляжем. В дальнейшем пульпопровод подни­ мается и горизонт воды в отстойном пруде хвостохранилища повышается.

Рис. 2 ./ Два способа заполнения прудов-хвостохрапилищ:

а — «от берегов к плотине», б — «от плотипы к берегам», 1 — распределительный хвосто-

нровод; 2 — магистральный хвостопровод; 3 — обогатительная фабрика; i — водоприемый колодец; s — водоспускной коллектор; 6 — хвостохранилище

При втором способе заполнения хвостохранилищ («от берегов к плотине») * распределительный пульпопровод укладывается па значительном удалении от уреза воды отстойного пруда хвосто­ храпилища. Пульпа из выпускных отверстий пульпопровода сбрасывается непосредственно на естественную поверхность, име­ ющую уклон в сторону отстойного пруда хвостохранилища. Благодаря этому уклону пульпа стекает к урезу воды отстойного пруда, причем на пути движения происходит выпадепие частиц хвостов, которые образуют пляж. При достижении отложениями хвостов устья выпусков пульпы пульпопровод поднимается, после чего происходит намыв следующего слоя хвостов. Горизонт воды « отстойном пруде остается на прежнем уровне, пруд здесь служит только для осаждения самых мелких частиц хвостов, для оконча­ тельного осветления пульпы.

* Способ ааиолиепия хвостохранилищ «от берегов к плотине» рекомен­ дуется применять только при наличии специального обоснования в проекте.

12

Положительные особенности способа заполнения хвостохраяилищ «от плотины к берегам»:

непрерывное пребывание большей части поверхности отложе­ ний хвостов под водой, что существенно для борьбы с пылением; возможность наращивания гребня плотины путем намыва хвостов при благоприятной для устойчивости плотины классифи­ кации частиц хвостов но крупности: внешние слои низовой части плотипы образуются из более крупных частиц, обладающих большим сопротивлением сдвигу и большей фильтрующей способ­ ностью, внутренние слои плотины — из более мелких частиц. Отрицательной сторопой этого способа заполнения хвостохранилища является необходимость транспортирования пульпы на большие расстояния в тех случаях, когда плотина находится на наиболее удаленном от фабрики участке хвостохранилища. Впрочем, это обстоятельство не во всех случаях устройства хвосто-

хранилищ имеет место.

Положительной особенностью способа заполнения хвостохранилищ «от берегов к плотине» является использование условий рельефа земной поверхности для укладки хвостов без повышения гребня плотины.

Отрицательная сторона этого способа заполнения хвостохра­ нилища — необходимость возведения дорогостоящей насыпной плотины на полную высоту, обеспечивающую емкость пруда на весь период эксплуатации фабрики, и трудности, связанные с пы­ лением хвостов и зимней эксплуатацией.

3. Системы сооружений и оборудования для оборота осветленной воды и очистки сточных вод (водоподготовки)

Система водоснабжения обогатительной фабрики должна пред­ усматривать оборот осветленной воды из хвостохранилища. Ис­ пользование свежей воды на производственные нужды и сброс отработанных и очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности осуществления оборотного водоснаб­ жения.

Сливы после сгущения концентратов и промпродуктов могут быть использованы непосредственно в поцикловом обороте, или после их химической очистки (водоподготовки).

Хвостовая пульпа направляется в хвостохранилищо, где происходит осаждение твердых частиц естественным путем либо с применением коагулянтов. Коагулянты необходимо подбирать таи, чтобы при работе фабрики на оборотной воде не ухудшались технологические показатели обогащения.

Выбор схемы оборотного водоснабжения следует производить в зависимости от типа руды и принятой технологии обогащения.

При переработке монометаллических руд допускается при­ менять полный оборот воды. Если в перечистных операциях

13

ГЛАВА II

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХВОСТОВЫХ ХОЗЯЙСТВ

1. Классификация хвостохранилищ, систем гидротранспорта и основных сооружений по классам их капитальности.

Стадии проектирования

В настоящее время не существует установленного соответству­ ющими законоположениями разделения хвостовых хозяйств и отдельных их сооружений на классы капитальности. Между тем такое разделение было бы полезным, позволяя. в дальнейшем установить облегченные критерии и требования для проектирова­ ния сооружений низшего класса капитальности и, наоборот, более осторожные критерии и коэффициенты запаса для хвостовых хозяйств и сооружений более высокого класса.

