Выбор и обоснование способов разработки техногенных месторождений марганцеворудного сырья

Размещено на http://www.Allbest.ru/

НАН Украины

Институт проблем природопользования и экологии

Выбор и обоснование способов разработки техногенных месторождений марганцеворудного сырья

Б.С. Гулямов

г. Днепропетровск

Аннотация

На примере шламохранилищ марганецсодержащих шламов изложены способы разработки осушенных и обводнённых шламохранилищ с применением в первом случае экскаваторного оборудования и автотранспорта и во втором случае - гидромеханизации. Показано, на сколько может возрасти производственная мощность комбината по производству марганцевого концентрата при вовлечении в эксплуатацию шламохранилищ.

На прикладі шламонакопичуваів марганцевміщуючих шламів викладені способи розробки осушених і обводнених шламонакопичувачів із застосуванням у першому випадку екскаваторного устаткування й автотранспорту, а в другому випадку - гідромеханізації. Показано, на скільки може зрости виробнича потужність комбінату по виробництву марганцевого концентрату при залученні в експлуатацію шламонакопичувачів.

B.S. Gulyamov. Grounded selection on mining methods of manganese ore technogenous deposits

The paper describes methods of mining of both dewatered and flooded sludge dumps with the use of excavating machines and motor transport (in the first case) and hydraulic mechanization means (in the second case). Manganese-containing sludge dumps have been taken as an example. The article proves that the manganese concentrate production at the integrated works is increased, when sludge dumps are incorporated into production process.

Введение

Глобальное вмешательство человека и техники в геологическую среду привело к накоплению на поверхности нашей планеты миллиардов кубических метров промышленных отходов. При существующих в настоящее время технологиях от 10 до 99% исходной массы сырья, добытого из недр, превращается в отходы, которые складируются на суше или выбрасываются в атмосферу и водоёмы. Промышленные предприятия Украины ежегодно выделяют 1,5-2 млрд. т твёрдых техногенных отходов.

По данным Всеукраинской экологической лиги к началу третьего тысячелетия масса накопившихся в Украине отходов превысила 25 млрд.т. Если в 1990 г. на одного украинца приходилось 300 т отходов, то теперь - почти 500 т, из которых 90 т - отходы токсичные. Необходимо отметить, что в Днепровско-Донецком регионе данные показатели значительно превышают среднестатические по Украине.

Накопление отходов ведёт к загрязнению окружающей среды, нарушаются и загрязняются земли, атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, что непосредственно влияет на здоровье человека.

Перед всеми государствами планеты встал вопрос принятия неизбежных мер по сокращению отходов при производственно-хозяйственной деятельности, планомерной утилизации уже накопленных громадных их количеств. По мере исчерпаемости природных ресурсов, вовлечения в эксплуатацию месторождений с меньшим содержанием

полезного ископаемого и совершенствования технологий переработки, появилась возможность вторичного использования многих отходов производства. Небольшая часть техногенных отходов сегодня вовлекается в использование, однако это не решает проблемы в целом.

Анализ состояния проблемы. Решение данной проблемы стало важным направлением деятельности нашего государства. Был принят ряд ответственных документов на законодательном и правительственном уровнях. В 1993 г. был подписан Указ президента «О геологическом изучении и порядке использования техногенных месторождений полезных ископаемых Украины». В этом Указе определено, что все отходы добычи, обогащения и переработки минерального сырья, которые в установленном порядке изучены, оценены и признаны такими, что имеют промышленное значение, являются техногенными месторождениями полезных ископаемых.

В этом же году Министерством промышленности Украины была принята «Программа ликвидации и утилизации отходов промышленности с целью извлечений из них цветных, редких и других компонентов».

В дальнейшем Закон Украины «Об отходах», принятый Верховной Радой в 1998 г., установил полную ответственность предприятия-производителя отходов за их обеззараживание, размещение, утилизацию или экологически безопасное удаление.

С большой остротой проблема утилизации отходов обогащения марганцеворудного сырья стоит в г. Марганце и г. Орджоникидзе, где в шламохранилищах накоплено свыше 200 млн. т марганецсодержащих шламов со средним содержанием марганца приблизительно 13%.

Экологические аспекты проблемы

Воздействие шламохранилищ, как техногенных месторождений, приходится на земную поверхность, на поверхностные и подземные воды, на воздушный бассейн. Вредное воздействие на земную поверхность и земельные угодья связано с отводом территории под шламохранилища. Воздействие проявляется в виде нарушения и изменения формы рельефа, загрязнения или уничтожения почвенно-растительного слоя земли, что отрицательно сказывается на продуктивности земель и на многие годы изменяет структуру и хозяйственную ценность земельных угодий района расположения шламохранилищ.

Земли загрязняются веществами, привносимыми с пылью, подземными и поверхностными водами. Вредное воздействие на водный бассейн осуществляется техническими и технологическими водоёмами (отстойниками шламохранилищ). Подземные воды на площадях, прилегающих к отстойникам, подвергаются постепенному загрязнению в результате фильтрации. Скорость распространения загрязняющих веществ в подземных водах зависит от физических свойств пород и составляет от нескольких десятков до сотен метров в год [1].

