книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

кремнистые хвосты (отходы от оловянного концентрата), которые направляют в хвостохранилище, где укладывают раздельно.

Фабрика эксплуатируется в течение 30 лет. Площадь хвостохранилища — 400 га. Дамбы обвалования сначала возводились из гравия, а впоследствии намывным способом из хвостов путем выпуска пульпы из отверстий в U-образных желобах, уложенных на высокой эстакаде вдоль гребня дамбы. Такая практика привела

кнескольким авариям с дамбами из пиритных хвостов в связи

стем, что только паружная поверхность дамбы окислялась и за­ твердевала, а но мере увеличения высоты давление становилось чрезмерно большим и поверхностная корка разрушалась. В на­ стоящее время хвостовая пульна распределяется поперечными желобами по обе стороны основного желоба с устройством дамбочек ограждения со стороны низового откоса.

На участке, где укладываются пнритнме хвосты, проложенооколо 3000 м основных желобов и 2340 м поперечных. Желоба

изготовляют из досок 50 х 300 мм (дппще) и 25 х 300 мм (боко­ вые стенки).

На участке, где укладываются кремнистые хвосты, проложепа около 2250 м основных желобов и 600 м поперечных. Основные желоба .имеют уклон 0,0065—0,01. Эстакады деревянные, опоры простейшей конструкции через 8 м. Наибольшая высота эста­ кады — 16,5 м.

В хвостохранилище поступает около 1600 т/сут пиритных концентратов при содержании твердого 45% и 4400 т/сут кремни­ стых хвостов при 30% твердого.

Хвостовое хозяйство обогатительной фабрики Деминг .

Фабрика находится в долине реки Мимбресс в 56 км от мекси­ канской границы.

Хвостохранилище площадью 180 х 300 м расположено на слегка возвышенном плоскогорье за рекой Мимбресс, на под­ ветренной стороне (в этой местности преобладают сильные юговосточные ветры), на расстоянии 732 м от фабрики.

Хвостовая пульпа из камер флотации цинка и пирита напра­ вляется в один из двух конусообразных зумпфов, каждый из, которых работает с двумя последовательно соединенными насо­ самиОдин зумпф и обслуживающие его насосы находятся в ре­ зерве.

Хвосты подаются насосами до пункта, находящегося вне фаб­ рики, па высоте 6,6 м. Отсюда хвосты направляются по пульпо­ проводу диаметром 125 мм, уложонному с уклоном 0.01 до про­ селочной дороги, которую он пересекает на высоте 5,4 м- С этого пункта пульпопровод уложен с несколько большим уклоном до места, где в 222 м от фабрики устроен выпуск с затвором. Дальше пульпопровод уложен с обратным уклоном 0,005, по которому пульпа транспортируется на дамбу. Через указанный выпуск,

401

который открывается при плановых или вынужденных (отклю­ чение электроэнергии) остановках системы, разгружается боль­ шая часть содержимого пульпопровода.

Первый из двух последовательно работающих насосов вклю­ чается, когда хвосты в зумпфе достигают определенного уровня, а второй после того, как первый перестает справляться с работой. Оба насоса включаются автоматическиЧисло оборотов первого насоса регулируется гидравлической муфтой в зависимости от высоты уровня подачи. Второй пасос работает с постоянным за­ данным числом оборотов. Опасность переливания хвостов через гребни стенок зумпфов предупреждается звуковым и световым сигналами. При необходимости открывается выпуск на пульпо­ проводе для его опорожнения.

Наибольший интерес в данном хвостовом хозяйстве предста­ вляет прокладка пульпопровода по пересеченной местности с на­ личием V-образного участка, в низшей точке которого устра­ ивается выпуск.

Хвостовое хозяйство обогатительной фабрики Уайт-Пейк в США

Фабрика находится в округе Онтанагон штата Мичиган. Произ­ водительность ее — 11 500 т/сут.

Место расположения хвостохранилища представляет собой площадку с уклоном 0,0075 в направлении озера Сюпериор. Перво­ начальный пруд был организован путем ограждения площадки с трех сторон насыпной дамбой высотой 6 м из местного глинистого грунта. Длина основной дамбы — 2210 м, боковых — 600 и 900 м.

В связи с коротким лотним сезоном, который можно исполь­ зовать для наращивания дамбы, а также вследствие недостатка крупнозернистого материала в хвостах наращивание дамбы до высоты 12 м предусмотрено производить насыпным способом.

