Разработка методики обоснования параметров горнотехнических систем с намывными сооружениями при освоении железорудных месторождений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат наук Шевцов, Николай Сергеевич

• Шевцов, Николай Сергеевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Шевцов, Николай Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Анализ опыта эксплуатации намывных горнотехнических систем при освоении железорудных месторождений

1.2 Образование отходов рудообогащения, их формирование в ограждающих дамбах, отличие от естественных грунтов

1.3 Состав и свойства хвостов и их отложений

1.4 Краткие сведения о намывных горнотехнических сооружениях и технологии складирования отходов переработки железорудного сырья

1.5 Краткий анализ результатов исследований технологий возведения горнотехнических систем с намывными сооружениями и проектирования гидротранспортных систем

Выводы по главе 1

Глава 2 Исследование параметров горнотехнических систем с намывными сооружениями для складирования отходов переработки железорудного сырья

2.1 Разработка методики прогноза параметров гидротранспортной системы удаления хвостов обогатительных фабрик при разнородной сырьевой базе

2.2 Разработка методики определения критических параметров гидротранспортной системы

2.3 Исследование влияния плотности несущей среды при гидротранспорте полидисперсных и полиминеральных отходов обогатительного производства на энергоёмкость системы

2.4 Системный подход к прогнозу параметров транспортируемой пульпы хвостов обогащения при многофакторном анализе работы горнообогатительных комбинатов

Выводы по главе 2

Глава 3 Обоснование методики для определения технологических параметров намывных горнотехнических сооружений

3.1 Влияние крупности хвостов и консистенции транспортируемой пульпы на конструктивные параметры намывных горнотехнических сооружений

3.2 Методика определения конструкционных параметров намывных горнотехнических сооружений, обеспечивающих их максимальную вместимость

3.3 Разработка математической модели для расчета технологических параметров намывных горнотехнических сооружений

3.3.1 Намывные горнотехнические сооружения равнинного типа

3.3.2 Намывные горнотехнические сооружения нагорного типа

3.4 Результаты расчётов по разработанным математическим моделям по прогнозу технологических параметров намывных горнотехнических сооружений

Выводы по главе 3

Глава 4 Технико-экономическая оценка разработанных методик

4.1 Экономическое обоснование целесообразности удаления крупных Песковых фракций

4.2 Экономическое обоснование предварительного сгущения пульпы

4.3 Совокупный экономический эффект от комплексной подготовки пульпы

Выводы по главе 4

Заключение

Библиографический список

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики обоснования параметров горнотехнических систем с намывными сооружениями при освоении железорудных месторождений»

ВВЕДЕНИЕ

В предстоящие 50 лет прогнозируется увеличение потребления железной руды в 1,4-1,6 раз. Содержание железа в российских рудах в 1,51,7 раза ниже (35% против 60%), чем на месторождениях ведущих рудодобывающих стран, формирующих цены мирового рынка на данное сырьё, - Австралии, Бразилии, США, Канады. Содержание железа в сырой руде на большинстве отечественных ГОКов не превышает 40%, что определяет необходимость обогащения руды, связанного с большим потреблением воды и выходом отходов её переработки. Значения коэффициентов водопотребления составляют от 20,65 до 42,35 м , а коэффициент выхода отходов переработки изменяется от 0,55 до 4,71 т на 1 т концентрата.

Перед многими горно-обогатительными комплексами возникают проблемы сооружения новых, более удалённых хранилищ отходов с обязательной реконструкцией систем гидротранспорта и оборотного водоснабжения. Капитальные вложения на строительство современного крупного намывного сооружения для складирования отходов достигают от 5 до 35% сметной стоимости горно-обогатительного комбината, а эксплуатационные затраты составляют до 30% себестоимости концентрата.

Колебания объёмов добычи и качественных характеристик руды и, как следствие, неравномерность работы горно-обогатительного производства обусловливают необходимость учёта при проектировании горнотехнических систем освоения железорудных месторождений, возможности корректировки технологических и конструктивных параметров гидротранспортирования отходов переработки железных руд и намывных горнотехнических сооружений. В целом, задача снижения энергетических, материальных, финансовых и других ресурсов при формировании и эксплуатации горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями с помощью проектного обоснования их конструкционных и технологических параметров является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы - обоснование параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями для повышения эффективности их строительства и функционирования.

Идея работы - повышение эффективности при строительстве и функционировании горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями на этапе проектирования и эксплуатации обеспечивается учетом изменения конструкционных и технологических параметров на основе установленных зависимостей их рациональных значений от характеристик вещественного состава и структуры отходов переработки железных руд.

Объектом исследования являются намывные горнотехнические сооружения в структуре горнотехнической системы освоения железорудных месторождений.

Предметом исследования являются конструкционные и технологические параметры горнотехнических систем с намывными сооружениями.

Основные задачи исследования:

• анализ показателей работы горнотехнических систем, опыта эксплуатации намывных горнотехнических сооружений, характеристик отходов переработки железной руды;

• исследование влияния объёмов добычи и качественных показателей железорудного сырья и показателей функционирования горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями на параметры гидротранспорта отходов обогащения железных руд; исследование влияния способов формирования намывных сооружений на характеристики отвальных хвостов;

• обоснование методики определения рациональных конструкционных и технологических параметров системы гидротранспорта отвальных хвостов и намывных горнотехнических сооружений равнинного и нагорного типов;

• разработка алгоритма выбора способов формирования характеристик отвальных хвостов для создания намывных горнотехнических

сооружений с рациональными конструктивными и технологическими параметрами;

• экономическое обоснование целесообразности предлагаемых решений.

Методы исследования. Использованы комплексный подход, включающий анализ и обобщение достижений науки, техники и практики при строительстве и эксплуатации горнотехнических систем с намывными сооружениями, аналитические расчёты и математическое моделирование процесса создания и заполнения намывного горнотехнического сооружения; лабораторные испытания физико-механических свойств хвостовой пульпы, химико-аналитические исследования вещественного состава сырья, метод обобщения и систематизации результатов, промышленной апробации рекомендаций.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Изменение вещественного состава и физико-механических свойств, вовлекаемых в разработку железных руд, обусловливает необходимость учета при проектировании горнотехнической системы освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями, возможности корректировки конструктивных и технологических параметров системы гидротранспорта отходов и намывных сооружений в зависимости от вещественного состава и структуры хвостовой пульпы. Обеспечение проектных параметров достигается учётом физико-механических характеристик складируемых отходов переработки железорудного сырья и пород основания, формы земельного отвода и намывного сооружения.

2. Устойчивость намывного горнотехнического сооружения зависит от плотности транспортируемой гидросмеси, ее физико-механических характеристик, уклона намываемого надводного пляжа. Удаление крупных фракций перед гидротранспортной системой обеспечивает снижение её энергоёмкости не менее чем на 15%. Отделённые фракции следует рассматривать как дополнительную продукцию - строительный материал.

3. Повышение ёмкости намывного горнотехнического сооружения достигается увеличением его высоты при обеспечении устойчивости

конструкции и повышения эффективности функционирования гидротранспорта снижением количества воды в составе гидросмеси отвальных хвостов.

Научная новизна работы:

1. Зависимости устойчивости намывного горнотехнического сооружения от плотности транспортируемой гидросмеси и уклона надводного пляжа, используемые для определения максимальной высоты и ёмкости намывного горнотехнического сооружения равнинного и нагорного типов.

2. Методика определения параметров гидротранспорта, учитывающая изменение коэффициента сопротивления трубопровода в зависимости от разнородности, изменчивости добываемых железных руд и производственной мощности горнотехнической системы.

3. Методика обоснования конструкционных и технологических параметров намывных горнотехнических сооружений, отличающаяся от существующих учётом вещественного состава и структуры хвостовой пульпы обогащения железных руд, а также уклона намываемого надводного пляжа.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются достаточным объёмом экспериментальных данных, сходимостью результатов натурных наблюдений и теоретических исследований с данными компьютерного моделирования.

Практическая значимость работы заключается в разработанных рекомендациях для обоснования конструктивных и технологических параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями в различных горногеологических условиях, реализованных в виде программных продуктов для автоматизированного расчета.

Личный вклад автора состоит в разработке методики обоснования конструктивных и технологических параметров горнотехнических систем освоения железорудных месторождений с намывными сооружениями с учётом влияния характеристик транспортируемой пульпы и

производственной мощности горнотехнической системы и реализации её в виде программных продуктов для автоматизированного расчёта.

Реализация материалов исследований. Разработаны и зарегистрированы программы для ЭВМ: «Расчёт критических параметров гидротранспорта» (свидетельство о государственной регистрации №2013611244 от 09.01.2013) и «Автоматизированный расчет параметров устойчивости откосов горнотехнических сооружений» (свидетельство о государственной регистрации №2011613970 от 23.05.2011), которые могут быть использованы при проектировании и эксплуатации горнотехнических систем при освоении железорудных месторождений с намывными сооружениями, а также в учебном процессе при подготовке инженерных кадров по специальности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 70-й и 71-й межрегиональной научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (г. Магнитогорск, 2011, 2013), У1-Й Международной конференции «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (г. Магнитогорск, 2013), на XX Международном научном симпозиуме «Неделя горняка - 2011» (г. Москва, 2011), на 9-й Международной научно-практической конференции «Новости передовой науки» (г. София , 2013).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах. Из них 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 120 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 94 наименований.

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ опыта эксплуатации намывных горнотехнических

систем при освоении железорудных месторождений

Прогнозируемый рост объёмов горно-добычных работ сопровождается ухудшением горно-геологических условий разработки полезных ископаемых при добыче сырья для чёрной и цветной металлургии, угольной промышленности и производства минеральных удобрений. Увеличивается глубина горных работ, возрастают затраты на проведение и поддержание горных выработок, транспортирование, водоотлив, вовлекаются в эксплуатацию удалённые месторождения с неразвитой инфраструктурой, снижается содержание полезных компонентов в сырой руде. Обеспечение возрастающих объемов и поддержание качества продукции, удовлетворяющих потребителей, требуют значительного роста затрат на добычу и переработку бедных, забалансовых и упорных руд, сопровождаясь увеличением выхода отходов. Это прослеживается на примере 40-летней эксплуатации крупнейших железорудных ГОКов России, Украины и Казахстана (таблица 1.1).

Научно-технический прогресс в горнодобывающей отрасли является источником постоянного увеличения антропогенного воздействия на природную среду, особое место здесь занимает процесс складирования отходов обогащения — хвостов.

Таблица 1.1

Показатели работы горно-обогатительных комбинатов России, Украины и Казахстана_

№ п/п Горнообогатительные комбинаты Содержание Fe в руде*, % Объём добычи сырой руды Gp, млн т Выход хвостов Gxb, млн т

Сырая Товарная 1970 1980 1990 2000 2010 1970 1980 1990 2000 2010

1 Качканарский 15,67 61,16 22,49 40,06 45,07 39,86 47,35 18,16 32,24 36,92 32,14 38,67

2 Лебединский 32,69 68,45 — 25,65 43,65 44,99 47,56 — 16,04 25,22 25,07 28,70

3 Михайловский 40,80 61,95 — 17,69 38,06 41,30 44,96 — 17,69 18,50 21,33 26,73

4 Соколовско -Сарбайский 34,30 65.73 24,11 28,67 27,30 30,13 40,22 12,99 16,60 13,80 16,75 23,43

5 Ингулецкий 32,59 63,79 26,01 33,13 35,23 27,92 31,44 15,65 20,08 20,29 16,42 18,47

6 Полтавский 30,50 63,32 6,17 25,73 28,11 16,30 28,55 3,74 15,44 17,01 9,786 17,98

7 Костомукшский 29,59 68,00 23,55 19,17 26,61 — — 14,32 12,11 16,75

8 Северный 35,37 65,39 31,71 40.02 42,46 14,73 28,39 18,06 23,85 23,80 8,752 15,01

9 Ковдорский 24,12 64,91 6,98 14,00 16,39 9,14 16,51 4,05 8,87 10,61 5,918 10,94

10 Оленегорский 27,34 65,71 11,04 14,14 15,76 10,69 14,75 6,52 8,74 9,86 6,818 10,08

11 Южный 34,66 65,23 33,52 33,92 35,62 18,72 16,74 19,11 18,41 18,45 10,37 9,180

12 Коршуновский 30,07 62,4 12,86 17,75 13,93 8,83 11,29 7,47 10,74 8,32 5,355 7,082

13 Центральный 33,2 66,77 — — 15,78 10,11 11,73 — 10,13 6,080 6,007

14 Лисаковский 40,16 49,25 — 8,89 11,74 1,85 3,12 2,71 5,25 0,872 1,353

15 ГОП «ММК» 34,18 61,78 16,46 8.30 2,63 1,64 2,51 8.46 4,93 1,01 0,474 0,876

Всего 191,4 308 395,3 295,4 371,7 114,2 196,3 233,5 178,3 232

* По данным 2010 года [74]; средневзвешенные значения содержания железа в сырой и товарной руде составляют 31,15 и 63,18 % по данным 2010 года.

Вредное влияние хвостохранилищ на окружающую среду выражается в загрязнении воздуха (пылью хвостов), воды (за счет сброса сточных вод), почвы (за счет подтопления водами, фильтрующимися из пруда хвостохранилища). Кроме того, хвостохранилища занимают значительные площади земельных угодий. Так, например, в Криворожском железорудном бассейне для складирования скальной вскрыши и отходов обогащения занято 12 748 га плодородных земель. При этом в хвостохранилищах уже накоплено около 2,5 млрд т отходов обогащения, в перспективе их прирост составит более 120 млн т/год.

В настоящее время доля использования отходов обогащения сравнительно невелика и составляет, например, на железорудных горнообогатительных комбинатах (ГОК) 10-18% (для сооружения дамб хвостохранилищ, дообогащения и т. п.), а в строительном производстве и того меньше. В связи с этим пока основное количество отходов обогащения остается на хвостохранилищах, проблема охраны окружающей среды при их эксплуатации весьма актуальна.

Растущий спрос на цветные и чёрные металлы при истощении запасов богатых руд обусловливает вовлечение в разработку всё больших объёмов сырьевых ресурсов с уменьшенным содержанием полезного компонента и увеличенным выходом отходов обогатительного передела — хвостов. Эти отходы складируют в крупных по площадям и объёмам наземных хвосто- и шламохранилищах, представляющих из себя сложные гидротехнические сооружения, создание и эксплуатация которых связаны с большими трудовыми, материальными и энергетическими затратами. В настоящее время только на хвостохранилище Качканарского ГОКа уложено около 1 млрд м3 отходов обогащения, а накопленные техногенные отходы на других комбинатах исчисляются сотнями миллионов кубометров, занимая при этом площади в десятки квадратных километров [47, 55]. Помимо складирования твёрдых отходов обогащения, хвостохранилища предназначены для обеспечения обогатительных фабрик оборотной водой. Для этого в конструкции

хвостохранилищ предусмотрено сооружение прудков - отстойников, ёмкость которых составляет десятки миллионов кубических метров для обеспечения запасов технологической воды на 15-суточную потребность обогатительных фабрик, водозаборных сооружений и системы оборотного водоснабжения. Крупные гидротехнические сооружения, концентрирующие значительные объёмы воды и шламов донных отложений текучей консистенции, подобны «минам замедленного действия» и их разрушение может повлечь и сбои в работе горно-металлургических комплексов, и загрязнение окружающей среды, и угрозу безопасности жизнедеятельности для населения прилегающих территорий.

Как правило, аварии являются причиной нарушения технологии эксплуатации и строительства этих сложных техногенных гидротехнических комплексов.

В 1942 году и спустя ровно полвека в 1992 г. произошли гидродинамические аварии на хвостохранилище №1 горно-обогатительного производства Магнитогорского металлургического комбината, при которых

3 3

вытекло более 0,5 млн м воды и 0,2 млн м грунтошламовой массы на территорию города Магнитогорск. Крупнейшие технологические аварии на хвостохранилищах (Чили, рудник Эль-Кобре, 1965 г; США, разрез Буффало-Крик, 1972 г.; СССР, Сорский молибденовый комбинат, 1979 г.; Россия, Качканарский ГОК, 1999 г. и др.) сопровождались человеческими жертвами, загрязнениями природной среды и значительным экономическим ущербом [47, 43].

Гидродинамическая авария хвостохранилища в Венгрии, случившаяся 4 октября 2010 г., привела к выбросу 1,7 млн м3 красного шлама, растёкшегося полосой по рельефу местности, ширина которой составила более 50 м, на расстояние 15 км. В этом шламе содержались такие опасные вещества, как хром концентрацией 660 мг/кг, мышьяк - 110 мг/кг и ртуть - 1,3 мг/кг, площадь распространения 40 км2 [24].

При общей тенденции снижения содержания полезного ископаемого в добываемом сырье горно-обогатительные предприятия страны вынуждены применять технологии более глубокого обогащения, что влечёт увеличение объёмов укладываемых в хвостохранилища мокрых хвостов. Тем не менее за последние 20-25 лет на территории России не было введено в эксплуатацию ни одного нового хвостохранилища. Причины здесь разные, но прежде всего экономические. И как следствие, по данным Ростехнадзора Российской Федерации за последние 15-20 лет на территории России не введено в эксплуатацию ни одного нового крупного (вместимостью более 50 млн. м ) наземного хранилища отходов обогащения [3, 5]. В настоящее время в горнодобывающей промышленности эксплуатируются около 300 накопителей хвостов, и при этом более 180 (около 60%) из них находятся в аварийном состоянии или заполнены до проектных отметок [2, 22].

В ближайшее время собственники будут вынуждены строить новые или реконструировать существующие хвостохранилища с целью увеличения их вместимости.

С 1998 по 2002 гг. на 65 тысячах гидротехнических сооружений России произошло более 300 аварий [4], связанных, главным образом, с выходами фильтрационных потоков во внешние откосы, деградацией криогенных конкреций, суффозионными разрушениями ограждающих дамб, нарушениями технологии их возведения и приводивших к прорывам вод из искусственных водоёмов, накопителей и прудков-отстойников.

Обследованиями 2001-2003 гг. установлено, что из 491 напорных

о

гидротехнических сооружений Челябинской области, вмещающих более 2,8 км технологической воды, жидких и твёрдых шламовых продуктов, в аварийном и неработоспособном состоянии находятся соответственно 30 и 35 %, и лишь 35% сохраняют работоспособность и обеспечивается их безопасная эксплуатация. Аварии на некоторых из сооружений опасны для объектов экономики городов Миньяра, Нижнего Уфалея, Катав-Ивановска, Юрюзани и Сатки. А разрушения плотин Течинского каскада, Магнитогорского,

Долгобродского, Верхнекыштымского, Верхнеуральского, Малосаткинского водохранилищ, Южноуральской ГРЭС, Троицкой ГЭС и ГТС на р. Сим могут повлечь сбои технологических процессов ряда предприятий. Материальный ущерб в случае возникновения чрезвычайных ситуаций на этих объектах может превысить 9,9 млрд руб. [74]. Почти такое же положение отмечается и в других регионах России.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать важный вывод, что горнотехнические сооружения различного назначения и в том числе намывные горнотехнические объекты для складирования и хранения отходов горнообогатительного производства играют значительную роль в народном хозяйстве и, в частности, горно-металлургическом комплексе РФ. Поэтому исследования, направленные на совершенствование методик определения технологических параметров накопителей промышленных отходов, дальнейшее развитие научной базы для проектирования объектов данного класса в свете их рассмотрения в расширенном геотехнологическом цикле являются своевременной и актуальной научно-практической задачей.

1.2 Образование отходов рудообогащения, их формирование

в ограждающих дамбах, отличие от естественных грунтов

На обогатительных фабриках металлургической промышленности в результате переработки руд и извлечения полезных ископаемых образуются отходы мелкодробленой горной породы - отходы рудообогащения, которые с помощью гидротранспорта укладываются в ограждающие дамбы намывных горнотехнических сооружений. В связи с тем, что на горно-обогатительные комбинаты руда поступает из месторождений разных геологических регионов, минералогический состав складируемых отходов очень разнообразен и отличается от естественных грунтов [17, 32, 77, 89, 94]. Исследования минералогического состава отходов рудообогащения многих намывных горнотехнических сооружений, проведенные в НИИ ВОДГЕО, ЛИИ и др., показали, что в них наряду с неглинистыми минералами (кварц, полевой шпат,

карбонаты и др.) содержатся и глинистые (монтмориллонит, хлорит, слюда, каолинит).

Из глинистых минералов набухаемостью и другими свойствами связных грунтов обладает лишь монтмориллонит, а слюда, хлорит и прочие глинистые минералы этими свойствами практически не обладают, т.е. тонкодисперсные частицы отходов рудообогащения, относящиеся по номенклатуре к глинистым, представлены малоактивными минералами. Поэтому, несмотря на большое содержание частиц диаметром 0,005 мм, отходы обогащения имеют небольшую величину сцепления. Кроме того, в отходах рудообогащения содержится некоторое количество полезных ископаемых, в связи с этим плотность их частиц более высокая, чем природных грунтов, и ее значения для предприятий цветной металлургии колеблются в пределах от 2,7 до 3,2 г/см , а для

л

предприятий черной металлургии - от 2,6 до 4,2 г/см [17, 40, 41, 45, 64, 65]. Вышеперечисленные особенности отходов рудообогащения, а также различные процессы обогащения на обогатительных фабриках существенным образом влияют на их гранулометрический состав, который отличается большим многообразием. Характерной особенностью намытых отходов является большое содержание мелких и пылеватых частиц (рисунок 1.1). Коэффициенты неоднородности этих материалов изменяются в широких пределах: для цветной металлургии - от 2 до 40, для черной металлургии - от 6 до 75 [17, 39, 45, 63, 65].

В связи с почти полным отсутствием абразивного транспортирующего воздействия потока пульпы на частицы отходов рудообогащения (длина пульповодов не превышает 15-20 км) они имеют угловатую, неправильную форму, что также значительно отличает их от естественных грунтов.

При укладке отходов рудообогащения в хвостохранилище происходит, как показали исследования И.С. Федорова [77, 78], В.А. Мелентьева [44, 45], И.С. Лавриненко [40, 41], М.Л. Киселевой [31, 32], Л.В. Шульц [88, 89], В.Г. Мельника [46], Л.И. Кондратьев[35] и др., фракционирование частиц по крупности и образуются зоны отложений с различными физико-механическими

\

свойствами. В процессе отложения частиц в хвостохранилища происходит формирование структуры намытых отходов, на которую оказывает влияние технология намыва, состав пульпы, форма и размеры частиц, их минералогический состав, фракционирование отходов, а в зимнее время и температура воздуха в процессе намыва [10, 20, 85].