Анализ условий загрязнения подземных вод на участках поверхностных хранилищ показал следующее: содержание загрязняющих веществ в подземных водах в несколько раз превышает допустимую норму, образовавшаяся область загрязнения подземных вод сохраняется в течение длительного времени даже после ликвидации хранилища; повышенная минерализация и плотность сточных вод по сравнению с пресными подземными водами приводит к загрязнению последних на значительную глубину; фильтрационная неоднородность пород обуславливает неравномерное перемещение загрязняющих компонентов в подземных водах и длительное их хранение в водоносных горизонтах.

Очень сильное загрязнение воздуха происходит от пыления поверхности осушенных шламохранилищ. Эти поверхности при скорости ветра 5-8 м/с являются источниками постоянного и интенсивного образования сухой пыли. С 1 га сухой поверхности уносится до 5 т пыли в сутки. Запылённость воздуха на расстоянии до 500 м от шламохранилища может достигнуть 1,5-3,3 мг/м³ при скорости ветра до 6 м/с и 11,7-32,4 мг/м³ - при скорости ветра 8 м/с.

Освоение шламохранилищ

С точки зрения промышленно-хозяйственной деятельности освоение шламохранилищ для извлечения марганца позволяет пополнить балансовые запасы марганца. Если взять наивысшие показатели по добыче марганцевой руды (за 1989 г.) 7,222 млн. т по ОАО «МГОК» и 9,495 млн.т по ОАО «ОГОК», то балансовые запасы по ОАО «МГОК» (277,9 млн.т) исчерпываются за 38 лет, а по ОАО «ОГОК» (406 млн.т) - за 42,7 года. Вовлечение в переработку марганецсодержащих шламов решает вопрос увеличения производственной мощности предприятия по производству марганца, либо частичной замены относительно дорогостоящих открытой и подземной разработок марганцевой руды.

Технологические особенности разработки техногенных месторождений

гидромеханизация техногенный марганецсодержащий шламохранилище

Шламохранилища отходов обогащения марганцевой руды формируются с помощью гидронамыва. Пульпа, содержащая шламы, подаётся в шламохранилище по пульпопроводу. По истечению срока службы шламохранилища при дренировании и испарении воды, оно осушается, начиная с поверхности.

Существует два способа разработки шламохранилищ - так называемый «сухой» и «мокрый». В первом случае для разработки осушенных шламохраналищ используется, как правило, экскавационное оборудование (экскаваторы, скреперы и т.п.), применяемое на открытых горных работах и в строительстве, с погрузкой на автотранспорт; во втором случае - гидромеханизация.

При разработке осушенных шламохранилищ считается целесообразным использование экскаваторов-драглайнов, которые устанавливаются на поверхности разрабатываемых шламов и производят разработку последних нижним черпанием, не опускаясь на более увлажнённые нижние слои. Такое расположение экскаваторов является благоприятным обстоятельством при применении автомобильного транспорта, работающего на горизонте установки экскаватора.

Первоначально, до производства выемочных работ, производится зачистка поверхности разрабатываемого участка от корневищ трав, кустарника и деревьев. Обычно для зачистки требуется съём и удаление корнеобитаемого слоя шламов на глубину 0,51,0 м с помощью бульдозеров. Так, например, на техногенных месторождениях угле- и железосодержащих шламов ОАО «Днепровский меткомбинат» (г. Днепродзержинск) верхний слой будет доставляться на скруббер обогатительной фабрики для его очистки от корневищ и затем отправляться потребителю, как кондиционный материал.

Если частично поверхность шламохранилища обводнена или шламохранилище действующее, следует отделить предназначенный к разработке участок с помощью дамбы, которая формируется автотранспортом.

Наконец, проводится параллельно с дамбой осушительная траншея, которая одновременно будет служить пионерной. При этом следует использовать максимальные возможности экскаватора по производительности, чтобы траншея была проведена в кратчайшие сроки, и осуществлялось дренирование воды с прилегающих участков. Этого можно добиться, если экскаватор работает в навал, разгружая вынутые шламы на одной или двух сторонах траншеи. При отгрузке шламы послойно, по мере подсыхания, снимаются бульдозером и отгружаются в автосамосвалы. Шламы можно отгружать во временные склады для дренажа с последующей отгрузкой потребителю.

При разработке в той или иной мере обводненных шламохранилищ возникает вопрос о выборе ходового оборудования и проходимости горнотранспортных машин.

Проведен анализ разных типов ходовых устройств с позиции работы оборудования на основании с низкой несущей способностью. Выбор остановлен на шагающем ходовом оборудовании. Крупный учёный в области теории горных машин докт. техн. наук Н.Г. Домбровский указывает [2], что шагающее ходовое оборудование обеспечивает возможность создания очень малых давлений на грунт, что неосуществимо при всех прочих видах оборудования. Среднее удельное давление на грунт при шагающем оборудовании составит не более 30% от обычного давления при установке такой машины на гусеницах.