Соответствующая классификация хвостовых хозяйств полезна также и для определения требований к объему и качеству изыска­ ний и исследований, необходимых для проектирования хвостовых хозяйств. Представляется естественным понижение требований к объему и детальности изысканий и исследований для проекти­ рования хвостохранилищ и систем гидротранспорта низших клас­ сов. В целом разработка соответствующей классификации хвосто­ вых хозяйств и отдельных сооружений по их капитальности должна привести к рационализации проектирования хвостовых хозяйств и соответствующему их удешевлению.

Приведенные ниже данные о разделении хвостовых хозяйств и сооружений на классы являются предложениями авторов книги. Естественно, что в дальнейшем эти предложения могут подверг­ нуться критике и соответствующей корректировке, после чего уже можно будет представить их для утверждения Госстрою

СССР.

Класс капитальности сооружений определяется его народно­ хозяйственной значимостью, экономическими последствиями воз­ можного невыполнения предназначенной ему роли, учетом воз­ можных аварий и катастроф.

Применительно к условиям хвостовых хозяйств представляется рациональным установление классификации хвостовых хозяйств в зависимости от сложности системы и природных условий устрой­ ства хвостохранилищ и систем гидротранспорта хвостов.

15

Воснову разделения хвостовых хозяйств па классы капиталь­ ности предлагается положить изложенную классификацию типов хвостохранилищ, определяемых нриродпыми условиями.

Всоответствии с этим предлагается следующее деление хвосто­ вых хозяйств по капитальности:

1-й класс — хвостовое хозяйство с хвостохранилищем речного типа;

-2-й класс — с хвостохранилищем овражного тина; 3- й класс — с хвостохранилищем пойменного и косогорпого

типа; 4- й класс — с хвостохранилищем равнинного типа.

Указапные классы хвостовых хозяйств могут быть повышены или понижены на одну единицу (например, 1-й класс — вне класса) в зависимости от обстоятельств, изложенных ниже.

Основаниями для повышения класса капитальпости хвосто­ вого хозяйства на одну единицу являются следующие обстоятель­ ства:

наличие системы оборотного водоснабжения из хвостохранилища при невозможности в случаях аварии на хвостохранилище 'быстро восполнить подачу воды из хвостохранилища из других источников, например, из водохранилища, реки и др.;

значительный ущерб народному хозяйству при аварии соору­ жений хвостохранилища, вследствие затопления нижележащих промышленных предприятий, жилых поселков, а также вреда для сельского хозяйства, водоснабжения, рыбного хозяйства с учетом возможности химического загрязнения;

сложность и длительность выполнения мероприятий по ликви­ дации возможных аварии сооружений хвостохранилища, обусло­ вливающие большие перерывы в эксплуатации обогатительной фабрики. Здесь должен учитываться и класс капитальности фабрики в зависимости от ее народнохозяйственной значимости, обусловленной, в частности, производительностью по выпуску полезной продукции.

Основаниями для понижения класса капитальности хвостового хозяйства на одну единицу являются следующие обстоятельства:

расположепие хвостового хозяйства в малонаселенном и пеосвоенпом в народнохозяйственном отношении районе (например, районы тундры, некоторые области Восточной Сибири и Казах­ стана) ;

сравнительно небольшая народнохозяйственная значимость обслуживаемого хвостовым хозяйством предприятия, оценива­ емая, в частности, производительностью последнего но производ­ ству полезной продукции. Это обстоятельство оценивает вред народному хозяйству, вызванный перерывом в работе предприятия при аварии сооружений хвостового хозяйства.

Классы отдельных сооружений хвостового хозяйства соответ­ ствуют установленным классам капитальности хвостовых хозяйств. Однако классы капитальпости гидротехнических сооружений хво-

10

стохраиилищ следует назначать в зависимости от высоты намыва хвостов.