Диаметр частиц, мм Рисунок 1.1- Кривые гранулометрического состава отходов рудообогащения, намытых в ограждающие дамбы хвостохранилищ: 1-каджаранские; 2-алмалыкские; 3-тырныаузские; 4-лениногорские;

5-миргалимсайские; 6-золотушинские; 7-магнитогорские; 8-абагурские;

9-качканарские

Неокатанная, угловатая форма частиц, наличие агрегатов тонкодисперсных частиц способствуют созданию рыхлой структуры намытых отходов рудообогащения [27, 88]. По мере наращивания высоты хвостохранилищ, как показали исследования И.С. Федорова и др. [77, 78], намытые отходы уплотняются, т.е. их пористость уменьшается, а плотность рд увеличивается. Однако ряд исследований отмечает, что такого изменения у намытых отходов не наблюдается [71,72]. Для сравнения на рисунке 1.2 показано изменение плотности сухих отходов по данным И.С. Федорова и результаты полевых исследований В.А. Мелентьева [44]. Изменение пористости п по глубине хвостохранилищ цветной и черной металлургии по

результатам многочисленных полевых исследований И.С. Федорова

представлено на рисунке 1.3.

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3

Рисунок 1.2 - Изменение плотности намытых отходов рудообогащения (сухих по глубине хвостохранилищ: 1-9 - соответственно Лениногорского, Каджаранского, Алмалыкского, Тырныаузского, Кантагинского, Миргалимсайского, Губкинского, Абагурского, Магнитогорского, 10-Агаракского (по данным В.А. Мелентьева)

О

ю

0,35 0,4

0,45

20

30

40

и л >

05 П

Рисунок 1.3- Изменение пористости п намытых отходов по глубине хвостохранилищ: 1 - цветной металлургии; 2 - чёрной н, м металлургии

В процессе гидравлической укладки отходов рудообогащения в ограждающие дамбы происходит постоянное их увлажнение при намыве

вышележащих слоев и, как показали исследования И.С. Федорова, уже на глубине 5 м они находятся полностью в водонасыщенном состоянии (рисунок 1.4). Наличие в намытых отходах пылеватых частиц при воздействии воды ухудшает их строительные свойства, снижает сопротивление сдвигу [20], однако по мере наращивания хвостохранилищ будет происходить формирование сцепления упрочнения и увеличение несущей способности намытых отходов [35, 46, 77].

Таким образом, особенности образования отходов рудообогащения в значительной степени отличают их от естественных грунтов, обусловливают значительную переменность их свойств в ограждающих дамбах, в отличие от материалов грунтовых гидротехнических сооружений, что будет существенно влиять на их прочность, деформируемость и, в конечном счете, на безопасную эксплуатацию хвостохранилищ.

У\1,%

Рисунок 1.4 - Изменение влажности

намытых отходов по глубине хвостохранилищ: 1-6 - соответственно Миргалимсайского, Кантагинского, Абагурского, Тырныаузского, Алмалыкского

1.3 Состав и свойства хвостов и их отложений

Свойства различных видов хвостов обогащения, а также их отложений имеют как свои особенности, так и много общего.

Цветовая гамма отходов обогащения представлена от светло-серой до черной или от светло-желтой до темно-бурой. Поскольку в процессах обогащения породы исходных полезных ископаемых подвергаются значительному измельчению, отходы обогащения имеют неправильную

угловатую форму. Гранулометрический состав хвостов зависит от методов измельчения, технологии обогащения полезного ископаемого и твердости минералов, входящих в породы того или иного ископаемого.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шевцов, Николай Сергеевич, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Авдохин, В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. Том 1. Обогатительные процессы: учебник для вузов: В 2 т. / В.М. Авдохин. — М.: Изд-во Московского государственного горного университета, 2006. — 415с.

2. Антоненко, JI.K. Проблемы безопасной эксплуатации хвостохранилищ и пути их решения / JI.K. Антоненко, В.Г. Зотеев // Горный журнал, 1998. —№1. —С. 65-67.

3. Антоненко, JI.K. Основы проектирования, строительства и эксплуатации хвостохранилищ большой вместимости / JI.K. Антоненко, В.Г. Зотеев, А.И. Коваленко, A.M. Иваненко // Горный журнал, 1990. —№11. —С. 43-45.

4. Антоненко, JI.K. Наземные хвостохранилища каскадного типа как реальные источники техногенных катастроф. Причины и следствия Качканарской аварии / JI.K. Антоненко, В.Г. Зотеев, М.Г. Морозов // Горный журнал, 2000. —№ 10. —С. 49-52.

5. Антоненко, JI.K. Проблемы переработки и захоронения отходов горнометаллургического производства / Л.К. Антоненко, В.Г. Зотеев // Горный журнал. 1999.—№2.—С.70-73.

6. Абаджиев, X. Аналитическое определение устойчивости внешних призм хвостохранилищ и намывных дамб / X. Абаджиев // Рудодобив, 1973. —№5. —С. 18-23.

7. Волнин, Б.А. Изменение некоторых параметров материала по длине пляжа намыва хвостохранилища / БтА.-Волнин, Г.Т. Сарвин // Горный журнал, 1974. — №11.—С.65-66.

8. Гавришев, С.Е. Расчёт критических параметров гидротранспорта / С.Е. Гавришев, И.Т. Мельников, И.А. Пыталев, Н.С. Шевцов // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013611244 // ОБПБТ. 2013. №1. —С. 17.

9. Гордиенко, П.И. Графический способ расчета раскладки грунта в намывных плотинах / П.И. Гордиенко // Труды МИСИ им. В.В. Куйбышева. —М., 1959, Вып. 29.

10. Горелик, Л.Ш. Натурные исследования хвостохранилищ / JI.UI. Горелик, В.А Чернявский // Транспорт и складирование отходов производства. —М., 1979. —С. 25-38.

11. Гуляев, Ю.Н. Особенности характера формирования уклона надводного пляжа хвостохранилища Лебединского ГОКа / Ю.Н. Гуляев, Ф.Ф. Бородавко, В.И.

Пятков. —Белгород, 1976. — 5 с. Рукопись представлена инст. ВИОГЕМ. Деп. в институте Черметинформация, №130-76.

12. Гусаров, В.М. Статистика: учебное пособие для ВУЗов / В.М. Гусаров. // - М.: ЮНИТА-ДАНА, 2001.

13. Добровинская, О.Х. Полевые и лабораторные исследования физико-механических характеристик хвостов, намытых в хранилище Каджаранской обогатительной Фабрики / О.Х. Добровинская // Возведение, эксплуатация и исследование хвостохранилищ обогатительных фабрик металлургической промышленности. — М.: Стройиздат, —1975. —С. 65-74.

14. Докукин, В.П. Формирование системы трубопроводного гидротранспорта горных предприятий на основе метода динамической оптимизации её параметров: дис. ... д-ра техн. наук: 05.05.06 / Докукин Вадим Петрович. Санкт-Петербург, 2005. — 280 с.

15. Евдокимов, П.Д. Анализ существующих методов и формул для гидравлического расчёта пульпопроводов и практические рекомендации / П.Д. Евдокимов //Известия ВНИИГ, Т.48, 1952.

16. Евдокимов, П.Д. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик / П.Д. Евдокимов. // —М., Гос. Науч. - техн. изд-во литературы по горному делу, —1960. —С. 418.

17. Евдокимов, П.Д. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик / П.Д. Евдокимов, Г.Т. Сазонов // —М., Недра, 1978. —С. 439.

18. Забавин, B.C. К вопросу о нахождении вероятной поверхности обрушения / B.C. Забавин. -М.: Труды лаборатории земляных сооружений, Изд-во ВНИИ «ВОДГЕО», 1972. —С. 106 - 123.

19. Заляднов, В.Ю. Конструирование горнотехнических сооружений с помощью ЭВМ / В.Ю. Заляднов, Е.В. Павлова, Н.С. Шевцов. // Materialy IX Mi^dzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Naukowa przestrzen Europy -2013» Volume 34. Techniczne nauki.: Przemysl. Nauka i studia. —C. 17-21.

20. Захаров, M.H. Опыт намыва хвостохранилища Соколовско-Сарбайского ГОКа / М.Н. Захаров, B.C. Забавин, Л.И. Кондратьев // Проблемы охраны окружающей среды при производстве работы средствами гидромеханизации. —М., 1981.

21.3отеев, В.Г. Методика построения поверхностей скольжения при расчете устойчивости ограждающих дамб накопителей жидких промышленных отходов /

B.Г. Зотеев, О.В. Зотеев, Е.Б. Тарасов // Изв. вузов. Горный журнал, —2005. — №3. —С. 33-38.

22. Зотеев, В.Г. Горнодобывающие комплексы Урала и их влияние на состояние геологической среды / В.Г. Зотеев // Экологоводохозяйственный вестник. - Екатеринбург: ОРОРЭО, РосНИИВХ, УГТУ. - 1996.

23. Зотеев, О. В. Моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород численными методами / О. В. Зотеев //Изв. вузов. Горный журнал, —2003. —№ 5. —С. 23.

24. Зубченко, Г. Надёжная защита от красных шламов / Г. Зубченко, С. Чуткерашвили // Металлы Евразии, —М., —2011. —№ 1. —С. 52-60.

25. Иванов, А.Е. Перемещение грунта напорными и безнапорными потоками/ А.Е Иванов // Речиздат, —М., 1952.

26. Иванов, П.Л. Развитие научных исследований по обоснованию рациональных методов проектирования, строительства и эксплуатации хвостохранилищ / П.Л. Иванов // — В кн.: Складирование отходов обогащения горнорудных предприятий и охрана окружающей среды. —М., 1983. —С. 18-22.

27. Иванов, П.Л. Влияние формы частиц на свойства песков намывных сооружений / П.Л. Иванов, Л.В. Шульц // Гидротехническое строительство, 1972. —№11. —

C. 47-49.

28. Каминская, В.И. Экспериментальные исследования физико-механических свойств грунтов прудковой зоны гидроотвала / В.И. Каминская, Л.П. Коновалов // Труды ВНИИГС. —Л., 1973. Вып.36. —С. 96-101.

29. Крей, Г. Теория давления земли и сопротивления грунтов нагрузке / Г. Крей. - М.: Госстройиздат, 1983.

30. Каненков, В.В. Снижение энергоёмкости гидравлического транспортирования полидисперсных гидросмесей на предприятиях горной промышленности: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.06 / Каненков Владимир Владимирович. Санкт-Петербург, 2006. —136 с.

31. Киселёва, М.Л. Исследование фракционирования грунта при намыве хвостохранилищ / М.Л. Киселёва // Труды ЛПИ. - Л., 1974. —№338. —С.96-98.

32. Киселева, M.JI. Исследование процесса формирования грунтов хвостохранилищ при их намыве : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Киселева M.JL, —Л., 1962. — с. 16.

33. Кнороз, B.C. Движение гидросмесей в напорных трубопроводах и метод их расчёта / B.C. Кнороз // Известия Внииг, Т.ЗО. —1941.

34. Конаков, П.К. Новая формула для коэффициента сопротивления для гладких труб / П.К. Конаков // ДАН СССР - 1946. - Т. 10. - С. 70-77.

35. Кондратьев, Л.И. Исследование песчаного грунта в условиях плоской деформации / Л.И. Кондратьев // Гидротехника и инженерная гидрогеология. Труды института ВОДГЕО —М., 1972, Вып. 38, —С. 64-70.

36. Коновалов, Л.П. Исследование фракционирования глинистых грунтов на гидроотвалах : автореф. дис. ... канд. техн. наук/ Коновалов Л.П., - Л. 1979. — 20 с.

37. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. —М:Наука, —1973. —536с.

38. Кутлубаев, И.М. Модернизация землесоса 2ГрТ 8000/71 (28 Гр-8Т) с целью повышения его эксплуатационных характеристик / И.М. Кутлубаев, В.Х. Садыков, И.Т. Мельников// Обогащение руд, —2013. —№ 3. —С. 44-47.