Вблизи основной дамбы устроены четыре бетонных водослив­ ных колодца, расположенных на определенных расстояниях друг от друга. Колодцы обслуживаются мостиками, связывающими их с основной дамбой, а также при помощи моторной лодки.

Осветленные воды, сливающиеся через водосливы колодцев, отводятся металлическими трубами в канаву, устроенную парал­ лельно подошве низового откоса дамбы. По этой канаве вода посту­ пает в пруд оборотной воды, из которого вода перекачивается по трубам диаметром 750 мм в водонапорный бак вместимостью 940 м3. Водопровод оборотных вод состоит из железобетонных труб диаметром 750 мм. Суммарная производительность насосов оборотной воды составляет 56 м3/мип (933 л/с).

Пруд оборотной воды имеет бетонный водослив, через который удаляется избыток воды в периоды сильных дождой или таяния снегов. Водослив и хвостохранилище работают удовлетворительно; в течение одного лета толщина слоя дождевых осадков за 8 ч составила 100 мм, и они были пропущены без всяких затруднений.

402

Расстояние от фабрик до хвостохранилища — 2400 м. Песковая и шламовая фракции отвальных хвостов поступают самотоком по отдельным стальным желобам в хвостовую насосную станцию, расположенную в 105 м от обогатительной фабрики. В концевой части этого участка хвостовые желоба уложоны в туннеле.

В насосной станции установлены две группы гуммированных насосов, по четыре насоса в каждой группе. Каждый из насосов имеет электродвигатель мощностью 92 кВт. Все насосы оборудо­ ваны клиноремонными приводами со ступенчатыми шкивами.

Насосы перекачивают хвосты в самостоятельный для каждой

На этой фабрике осуществлена весьма сложная система водо­ снабжения. Только 50% потребной воды (3,755 л/мин на 1 т пере­ рабатываемой руды) обеспечивается за счет свежей воды. Осталь­ ные 50% поступают из хвостохранилища.

Хвостовое хозяйство фабрики Рон-Антилон

Фабрика находится в Южной Африке на высоте 1200 м над уров­ нем моря, на 13° южнее экватора; климат умеренный.

Хвостовое хозяйство фабрики включает в себя систему гидро­ транспорта несгущенных хвостов, сгустительное отделение, си­ стему гидротранспорта сгущенных хвостов и хвостохранилище.

Сгустительное отделение расположено с расчетом осуществле­ ния самотечного транспорта несгущенных хвостов и в непосред­ ственной близости от хвостохранилища.

От фабрики до сгустительпого отделения хвосты транспорти­ руются самотеком по стальной трубе диаметром 450 мм и длиной 750 м. Сгуститель для хвостов имеет диаметр 75 м.. Осветленная вода вместе с добавкой свежей воды из шахты возвращается на фабрику. Шахтная вода (pH 8,1) добавляется непосредственно в сгуститель, что способствует получению чистого слива.

Сгущенные хвосты с содержанием 55% твердого направляются при помощи песковых насосов высокого давления к разводящему трубопроводу у дамбы хвостохранилища. Всого установлены четыре песковых насоса производительностью каждый 6000 т/сут.

Разводка хвостов по дамбе производится стальным трубо­ проводом диаметром 300 мм, проложенным по всей длипе дамбы. Общая длина этого трубопровода — 2100 м. Хвосты распреде­ ляются по всей длине дамбы деревянными желобами с попереч­ ными желобами, проложенными на 15 м внутрь хвостохранилища.

Ограждающие дамбочки строятся из хвостов вручную. Каж­ дому из рабочих устанавливается дповная норма — дамбочка высо­ той 60 см и длиной около 20 м. Такую норму каждый рабочий выполняет за 5—6 ч.

Впоследствии описанный метод устройства дамбы был усовер­ шенствован. Через каждые 20 м по длине стальной трубы

403

диаметром 300 мм были устроены выпуски с отростками труб. Вы­ пускаемые из них хвосты распределяются по фронту дамбы при помощи канав в отложениях. Этот способ привел к удешевлению укладки хвостов примерно в 10 раз против прежней стоимости.

Для борьбы с размывом дождями низового откоса намывной дамбы устраивают фашинное покрытие из соломы с длинными стеблями, обычно идущей на устройство крыш туземных хижин.

Хвостовое хозяйство свинцово-цинковой обогатительной фабрики в Сардинии (Италия)

На фабрике осуществляется обогащение в тяжелых суспензиях. Флотационные хвосты после автоматического опробования пере­ качиваются в хвостохранилище центробежным насосом диаметром 125 мм. Расход хвостовой пульпы — 125 м8/ч (34,7 л/с). Диаметр пульпопровода — 150 мм при длипе 700 м.

