книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

по трассам пульпопроводов — общие характеристики грунтов (например; пески среднезернистые плотные, суглинки пла­ стичные);

по осям гидротехнических сооружений (акведуков, земляных плотин, водоприемников и водоспускных коллекторов) — данные лабораторных исследований образцов грунтов: плотность, пори­ стость, влажность, объемная масса (скелета и грунта в ecTecTBonJ ном состоянии), гранулометрический состав, предел пластичности, угол внутреннего трения, сцепление, компрессионные коэффи­ циенты, коэффициенты фильтрации;

для ложа хвостохранилища в целях определения фильтру­ ющей способности необходимы данные о коэффициентах фильтра­ ции пород, слагающих дно и берега хвостохранилища.

Для составления ТЭО и рабочих чертежей сооружений хвосто­ хранилища необходимы следующие материалы гидрологических изысканий:

общая гидрографическая и гидрологическая характеристика рек, балок и оврагов бассейна хвостохранилища с определением границ последнего; данные о хозяйственном использовании вод­ ных объектов;

оценка водности сети водотоков бассейна хвостохранилища; основные гидрологические расчетные параметры сети и есте­ ственных водоемов бассейна хвостохранилища: расходы, режимы уровней, соответствующие различным значениям процента обеспе­ ченности, скорости, ледовый режим, твердый сток, волновой режим в связи с господствующими ветрами, данные о величине

испарения с водной поверхности.

Кроме материалов указанных изысканий и исследований, в це­ лях установления объектов и стоимостей отчуждения, для раз­ решения вопросов энергоснабжения важны данные экономических обследований, производимых в целях* выяснения условий произ­ водства работ: наличия и расположения дорог в районе и их состо­ яния, расположения карьеров строительных материалов, их физико-механических свойств и условий добычи и транспортиро­ вания материалов к месту работ, данные об использовании ме­ стной рабочей силы, об организации снабжения строительства топливом, водой, продовольствием.

Наиболее ответственным для проектировщиков хвостовых хо­ зяйств является составление задания на изыскания и исследова­ ния. Примерный перечень вопросов задания на изыскания и исследования приводится ниже.

Прежде всего надо отметить класс хвостового хозяйства и сооружений, в него входящих. Чем ниже класс, тем меньшие требования надо предъявлять к объему изысканий и исследований. U общем случае изысканиями надо осветить рельеф местности и указанных выше пределах, а также общую характеристику геологического строения района и грунтов, его составляющих. Необходимо указать перечень сооружений хвостового хозяйства

21

и ситуационный план их расположения относительно размещения основных сооружений всего предприятия (здания обогатительной фабрики и др.). Для составления основного проекта (в зависимости от стадийности проектирования) надо указать на необходимость составления более подробных топографических съемок трасс пульпопроводов, пульпонасосных и насосных станций, водоводов (при проектировании оборотного водоснабжения) и инженерно­ геологических разрезов по всем сооружениям (продольных и поперечных) с указанием желательных масштабов и глубины инженерно-геологических выработок. Необходимо также охарак­ теризовать возможные места расположения карьеров грунтов для строительства первой очереди дамбы хвостохранилища (с уче­ том рекомендаций в главе V).

3. Основные указания по выбору системы гидротранспорта и гидроукладки хвостов

Проектирование хвостовых хозяйств необходимо производить с учетом всех условий возведения сооружений и их эксплуатации. Поэтому, приступая к проектированию, кроме естественных условий, выявленных изысканиями и исследованиями, предвари­ тельно необходимо установить:

предполагаемую продолжительность строительства и сроки возведения отдельных сооружений;

намечаемые методы производства работ и в случае механиза­ ции работ основные рабочие размеры строительных машин;

условия эксплуатации сооружений хвостового хозяйства; длительность периода эксплуатации в году; условия надзора за работой пульпопроводов;

условия для ремонта сооружений, замены износившихся земле­ сосов и пульпопроводов (наличие дорог; наличие питания элек­ троэнергией установок, необходимых для ремонта грунтовых насосов, пульпопроводов, например электросварочных агрегатов; условия освещения трасс пульпопроводов).

