книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

Для обеспечения нормального напорного гидротранспорта хвостсв при частых и значительных изменениях расхода пульпы в период эксплуатации хвостопроводов могут приниматься раз­ личные решения, главнейшие из которых:

1. Укладка одной нитки рабочего хвостопровода большого диаметра. При этом для обеспечения нормальной работы хвостонровода в случаях уменьшения расходов пульпы против расчет­ ного могут быть предложены два решения:

а) в хвостопровод добавляется (к расходу пульпы) необходимое количество оборотной воды;

б) хвостопровод переводится на режим частичного заиления ого сечения при уменьшении расхода и размыва отложений при последующем увеличении расхода;

в) смешанное рошепие по п. а и б.

При проектировании напорных хвостопроводов за расчетный расход надлежит принимать наибольший из возможных рас­ ходов в период эксплуатации систем гидравлического транс­ порта.

На основании учета опыта эксплуатации систем гидротранс­ порта, запроектированных институтом Мохапобр, при укладке одной рабочей нитки рекомендуется допускать заиление сечения хвостопровода па четверть ого диаметра. При изменении расхода пульпы в период эксплуатации от (?Пшах Д° 0,66 Qnjnax. рекомен­

дуется проектировать хвостопроводы на реяшме частичного их заиления. Для обеспечения размыва отложений при последующем после заиления увеличении расхода пульпы надлежит полученный по расчету гидравлический уклон увеличить па 15—20%.

При более широком диапазоне возможных изменений расходовпульпы в период эксплуатации системы гидравлического транс­ порта хвостов необходимо в проекте предусматривать установки для добавок в хвостопровод оборотной воды в периоды, когда система работает при расходах меньших, чем 0,66()Пгаах.

2. Укладка двух и болео рабочих ниток хвостопроводов мень­ ших диаметров с тем, что при уменьшении расхода выключается одна нитка. Следует иметь в виду, что при укладке вместо одной рабочей нитки нескольких гидравлические сопротивления увели­ чиваются, повышается износ стенок хвостопроводов и усложняется регулирование работы хвостопроводов. Поэтому прокладку двух и более рабочих ниток хвостопровода следует производить в край­ нем случае и только при специальном обосновании.

При проектировании безнапорных хвостопроводов, как пра­ вило, необходимо рассчитывать их на работу без заиления. Раз­ меры сочения хвостопроводов следует подбирать по наибольшему возможному расходу пульпы в период эксплуатации системы, а геометрический уклон хвостопровода — исходя из пропуска наименьшего расхода.

Если необходимо (по условиям рельефа местности) уменьшить гидравлический уклон, то можно предусмотреть в периоды

91

понижения расходов пульпы против максимального расчетного добавку в хвостопровод чистой воды.

В некоторых случаях крутого рельефа местности в целях борьбы с износом стенок пульпопроводов рационально проекти­ ровать работу безнапорных пульпопроводов на режиме заиления. При этом высоту бортов лотков-пульпопроводов следует прини­ мать с расчетом заиления части их сечения на переменную по длине пульпопровода высоту, равную

где /щах — геометрический уклон лотка-пульпопровода при мини­ мальном расходе пульпы; imin — геометрический уклоп пульпо­ провода при максимальном расходе пульпы; L — вся длина пульпопровода или длина отдельного участка.

Впроекте системы гидравлического транспорта хвостов пред­ усматривается обязательная промывка хвостопроводов оборотной водой непосредственно после перерывов в работе пульпопроводов.

Промывку пульпопроводов оборотной водой следует, как пра­ вило, осуществлять при помощи системы подачи воды, служащей для гидротрапснорта хвостов.

Всистемах гидротранспорта хвостов для промывки хвосто­ проводов используются резервные грунтовые насосы. При необ­

ходимости обеспечения промывки хвостопроводов без перерывов в работе системы гидротранспорта хвостов должна быть пред­ усмотрена подача оборотной воды в зумпфы землесосов в количе­ стве, равном расходу пульпы.

2. Указания по выбору вида системы гидротранспорта и по расположению на трассе пульпонасосных станций при напорно­ принудительном гидротранспорте хвостов

При выборе вида системы гидравлического транспорта надо учиты­ вать следующие факторы:

перепад абсолютных отметок приема и сброса пульпы, а также протяженность хвостопровода (расстояние между точками приема и сброса пульпы);

рельеф местности; необходимый гидравлический уклон для транспортирования

пульпы заданной консистенции с заданной плотностью и грануломерическим составом твердой составляющей.

