Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ
METHOD OF DUST CONTROL ON TAILING DUMPS

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам предотвращения образования пылевых аэрозолей на пляжах хвостохранилищ и может найти применение на всех обогатительных предприятиях, складирующих отходы обогащения (хвосты), перемещаемые в виде пульпы, на поверхности земли в искусственных емкостях (хвостохранилищах), формируемых дамбами и плотинами.
кр
В «картах» намыва хвостохранилищ образуется иловый массив из осевших твердых частиц, понижающийся от точек слива пульпы, и пруды-отстойники - «прудки», покрывающие нижнюю часть массива. С прекращением подачи пульпы в карту верхняя часть намытого массива обезвоживается с образованием сухих поверхностей - «пляжей». Пляжи являются источниками интенсивного пылевыделения, количество пыли, взметываемой ветром, зависит от следующих основных факторов: скорости ветра, влажности верхнего слоя и фракционного состава пыли. Активное вовлечение в воздушный поток осевшей пыли, начинается при скорости движения воздуха, превышающей некоторую критическую скорость (u), значение которой аналитически не вычисляется и обычно определяется экспериментальными методами.
Известны физико-химические и механические способы борьбы с пылением пляжей [Бересневич П.В. Аэрология карьеров: Справочник / П.В. Бересневич, В.А. Михайлов, С.С. Филатов. - М.: Недра, 1990. - 280 с.].
Физико-химические способы включают гидробеспыливание и закрепление пылящих поверхностей вяжущими составами. Гидравлическое ообеспыливание заключается в увлажнении пылящего слоя хвостов. Недостатки гидрообеспыливания: быстрое испарение влаги пляжей, большие материальные, трудовые и энергетические расходы на орошение; сложность обеспыливания в зимний период. Закрепление пылящих поверхностей пляжа заключается в образовании на ней крупных агрегатов из тонкодисперсных пылинок, корок или пленок, которые сохраняются длительное время. Закрепляющие составы могут быть в виде: водных растворов специальных реагентов; эмульсий на основе нефтепродуктов; эмульсий на основе полимеров. Недостатки закрепления: необходимость специальной подготовки растворов и эмульсий перед нанесением; сложность применения большинства средств при отрицательных температурах; высокая цена компонентов.
Известные механические способы борьбы с пылением пляжей заключаются в сплошном укрытии пылящих площадей не пылящим материалом: щебнем или окатышами; вязкими глинистыми растворами; полимерной пленкой. Укрытие поверхности пляжей производится после заполнения хвостами очередной карты хвостохранилища с выдержкой времени на усадку для проезда транспортной техники. Главный недостаток укрытия из твердых компонентов (щебень, окатыши) обусловлен большими затратами на материалы укрытия, их доставку на пляж и равномерное распределение по площади пляжа.
Недостатки укрытия пляжей вязкими глинистыми растворами связаны с необходимость создания и эксплуатации системы гидромеханизации, что требует значительных затрат, а также с низкой эффективностью способа вследствие неравномерного распределения слоя укрытия из затвердевшей глины и его растрескивания.
Наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности существенных признаков является способ борьбы с пылением пляжей хвостохранилищ, включающий сплошное укрытие пылящих площадей полимерной пленкой [Бересневич П.В. Аэрология карьеров: Справочник / П.В. Бересневич, В.А. Михайлов, С.С. Филатов. - М.: Недра, 1990. - 280 с.]. Существенные недостатки этого способа заключаются в следующем:
- низкая надежность укрытия из полимерной пленки, которая поднимается (взлетает) над пляжем при ветре вследствие воздействия снизу избыточного давления атмосферного воздуха, возникающего согласно закону сохранения энергии в потоке воздуха (уравнение Д. Бернулли), и разрушается;
- сложность монтажа пленочного укрытия пляжа очередной заполненной карты, который выполняется непосредственно на поверхности массива свежеуложенных хвостов с низкой несущей способностью.
Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в уменьшении затрат, повышении эффективности и надежности мероприятий по снижению пылевыделения на пляжах хвостохранилища, а также в упрощении работ по созданию укрытия пляжа.
Указанный технический результат достигается следующим образом.
Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ включает сплошное укрытие пылящих площадей пляжей не пылящим материалом. Отличие способа в том, что после окончания намыва текущего яруса карты пылящую площадь ее пляжа укрывают ветрогасящей сеткой из прочного долговечного материала с оптимальными размерами ячеек и обеспечением натяжения сетки с оптимальным аэродинамическим зазором между сеткой и поверхностью пляжа. При этом укрытие с ветрогасящей сеткой изготавливают заранее с возможностью перемещения его по карте хвостохранилища.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан план боковой карты намыва хвостохранилища с установленным противопыльными секциями, укрывающими всю пылящую полосу пляжа, и часть внутренней карты хвостохранилища, на фиг. 2 показан вертикальный продольный разрез карты(по А-А), верхний продольный контур дамбы условно не показан.
Предлагаемый способ борьбы с пылью рассматривается с одним из возможных вариантов конструкции укрытия пылящей поверхности пляжа с использованием ветрогасящей сетки, которое по площади делится на фрагменты - «противопыльные секции» (далее - секции). Секции представляют собой плавучую раму перекрытую мелкоячеистой сеткой из прочного долговечного материала, например синтетических нитей, закрепленной на раме с оптимальным зазором между поверхностью пляжа и сеткой. Секции изготавливают предварительно и монтируют в зоне прудков преимущественно на сухом ложе-основании карт до подачи пульпы в их первый ярус и доставляют на место установки буксировкой с помощью лебедок на дамбах и плавсредств в прудке, а с подачей пульпы в карту для намыва следующего яруса, секции перемещают обратно в прудок вниз по пляжу. Возможен монтаж секций на зеркале воды прудка при подаче пульпы в текущий ярус.
Хвостохранилище (гидроотвал отходов) формируется первичными дамбами обвалования 1, вторичными дамбами 2 наращивания и разделительными дамбами 3, которые делят хвостохранилище на обособленные карты намыва, обычно заполняемые поочередно. Поверху дамб отсыпаны автомобильные дороги 4, на вновь возведенных дамбах 1 или 2, по дорогам 4 с рабочих сторон карт намыва прокладываются магистральные пульпопроводы 5 с пульповыпусками 6 на эксплуатируемом магистральном пульпопроводе 5. После намыва текущего яруса и заполнения подготовленной карты хвостами пульпопровод 5 демонтируют. Дренажная система хвостохранилища включает водосбросные колодцы 7 с дренажными трубами 8. Противопыльные секции 9 укрытия расположены на пылящей части поверхности обезвоженного пляжа с намытой стороны карты, секции 10 укрытия предназначены для противоположной стороны карты с увлажненной поверхностью намываемого массива, сетка секций 9 и 10 крепится на плавучих рамах 11, примерная конструкция рамы показана на отдельных секциях, где сетка представлена условными прямоугольниками. Монтаж рамы и крепление сетки секций 9 и 10 производят в прудковой части карты преимущественно на ее сухом ложе-основании 12 до подачи пульпы, возможен монтаж на зеркале воды прудка карты с последующим перемещением секций 13 (по стрелке) в зону пылящей части пляжа.
Пример осуществления способа борьбы с пылью на хвостохранилище в условиях мощного горно-обогатительного комбината.
Строительство хвостохранилища начинается с сооружения насыпным способом из полускальных или мелких скальных пород карьера первичной дамбы 1, разделительной дамбы 3 и формирования ложа-основания 12 в первой карте намыва, после подготовки первой карты продолжается строительство и подготовка остальных карт хранилища. Отходы обогащения в виде жидкой пульпы с твердыми частицами крупностью 10÷100 мкм и менее по магистральному пульпопроводу диаметром до 800 мм шламовыми насосами подаются в подготовленную карту намыва хвостохранилища. Распределение пульпы в объеме карт осуществляется через распределительные пульповы-пуски 6 диаметром до 600 мм, которые размещаются равномерно по периметру рабочей стороны карты и выпуск пульпы через них производится поочередно. Осветленная в прудке вода пульпы через водосбросный колодец 7 сливается в дренажную систему хвостохранилища и по трубам 8 поступает в отстойник для оборотного водоснабжения обогатительной фабрики.