Одним из главных вопросов проектирования хвостового хозяй­ ства является выбор мест взаимного расположения обогатительной фабрики и хвостохранилища. Предварительное решение этого вопроса обычно производится специальпыми комиссиями. Этот наиболее ответственный этап проектирования — решение о раз­ мещении отдельных комплексов сооружений обогатительной фаб­ рики — производится с учетом всех обстоятельств, обусловлива­ ющих соответствующую защиту окружающей среды, наименьшую стоимость строительства, удобства в эксплуатации и, в конечном счете, наименьшую стоимость выпускаемой предприятием про­ дукции. Один из важнейших вопросов этого общего решения — рациональное размещение сооружений хвостового хозяйства с точки зрения создапия благоприятных условий и методов защиты

22

природной среды, условий быта и работы трудящихся, стоимости строительства сооружений, эксплуатационных удобств и затрат, исходя из конечного результата или же достижения наименьшей стоимости транспорта и укладки 1 т хвостов.

При решении вопросов хвостового хозяйства необходимо ма­ ксимальное удовлетворение следующих требований:

1)соответствующая защита окружающей среды;

2)наибольшая экономичность систем гидравлического транс­ порта и гидроукладки хвостов по капитальным затратам и экс­ плуатационным расходам;

3)наибольшая надежность, простота и удобство эксплуатации систем, их маневренность и мобильность, обеспечивающая бес­

перебойную работу хвостовых хозяйств даже при возможных (случайных) нарушениях технологического режима переработки и обогащения руд.

При выборе мест размещения хвостохранилища и обогати­ тельной фабрики необходимо учитывать следующие требо­ вания:

место расположения хвостохранилища должно обеспечивать при минимальной сложности и стоимости гидротехнических соору­ жений необходимую емкость для укладки хвостов в течение задан­ ного срока эксплуатации фабрики;

использование рельефа земной поверхности с таким расчетом, чтобы обеспечить наибольшие удобства и наименьшую стоимость эксплуатации системы гидротранспорта хвостов. Этого можно добиться путем размещения фабрики и хвостохранилища таким образом, чтобы была обеспечена возможность безнапорного или напорно-самотечного гидротранспорта хвостов в течение всего или большей части заданного срока эксплуатации фабрики. При невозможности обеспечения в данных условиях указанного требо­ вания необходимо обеспечить размещение хвостохранилища па отметках, при которых напорно-принудительная система гидро­ транспорта хвостов выполняется с наименьшим количеством нулыюнасосных станций, обусловливающим, кроме удобств экс­ плуатации, наименьшую мощность энергетических установок и потребление энергии;

место расположения хвостохранилища должно удовлетворять санитарным требованиям в отношении создания условий мини­ мального пылеобразования и загрязнения пылью воздушного бассейна, загрязнения грунтовых вод в районах расположения городов, поселков и промышленных предприятий;

наилучшие условия для трассировки, строительства и экс­ плуатации пульпопроводов.

Следует учитывать фактор занятости и культурной освоенности земель и их стоимости. При всех равных прочих условиях необ­ ходимо отдавать предпочтение такому решению, при котором под хиостохранилище занимается площадь наименее пригодной для культурной обработки земли. Выбор места под хвостохранилище

23

должен быть согласован с организациями, ведающими отчужде­ нием земель. В экономических расчетах, обосновывающих выбор рационального варианта расположения хвостохранилища, необ­ ходимо учитывать стоимость отчуждения земель с учетом потерь от их дальнейшего использования, если бы на них но рас­ полагалось хвостохранилище. В проекте должны быть ре­ шены вопросы и предусмотрены затраты па консервацию хвосто­ хранилища.