39. Лавриненко, И.К. Охрана окружающей среды на обогатительных фабриках железной руды. (Складирование отходов) / И.К. Лавриненко, М.А. Данилов // Об-во «Знание», УССР, —Киев, —1963. —с. 16.

40. Лавриненко, И.К. О плотности хвостов обогащения железных руд/ И.К. Лавриненко, В.Х. Мавроди // Тр. ин-та «ВОДГЕО»,—1977. Вып. 66. —С. 46-50.

41. Лавриненко, И.К. Изменение плотности хвостов обогащения по длине пляжа и её связь с другими характеристиками / И.К. Лавриненко, П.А. Соляник// Тр. ин-та «ВОДГЕО»,—1976. вып. 72. —С.21-23.

42. Мавроди В.Х. Некоторые особенности поперечной дифференциации хвостов обогащения полезных руд при намыве / В.Х. Мавроди, И.К. Лавриненко // — В кн.: Водоснабжение, канализация и гидротехнические сооружения. - Киев: Будивельник, 1973. Вып. 16, —С.47-62.

43. Максименко, О. Компьютер против наводнений / О. Максименко // Наука и жизнь. 2003. —№ 4. —С. 8-21.

44. Мелентьев, В.А. Исследование функционирования песчаных грунтов при намыве в лотке / В.А. Мелентьев // Изв.ВНИИГ, —M.-JL, Т.68, —1961, —С. 123-135.

45. Мелентьев, В.А. Намывные гидротехнические сооружения / В.А. Мелентьев, Н.П. Колпашников, Б.А. Волнин // —М.: Энергия. —1973. — 345 с.

46. Мельник, В.Г. К вопросу о намыве дамб хвостохранилищ из отходов обогатительных фабрик / В.Г. Мельник // Сборник науч. трудов. Строительство и эксплуатация горнорудных предприятия. Вып. 1. Изд - во «Недра». —С. 219-223.

47. Мельников, И.Т. Экологические проблемы складирования и хранения техногенных отходов обогатительных фабрик горнорудной промышленности Урала и пути их решения / И.Т. Мельников, A.A. Шелковникова, И.И. Мельников, К.П. Васильев //«Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации и контроля», Сб. статей XI Международ, науч.-практич. конф., —Пенза. —2007. —С. 30-33.

48. Мельников, И.Т. Аналитико-машинный метод оценки устойчивости бортов карьеров / И.Т. Мельников // Изв. вузов. Горный журнал, —1977. —№5. —С. 4144.

49. Мельников, И.Т. Комплексный критерий оценки работы железорудных горно -обогатительных комбинатов / И.Т. Мельников // Известия ВУЗов. Горный журнал. —2013.—№2.—С. 4-11.

50. Мельников, И.Т. Новый подход для оценки эффективности работы горнообогатительных комбинатов / И.Т. Мельников, С.Е. Гавришев, А.Г. Михайлов, И.А. Пыталев, Н.С. Шевцов, К.П. Васильев // Горная промышленность, 2012. — №5.—С. 60-65.

51. Мельников, И.Т. Автоматизированный расчет параметров устойчивости откосов горнотехнических сооружении / И.Т. Мельников, С.Е. Гавришев, И.А. Пыталев, Т.С. Кравчук, Н.С. Шевцов, И.И. Мельников, К.П. Васильев и др. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011613970 // ОБ ПБТ. 2011г. №1. —С. 17.

52. Мельников, И.Т. Разработка методики определения рациональных параметров хвостохранилищ и отвалов вскрыши / И.Т. Мельников, И.М. Кутлубаев, А.И. Суров, Д.П. Плотников, И.И. Мельников, Н.С. Шевцов, К.П. Васильев // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, —2011.—№ 1.—С. 9-13.

53. Мельников, И.Т. Критический гидравлический уклон пульпопровода / И.Т. Мельников, Т.И. Мельников, А.И. Горбатов // Горный журнал Изв. ВУЗов, 1997. -№7-8.—С. 143-146.

54. Мельников, И.Т. Снижение энергоёмкости гидротранспорта хвостов обогатительного производства железорудных горно-обогатительных комбинатов / И.Т. Мельников, И.А. Пыталев, С.Н. Корнилов, И.М. Кутлубаев, Н.С. Шевцов, К.П. Васильев, И.И. Мельников // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, —2012. —№ 2. —С. 15 - 19.

55. Мельников, И.Т. Гидротранспортная система хвостового хозяйства ОАО «ССГПО»: история, современное состояние и перспективы развития / И.Т. Мельников, И.А. Пыталев, И.И. Мельников, Н.С. Шевцов // Материалы 71-й Межрегиональной научно-технической конференции, Т. 1, Магнитогорск. —2013. —С. 56-62.

56. Мельников, И.Т. Теоретические исследования гидротранспорта полидисперсных и полиминеральных отходов обогатительного производства / И.Т. Мельников, И.А. Пыталев, И.И. Мельников, Н.С. Шевцов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, —2013. —№3. — С. 10-14.

57. Мельников, И.Т. Аналитический метод расчёта устойчивости намывных хвостохранилищ / И.Т. Мельников, А.И. Суров, И.И. Мельников, Н.С. Шевцов, К.П. Васильев^/ Горный журнал, —2012. —№3 (спецвыпуск). —С. 25-11.

58. Мельников, Т.И. Анализ существующих формул для определения критических скоростей и гидравлических уклонов в пульпопроводах / Т.И. Мельников // Труды МГМИ, —Магнитогорск, Вып.15. 1959. —С. 69-109.

59. Методика расчета надводной раскладки хвостов горно-обогатительного комбината. — Киев: НИИ строительного производства Госстроя УССР, 1972. — 64 с.

60. Никитин, С.Н. Построение ожидаемой поверхности скольжения по напряжениям в бортах карьеров / С.Н. Никитин // -М.: Уголь, 1962, №1, —с.36 - 38

61. Нурок, Г.А. Гидромеханизация открытых разработок / Г.А. Нурок // -М., "Недра", 1970. —584 с.