Дальнейшие исследования выполнены применительно к экскаватору-драглайну ЭШ-5/45 со сменным ковшом 6 м³ на шагающем ходу, выпускаемому заводом НКМЗ. При рассмотрении устойчивости работы машины на грунтовом основании выделены два аспекта: достаточность несущей способности основания и способность машины передвигаться, или её проходимость.

Для условий осушенного марганецсодержащего шламохранилища им. Максимова установлены физико-механические характеристики горных пород, к которым следует отнести шламы указанного шламохранилища. Рассмотрен ряд задач, решённых на основе применения теории предельного равновесия [3, 4, 5] для определения предельной критической нагрузки и просадки базы машины, и сделан вывод о безопасности работы ЭШ-5/45 в условиях шламохранилища.

При оценке проходимости машины использованы работы, выполненные под руководством докт. техн. наук Ю.И. Бережного [6]. В результате построения паспортов проходимости ЭШ-5/45 установлено, что при движении машины на подъём до 3^о буксование отсутствует. При увеличении угла подъёма буксование нарастает и при подъёме 6⁰ коэффициент буксования достигает величины 0,64.

Рассмотрена производительность экскаваторов-драглайнов в диапазоне изменения ёмкости ковша от 0,5 до 6,0 м³ с учётом среднего содержания влаги в шламах 25,7% (шламохранилище им. Максимова) и в концентрате 16%.

При современном состоянии производства обогащения шламов имеется возможность извлечения из них марганца до 60-65% и выше (до 84% [7]) от содержания его в шламах. Останавливаясь на величине извлечения марганца из шламов 65%, рассчитываем объём концентрата с 40% содержанием марганца, который может быть получен при максимальной производительности экскаватора ЭШ-6/45 при непрерывной рабочей неделе в три смены и полной обеспеченности автотранспортом. Он составляет 19% от расчётной величины концентрата при максимально достигнутых результатах по производительности МГОКа в 1989 г.

Второй способ разработки шламов основан на применении гидромеханизации, которая широко применяется для производства вскрышных пород на карьерах, добычи полезных ископаемых открытым или подземным способом, производства земляных работ (намыв плотины, дамб, площадок, устройства каналов, котлованов и др.).

К достоинствам гидромеханизации следует отнести поточность технологического процесса; сокращение объёмов капитальных работ; более высокая производительность труда и меньшая себестоимость вскрышных работ; простота, малая стоимость и незначительная масса основного оборудования; возможность попутного обогащения полезного ископаемого. Наиболее серьёзным недостатком гидромеханизации является сезонность работы - до замерзания воды. Рабочий сезон в условиях Приднепровья имеет продолжительность 214 рабочих дней в году.

К способам разработки при гидромеханизации следует отнести: гидротранспорт от экскаватора и разработка плавучими земснарядами с применением гидротранспорта. При гидротранспорте от экскаватора последний разрабатывает уступ и грузит породу в передвижной смесительный бункер [8]. Из бункера гидросмесь транспортируется по напорному гидропроводу. Смесительные бункера соединяются со стационарными гидропроводами гибкими шлангами.

В связи с тем, что даже при осушенной поверхности шламохранилищ с глубиной появляются обводнённые слои, эти шламохранилища следует разрабатывать экскаватором-драглайном, установленным на поверхности шламохранилища.

Представляет интерес вариант способа разработки с гидротранспортом в проекте «Технология добычи отходов обогащения (лежалых песков хвостохранилища ОАО «ЦГОК») с применением шагающего экскаватора ЭШ-6/45, гидромонитора ГМД-250М и землесоса 12ГРВ», Кривой Рог, 2001. Выемка и переработка отходов обогащения по этому варианту позволяет решить вопрос дополнительной обеспеченности комбината сырьём для производства концентрата. Поверхность участка сухая, но на глубине 3-4 м появляется вода. Для осушения участка предусматривается проходка опережающей дренажной траншеи и устройство комплексов насосных станций для откачки дренажных вод. Техногенное месторождение условно разбивается на карты, которые отрабатываются поперечными заходками по отношению к центральной дамбе.

В начале заходки производится устройство зумпфа с установкой грунтового насоса. Рядом с зумпфом стационарно монтируется гидромонитор для размывания хвостов, подаваемых в зумпф.

Хвосты экскавируются и подаются в зумпф в пределах радиуса черпания экскаватора. При передвижении экскаватора хвосты перекидываются в район зумпфа, а при возвращении экскаватора им же подаются в зумпф. Во время складирования хвостов экскаватором последние подаются в зумпф с помощью бульдозера.

После 4-х этапов разработки хвостов (160-170 тыс. м³) зумпф переносится на новое место и этапы повторяются.

Подводная разработка шламов производится плавучими землесосными снарядами. Если шламохранилище обводнено, то экскаватором отрывается котлован, который заполняется водой, и в нём устанавливаются земснаряды. Земснаряды по производительности классифицируются на земснаряды малой мощности, производительностью до 100 м³/ч; средней мощности, производительностью 100-500 м³/ч и большой мощности, производительностью более 500 м³/ч по породе.

Основной действующий орган на земснаряде - землесос. Всё остальное оборудование имеет вспомогательное назначение. Всасывающий трубопровод подводит грунт в смеси с водой к землесосу, а напорный отводит его к месту укладки. