книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

водоприемник шахтного типа:

где G — собственная масса водоприемника, т; Gnp — масса при­ грузки, состоящей из воды или из грунта, т (рис. 158); W — про­ тиводавление, т;

W = V„ffQ;

уь — плотность воды, равная 1 т/м3; Н — глубина воды у водоприем­ ника (разность отметки максимального горизонта воды в хвостохранилище и подошвы фундамента водоприемника), м; Q — пло­ щадь подошвы фундамента водоприемника, м2.

В приведенной формуле коэффициент противодавления а, представляющий собой отношение площадей контактов частиц грунта к общей площади сечения грунта, принят равным единице.

В СССР произведены и ведутся еще в настоящее время исследо­ вания этого вопроса [77], однако до сих пор не установлено единого мнения о величинах а для разных грунтов. Большинство

351

специалистов считает необходимым принимать при расчетах а — 1, что отражено в постановлениях различных конференций и в раз­ личных СНиП и ТУ на проектирование гидротехнических соору­ жений.

В процессе эксплуатации вокруг водоприемника отклады­ ваются наиболее мелкие частицы хвостов. Массы этих отложений при определении 6?пр необходимо учитывать. Однако надо также учитывать весьма большую пористость этих отложений, порядка 60—70%. В этих условиях величину Glip следует определять по формуле

хвостов; Q — площадь подошвы фундамента водоприемника; со — площадь сечения водоприемника на обрезе фундамента; уЕ— плот­ ность воды.

Собственная масса водоприемника представляет собой сумму весов всех его элементов, каждый из которых равен объему, умно­ женному на объемную массу материала элемента.

Трением хвостов по периметру водоприемника, направленным

а также прочности отдельных элементов и частей водоприемника. Если на водоприемник действуют охарактеризованные выше пагрузки и гидростатическое давление, его устойчивость счи­ тается обеспеченной в случае расположения центра тяжести по­ дошвы фундамента и равнодействующей массы колодца и при­ грузки на одной вертикали (если проверка его на всплывание дает удовлетворительные результаты). Прочность водоприемника в це­ лом считается обеспеченной, если прочность отдельных элементов

водоприемника доказана расчетами.

Водоприемник в большинстве случаев имеет большую высоту по сравнению с его поперечными размерами, вследствие чего он может рассматриваться как башня-стойка, подверженная воз­ действию ветра, волны, а при определенных климатических усло­ виях — и неравномерному давлению льда. В этих случаях тре­ буется проверка устойчивости водоприемника на сдвиг по схеме, показанной на рис. 158.

Сопротивление сдвигу

Гсдв ~--.(G+ G,p-W)f - E a+ En.

352

Условие устойчивости на сдвиг будет обеспечено, если

Г сдв > 1,257\

где Т — горизонтальная сила, равная сумме воздействий ветра и волны или воздействия ветра и давления льда; / — коэффи­ циент сдвига; Еа — активное давление грунта; Еп — пассивное давление грунта.

Еа и Еп вычисляются по элементарной теории давления земли на подпорные стенки [78], причем при определении Еп коэффициент бокового давления (коэффициент отпора) рекомендуется принимать

Ав — высота волны, м; А0 — возвышение средней волновой линии над горизонтом покоя, м; а — абсцисса эпюры волнового давле­ ния на уровне дна водоема.

Высота волны А„ должна при этом рассчитываться по формуле Андреянова:

А„ = 0,0208v u L 'h,

где Ап — высота волны, м; v — расчетная скорость ветра, м/с; LB— длина разгона волны, т. е. наибольшее расстояние по зеркалу воды от сооружения до противоположного ему берега, км.

Длина волны А (м) может быть также определена по формуле Андреянова:

А = 0,304vL'1*.

Возвышение средней волновой линии над горизонтом покоя А0

(м) может быть рассчитано по формуле

.1 2лА К — cth- r -

Абсцисса эпюры давления волны на уровне дна водоема (м) может быть определена по формуле

а =

hn

2яh ch ~т~

Положение силы WTn, определяемое ее плечом, подлежит уста­ новлению из выражения момента этой силы относительно дна водоема по формуле

При соблюдении условия

допускается принимать приближенно

Статическое давление ледяного поля на водоприемник вслед­ ствие термического расширения льда при значительных повыше­ ниях температуры следует рассчитывать по формуле

Р = 50К,

где Р — сила давления льда в 1 т на 1 м ширины горизонтального сечения водоприемника на уровне ледяного покрова; К — тол­ щина льда, м.

Динамическое воздействие ледяного поля вследствие весьма малых скоростей движения воды подо льдом принимать в расчет не следует.

Наиболее рациональным конструктивным решением водопри­ емного колодца является заделка его в фундамент. При этом мо­ мент одностороннего давления на водоприемный колодец (волна, лед) воспринимается основанием через подошву фундамента и частично отпором грунта по высоте заделанной части водоприем­ ника (см. рис. 158).

В начальный период эксплуатации водоприемника окружа­ ющие его отложения хвостов находятся в разжиженном состо­ янии, их отпорная способность мала, ею приходится пренебрегать. Только в случаях долговременной эксплуатации данного ко­ лодца при большой его высоте после 3—5 лет уплотнения отложе­ ний хвостов можно вводить в расчет грузовой схемы колодца и отпорную способность хвостов по изложенной выше схеме.

При расчете грузовой схемы надо исходить из соблюдения условия, чтобы наклон колодца не вызывал нарушения ответ­ ственного стыка колодца с коллектором. Величина этого наклона зависит при заданных размерах подошвы фундамента и величинах

354

ГЛАВА VII

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ХВОСТОВЫХ ХОЗЯЙСТВ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

1. Основные характеристики эксплуатируемых хвостовых хозяйств

В цветной металлургии СССР находится в эксплуатации около 100 хвостохранилищ обогатительных фабрик.

На рис. 159 приведена гистограмма количества хвостохрани­ лищ, эксплуатация которых велась в течение 1933—1969 гг.

Только восемь хвостохранилищ введено в эксплуатацию до 1953 г., т. е. срок их эксплуатации превышает 20 лет. Подавля­ ющее большинство хвостохранилищ имеет срок эксплуатации

до 1,50 руб., возврата 1 м8 оборотной воды — от 0,002 до 0,68 руб., очистки 1 м3 сточных вод — от 0,003 до 0,13 руб.

Численность обслуживающего дежурного персонала хвосто­ вых хозяйств колеблется от 1 до 44 человек, ремонтного персо­

356

нала — от 1 до 40 человек. Из 100 эксплуатируемых хвостовых хозяйств только на 59 имеются инженерно-технические работники (от 1 до 7 человек).

Системы гидротранспорта хвостов

Характеристика пульпы. Хвосты обогащения представляют собой отходы, получающиеся в результате механической обра­ ботки руд полезных ископаемых (дробления, измельчения, клас­ сификации, флотации). Из обогатительной фабрики хвосты выхо­ дят в виде пульпы, состоящей из твердой, жидкой и газообразной фаз. Твердая фаза представлена смесью минеральных частиц различных размеров, форм и плотностей; жидкая — смесью воды и остаточных реагентов, применяемых при флотации и сгущении; газообразная — воздухом, а также продуктами газовыделения, получающимися при флотации и транспортировании хвостов.

Контрольными параметрами пульпы являются: ее расход, копсистенция, гранулометрический состав, плотность хвостов, температура, состав остаточных флотационных реагентов. Кон­ троль за параметрами пульпы осуществляет ОТК обогатительной фабрики.

Консистенция пульпы определяется по отобранным пробам объемно-весовым методом или с помощью консистометров.

На обогатительных фабриках цветной металлургии отношение Т : Ж колеблется от 1 : 2 до 1 : 43, pH пульпы — от 5,6 до 12,5, плотность твердой фазы пульпы — от 2 до 5 т/м3 (рис. 160). Гра­ нулометрический состав твердой фазы пульпы по классу круп­ ности —0,074 мм колеблется от 20 до 99,6% (см. рис. 160).

Характеристика магистральных и распределительпых пульпо­ водов. Пульповоды подразделяются: по режиму работы — на на­ порные и безнапорные; по назначению — на магистральные (слу­ жащие для гидротранспорта хвостов от обогатительной фабрики до места их укладки), распределительные (служащие для намыва хвостохранилища).

Длина магистральных пульповодов — от 200 до 11 200 м; длина распределительных пульповодов — от 100 до 13 000 м; диаметр магистральных и распределительных пульповодов — от 89 до 1200 мм (рис. 161).

Для магистральных и распределительных пульповодов при­ меняются стальные, чугунные и фанерные трубы. Износ труб зависит от скорости, абразивности пульпы, плана и профиля трассы пульповодов. Срок службы пульповодов колеблется от 3 месяцев до 20 лет (см. рис. 161).

Характеристика пульпонасосных станций. Напорные системы гидротранспорта подразделяются па напорно-самотечные и на­ порно-принудительные. В напорно-принудительных системах пульпа движется но напорным пульповодам с использованием напора грунтовых насосов, устанавливаемых в пульпонасосных станциях.

357

Число пульпонасосных станций в напорно-принудительных системах колеблется от 1 до 4 станций (рис. 162).

Пульпонасосные станции оборудованы насосами типа: ПН, ПС, НП, НПГ, Гр с диаметрами всасывающего патрубка 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 16, 18, 20, 28 дюймов (см. рис. 162).

Число рабочих насосов па одной пульпонасосной станции,

д *

н * L

х Д 60

ТО

-а ч

90

1

Рис. 160. Гистограммы характеристики пульпы

числа резервных насосов к общему числу рабочих насосов соста­ вляет 1,3.

Наработка на отказ основных элементов насосов колеблется: для корпуса — от 21 до 3400 сут; для рабочего колеса — от 8 до 218 сут; для сальника — от 1 до 90 сут.

Численность обслуживающего персонала систем гидротранс­ порта хвостов колеблется: дежурного — от 1 до 28 чел., ремонт­ ного — от 1 до 31 чел.; ИТР — от 1 до 4 чел., при этом ИТР нахо­ дятся только на 10 системах гидротранспорта хвостов.

358

Рис. 161. Гистограммы характеристики магистральных и распределитель­ ных пульповодов

$v°

Рис. 162. Гистограммы характеристики пульпонасосных станций

Системы, гидравлической укл ад ки хвостов ( хвост охранилищ а)

Характеристика насыпных дамб (плотин) хвостохранилищ. Наибольшая высота насыпных дамб (плотин) хвостохранилищ колеблется от 2,5 до 32 м (рис. 163); длина насыпных дамб (пло­ тин) хвостохранилищ — от 60 до 10 740 м; минимальная ширина по гребню насыпных дамб (плотин) хвостохранилищ — от 1,5 до 24 м.

Заложение откосов насыпных дамб (плотин) хвостохранилищ колеблется: для верхового откоса — от 1 : 0,8 до 1 : 4,0, для низового откоса — от 1 : 1,0 до 1 : 5,0.

359

Рис. 163. Гистограммы характеристики насыпных дамб (плотин) хвосто- хранилищ

Объем грунта в теле насыпных дамб (плотин) хвостохранилшц находится в пределах от 7,0 до 1994,9 тыс. м3.

Минимальное превышение гребня насыпных дамб (плотин) хвостохранилищ находится в пределах: над отметкой нормального подпорного горизонта воды (НПГ) — от 50 до 600 см, над отметкой горизонта высоких вод (ГВВ) — от 40 до 370 см.

Характеристика намывных дамб хвостохранилищ. Наиболь­