СПОСОБ СКЛАДИРОВАНИЯ ЗЕРНИСТЫХ ОТХОДОВ
METHOD TO STOCK GRANULAR WASTES

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при складировании зернистых отходов.
Известно сооружение для складирования твердых полезных ископаемых при гидродобыче, включающее карту намыва и фильтрующую дамбу, установленную поперек карты намыва, при этом оно снабжено рядом фильтрующих дамб, установленных последовательно одна за другой по ходу движения потока, причем проницаемость каждой последующей дамбы уменьшается по ходу движения (а.с. СССР №1740672, E21C 41/32).
Недостатком известного решения является низкая надежность сооружения, обусловленная тем, что высокая проницаемость первичных дамб определяет значительный расход, проходящий через каждую из них. Как следствие, дамба подвергается размыву. Устойчивость ее снижается, возрастает вероятность разрушения под действием гидростатического давления, большего по величине, со стороны намыва.
Известен способ складирования зернистых отходов в секцию гидроотвала и в тело консервации над секцией, характеризующийся тем, что сначала осуществляют поярусный намыв отходов до проектного уровня с образованием прудковой и пляжной зоны в секцию, емкость каждого яруса которой создают ограждающими дамбами, при этом в верхней части секции на пляже яруса выполняют дренаж, который располагают на расстоянии от ограждающей дамбы яруса и вдоль нее и снабжают средством удаления из него воды, причем дренаж в плане располагают под подошвой, по меньшей мере, одного карьера, намеченного к разработке при выполнении ограждающего элемента яруса, намеченного к созданию тела консервации над заполненной отходами секцией, после чего осуществляют намыв первого (нижнего) яруса тела консервации, с наружной поверхностью которого в пределах яруса совмещают наружную боковую поверхность ограждающего элемента яруса, затем эту поверхность покрывают слоем рекультивации (ПИ РФ №2382847, E21C 41/32). При этом дренаж выполняют в основании завершающего яруса намыва отходов в секцию и/или ему предшествующего яруса трубчато-тюфячного типа. Кроме того, дренаж снабжают поперечными дренами, а после намыва первого яруса тела консервации осуществляют намыв последующих ярусов тела консервации, с наружной поверхностью которого в пределах каждого яруса совмещают наружную боковую поверхность ограждающего элемента этого яруса. Намыв первого и последующих ярусов тела консервации каждый раз осуществляют с технологической временной призмы, которую возводят на гребне ограждающего элемента яруса из грунтового материала, пригодного для последующего выполнения из него слоя рекультивации.
Недостатком известного способа является недостаточная надежность. Ограждающие дамбы формируются за счет выемки обезвоженных золошлаков из пляжной зоны с образованием карьера и последующим его заполнением. Удаление воды предполагается проводить через систему, включающую, в частности, дренаж трубчато-тюфячного типа. Совокупное сопротивление движению фильтрата в этом случае обусловлено: водопроницаемостью отложений пляжной зоны, дренажа, гидравлических сопротивлений трубопроводов. При этом водопроницаемость пляжной зоны относительно незначительна за счет того, что при ее формировании золошлаки различной фракции образуют достаточно плотную структуру, обусловленную естественным послойным осаждением: крупных фракций, а затем более мелких.
Ограждающие дамбы имеют существенно больший коэффициент фильтрации, чем отложения пляжной зоны. Это обусловлено тем, что их формирование производится насыпным способом, без естественного уплотнения. Как следствие, структура ограждающей дамбы более пористая и менее плотная. Пространство между крупными фракциями не заполняется более мелкими.
Вследствие того, что ограждающая дамба создает меньшее сопротивление движению фильтрата, чем дренажная система, вода будет преимущественно двигаться через ограждающую дамбу, постепенно ее размывая. Размыв ограждающей дамбы ведет к потере устойчивости и снижает надежность функционирования гидротехнического сооружения в целом.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности способа складирования зернистых отходов.