Класс капитальности гидротехнических сооружений необхо­ димо повышать при следующих обстоятельствах:

при неблагоприятных инженерно-геологических условиях — наличии в основании сооружений толщ малопроницаемых пла­ стичных глинистых грунтов, просадочпых грунтов, илов, при влажности их выше 50%, мелкозернистых песков с пористостью, близкой к критической, грунтов, обусловливающих развитие при фильтрации карстовых процессов;

особой роли сооружения в обеспечении нормальной работы и безаварийности хвостового хозяйства. К таким сооружениям относятся:

в хвостохранилищах пойменного типа — направляющие и обес­ печивающие необходимое регулирование реки дамбы обвалования

втом случае, если подошвы их низовых откосов находятся в зоне активного воздействия точения реки при паводках;

вхвостохранилищах речного типа — водоотводящие сооруже­ ния, призванные обеспечить пропуск реки через хвостохранилище в течение неопределенно длительного времени (сотни лет); особой роли плотины первой очереди, когда последняя должна обеспечить поддержание воды в пруде на определенной отметке, например, для обеспечения нормальных условий работы хвосто­ вого хозяйства в зимний нериод, т. е. тогда, когда плотина первой очереди; до устройства на верховом откосе экрана из хвостов,

выполняет роль водохранилищной плотины.

При установлении классов капитальности хвостовых хозяйств

взависимости от вида и сложности систем гидротранспорта в каче­

стве основного признака может быть использована мощность предприятия.

Капитальность сооружений систем гидротранспорта хвостов следующая:

Класс капитальности системы гидротранспорта хвостов может быть повышен на одну или даже две единицы при учете следу­ ющих обстоятельств:

17

особой роли обогатительной фабрики для производства полез­ ной продукции и удовлетворения потребности в ней народного хозяйства страны;

особо трудных условий эксплуатации системы гидротранспорта, например, в суровых климатических условиях, горных усло­ виях;

гидротранспорт осуществляется при больших плотностях пульпы Q>1,5 т/м3) с предварительным сгущением или на большие расстояния (>-20 км).

Всоответствии с приведенными указаниями могут устанавли­ ваться различные классы хвостовых хозяйств по двум признакам:

1)сложности и значимости хвостохранилища; 2) сложности и зна­ чимости системы гидротранспорта. В связи с этим представляется естественным, что одно и то же хвостовое хозяйство по типу хвосто­ хранилища будет отнесено, например, к 4-му классу, а по значи­ мости и сложности системы гидротранспорта — к более высокому классу. Внутри этих классов хвостовых хозяйств могут быть также различные классы сооружений в зависимости от обсто­ ятельств, изложенных выше.

Взаключение следует еще раз подчеркнуть, что изложенные принципы и система деления на классы по капитальности являются предложением авторов и предлагаются ими для дальнейшего

обсуждения и совершенствования.

Инструкцией Госстроя СССР по составлению проектов и смет для промышленного и гражданского строительства предусматри­ вается, как правило, двухстадийное проектирование: технико­ экономическое обоснование (ТЭО) и технорабочий проект (ТРИ). В отдельных случаях допускается проектирование по трем ста­ диям: технико-экономическое обоснование, технический проект и рабочие чертежи.

Основной задачей ТЭО является определение практической возможности и экономической целесообразности устройства си­ стемы гидротранспорта и гидроукладки хвостов. В связи с этим в ТЭО необходимо отыскать и соответствующими проработками показать действительно наиболее рациональное и экономичное решение задачи в данных природных условиях. Решение задачи может быть достигнуто, как правило, различным образом. По­ этому, чтобы отыскать наиболее оптимальное из всех возможных решений, на стадии ТЭО составляют варианты, которые подвер­ гают затем технико-экономическому сравнению. Наибольшие пре­ имущества имеет вариант решения задачи, при котором обеспечи­ вается выполнение следующих условий:

минимальная стоимость гидротранспорта и гидроукладки 1 т хвостов при учете капитальных затрат и эксплуатационных рас­ ходов;

наиболее короткие сроки строительства сооружений системы, обеспечивающее самый быстрый ввод предприятия в эксплу­ атацию;

18

минимальные затраты дефицитных для Государства в данный период строительных материалов.

Варианты решения системы гидротранспорта и гидроукладки хвостов должны составляться с обязательным учетом новейших достижений науки и техники, с применением наиболее совершен­ ного оборудования, максимальной механизации трудоемких про­ цессов и автоматизации.

В ТЭО определяются классы капитальности, решаются во­ просы компоновки сооружений хвостового хозяйства, даются основные характеристики системы (вид транспорта — напорный, безнапорный, смешанный; емкость хвостохранилища; указываются гидравлический уклон системы гидротранспорта), типы и размеры сооружений хвостового хозяйства и оборудования (грунтовые насосы, электродвигатели, запорная арматура, трубы).