кр
кр
После заполнения подготовленной карты с одной из рабочих сторон и прекращения подачи пульпы в карту начинается обезвоживание намытой массы, расположенной выше уровня зеркала воды, и образуется сухой пляж от ограждающей дамбы до зеркала воды, который легко поддается ветровой эрозии. Установлено, что критическая скорость (u) сдувания для сухой угольной пыли изменяется от 2 до 4,5 м/с. В летние месяцы поверхность намытых ярусов в картах хвостохранилищ железорудных ГОКов нагревается до 40°С и более, она быстро теряет влагу и является источником интенсивного пылеобразования уже при скорости ветра 4-5 м/с [Гурин А.А. Снижение пыления действующих хвостохранилищ горно-обогатительных комбинатов / А.А. Гурин, В.И. Ляшенко, Н.В. Домничев // Известия вуз. Горный журнал. - 2012. - №5. - С. 13-22.]. Верхняя часть пляжа шириной 30÷40 м у пульповы-пусков сложена относительно крупными частицами с большой величиной (u) и обычно не пылит, также не пылит и естественно увлажненная полоса до 50 м вдоль уреза воды прудка, пылящей является полоса в средней части образовавшегося сухого пляжа [RU 2272147, опубл. 20.03.2006]. Для предотвращения пылеобразования этой части пляжа его поверхность укрывают специальным противопыльными секциями, представляющими собой плавучую раму перекрытую мелкоячеистой сеткой из прочного долговечного материала, например синтетических нитей (см. фиг. 1) и закрепленной на раме с оптимальным зазором между поверхностью пляжа и сеткой.
Секция позволяет реализовать новый аэродинамический способ борьбы с пылью, заключающийся в том, что при любой скорости атмосферного ветра над пляжем, исключая экстремальные явления и штиль, скорость движения потоков воздуха под ветрогасящей сеткой вблизи контакта с поверхностью пляжа уменьшается многократно в сравнении со скоростью ветра, взметывание пыли прекращается или значительно уменьшается. Для оценки степени снижения скорости атмосферного ветра под сеткой укрытия авторами были проведены лабораторные исследования, результаты которых приведены в таблице.
Результаты замеров скорости движения воздушных потоков
Замеры проводились в потоке воздуха, создаваемого вентилятором, в зоне прямых струй, зазор между сеткой и поверхностью лабораторного стола составлял 100÷110 мм, в этом промежутке проводился замер скорости потока воздуха под сеткой. Все замеры скорости потока воздуха выполнялись на анемометре АПР-2. Коэффициенты вариации средней величины скорости потока колебались от 11 до 18%. Сетки №1, 3, 4 квадратной формы, №2 - шестиугольник. Сетки №1, 2 и 3 плетеные без узелков, №1 и 2 - из плетеных синтетических нитей, №3 - из органических. Сетка №4 плетеная с узелками из сплошной синтетической нити (леска).
Укрытие сухого пляжа карты устанавливают на полосу пыления сразу после прекращения подачи пульпы в ярус. Секции укрытия изготавливают предварительно и монтируют преимущественно на сухом ложе-основании 12 карты, ограждаемой первичными дамбами 1 и 3 (см. фиг. 2), в зоне прудка до подачи пульпы в первый ярус, возможен монтаж на зеркале воды прудков. Общая длина рамы секции равна ширине укрываемой полосы пляжа, ширина секции определяется возможностями техники, используемой для монтажа рамы и перемещения готовой секции на пляж. Количество секций карты определяется их шириной и длиной пылящей полосы пляжа.
Конструкция рамы может быть различной, но должна обеспечить плавучесть и минимальную массу секции, надежное крепление сетки при интенсивном ветре. Рама секции, как вариант, может представлять решетку из нескольких полос по длине рамы и поперечных связей между полосами, при этом полосы состоят из отдельных поплавков, соединенных в прочную «цепь», с возможностью прохода человека по раме для крепления сетки и буксировки секции с помощью лебедки на дамбе или плавсредствами.
Поплавки полосы могут быть в виде отрезков труб различной формы из легких не подверженных коррозии алюминиевых сплавов, или вспененных полимерных материалов, защищенных от разрушения при перемещении секции. Поплавки полосы соединяются в «цепь» через определенные промежутки и жестко крепятся к канату данной полосы, который в свою очередь жестко крепится в секции к головной и хвостовой поперечным балкам рамы, обеспечивающим перемещение секции вверх по пляжу в зону пыления и вниз на зеркало прудка. Мостики между поплавками из проката легких алюминиевых сплавов ограничивают перемещение отдельных поплавков вдоль полосы.
Поперечные связи рамы могут сооружаться так же из проката легких алюминиевых сплавов в виде мостиков для прохода людей и закрепления сетки. Мостики подвижно крепятся к смежным поплавкам в соседних полосах рамы и ограничивают перемещение отдельных поплавков поперек полос.
Секции, смонтированные на сухом ложе-основании до подачи пульпы в карту, в процессе намыва первого яруса всплывают, вследствие образования прудка данной карты. Сразу по окончании намыва яруса и прекращения подачи пульпы в эту карту секции поочередно, начиная с секции у борта разделительной дамбы, перемещают на место установки, формируя сплошное укрытие пылящей зоны пляжа. Перемещение секций поперек карты в прудке может осуществляться с помощью плавсредств. Секцию плавсредством подводят к нижней границе пляжа, за прицепное устройство головной балки секции цепляют стальной канат передвижной лебедки, заякоренной на первичной дамбе, и этой лебедкой буксируют секцию вверх по пляжу до проектного места, где канат дистанционно отцепляют. Ориентировочно нагрузка на канат не превысит 100÷130 кН.
Затем переставляют и закрепляют на даме передвижную лебедку, плавсредством подводят к пляжу следующую секцию, доставляют на нее канат лебедки с дистанционным прицепным устройством и цепляют им секцию, лебедкой буксируют секцию вверх по пляжу, устанавливают ее параллельно предыдущей секции и соединяют их временными переходными мостиками с укрытием сеткой промежутка между секциями. Остальные секции карты перемещаются в описанном выше порядке. Доставлять на очередную секцию канат лебедки с дистанционным прицепным устройством могут различными способами, например, с помощью тонкого троса, закрепленного на прицепном устройстве, второй конец которого с мини-лебедкой передается на подготавливаемую к перемещению секцию.
Гидравлическое складирование хвостов может вестись раздельно с одной и затем с другой стороны данной карты, или одновременно с двух сторон. Технология создания укрытия пылящей полосы пляжа одинакова для обеих сторон. При намыве первого яруса текущей карты готовятся противопыльные секции следующей карты, подготавливаемой к намыву (заполнению). Порядок подготовки и установки секций на пляж всех последующих карт аналогичен описанной выше технологии для первой бортовой карты хвостохранилища.
После заполнения карты и вывода ее из цикла складирования хвостов отсыпают вторичные ограждающие дамбы 2 и наращивают разделительную дамбу 3 данной карты (см. фиг. 1 и 2). Дамбы 2, как правило, отсыпают драглайном из обезвоженных крупнозернистых хвостов верхней зоны пляжа, дамбу 3 наращивают, в основном, мелкой скальной и полускальной породой из карьера. С окончанием отсыпки и наращивания дамб данная карта готова для приема пульпы и намыву следующего яруса хвостов в этой карте.
В подготовленную карту при намыве второго, а также последующих ярусов складируемых хвостов, пульпа поступает через пульпопровод на вторичной дамбе, при этом секции укрытия пляжа предыдущего яруса в начале процесса намыва остаются на месте их установки, но предварительно убирают переходные мостики, соединяющие секции в единое укрытие. В процессе намыва уровень зеркала прудка данной карты поднимается, секции укрытия с обеих сторон карты всплывают и плавсредствами их отводят на место, где секции не будут мешать намыву хвостов в текущем ярусе до проектных отметок.
По окончании намыва очередного яруса с одной из сторон данной карты и прекращения подачи пульпы, секции укрытия перемещают на место установки в пылящую зону пляжа этой стороны карты описанным выше способом. Изложенная технология снижения пылевыделения на пылящей части пляжей циклично повторяется на всех картах хвостохранилища.
Предлагаемый способ борьбы с пылью целесообразно применять на больших хвостохранилищах и гидроотвалах с двухстороннем намывом карт
Оптимальную величину зазора от поверхности пляжа до ветрогасящей сетки и размеры ее ячеек, а также качество нитей сетки уточняют опытным путем для конкретных аэродинамических условий пляжа, климатических условий района и свойств частиц складируемых хвостов.
Указанная совокупность признаков обеспечивает:
- сохранность укрытия пляжа при постоянном ветре большой интенсивности с надежностью, определяемой прочностью сетки;
- высокую эффективность снижения пылевыделения на пляжах хвостов различного состава, включая сухой летний и морозный зимний период года;
- снижение затрат на борьбу с пылением пляжей, обусловленную возможностью многократного использования предлагаемых противопыльных секций, а также возможностью эксплуатации укрытия без его регулярного обслуживания и потребления энергии.