62.0 комплексном плане мероприятий по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений Челябинской области на 2007-2010 годы. Постановление Правительства Челябинской области от 15 февраля 2007 г. № 8 п.

63. Рекомендации по проектированию и строительству шламонакопителей и хвостохранилищ металлургической промышленности, —М.:Стройиздат, 1986.

64. Рекомендации по проектированию сооружений хвостохранилищ в суровых климатических условиях. —М.:Стройиздат, 1977.

65. Рекомендации по проектированию хвостовых хозяйств предприятий металлургической промышленности. —М.:Стройиздат, 1975.

66. Роер, Г.Н. Намывные и полунамывные плотины / Г.Н. Роер. // — М.:Госстройиздат, 1961.

67. Роер, Г.Н. Устойчивые режимы и потери напора при напорном движении пульпы в пульпопроводах / Г.Н. Роер //Известия Академии Наук СССР, ОТНД939, —№ 8.

68. Семененко, Е.В. Методика расчёта параметров внутрифабричных систем гидротранспорта / Е.В. Семененко // Горная электромеханика, 2008, Вып. 15 (131).—С.174-179.

69. Савков, Л.В. Расчет устойчивости однородных необводненных откосов при различных типах криволинейных поверхностей скольжения / Л.В. Савков // -М.: Недра, 1974, сб. научн. трудов, —№24. —С.49-55.

70. Смяткин, А.Н. Автоматизированный расчёт устойчивости откосов бортов карьеров / А.Н. Смяткин, В.Ю. Заляднов, И.Т. Мельников, Н.С. Шевцов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2013. —№ 2 (42). —С.8 - 12.

71. Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения, под ред. Недриги В.П., —М., Стройиздат, 1983. —С. 543.

72. Суров, А.И. Обоснование параметров горнотехнических сооружений для размещения отходов обогащения железорудного сырья : автореф. дис. ... канд техн. наук: 25.00.22, 25.00.21 / Суров Александр Иванович, —Магнитогорск, — 2011.—С.19.

73. Тейлор, Д. Основы механики грунтов / Д. Тейлор //—М.:Госстройиздат, 1960.

74. Технико-экономические показатели горных предприятий за 1990 - 2010 гг.Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2011. -370 с.

75. Типовая инструкция по эксплуатации хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. ВИОГЕМ. —Белгород, 1976.

76. Трубецкой, К.Н. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия / К.Н. Трубецкой, В.Н. Уманец, М.Б. Никитин // Горный журнал. 1989. —№ 12. —С.4-9.

77. Федоров, И.С. Исследование прочности материала ограждающих дамб хвостохранилищ / И.С. Федоров, Л.И. Кондратьев // "Исследование хвостохранилищ и накопителей промстоков": Тр. ин-та «ВОДГЕО», —1982. — С. 28-40.

78. Федоров, И.С. Свойства и расчетные характеристики намытых хвостов рудообогатительных фабрик / И.С. Федоров, О.Х. Добровинская // — М.:Недра, —1970.—151 с.

79. Феллениус, В. Статика грунтов / В. Феллениус // - М.: Госстройиздат, 1933. - 47 С.

80. Филоненко-Бородич, М.М. Механические теории прочности / М.М. Филоненко-Бородич // Изд. МГУ, —1961.

81. Фисенко, Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов / Г.Л. Фисенко //—М.: Недра, 1965. —378 С.

82. Флорин, В.А. Основы механики грунтов. Т. I и II / В.А. Флорин // Госстройиздат, 1959, 1961.

83. Харр, М.Е. Основы теоретической механики грунтов / М.Е. Харр. —М., 1971. — С. 45-56. "

84. Холин, Н.Д. Основные проблемы гидромеханизации / Н.Д. Холин // Строительная промышленность.—1937.—№ 16.

85. Чернявский, В.А. Полевые исследования хвостохранилищ и шламоотвалов / В.А. Чернявский // Проектирование, строительство и эксплуатация хвостохранилищ обогатительных фабрик. —Белгород, 1978. —С. 199-200.

86. Чугаев, P.P. Земляные гидротехнические сооружения / P.P. Чугаев. — Л.: Энергия, 1967. —460 С.

87. Шевцов, Н.С. Обоснование технологических параметров и обеспечение безопасности эксплуатации намывных хвостохранилищ / Н.С. Шевцов // Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла

комплексного освоения недр:Сборник по результатам VI Международной конференции.Магнитогорск, 2013. —С. 177-190.

88. Шульц, JI.B. Особенности физико-механических свойств отложений хвостохранилищ / JI.B. Шульц // Труды ин-та Казмеханобр. — Алма-Ата. —№8. —С. 107-110.

89. Шульц, JI.B. Физико-механические свойства, грунтов хвостохранилищ / JI.B. Шульц // Труды ЛПИ, —№ 338, —Л, 1974. —С. 93-95.

90. Bishop A.W. and Morgenstern N. Stability Coefficients for Earth Dams. Geotechnique, Dec., 1960.

91.Юфин, А.П. Движение неоднородной жидкости по горизонтальным стальным незаилённым трубам / А.П. Юфин //Изв. Академии Наук СССР, ОТН, 1949, — №8.

92. Ялтанец, М.И. Проектирование открытых гидромеханизированных и дражных разработок месторождений / М.И. Ялтанец // М., Изд-во МГГУ, 2003. —758 с.

93. Durand R., Condolios Е. Donnes techniques sur le refulement hydrauligue des matériaux solides tn Condite. Congres du centenaire de Sosiete de l'industrie minerale, Paris, Juin, 22F,—1955.

94. Mackechnie W.R. - The Impoundment of Tailings by the Mining Industry in Zimbabwe. X JCSMIE, Stockolm, 1981. vol.1,—pp. 361-368.