Высотное положение головы системы гидротранспорту (точки приема пульпы) определяется отметкой выхода хвостовой пульпы из обогатительной фабрики Vi-

Высотное положение места сброса пульпы определяется наи­ высшей отметкой возводимых намывным методом сооружений

92

хвостохранилища или высотой дамбы при возведении ее насыпным способом на полную высоту у 2:

Vi — V2 — Hg.

Необходимый гидравлический уклон устанавливается на осно­ вании гидравлических расчетов (см. гл. III, раздел 4) с учетом опыта эксплуатации систем, аналогичных проектируемой.

Необходимо рассматривать возможность использования видов систем гидротранспорта хвостов применительно к заданным при­ родным и строительным условиям в следующей последователь­ ности:

безнапорная система гидротранспорта; напорно-самотечная система; напорно-принудительная система; смешанная система.

Во всех случаях следует прежде всего искать решений, при которых можно обеспечить устройство безнапорной системы гидротранспорта или напорно-самотечной системы гидротранс­ порта хвостов. Применение последних определяется, во-первых, соблюдением условия

где ie — естественный уклон местности между приемом и сбросом пульпы, и, во-вторых, равномерным надепием местности от места приема пульпы до места сброса, на всех участках которой выпол­ няется неравенство ie ^ / п.

Применение напорно-самотечной системы гидротранспорта определяется, во-первых, соблюдением условия

и, во-вторых, отсутствием на пути от приема до сброса пульпы возвышенностей, значительно превышающих соответствующие от­ метки пьезометрической линии, проходка которых траншеями оказывается экономически нецелесообразной.

Применение смешанной системы гидротранспорта определяется таким сочетанием геометрического напора, рельефа местности и потребпого общего напора системы гидротранспорта, при котором систему можно разделить на участки безнапорного или напорно­ самотечного гидротранспорта и напорно-принудительного транс­ порта хвостовой пульпы.

Применение напорно-принудительной системы гидротранспорта ограничивается случаями, когда геометрический напор недоста­ точен для обеспечения нормального безнапорного, напорно-само­ течного, смешанной системы гидротранспорта, в частности, когда геометрический напор отрицателен, т. е. отметка сброса пульпы выше отметки ее выхода из фабрики.

93

При анализе возможпости применения безнапорной или на­ порно-самотечной системы гидротранспорта следует иметь в виду,

что в тех случаях, когда 1„ превышает ie или I — Hg/L меньше ie

на небольшую величину (до 20%), может оказаться рациональным прибегнуть к дополнительному разжижению пульпы путем доба­ вок оборотной воды. В некоторых природных условиях, преиму­ щественно в горных местностях, добавление воды может быть произведено из естественных водотоков, которые приходится пересекать трассой пульпопровода. В случаях, когда ie или I значительно превышают / п, при условии необходимости сбереже­ ния воды может оказаться рациональным предварительное сгу­ щение пульпы — повышение ее консистенции.

Рациональность мероприятий по разжижению или по сгуще­ нию пульпы должна быть доказана технико-экономическими расчетами.

При применении смешанной или напорно-принудительной си­ стем гидротранспорта может оказаться рациональным сгущение пульпы для уменьшения ее расхода. Рациональность предвари­ тельного сгущения пульпы в этом случае должиа быть доказана также технико-экономическим расчетом.

Трасса хвостонровода выбирается в зависимости от рельефа местности, планового и высотного расположения приема пульны и ее сброса с учетом результатов гидравлических рас­ четов.

При проектировании трассы безнапорных хвостопроводов над­ лежит руководствоваться следующими основными правилами:

хвостопроводу должен быть придан уклон в соответствии с ги­ дравлическим расчетом, по возможности одинаковый по всей длине;

длина хвостопровода должна быть но возможности наименьшей; число поворотов трассы в плане должно быть наименьшим; трасса должна быть расположена так, чтобы количество зем­ ляных работ по созданию необходимых выемок и насыпей, а также

длины участков с эстакадами были наименьшими.

При проектировании трассы напорных хвостопроводов следует стремиться к обеспечению автоматического самоопоражнивания хвостопроводов при перерывах в работе систем.

Рекомендуется избегать проектирования и устройства U-образ- иых участков в продольном профиле в целях предотвращения опасности заиления и закупорки хвостонроводов при перерывах

вработе системы гидротранспорта хвостов.

Вслучаях практической невозможности прокладки хвостопро­ вода без U-образных участков на продольном профиле (сильно пересеченный рельеф местности, переход через реки и весьма глубокие овраги и др.) необходимо предусмотреть специальные автоматические устройства, обеспечивающие самоопоражнивание пониженных участков хвостопроводов.