При выборе места расположения хвостохранилища необ­ ходимо учитывать и ипженёрно-геологические условия с учетом:

1)потерь воды на фильтрацию и химического загрязнения грунтовых вод, являющихся источниками водоснабжения бли­ жайших к хвостохранилищу городов и поселков, а также хими­ ческого загрязнения естественных водоемов;

2)обеспечения прочности и устойчивости гидротехнических сооружений хвостохранилища по условиям прочности и деформи­ руемости грунтов основания;

3)наличия в районе расположения хвостохранилища грунтов, пригодных для строительства насыпных плотин и дамб обвалова­ ния первой очереди (с учетом указаний главы V).

Во многих случаях наиболее простым решением является устройство хвостохранилища равнинного типа, так как оно воз­ можно при простейших гидротехнических сооружениях, требу­

Далее но степени сложности идут хвостохранилища косогор­ ного, пойменного, овражного и речного типов. При размещении хвостохранилищ в балках и долинах рек необходимо иметь в виду, что наибольшие преимущества в отношении емкости имеет долина с наименьшим продольным уклоном. Величина уклона естествен­ ной поверхности вдоль хвостохранилища характеризует качество площадки для укладки хвостов и при устройстве хвостохранилищ равнинного, косогорного и пойменного типов. Можно считать, что предельным, в смысле возможности устройства хвостохранилища, является уклон естественной поверхности вдоль хвостохранилища, равный 0,10—0,15.

Кроме характеристики места расположения хвостохранилища в отношении необходимой его емкости, следует учитывать возмож­ ные величины стока дождевых и талых вод, которые в первом приближении можно характеризовать величиной площади водо­ сбора.

Наилучшие условия для трассировки, строительства и экс­ плуатации пульпопроводов характеризуются прежде всего отсут­

24

ГЛАВА III

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СИСТЕМ ГИДРОТРАНСПОРТА ХВОСТОВ

1. Физико-механические свойства хвостов4’

Хвосты представляют собой мелкие частицы пустой породы, полу­ чающиеся в результате механической переработки руд полезных ископаемых (дробления, измельчения, классификации, флотации, магнитной сепарации и др.).

Твердая фаза хвостовой пульпы представлена смесью мине­ ральных частиц разного размера — от некоторого максимального (не более 3 мм) до долей микрона. Вещественный состав частиц также неодинаков и представлен несколькими минералами. Круп­ ность смеси минеральных зерен характеризуется гранулометри­ ческим (зерновым) составом, т. е. весовым распределением частиц по крупности, выраженным в процентах.

Форма частиц и их плотность зависят от минерального состава пород, включающих полезные ископаемые. Косвенное предста­ вление о содержании в хвостах частиц той или иной формы дает гранулометрический состав хвостов: частицы крупностью >0,01 мм имеют форму, близкую к шару, глинистые частицы <0,005 мм — пластинчатую форму.

Крупность частиц принято измерять по величине (стороне) наименьшего квадратного отверстия сита, через которое проходит частица. Частицы мельче 0,1—0,05 мм (100—50 мкм), содержа­ ние и распределение которых в материале определяются гидра­ влическими способами, характеризуются условным гидравличе­ ским диаметром (диаметром шара, который падает в слое вязкой жидкости с такой же скоростью, как частица, имеющая форму, отличную от формы шара).

Гранулометрический состав твердой составляющей хвостовой пульпы определяется гранулометрическим анализом. Применяют следующие методы гранулометрического анализа:

ситовый анализ (для зерен крупнее 50—75 мкм), состоящий в просеивании данной пробы грунта или хвостов через набор сит, имеющих разные размеры отверстий;*

* В данном разделе рассматриваются только те физико-механические свойства хвостов, которые определяют условия их гидротранспорта. Физико­ механические свойства хвостов как материала для образования плотин и дамб обвалования хвостохранилищ рассматриваются в главах V и VI.

26

седимецтационный (гидравлический) анализ (для зерен от 5 до 75 мкм), состоящий в определении крупности частиц и их содержания в данной пробе специальными гидравлическими мето­ дами, описываемыми в курсах грунтоведения.

