книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

(один рабочий, другой в «горячем» резерве, третий в ремонте). Эта насосная станция в состоянии (по расчету) подать пульпу на отметку 1194 м, при которой высота хвостохранилища будет равна 124 м, а вместимость хвостохранилища 60 млн. м3. Перво­ начально насосная станция работает с зумпфами, а затем трубы напорно-самотечного транспорта подключаются непосредственно к всасывающим патрубкам насосов, в целях использования оста­ точного напора напорпо-самоточной системы транспорта хвостовой пульпы.

Система гидротранспорта хвостовой пульпы рассчитана по формулам Кпороза — Евдокимова. В результате расчетов по рекомендациям, изложенным в работе [156], в проекте приняты:

Хвостохранилшце устроено в долине реки путем перегоражи­ вания последней земляной насыпной плотиной № 1 и отводом реки туннелем. Площадь водосбора реки составляет 145 км2, длина — 35 км, общее падение реки от истоков до устья — около 2600 м, средний уклон русла реки — 0,077; на устьевом участке, где устраивается хвостохранилище, уклон русла реки— 0,018. Сред­ немноголетний расход реки составляет 1,36 м3/с; средний макси­ мальный расход — 38 м3/с; максимальный расход трехпроцентной обеспеченности — 73 м3/с. Для расчета сечения отводящего тун­ неля принят максимальный расход 68 м3/с при максимальном напоре в голове туннеля 12 м и учете аккумулирования воды верховой земляной плотиной из суглинков высотой 39,5 м (плотина № 1). Хвостохранилище делится на две очереди: первая — с вер­ ховой плотиной № 1 и отводящим реку туннелем № 1; вторая —

сверховой плотиной № 2 и отводящим туннелем № 2. Туннели для отвода реки имеют сечение 2,6 х 3,0 м2. Плотина № 2 состоит из суглинков высотой 30 м. Хвостохранилище образуется дамбой первой очереди из суглинистого и гравийно-галечпикового грунта максимальной высотой 11 м. Далее повышение хвостохранилища

содновременным увеличением емкости производится намывом хвостов в процессе эксплуатации фабрики. Для этого на гребне насыпной дамбы шириной 7 м прокладывается распределительная нитка стального хвостопровода диаметром 500—600 мм. Через каждые 10 м но нижней образующей хвостопровода устраиваются выпускные отверстия, через которые по трубам диаметром 150 мм производится намыв. Таким образом, и на этом хвостохранилище запроектирован «зенитный» способ намыва. Низовой откос намыв-

ной части хвостохранилища формируется автосамосвалами и буль­ дозером в виде дамб обвалования из гравийно-галечниковой есте­ ственной смеси высотой 3,0—3,5 м. Общее залояадпие откоса хво­ стохранилища в проекте принято 4 (откос 1 : 4 ) .

Слив осветленной воды из хвостохранилища первой очереди осуществляется через каскад колодцев шахтного типа и водо­ спускной коллектор круглого сечения, железобетонный, диа­ метром 1,5 м. Слив осветленной воды из хвостохранилища второй очереди осуществляется через систему так называемых соедини­ тельных туннелей. Каждый из соединительных туннелей имеет портал, напоминающий конструкцию водосливного колодца шахт­ ного типа, позволяющий забирать осветленную воду из верхнего слоя отстойного пруда хвостохранилища.

Применяемые на этой фабрике реагенты для обогащения руды

лоток перед зданием, где производится апробирование пульпы. Для очистки эмульгированного керосина предусмотрена до­ бавка в хвостовую пульпу сорбента (молотого известняка) 0,25кг/м3. Приготовление сорбента производится в специальном корпусе

полный водооборот с необходимой подготовкой воды, исходя пз требований технологического процесса. Общее количество сточ­ ных вод обогатительной фабрики составляет 80 000 м3/сут. Из корпуса выщелачивания сбрасывается 35 т/сут хлористого кальция в виде отработанного раствора. Цианиды содержатся только в сгу­ стителях концентратов полезных ископаемых. Слив главнога корпуса фабрики составляет 700—900 м3/сут.

Т а б л и ц a (5S

392

При составлении проекта произведены следующие расчеты хвостохранилища: фильтрационные расчеты (определение поло­ жения кривой дисперсии и фильтрационного расхода); расчет паслонного дренажа (подбор состава материала, проверка на суффозию и некольматируемость); расчеты консолидации намывпых отложений хвостов и развития порового давления; расчеты устойчивости намывных откосов по круглоцилиндрическим и ло­ маным поверхностям сдвига. Расчеты произведены по указаниям

части — от 7 до 10. Намывной пляж по проекту должен поддер­ живаться шириной 200—300 м в средней и верхней частях дамбы. Также по соображениям придания большей устойчивости намыв­ ному откосу предусмотрено устройство дренажной пригрузки в виде насыпных дамб обвалования из гравелисто-галечного грунта. Намыв зенитным способом [156] запроектировано произ­ водить ярусами высотой каждый 10 м. Для этого на каждом ярусе предусматривается устройство бермы шириной 10 м (в целях обеспечения проезда машин). Средняя интенсивность намыва в данном случае равна 12 м/год при общей высоте хвостохранилища 120 м (срок эксплуатации 10 лет). В связи с тем, что фабрика к 1973 г. вышла только на 50% проектной производительности, интенсивность намыва не превышает 6 м/год. Намыв предусмотрен круглогодичным, учитывая, что хвостохранилище эксплуати­ руется в южном районе. Для устройства дамб из гравелисто­ галечного грунта запроектированы специальные дороги с въездами и съездами.

Эксплуатация хвостовых хозяйств. Эксплуатация запроекти­ рованных хвостовых хозяйств связана с круглогодичным непре­ рывным возведением хвостохранилища. Необходимо непрерывно повышать отметку намыва упорной призмы в целях обеспечения падлежащой емкости хвостохранилища.

Балансовая стоимость сооружений хвостового хозяйства фаб­ рики в равнинной местности (без сооружений системы оборотного водоснабжения) — 12469,2 тыс. руб.: первичной дамбы — 8522,5 тыс. руб.; сооружения систем гидротранспорта и гидро­ укладки хвостов — 3956,5 тыс. руб. Стоимость гидротранспорта 1 т хвостов составляет 6 коп.; стоимость гидроукладки 1 т хво­ стов — 8 коп.; стоимость возврата 1 м3 осветленпой воды из хво­ стохранилища — 0,6 коп. Вместимость хвостохранилища по основ­ ному проекту рассчитана на 22 года эксплуатации фабрики и со­ ставляет 260 млн. м3 при общей высоте 36 м; фактически уложено за 9 лет эксплуатации фабрики 130 млн. м3; фактическая высота к 10-му году эксплуатации — 19 м, что объясняется опережающим ростом производительности фабрики по сравнению с проектом (см. табл. 67). Обслуживающий персонал: дежурных — 27 чел.;

393

ремонтпых рабочих — 38 чел.; инженерно-технических работни­ ков — 7 чел.

Фактические характеристики системы гидротранспорта хвостов фабрики в равнинной местности (расход пульпы, ее плотность, гранулометрический состав твердой составляющей пульпы) при­ ведены в табл. 67. Пульповоды, насосные станции и другие соору­ жения системы гидротранспорта построены по проекту. Перебоев в работе системы гидравлического транспорта (недостаток в напоре системы, чрезмерное заиление пульповодов) не наблюдалось. Гидравлическое исследование системы, проведенное лабораторией Ленинградского горного института им. Г. В. Плеханова, не за­ фиксировало больших отклонений от проектных параметров си­ стемы гидротранспорта хвостов. Гидравлический уклон — главная характеристика движения хвосторой пульпы при напорно-прину­ дительном гидротранспорте оказался равным 0,006 и 0,012 против проектного, определенного по формулам Кпороза — Евдокимова 0,006 и 0,016. Пульповоды (напорные) работают, как правило, в режиме заиления. Степень заиления незначительна. Срок службы металлических трубопроводов диаметром 1220 и 1020 мм с тол­ щиной стенок 12 мм: до первого ремонта — 21 900 ч (около 900 сут); до полного износа — 43 800 ч (около 1800 сут). Ремонт стальных пульповодов состоит в наварке изношеппых мест и в по­

(13 сут); корпуса — 7 лет; вала — 5 лет.

Первичная дамба (насыпная) и намывная часть хвостохранилища выполнены по проекту. Превышение отметки гребня намыва у откоса хвостохранилища поддерживается: над НПГ — 150 см; над ГВВ — 100 см; в 1977 г. этот размер был уменьшен до 40 см, что явилось одной из причин аварии на хвостохранилище. Откосы намывного пляжа: 1 : 40, 1 : 80, 1 : 90. В течение одного года насыпается одна дамба обвалования из гравелисто-галсчникового материала высотой 2 м, с шириной по гребню 1 м, и откосами 1 : 1,5. Наибольшая высота хвостохрапилища из хвостов в про­ цессе эксплуатации фабрики составляет на начало 1975 г. 22 м. Интенсивность намыва — 1,5 м/год. На начало 1975 г. уложено хвостов 160 млн. м3; проектная емкость при намытой отметке гребня хвостохранилища 371 м — 150 млн. м3. Разница в при­ веденных цифрах обусловлена неточностью задания в проекте объемной массы скелета уложенных хвостов, которая принима­ лась равной 1,5 т/м3, в действительности она оказалась меньше

иравна 1,4 т/м3.

Взимнее время сброс пульпы производится сосредоточенным выпуском пульпы по трубопроводу диаметром 1000 мм (при этом откосы намывного нляжа достигают величины 1 : 500); толщина ледового покрова — 55—70 см. Объем пруда на начало 1975 г. — 35 млн. м3, площадь пруда — 8 млн. м2, средняя глубина — 4— 5 м; максимальная глубина — 6—7 м.

394

Водосбросные сооружения выполнены по проекту. Сброс освет­ ленной воды производится через «окна» (водосливы), закладыва­ емые Шандорами. Обычно в работе паходятся два «окпа» площадью живого сечения 4—5 м2. Максимальная пропускная способность всех «окон» — 22—24 м3/с. Расход оборотной воды — 1,8— 2,0 м3/с. Приблизительно на 80—90% нужды фабрики в произ­ водственной воде покрываются оборотной водой; при этом исполь­ зуется весь объем слива хвостохранилища.

Имеется следующий парк механизмов и оборудования для экс­ плуатации хвостохранилища: экскаватор на резиновом ходу с вместимостью ковша 0,25 м3 (Э-2505); пять бульдозеров на базе С-100; кран грузоподъемностью 6 т; шлюпка.

При намыве хвостохранилища размывов и оплывов низового откоса первичной дамбы не наблюдалось (напомним, что низовой откос первичной дамбы, насыпанной из суглинка, покрыт «за­ щитным слоем балласта» толщиной 1 м). Наблюдаются выходы фильтрационных вод на низовом откосе хвостохранилища в зоне намыва. При этом происходит размыв намывной части откоса, не превышающий размеров: по ширине — 5 м и по длине — 10—,

15м.

Балансовая стоимость сооружений хвостового хозяйства в гор­

ном районе по проекту (первая очередь) — 16,52 млн. руб. Стоимость транспорта 1 т хвостов — 12 коп.; стоимость укладки

1 т хвостов — 10 коп.; стоимость химической очистки 1 м3 хвосто­ вых и других сточных вод — 0,03 коп.