94

За границей имеются системы гидротранспорта хвостов при U-образных участках хвостопроводов, например, на обогатитель­ ной фабрике Деминг [94] с дистанционным управлением задвиж­ ками; последние открываются в моменты остановок в работе си­ стемы гидротранспорта.

В СССР А. И. Тарвердяном (институт АрмНИИпроцветмет) запроектировано несколько систем гидротранспорта хвостов в условиях сильнопересеченной местности для предприятий цвет­ ной металлургии Армении. Успешно эксплуатируется так называ­ емый «дюкер» (U-образный участок) на Ахтальском руднике. Здесь стальной пульповод диаметром 300 мм пересекает но дну ущелье глубиной более 200 м.

При проектировании трассы напорных хвостопроводов не сле­ дует, как правло, допускать образования в трубах вакуума. По трассе деревянных хвостопроводов пьезометрическая линия ни при каких условиях их работы не должна пересекать оси пульпо­ провода.

При укладке металлических хвостопроводов величина вакуума не должна превышать 6 м.

Трасса хвостопровода напорно-принудительных систем гидро­ транспорта должна быть запроектирована таким образом, чтобы число перекачивающих (бустерных) пульнонасосных станций было наименьшим.

Следует избегать резких изломов профиля хвостопроводов, оказывающих дополнительные местные сопротивления и явля­ ющихся наименее износоустойчивыми и подверженных на круто­ наклонных (I 10%) участках заиливанию при перерывах в ра­ боте системы.

На магистральных участках хвостопроводы укладываются непосредственно по естественной поверхности, в открытых выем­ ках, на насыпях небольшой высоты или на эстакадах. Укладка хвостопроводов в засыпанных траншеях не рекомендуется.

При пересечении трассой естественных водоемов могут устра­ иваться плавучие хвостопроводы.

На застроенных участках фабрик и заводов или участков интенсивного движения следует проектировать прокладку хвосто ' проводов в закрытых проходных туннелях. Возможна также прокладка хвостопроводов в нопроходных тупнелях. В последних случаях они должны иметь малое заглубление (1,5—2,5 м) и съемное перекрытие.

При пересечении насыпей железпых дорог МПС хвостопро­ воды должны прокладываться, как правило, в проходных тунне­ лях. Хвостопроводы малых диаметров (до диаметра 250 мм) могут прокладываться в трубах — кожухах.

При пересечении местных впадин естественной поверхности (рек, ручьев, балок, оврагов) следует предусматривать прокладку хвостопроводов но эстакадам типа мостов — акведуков с отвер­ стиями, достаточными для пропуска паводков.

95

Устройство переходов типа дюкера допускается только при наличии особых соображений (например, переход через судоход­ ные и сплавные реки).

При проектировании трассы хвостопроводов заданными яв­ ляются:

местоположение и отметка пульпы; положение места гидравлической укладки хвостов и отметки

сброса пульпы в различные периоды эксплуатации системы гидро­ транспорта согласно проекту гидравлической укладки хвостов (намывной плотины, дамбы, отвала хвостов и др.);

план в горизонталях местности, расположенной между источ­ ником пульпы и местом гидроукладки хвостов;

геологическое освещение возможных трасс пульпопроводов; гидрологические сведения о поресекаемых трассой пульпо­ проводов естественных водоемах, колебания горизонтов воды,

колебания расходов, ледовый режим и пр.

При сложном пересеченном рельефе местности между источ­ никами пульпы и местом гидроукладки хвостов рекомендуется наметить ряд вариантов трассы. Каждый вариант трассы должен максимально удовлетворять вышеизложенным указаниям.

Выбор трассы хвостопроводов рекомендуется производить на основании экономического сравнения вариантов по величине суммарных ежегодных расходов, включающих как все эксплуата­

Проектирование трассы хвостопроводов должно учитывать следующие главнейшие требования:

обеспечение нормального гидравлического режима движения пульпы, цредотвращение забивки пульпопроводов при наименьших гидравлических сопротивлениях;

минимум капитальных затрат; минимум эксплуатационных затрат, главным образом на борьбу

сизносом пульпопроводов.

Впрактике хвостовых хозяйств США часто встречаются слу­ чаи, когда имеющийся перепад абсолютных отметок приема и сброса пульпы значительно превышает сумму гидравлических сопротивлений в системе гидротранспорта. При благоприятном рельефе местности можно было бы устроить безнапорную систему гидротранспорта с геометрическим уклоном хвостопроводов, зна­

чительно превышающим необходимый гидравлический уклон. В этих благоприятных условиях для достижения эффекта мини­ мальной абразивности пульповых потоков в США проектируют системы напорно-самотечного транспорта по схеме фабрики Клаймакс (см. рис. 32) с работой на режиме заиления.

После 1960 г. институт Механобр запроектировал ряд подоб­ ных систем для обогатительных фабрик комбинатов «Печепганикель», Тырныаузского и др.

96

По рекомендации Г. Т. Сазонова аналогичная система с пере­ падами до 60 м принята в проекте гидротранспорта хвостов и за­ кладки выработанного пространства рудника Старый Трг горнометаллургического и химического комбината «Тренча» в Юго­ славии.

Такие решения, с нашей точки зрения, являются рациональ­ ными и их в соответствующих случаях падо придерживаться.

В некоторых случаях единственно возможным решением может оказаться безнапорный гидротранспорт хвостов с прокладкой на ряде участков хвостопроводов с геометрическим уклоном, пре­ вышающим необходимый гидравлический уклон. В таких случаях также рекомендуется устраивать систему перепадов (см. рис. 32). Такие решения рациональны только в тех случаях, когда на кру­ тых участках трассы но всей их длине или по некоторой части ожидается безнапорное движение пульпы. Если же по всей трассе проектируемого хвостонровода ожидается установление папорпого движения пульпы, то надобность в устройстве системы перепадов отпадает, так как по всей длине хвостопровода установится равно­ мерное движение пульпы с полным заполнением сечения. В этих случаях можно, однако, ожидать повышенного износа стенок хвостопроводов в местах изломов трассы как в плане, так и в про­ дольном профиле.

На некоторых обогатительных фабриках (например, комбинат «Апатит») сравнительно легко справляются с задачей повышения износоустойчивости хвостопроводов на крутых участках (при без­ напорном движении) и в местах изломов трассы. Одним из распро­ страненных методов борьбы с износом является футеровка стенок резиной, в том числе транспортерными лентами, уже использован­ ными ранее на фабрике. В отдельных случаях применяется футе­ ровка лотков из литого базальта (Норильская обогатительная фабрика).

При некоторых условиях рельефа местности рациональны ре­ шения смешанных систем гидротранспорта хвостов. Здесь «це­ почка» пульпонасосных станций с резервуаром на конце напорного хвостопровода располагается непосредственно у фабрики. От напорного резервуара проектируется нанорно-самотечный хвостонровод, по которому пульпа транспортируется в хвостохранилище. Такие системы имеют следующие преимущества:

сосредоточенное расположение пульпонасосных станций по­ близости от фабрик, благодаря чему сокращаются затраты на электроснабжение, водоснабжение, отопление станций и их об­ служивание;

оптимальные условия для наилучтпего и долговременного ис­ пользования напора, развиваемого грунтовыми насосами. В не­ которых случаях трудно точпо рассчитать величину необходимого гидравлического уклона системы. Указанное решение дает воз­ можность длительного использования запроектированной системы гидротранспорта при условии, если хвостопровод от напорного

резервуара до хвостохранилища запроектирован в расчете на его частичное заиление.

Трассу напорно-самотечного хвостопровода во всех случаях рекомендуется проектировать таким образом, чтобы головной участок имел наибольший геометрический уклон. При этом может оказаться, что на некоторой части длины головного участка в пе­ риод эксплуатации установится безнапорное движение с большими скоростями. В этих случаях борьбу с износом хвостопроводов следует вести путем устройства на безнапорном участке системы перепадов (см. рис. 32) или путем применения соответствующей футеровки стенок хвостопроводов.

Состав сооружений системы гидротранспорта хвостов опре­ деляется видом системы, длиной трассы хвостопроводов, рельефом местности (степенью ее пересеченности) и величиной гидравли­ ческого уклона, необходимого для нормального транспорта пульпы.

В состав сооружений безнапорной системы гидротранспорта входят безнапорные хвостопроводы (лотки, каналы) и эстакады. В зависимости от продольного профиля трассы хвостопроводов требуется выполнение определенного объема земляных работ по устройству необходимых выемок и насыпей.

Пересечение глубоких долин рек, балок, оврагов производится при помощи эстакад. В отдельных случаях в состав сооружений системы входят туннели (при прокладке хвостопроводов по за­ строенным территориям или при переходе через железные авто­ дороги и возвышенности).

При напорно-самотечной системе вместо лотков и каналов в состав системы входят трубы, укладываемые непосредствеппо по естественной поверхности или в насыпях и выемках (плани­ ровка территории) и на эстакадах, устраиваемых как при пересе­ чениях местных впадин, так и для создания необходимых команд­ ных отметок, обеспечивающих укладку хвостов.