Техническая задача решается тем, что в известном способе складирования зернистых отходов в секцию гидроотвала, образованную ограждающими дамбами, карьером, с поярусным намывом отходов, формированием прудковой и пляжной зон, устройством дренажа, включающего дрены и средство удаления воды, расположенного под подошвой карьера, в качестве ограждающих дамб используются борта карьера, дренаж выполняется в виде двухслойной отсыпки, при этом слой, примыкающий к борту карьера, имеет больший размер фракций, чем внешний, а в качестве средства удаления воды используются скважины, выполненные в борту карьера и соединенные с водоотводящим каналом.
При этом примыкающий слой формируется из пород фракций 50…300 мм толщиной не менее 2000 мм, внешний из пород фракций 3…5 мм, и толщиной не менее 1000 мм, а скважины выполняются в пределах каждого яруса.
Кроме того, в отходы перед складированием в секцию подают флокулянты в количестве 0,01…0,05 кг/т.
Использование в качестве ограждающих дамб бортов карьера в открытых источниках не найдено.
В технических решениях применение послойной отсыпки компонентами с различной фракцией известно (см. учебник «Строительство улиц и городских дорог», ч. 1 «Сооружение земляного полотна» / Под ред. А.Я. Тулаева, М., Стройиздат, 1987, с. 301-310).
В известном техническом решении послойная отсыпка обеспечивает более плотное покрытие за счет того, что в этом случае после каждого слоя обеспечивается его уплотнение трамбованием. Засыпка одним слоем изначально на всю требуемую высоту не позволяет создать достаточные нормальные напряжения, позволяющие получить требуемую из технических условий плотность, а следовательно, и прочность. Таким образом, послойная отсыпка, в известном техническом решении, обеспечивает повышение прочности покрытия.
В предлагаемом техническом решении выполнение двухслойной отсыпки дренажа обеспечивает создание зон, обладающих различным гидравлическим сопротивлением. В совокупности с выбором размеров фракций, в пределах слоев отсыпки, исключается аварийный прорыв пульпы.
Выполнение слоя, примыкающего к борту карьера, с большим размером фракций, чем внешний, создает решетку - несущую конструкцию, удерживающую более мелкие фракции. Создается склон с углом наклона больше того, что характерен для слоя только из мелкой фракции. Это позволяет формировать вдоль борта карьера (в поперечном направлении) слой с углом наклона, близким к углу наклона самого борта. При этом слой мелкой фракции имеет большое гидравлическое сопротивление, что исключает залповый прорыв через него пульпы. Постепенная кольматация, при фильтровании через него пульпы, обеспечивает создание экранирующего слоя. Экранирующий слой исключает попадание пульпы с высоким содержанием мелких зернистых фракций в скважины и водоотводящие каналы, их забивку и вывод из строя.
Использование скважин, выполненных в борту карьера и соединенных с водоотводящим каналом известно (см. ПИ РФ №2487997, E21C 41/16). В известном решении дренажно-дегазационные скважины выполняют до начала работ направленными сверху вниз в зоны повышенной трещиноватости и проницаемости за пределами подготавливаемой горной выработки в непосредственной близости к ее профилю и используются в качестве средств удаления газонасыщенных рассолов.
В предлагаемом техническом решении скважины выполняются в пределах каждого яруса. Это обеспечивает непрерывный отвод фильтрованных вод по мере увеличения уровня пульпы в отвале. По мере набора высоты яруса происходит дренаж вод через двухслойную отсыпку. При этом часть мелкозернистой фракции попадает в скважину, постепенно откладываясь в ней, снижая условный проход. При достижении уровнем пульпы верхней границы яруса возможно существенное уменьшение условного прохода скважины. Переход уровня пульпы в зону последующего яруса обеспечивает дальнейший отвод отфильтрованных вод через новую, незадействованную ранее скважину. Обеспечивается непрерывный, стабильный отвод отфильтрованных вод.
Выполнение примыкающего слоя из пород фракций 50…300 мм толщиной не менее 2000 мм не известно.
Также неизвестно выполнение внешнего слоя из пород фракций 3…5 мм, и толщиной не менее 1000 мм.
Подача флокулянтов в пульпу известно (см. а.с. СССР №893889 C02F 1/56). В известном решении подачу флокулянтов в угольные шламы осуществляют выделением взвешенных частиц из жидкости. В предлагаемом решении подача осуществляется в пульпу, образованную из отходов перед сбросом в секцию гидроотвала и не содержащую полезные компоненты в извлекаемом количестве. Кроме того, величина подачи, составляющая 0,01…0,05 кг/т, получена экспериментально и в известных решениях не обнаружена.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ складирования зернистых отходов не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
В заявляемом способе складирования зернистых отходов (в секцию гидроотвала) технический результат достигается тем, что намыв отходов осуществляется поярусно, с формированием прудковой и пляжной зон с заполнением пульпы в пространство карьера. При этом в качестве ограждающих дамб используются борта карьера, предварительно покрытые двухслойной отсыпкой. Отсыпка, осуществляемая в слой, примыкающий к борту карьера, выполняется породами с размером фракций 50…300 мм. Толщина слоя отсыпки составляет не менее 2000 мм. Поверх первого слоя производится отсыпка второго слоя толщиной не менее 1000 мм и размером фракций 3…5 мм. Для удаления воды, фильтрующейся через двухслойную отсыпку, используются скважины, выполненные в борту карьера и соединенные с водоотводящим каналом, расположенным под подошвой карьера. Скважины, выполняемые в борту карьера, имеют выходы, в борт карьера, в пределах каждого яруса.
Кроме того, дополнительно в пульпу с зерноотходами перед складированием в секцию подают флокулянты в количестве 0,1…0,5 кг/т.
Изобретение поясняется схемой - фиг. 1, где представлена общая схема реализации способа складирования зернистых отходов.
Способ складирования реализуется следующим образом.
Перед началом складирования зернистых отходов в секцию гидроотвала, в качестве которого используется карьер 1 (фиг. 1), выполняется подготовка его бортов 2. Осуществляется планирование ярусов заполнения: 3, 4, 5. С верхнего горизонта каждого яруса бурятся водоприемные скважины 6, 7, 8, 9 до их соединения с водоотводящим каналом 10.
По борту карьера 2 выполняется отсыпка примыкающего слоя 11 фракциями пород с размерами не менее 50 мм и не более 300 мм. Толщину слоя доводят до 2000 мм.
Затем поверх примыкающего слоя 11 производится отсыпка внешнего слоя 12 из пород с размерами фракции 3…5 мм и толщиной не менее 1000 мм.
После завершения подготовки бортов 2 производится складирование пульпы мелкозернистых и/или пылевидных твердых отходов, например хвостов обогатительного производства. Заполнение ведется со стороны противоположного подготовленного борта 2. При этом в пульпу предварительно подается флокулянт в количестве 0,01…0,05 кг/т.
Отходы в виде пульпы намываются поярусно: 13, 14, 15. В пределах каждого яруса формируются прудковые 16, 17, 18 и пляжные 19, 20, 21 зоны. Емкость каждого яруса намывки 13, 14, 15 ограждается бортом карьера 2 и слоями отсыпки 11 и 12 с одной стороны и естественным бортом с другой.
При необходимости борт, противоположный борту карьера 2, может быть подготовлен аналогичным образом.
При заполнении карьера до уровня первого яруса 13 формируется прудковая зона 16 и пляжная 17 зоны. Разность давлений в прудковой зоне и водоотводящем канале 10 обеспечивает движение фильтрата в направлении борта карьера 2. При этом из фильтрата, при прохождении через внешний слой отсыпки 12 выделяются зернистые отходы. Это обусловлено размерами фракции 3…5 мм, создающей сопротивление движению взвешенных зернистых частиц. До примыкающего к борту карьера слоя 11 основная масса взвешенных частиц задерживается во внешнем слое 12. Далее фильтрат собирается водоприемной скважиной 6 и движется к водоотводящему каналу 10. В процессе движения фильтрата по водоприемной скважине происходит доочистка фильтрата, из него выделяются остатки зернистых отходов. Постепенно условный проход водоприемной скважины уменьшается.