Технические решения отдельных узлов системы и их детализа­ ция разрабатываются на стадии составления рабочих чертежей на основе утвержденного ТЭО или технического проекта.

ТЭО, технический проект и рабочие чертежи составляются на основе материалов изысканий и исследований. В целях обеспече­ ния минимальных затрат на изыскания необходимо, чтобы на стадии выбора площадки строительства предприятия соответству­ ющие комиссии были укомплектованы специалистами, которые при изучении района строительства на месте устанавливали бы варианты возможной компоновки и состав сооружений хвостового хозяйства и определяли минимально необходимые состав и объемы изысканий для составления ТЭО или технического проекта, при­ урочивая инженерно-геологические изыскания (как наиболее сложные и трудоемкие) не ко всему району устройства системы, а только к участкам расположения основных сооружений, трасс пульпопроводов, мест расположения пульпонасосных станций.

При составлении рабочих чертежей часто возникает необходи­ мость проведения дополнительных изысканий, состав и объемы которых определяются на основе проработок ТЭО или техниче­ ского проекта.

Необходимость трехстадийного проектирования хвостового хо­ зяйства, независимо от количества стадий проектирования обога­ тительной фабрики, может возникнуть только при устройстве хвостохранилищ первого класса с перегораживанием рек, устрой­ ством гидростанций.

2. Состав и объемы изысканий и исследований для обоснования проектирования хвостовых хозяйств

Для составления проекта хвостового хозяйства необходимы дан­ ные и материалы изысканий и исследований: топографических, гидролого-метеорологических, инженерно-геологических и ги­ дрогеологических, геотехнических.

19

При проведении изысканий и исследований для проектирова­ ния хвостовых хозяйств обогатительных фабрик и при составлении программы необходимо пользоваться соответствующими СНиП и инструкциями, при обязательном учете специфических особен­ ностей сооружений хвостовых хозяйств. В настоящее время реко­ мендуется пользоваться «Пособием но инженерным изысканиям для строительства» [111] и руководством «Инженерно-геологи­ ческие изыскания для строительства гидротехнических сооруже­ ний» [1121. Одной из главных специфических особенностей дамбы обвалования (плотины) хвостохранилища является в большинстве случаев отсутствие необходимости устройства подземного контура, обеспечивающего надлежащую фильтрационную прочность осно­ вания.

Последнюю, в случаях устройства памывных и наливных хвостохранилищ, обеспечивают отложения хвостов в случаях сброса хвостовой пульпы по системе «от плотины к берегам». В соответствии с этой особенностью основное внимание при инже­ нерно-геологических изысканиях для проектирования хвосто­ хранилищ следует обратить на оценку фильтрационных свойств грунтов ложа хвостохранилища, на их химический состав, чтобы оценить химическое взаимодействие вод, фильтрующих в осно­ вании хвостохранилища, насыщенных вредпыми реагентами, с грунтами и, в конечном счете, запроектировать рациональные мероприятия для обезвреживания хвостовых вод.

При составлении задания па изыскания для проектирования хвостовых хозяйств необходимо руководствоваться принципом их экономичности: инжеперно-геологические работы начинаются па больших площадях и проводятся ускоренными, дешевыми методами, характеризующимися, как правило, низкой или малой точностью; в дальнейшем площади производства работ умень­ шаются, а их точность и детальность увеличиваются, что, есте­ ственно, требует применения более дорогих методов.

При размещении хвостохранилища вблизи предприятий и на­ селенных пунктов, когда не исключается возможность загрязнепия подземных водоисточников, границы обследования определяются радиусом не менее чем до 2 км от границы хвостохранилища. При устройстве хвостохранилищ для хвостовой пульпы с примесью вредных реагентов радиус района гидрогеологических обследова­ ний увеличивается до 5 км.

Вматериалах изысканий должны быть данные о сейсмичности

иклимате района строительства хвостового хозяйства.

Вматериалах геомеханических исследований, служащих для составления ТЭО, должно быть освещено геологическое строение района с наименованиями и общей характеристикой физических

имеханических свойств участвующих в нем грунтов. Для составле­ ния технического проекта (в случае трехстадийпого проектиро­

вания) и рабочих чертежей необходимы следующие данные о грунтах:

20