Обслуживающий персонал состоит из 27 чел., из них два — ИТР. Фактические характеристики системы гидротранспорта хво­ стов фабрики в горном районе (расход пульпы, ее плотность, гра­ нулометрический состав твердой составляющей) приведены в табл. 67. Пульповоды, насосные станции и другие сооружения построены по проекту. Перебоев в работе системы гидравличе­ ского транспорта (недостаток в напоре системы, чрезмерное заили­ вание пульповодов и пр.) не наблюдалось. Гидравлическое иссле­ дование системы, проведенное лабораторией Ленинградского гор­ ного института им. Г. В. Плеханова, не зафиксировало больших отклонений от проектных параметров системы гидротрапспорта хвостов; основная характеристика движения хвостовой пульпы при лапорпо-самотечпом гидротранспорте хвостовой пульпы (ги­ дравлический уклон) оказался равным от 0,012 до 0,013 против проектного, определенного по формулам Кнороза — Евдоки­ мова, 0,013 [156]. Напорпые пульповоды работают, как правило, на режиме частичного заиления живого сечепия пульповода. Сте­ пень заиления — от 0 до 20 см.

Срок службы стальных трубопроводов на горизонтальных участках диаметром 600 мм, с толщиной стенок 8 мм — 8 лет. Сведения о сроках службы частей землесосов нет, так как система гидротранспорта хвостов работает пока на напорно-самотечном режиме.

395

Возведение первичной дамбы (насыпной) и намыв хвостохранилища выполнены по проекту. Превышение отметки гребня насып­ ной дамбы поддерживалось: над НПГ — 400 см; пад ГВВ — 370 см. Ширина намывного пляжа составляла 110—140 м; уклон — 1 : 80. Превышение гребня намыва у откоса хвостохранилища поддерживается: над НПГ — 200 см; над ГВВ — 170 см.

В течение 1 года на гребне намывного из хвостов откоса были отсыпаны три дамбы из гравийно-галечпикового грунта, высотой каждая 3,0—3,5 м с откосами: верховым — 1 : 2 , низовым — 1 : 2, ширина но гребню — 3 м.

Наибольшая высота хвостохранилища в процессе эксплуата­ ции фабрики составила па начало 1975 г. 66 м. Интенсивность намыва — 6—15 м/год. Объем пруда-хвостохранилища соста­ вляет 236 тыс. м3; площадь пруда — 110 тыс. м2; глубина пруда максимальная и средняя — соответственно 3,50 м и 2,15 м. В зим­ ний период намыв из хвостов производится, как и в летнее время; ледяной покров отсутствует.

Водосбросные сооружения выполнены по проекту. Отвод реки производится специальным тоннелем; отвод осветленных вод — шахтными колодцами и водоспускным коллектором; регулирова­ ние уровня воды в пруде — установкой шандор в водосливных «окнах» шахтных колодцев.

Имеются следующие механизмы, с помощью которых произ­ водятся наращивание хвостохранилища и работы по переукладке распределительных трубопроводов: экскаватор Э-2503 с вмести­ мостью ковша 2,25 м3, два бульдозера С-100, трубоукладчик. При намыве хвостохранилища выходов фильтрационного потока на низовом откосе не наблюдается.

На хвостохранилище имеется дежурное помещение, телефон и освещение. К хвостохранилищу проложена грунтовая авто­ дорога. Системы оборотного водоснабжения пет.

5. Примеры эксплуатируемых зарубежных

хвостовых хозяйств

Данные проектирования, строительства и эксплуатации хвосто­ вых хозяйств за рубежом приведены во многих работах [83—94]. Однако сведения о хвостовых хозяйствах и их эксплуатации не полны. Тем не менее по имеющимся литературным источникам можно составить общее представление о методике проектирования хвостовых хозяйств и их эксплуатации. Ниже приводится описа­ ние некоторых характерных случаев организации хвостовых хозяйств в разных странах.

Хвостовое хозяйство Холдонской обогатительной фабрику

в США

Флотационная фабрика расположена на отметке 975 м в узкой долине (400—500 м) реки Железнодорожной (к северо-востоку

346

от Вашиигтопа). Производительность фабрики по хвостам — от 1900 до 2370 т/сут.

Хвостохрапилище пойменного типа состоит из трех отвалов

дамбы обвалования 1000 м; отвал № 3 площадью около 5,3 га. Длина дамбы обвалования

около 500 м. Начало заполнепия'относится к 1945 г.

Рис. 174. Хвостохранилшцо Холдепской обогатительной фабрики (план):

1 — фабрика; г — река Железнодорожная; з — поселок; 4 — отвал Wt 1; 5 — самотеч­

ная линия к насосной станции; в — насосная станция; 7 — восточный трубопровод; 8 — напорный трубопровод; 9 — отвал JVa 2; 10 — самотечная линия отвала JTs 3; 11 — отвал JTt 3

По расчету отвалы № 2 и 3 обеспечат эксплуатацию фабрики в течение 6—8 лет.

Для организации хвостохранилшца были произведены следу­ ющие работы:

спрямление меандры реки Железнодорожной с устройством канала и креплением ряжами откоса, примыкающего к хвостохранилищу;

устройство насыпной дамбы обвалования первой очереди вы­ сотой 2,5 м, с шириной по гребню 3 м;

устройство бетонных водоприемников шахтного типа и водо­ сбросных коллекторов для отвода осветленных вод за пределы дамбы первой очереди;

устройство распределительных пульпопроводов по дамбе пер­ вой очереди.

Каждый из бетонных шахтных водоприемников имеет сечение в плане 305 X 535 мм и высоту от 3 до 6 м. Одна сторона водо­ приемника открыта по всей высоте и заполняется по мере повыше­ ния уровня воды в хвостохрапилище деревянными шандорами 150 X 150 мм. Первый шахтный водоприемник расположен в са­

397

мой низкой точке естественной поверхности хвостохрапилища на расстоянии 60—65 м от насыпной дамбы первой очереди.

Шахтные водоприемники соединяются между собой стальными трубами диаметром 250—300 мм, зарытыми в землю па глубину 1,0—1,2 м во избежание их всплывания в первый период эксплу­ атации хвостохрапилища.

Расстояния между водоприемниками шахтного типа назначены с таким расчетом, чтобы при уровне воды в хвостохранилище на отметке гребня нижележащего водоприемника можно было вклю­ чить в работу следующий вышерасположенный водоприемник. При этом нижерасположенный водоприемник закрывается сверху железным листом толщиной 10 мм с покрытием слоя бетона тол­ щиной 100 мм.

Распределительный пульпопровод, изготовленный из деревян­ ных клепочных труб диаметром 200—250 мм, толщиной 32 мм, с бандажами, рассчитанными па давление пульпы в 3,5 кгс/см2, уложен на легких деревянных опорах через 4—5 м. Линия опор располагается в 2,5—4,5 м от внутренней бровки гребня дамбы. По нижней образующей трубы через каждые Зм высверлены отвер­ стия диаметром 50 мм, закрываемые деревянными пробками длиной 100 мм. Для уменьшения расхода разгружаемых хвостов пользуются «строительными пробками» с отверстиями диаметром 25 мм. Трубопровод уложен с соблюдением постоянного уклона (0,01), соответствующего расчетному гидравлическому градиепту напора. При этом скорости движения пульпы минимальны, износ стенок труб незначительный и трубы могут служить 6 лет.

Если на трассе самотечных пульпопроводов имеются участки с большими геометрическими уклонами, то во избежапие значи­ тельного износа труб устраиваются перенадные колодцы. Отвалы

№1 и 2 расположены ниже отметки 975 м, и их заполнение произ­ водилось при самотечном транспорте пульпы. С осени 1942 г. возпикла необходимость подпимать пульпу на 10 м выше отвала

№2 в напорный бак, от которого пульпа распределяется но дамбе хвостохранилища напорным самотеком.

Землесосная установка расположена в юго-западном углу отвала № 2. Пески и шламы транспортируются от фабрики само­

теком по трубам диаметром 200 и 250 мм, длиной 535 м каждая.

Землесос типа Hydroseal с покрытыми резиной рабочими дета­ лями приводится в движение через клиноременную передачу асинхронным электродвигателем. Насос работает при 650 об/мип и обеспечивает производительность 94—100 л/с при содержании в пульпе 25% твердого. Центробежный насос производительностью 1,25 л/с подает чистую воду для гидроуплотнения в песковый насос (землесос). Водозабор для этого насоса расположен на реке Железнодорожной. Управление этим насосом сблокировано с пе­ сковым насосом так, что последний останавливается, если давле­ ние промывного насоса падает ниже установленной нормы.

398

Т а б л и ц а 69

В ы х о д

П р о д у к т

Флотационные хвосты содержат 20—25% твердого. Обесшламливание производится в две стадии в сгустителях Дорра диа­ метром 6780 мм. Результаты разделения хвостов по классам круп­ ности приведены в табл. 69.

Большая часть слива по трубопроводу диаметром 250 мм сли­ вается в зумпф землесосной установки и оттуда направляется в пруд-хвостохранилище. Меньшая часть слива, смешанная с пе­ сками от цианидных фильтров при 40—45% твердого в пульпе г сливается к насосной установке и оттуда распределяется вдоль дамбы обвалования.

Использование сгущенных грубых песков для образования дамбы обвалования обусловливает быстрое возведение последней с очень крутым внешним откосом 1:0,8 (52°). Намытая из хвостов дамба считается вполне устойчивой.

Намыв дамбы обвалования осуществлялся одпозапрудным и двухзапрудным способами.

При однозапрудном способе (рис. 175) при выпуске пульпы из отверстий хвостопровода диаметром 50 и 28 мм образуется ряд. холмов (конусов) из хвостов, которые при их объединении обра­ зуют непрерывную гряду вдоль гребня дамбы. Предотвращение перелива пульпы на поверхность внешнего откоса достигается путем устройства дамбочек из хвостов вручную.

Двухзапрудный способ (рис. 176) применяется в том случае, когда однозапрудным способом в течение лета не успевают под­ нять гребень дамбы обвалования, обеспечивающий емкость хвостохранилища на зимний период эксплуатации. Намывная дамба при этом образуется участками длиной 12—18 м, ярусами высотой до 3—4 м. Предотвращение перелива пульпы через гребни вну­ треннего и внешнего откосов намываемой дамбы достигается также

ствляется одним человеком в смену при общем числе четырех рабочих, из которых один— старший. В течение летних периодов, когда осуществляется намыв дамбы, добавляются один-два рабочих.

Представляет интерес принятый в хвостовом хозяйстве Холдсцской фабрики необычайно крутой низовой откос (0,8 : 1), намывной из хвостов дамбы. Для намыва этого откоса исполь­ зуется только песковая часть хвостов, транспортируемая по само­ стоятельной системе.

399

Рис. 175. Схематический разрез хвостохранилища Холденской обогатитель­ ной фабрики при однозапрудном способе его обвалования:

5

Рис. 176. Схематический разрез хвостохранилища Холденской обогатитель­ ной фабрики при двухзапрудпом способе его обвалования:

Хвостовое хозяйство свинцово-цинковой обогатительной фабрики Судлнван в Канаде

В результате обогащения руд на фабрике получаются три сорта хвостов: первый — хвосты обогащения в тяжелых суспензиях с небольшим количеством пиритных концентратов, которые ис­ пользуются для закладки при горных работах; второй — лиритные концентраты при извлечении олова и третий —

400