При строительстве дамбы хвостохранилища были успешно применены гидроциклоны. Осветленная в хвостохранилищо вода перекачивается па фабрику, где объединяется со сливом сгусти­ теля диаметром 27 м и вновь используется при обогащении в тяжолых суспепзиях и при флотации.

6. Разрушения хвостохранилищ

Разрушения хвостохрапшлищ, если они происходят, часто носят характер национального бедствия. Такие разрушения обычно сопровождаются движением мощного (большой высоты) селевого потока, смывающего на своом пути строения, приводя к гибели животных и людей. В качестве примеров таких разрушений могут быть приведены: разрушение хвостохранилища фабрики Содьмочисленница в Народной Республике Болгарии и разрушение хвостохранилища Эль-Кобре в Чили. Первое разрушение вызвало большие убытки; второе разрушение также припесло катастрофи­ ческие бедствия с уничтожением части города, построенного ниже хвостохранилища.

В СССР, несмотря на большое число построенпых, законсер­ вированных и эксплуатируемых хвостохранилищ, золошлакохранилищ и грунтохранилищ (гидроотвалов), разрушений типа указанных выше не было, хотя были разрушения с растеканием грунтохранилищ и хвостохранилищ.

Разрушения низовых откосов намывных дамб обвалования из хвостов могут быть от недостаточной общей устойчивости низового откоса и вследствие размыва откоса выходящими на откос фильтра­ ционными водами. Как указывалось выше, выходы па откос филь­ трационных вод могут иметь место па участках намыва дамбы обвалования вследствие особенностей фильтрации, присущей пе­ риоду намыва, и фильтрационной неоднородности отложении хвостов.

404

За границей разрушения хвостохранилищ имоли место в связи

сземлетрясениями.

Втабл. 70 приведены характеристики хвостов, из которых были намыты хвостохранилшца в Чили.

Основной причиной разрушений хвостохрапилищ при земле­ трясениях является переход хвостов Прудковой зоны (глава V I, раздел 2) в полностью разжиженное состояние, а хвостов осталь­

ных зон — в полное или частичное разжижение (в зависимости от силы землетрясения). Второй причиной является недостаточ­ ная прочность упорной призмы, обусловленная понижением проч­ ности при частичном разжижении хвостов, близким урезом водного бассейна от гребня дамбы обвалования и достаточно крутым низо­ вым откосом.

Разрушения низового откоса хвостохранилищ имеют место в практике эксплуатации хвостохранилищ в СССР. Так, при на­ мыве хвостохранилища Каджарапского комбината на ручье Дара-' Зами отмечались местные выходы на откос фильтрационного потока выше основной кривой депрессии. Эти выходы сопровожда­ лись местными оплывами откоса с потерей суффозионной прочности из-за того, что градиенты фильтрации превышали критический градиент, который для хвостов крупности dcp = 0,1 мм составляет / кр sg 0,10—0,12. Отсюда следует, что при заданном в проекте заложении низового откоса т, определенном из условий общей устойчивости низового откоса, в процессе эксплуатации необхо­

405

где Hxs — высота хвостохранилища; т — заложепие низового откоса хвостохранилища (т ^ 4); Ьпп — длина намывного пляжа (Ь„л^ 6Яхв); 1Кр — критический градиент фильтрации (для хво­ стов крупностью dcр 0,1 мм / кр -g 0,10).

В СССР произошло несколько разрушений и растеканий хвостохрапилищ из-за перелива воды отстойного пруда че£>ез гребень памывной (из хвостов) плотины хвостохранилища (Алмалык, Джезказган и др.). Причиной этих разрушений явилась непра­ вильная эксплуатация, допустившая перелив воды чороз пло­ тину.

Во всех указанных случаях хвостохранилища эксплуатирова­ лись при замкнутых системах водооборота. Объем воды в отстой­ ных прудах составлял 2 и 10 млн. м3. Минимальное превышение гребня намывной дамбы (плотины) хвостохранилища в мосте перелива составляло 40—0 см. Ширина пляжа — 10—0 м. В усло­ виях оборотного водоснабжения и значительных (от 2 до 10 млн. м3) объемов воды в отстойном пруде отсутствует возмож­ ность быстрого понияшния уровня воды в хвостохранилище. Уровнем воды в хвостохранилище можно управлять только за счет изменения баланса воды в отстойном пруде хвостохранилища. Поскольку уменьшить расход пульпы практически невозможно, понизить уровень воды в отстойном пруде можно только за счет увеличения потребления оборотной воды на производственные цели. Такое увеличение потребления оборотной воды можно осу­ ществить, как правило, в пределах 20—30% за счет сокращения потребления воды из впешних источников. Отсюда следует, что понизить горизонт воды на 1,5—2 м в отстойном пруде хвосто­ хранилища можно только на протяжении длительного времени — от нескольких дней до нескольких месяцев.