В состав сооружений смешанной и напорно-принудительной систем гидротранспорта, кроме сооружений, указанных выше, входят пульпонасосные станции.

Количество пульпонасосных станций определяется в зависи­ мости от высотного положения приема и сброса пульпы (геометри­ ческого напора Hg), рельефа местности, длины пульпопроводов, необходимого гидравлического уклона при движении пульпы и от типа и характеристики грунтовых насосов.

Места расположения перекачивающих (бустерных) пульпонасосных станций определяются продольным профилем трасс пульпопроводов и уклоном пьезометрической линии.

Примеры определения количества и мест расположения пуль­ понасосных станций.

Дано. Расход пульпы Qn = 200 л/с. Консистенция пульпы

Т : Ж = 1 : 2,5 или Рв. в = 40%,

98

к определению критической скорости и соответствующего последней крити­ ческого диаметра хвостопровода и гидравлических сопротивлений.

Принимаем диаметр хвостопровода D = 400 мм (из условия стандарта на изготовление металлических труб), при котором действительная скорость будет

Таким образом, хвостопровод будет работать частично на режиме заиле­

ния.

Для определения гидравлических сопротивлений при режиме заиления найдем критическую скорость движения пульпы, соответствующую диаметру 400 мм, по формулам (8) и (9):

<?ПКР = 0,20-0,42 (1 :. 2 ,4 8 f 4 0 - f ( M ) =0,248 мЗ/с:

Принимаем в качестве хвостопровода металлические сварные трубы. Г1о таблице для расчета водопроводпых труб но формуле Манинга при коэффициенте шероховатости п = 0,012 для скорости v = 2,01 м/с я»

яа 1,98 м/с /в = 0,00125 *.

* Н. Н. Павловский. Гидравлический справочник. ОНТИ, 1937, 808 стр.

Для определения манометрического напора землесосных станций, имея в виду, что манометрические напоры выражаются обычно в метрах водяпого столба, определяем гидравлический уклон по формуле

/ п = уп/„-= 1,22-0,0125=^0,015 м вод. ст./.м.

Учитывая местпые потери напора коэффициентом 1,1, найдем

1,1.0,015 = 0,0165 м вод. ст./м.

Имея в виду работу хвостопровода па режиме заиления, принимаем коэффициент запаса на полученпоо значепие гидравлического уклона К == = 1,15. Затем получаем расчетное значение гидравлического уклона:

/р -= 0,0165 ■1,15 -^0,019 м вод. ст./м.

Потребный манометрический напор определяется по данным: отметка оси грунтового насоса в насосной станции — 357,60 м; конечпая отметка подачи пульпы — 399,00 м; длина хвостопровода первой очереди — 2218 м.

Геометрическая высота подъема

399,0-357,6 = 41,4 м.

Гидравлические сопротивления по длине хвостопровода

hw= 2,218 -0,019---=42,14 м.

Потребный манометрический напор

Нм= 41,4 |-42,14 =-=83,54 м вод. ст.

Ч и с л о и р а с п о л о ж е н и е и у ль и о и а с о с н ы х с т а н ­ ций. Пульпонасоспые станции оборудуют землесосами 8113, имеющими следующую характеристику: производительность — 200 л/с; число оборо­ тов в минуту — 735; напор — 30.

Потребное число насосных станций

83,54 : 30--3 шт.

Размещение насоспых станций но трассе хвостопроводов определяется построением па продольном профиле хвостопровода пьезометрических линий с уклоном 1п — 0,019, как это показано па рис. 34.

В ряде случаев можно устраивать сметанную систему гидро­ транспорта хвостов: от фабрики до хвостохранилшца — без­ напорный транспорт, а для заполнения хвостохранилшца — папорно-принудительный транспорт с устройством как минимум одпой пульпонасосной станции. Здесь могут быть два случая: а) отметка максимального заполнения хвостахранилища выше и б) ниже отметки расположения пульпонасослой станции у хвостохранилища. В первом случае пульпонасосная станция распо­ лагается у хвостохранилища *, чтобы избежать устройства U-об- разного участка хвостопроводов, который был бы неизбежным, если бы иульионасосная станция была расположена у фабрики. Во втором случае возможны два варианта расположения пульпо­ насосной станции: у фабрики и у хвостохранилища. Следует

* В том случае, когда отметка места расположения пульпонасосной станции ниже отметкп приема хвостов при выходе их из фабрики.

100