В предлагаемом техническом решении выполнение двухслойной отсыпки дренажа 11 и 12 обеспечивает создание зон, обладающих различным гидравлическим сопротивлением. В совокупности с выбором размеров фракций, в пределах каждого слоя отсыпки 11 и 12, исключается аварийный прорыв пульпы.
Выполнение слоя 11, примыкающего к борту карьера 2, с большим размером фракций, чем внешний 12, создает решетку - несущую конструкцию, удерживающую более мелкие фракции. Создается склон с углом наклона больше того, что характерен для слоя только из мелкой фракции 12. Это позволяет формировать вдоль борта карьера 2 (в поперечном направлении) слой 11 с углом наклона, близким к углу наклона самого борта 2. При этом слой мелкой фракций 12 имеет большое гидравлическое сопротивление, что исключает залповый прорыв через него пульпы. Постепенная кольматация, при фильтровании через него пульпы, обеспечивает создание экранирующего слоя в пределах слоя, образованного из мелких фракций 12. Экранирующий слой исключает залповое попадание пульпы с высоким содержанием мелких зернистых фракций в скважины 6, 7, 8, 9 и водоотводящий канал 10, их забивку и вывод из строя.
Выполнение скважин 6-9 в пределах каждого яруса 3-5 индивидуально обеспечивает непрерывный отвод фильтрованных вод по мере увеличения уровня пульпы, ярусах намывки 13, 14, 15. По мере набора высоты каждого из ярусов производится дренаж вод через двухслойную отсыпку. При этом часть мелкозернистой фракции попадает в скважину, соответственно 6, 7, 8, 9, постепенно откладываясь в ней, снижая условный проход. При достижении уровнем пульпы верхней границы соответствующего яруса возможно существенное уменьшение условного прохода скважины (6, 7, 8 или 9). Переход уровня пульпы в зону последующего яруса обеспечивает дальнейший отвод отфильтрованных вод через новую, незадействованную ранее скважину. Обеспечивается непрерывный, стабильный отвод отфильтрованных вод.
Соотношение размера пород фракций 50…300 мм и общей толщины примыкающего слоя 11 не менее 2000 мм обеспечивает его устойчивость и исключает самопроизвольное обрушение, возникающее при меньшей толщине примыкающего слоя 11.
Внешний слой 12, формируемый из пород фракций 3…5 мм при толщине не менее 1000 мм, обеспечивает достаточную проницаемость с одной стороны и необходимую толщину слоя, формирующую накопление тонкой фракции отходов. При меньшей толщине слоя до завершения намыва яруса происходит забивка скважин для отвода воды.
Размеры фракций и толщины слоев 11 и 12 были определены опытным путем в процессе работ при заполнении Гайского карьера отходами обогатительного производства.
Подача в пульпу флокулянтов в количестве 0,01 обеспечивает ей высокую подвижность и, как следствие, равномерное распределение вдоль борта карьера 2.
Как было установлено экспериментально, повышение в пульпе флокулянтов более 0,01 гр/т ведет к повышению ее подвижности, достаточной для формирования пляжных зон 19-20 и интенсивной водотдаче. Эта тенденция сохраняется до содержания флокулянтов в пульпе - 0,05 гр/т. При дальнейшем увеличении содержания подвижность практически не меняется. В связи с этим увеличивать содержание флокулянтов более 0,05 гр/т нецелесообразно, так как это ведет к увеличению затрат без проявления дополнительных эффектов.
При проведении лабораторных испытаний предлагаемого изобретения в условиях Гайского карьера ОАО «Гайский ГОК», в части п. 4, было установлено следующее.
При проведении 48 серий опытов с различным содержанием флокулянтов в пульпе от 0,005 гр/т до 0,08 гр/т.
При этом установлено, что наилучшие показатели: угол растекания 3-5 град и время растекания обеспечиваются при содержании флокулянта в количестве 0,01…0,05 кг/т.