При грамотной эксплуатации хвостохранилищ можно избежать их разрушения от поролива воды через гребень намывной дамбы и вследствие размыва низового откоса выходящими на откос фильтрационными водами.

Следует отметить, что замена намывных плотин на насыпные требует больших единовременных капитальных вложений. По­ этому в сейсмических районах эксплуатация намывных хвосто­ хранилищ должна проводиться с учетом всех мор безопасности, с защитой или выносом из зоны возможного затопления всех зданий и сооружений.

7. Общие положения по организации эксплуатации хвостовых хозяйств

Хвостовым хозяйством называется комплекс сооружений и уста­ новок для гидравлического транспорта и гидравлической укладки хвостов обогатительных фабрик. В общом случае в состав хвосто­ вых хозяйств входят следующие сооружения:

406

насыпные и намывные плотины, дамбы обвалования хвостохранилищ и вторичных отстойников;

водосбросные сооружения для отвода вод из хвостохранилищ; хвостовые насосные станции и насосные станции оборотного водоснабжения с энергетическим и гидромеханическим оборудо­

ванием (электродвигатели, насосы, землесосы и пр.); хвостоироводы и сооружения по трассе хвостопроводов (эста­

кады, дюкоры и пр.); водоводы (трубы) оборотного водоснабжения; электрические подстанции высокого напряжения; сгустители для хвостов; сооружения для химической очистки хвостовых вод; аварийные бассейны;

водоприемные и водосбросные сооружения для отвода ручьев и речек;

подсобные сооружения, склады и помещения для обслужива­ ющего персонала;

связь и сигнализация.

Содержание эксплуатации хвостовых хозяйств заключается в проведении операций и мероприятий, обеспечивающих нормаль­ ную и бесперебойную работу системы гидротранспорта и гидро­ укладки хвостов обогатительной фабрики.

Каждое хвостовое хозяйство должно эксплуатироваться по указаниям специальной инструкции, в которой отражаются спе­ цифические особенности данного хвостового хозяйства. В насто­ ящем разделе приводятся только общие указания по эксплуатации систем гидротранспорта и гидроукладки хвостов обогатительных фабрик. Более полные и детальные указаиия по эксплуатации систем гидротранспорта и гидроукладки хвостов даны в составлен­ ной институтом Механобр, при участии авторов, типовой инструк­ ции по эксплуатации хвостовых хозяйств [230].

В общем случае для эксплуатации хвостового хозяйства орга­ низуется специальный цех предприятия «Хвостовое хозяйство», который должен иметь следующий штатный состав сотрудников:

начальник хвостового хозяйства — инженер или техникгидротехник;

бригада по обслуживанию землесосных станций: машинисты на землесосах, их помощники, электромеханики;

бригада по ремонту энергетического и гидромеханического оборудования землесосных станций (замена изношенных частей землесосов, замена агрегатов, смена износившихся труб хвосто­ проводов);

бригада разнорабочих по гидроукладке хвостов; бригада обходчиков — наблюдателей за состоянием и работой

хвостопроводов, сооружений по их трассе, плотин и дамб обвало­ вания хвостохранилищ, водосбросных сооружений;

бригада для геомеханического контроля гидротранспорта и гидроукладки хвостов (эта бригада должна иметь лабораторию с соответствующим оборудованием).

407

Номенклатура и квалификация сотрудников указанных бригад устанавливаются проектом хвостового хозяйства.

По опыту эксплуатации землесосных станций в строительной гидромеханизации состав персонала, обслуживающего землесос­ ные станции, назначается согласно табл. 71.

Состав бригады для обслуживания хвостопроводов из стальных труб назначается согласно табл. 72.

Состав бригады разнорабочих по устройству намывных плотин и дамб обвалования из хвостов устанавливается в зависимости от иринятого способа намыва (эстакадный, зенитный, безэстакадный и т. д.), протяженности намывных плотин и дамб обвалования, объома и интенсивности намыва, вида механизации процессов перекладки опор и хвостопроводов, паращивания намывных патрубков. При назначении состава бригад по гидроукладко хво­ стов рекомендуется пользоваться указаниями табл. 73.