Основой этого анализа служит понятие о гидравлической крупности частицы, скорости равномерного падения частицы в спокойной воде. Связь между гидравлической крупностью и геометрическими размерами частицы данной плотности, выража­ емы ми .величиной приведенного диаметра, установлена Стоксом. По Стоксу, при равномерном падении частицы, имеющей форму шара, в покоящейся жидкости гидравлическое сопротивление прямо пропорционально гидравлической крупности:

где d — диаметр частицы, приведенной к форме шара, м; р, — коэффициент динамической вязкости жидкости, н-с/м2; v0 — гидравлическая крупность, см/с.

В гидравлике обычно вместо коэффициента динамической вяз­ кости пользуются коэффициентом кинематической вязкости:

где р — плотность жидкости, т/м3.

Коэффициент кинематической вязкости имеет размерность см2/с. Величины коэффициентов вязкости зависят от температуры жидкости.

Изменение значений коэффициентов динамической р и кинема­ тической v вязкости воды (жидкой фазы хвостовой пульпы) в за­ висимости от ее температуры приведено в табл. 1 и 2.

Т а б л и ц а 1

27

Жидкая фаза хвостовой пульпы содержит в себе некоторое количество остаточных флотационных реагентов и нефтепродук­ тов, применяемых для смазки оборудования обогатительной фаб­ рики.

Приближенные значения коэффициента кинематической вяз­ кости v хозяйственно-бытовых сточных вод (см2/с) приведены в табл. 3 (по данным Н. Ф. Федорова).

28

Т а б л и ц а 4

С и то в ы й а н а л и з

Показатели

гр а в и й п е с ч а н а я ф р ак ц и я

личной

крупности, вес. %

При равномерном падении частицы в покоящейся воде масса частицы Р и гидравлическое сопротивление W уравновешиваются:

Из этого уравнения и получается формула Стокса для опре­ деления гидравлической крупности частицы:

где g — ускорение свободного падения, м/с2; рв — плотность вещества, из которого состоит частица данного грунта или ча­ стица хвостов, т/м3; рв — плотность воды, т/м*.

Плотность рн выражается через удельный вес:

Плотности различных материалов определяются пикнометри­ ческим методом, описываемым в курсах грунтоведения.

В гидротехпической практике таблица гранулометрического состава имеет следующую форму (табл. 4).

29

Наиболее распространенной, но недостаточно полной является характеристика гранулометрического состава по —0,074 мм, т. е. по содержанию в хвостах частиц размером геометрической круп­ ности меньше 0,074 мм.

В грунтоведении и механике грунтов обычно принято выра­ жать гранулометрический состав грунтов на координатной сетке, где по оси ординат откладывают массовое содержание частиц грунта меньших данного диаметра в процентах от веса взятой

Рис. 3. Графики гранулометри­ ческого состава хвостов обога­ тительных фабрик цветной и чер­ ной металлургии

пробы, а по оси абсцисс — крупность частиц в миллиметрах в логарифмическом масштабе.

На рис. 3 показан гранулометрический состав хвостов обога­ тительных фабрик. Суждение о степени однородности грунта в отношении состава по крупности слагающих его частиц соста­ вляется по величине коэффициента неоднородности:

где deo — крупность, меньше которой в исследуемой пробе мате­ риала содержится 60% частиц (по массе), а больше которой 40%; de — эффективная крупность (диаметр) частиц, меньше которой

висследуемом образце грунта содержится 10% (но массе) частиц,

абольше которого — 90%.

Величины de и с?в0 определяются по графику гранулометри­ ческого состава. Чем разнороднее грунт, тем больше это отно­ шение.

Хвосты обогатительных фабрик цветной металлургии доста­ точно однородны; менее однородны хвосты обогатительных фабрик черной металлургии (см. рис. 3).

Для расчетов гидравлического транспорта хвостов следует определять не только плотность хвостов, но и плотности, соответ­ ствующие разным диапазонам геометрической крупности, для

30