Цеху «Хвостовое хозяйство» должен быть придан соответству­ ющий автотранспорт и в пекоторых случаях Бездоходный транс­ порт. Цех должен иметь в своем составе механические мастерские или обслуживаться ремонтно-механическим цехом предприятия. Класс мастерских и соответствующий состав их технического оборудования устанавливаются в зависимости от класса и коли­ чества землесосных станций.

Персонал цеха «Хвостовое хозяйство» производит соответ­ ствующие операции по должностным инструкциям, в которых регламентируются обязанности и порядок их выполнения для разных категорий сотрудников. Должностные инструкции утвер­ ждаются главным инженером предприятия. Указанные выше категории сотрудников цеха «Хвостовое хозяйство» допускаются

,Т а б я и ц а 71

408

Т а б л и ц а 73

Ч и сл е н н о с т ь р а б о ч и х в см е н у п р и р а с х о д е п у л ь п ы , м “ /ч

На и м е н о в а н и е

пр о ф е сси й

*Он же экскаваторщик и бульдозерист.

кисполнению обязанностей только поело сдачи экзамена по долж­ ностной инструкции.

Цех «Хвостовое хозяйство» производит эксплуатацию системы гидротранспорта, гидроукладки хвостов и оборотного водоснаб­ жения в соответствии с положениями и указаниями проекта. Основными документами, которыми должен руководствоваться цех и которые как основа для его деятельности должны храниться

вцехе, являются:

пояснительная записка к проектному зданию или в соответ­ ствующих случаях к техническому проекту хвостового хозяйства; рабочие чертежи сооружений хвостового хозяйства и оборот­ ного водоснабжения, химочистки, электроснабжения, производ­ ства работ по намыву из хвостов плотин, дамб обвалования, водо­

сбросных сооружений; исполнительные чертежи и документация по производству

работ при устройство сооружений (акты на скрытые работы, документация о производстве работ, в частности, о возведении земляных сооружений);

промежуточные акты приемки сооружений в эксплуатацию;

чертежи энергетическбго и гидромеханического оборудования землесосных и насосных станций, характеристики этого обору­ дования;

типовая инструкция по эксплуатации хвостовых хозяйств, местная производственная инструкция по эксплуатации данного хвостового хозяйства, должностные инструкции, другие руководя­ щие указания по эксплуатации хвостовых хозяйств, энергети­ ческого и гидромеханического оборудования;

паспорта наиболее ответственных и сложных сооружений хвостового хозяйства;

результаты испытаний отдельных сооружений, а также энер­ гетического и гидромеханического оборудования, хвостопроводов; научпо-тохнические отчеты о произведенных испытаниях

иисследованиях.

8.Общие указания по эксплуатации систем гидротранспорта, гидроукладки хвостов и оборотного водоснабжения

Весьма важно выявить «узкие» моста эксплуатации данной системы гидротранспорта и гидроукладки хвостов. Невозможно дать общие указания о способах выявления «узких» мест эксплуатации хвостовых хозяйств всех видов и типов.

Эксплуатация хвостохранилища обогатительной фабрики Бал­ хашского горно-металлургического комбината. Проектом пред­

усматривалась гидроукладка хвостов по системе «от берегов к пло­ тине» с устройством ограждающей дамбы намывным способом из хвостов. Указанная дамба предотвращает движение пульпы и воды (в результате весеннего оттаивания намерзших масс хвостов) к озеру Тарангалык. Недостаточная забота эксплуатационного персонала о выполнении указанного важнейшего для Балхаш­ ского хвостохранилища мероприятия привела к намерзаниям масс и сползаниям хвостов на ограждающую дамбу, что явилось след­ ствием разрушения последней в весенний период перелива­ ющимися через гребень дамбы талыми водами.

Еще в начальный период проектирования обогатительной фаб­ рики Балхашского горнометаллургического комбината был со­ ставлен проект устройства дамбы обвалования по всей длине хвостохранилища в его современном виде. Основная идея этого проекта состояла в том, чтобы укладывать хвосты под воду в обра­ зуемый дамбой обвалования пруд с том, чтобы предотвратить пыление хвостовых отложений и намерзание хвостовых масс в зимний период. Однако в этот период (1937 г.) указанное решение не было принято и эксплуатация велась по системе заполнения прилегающих к хвостовой насоспой станции пониженных мест рельефа местности.

Практика первых лет эксплуатации хвостохранилища хотя и подтвердила опасения о замерзании хвостовых отложений при

410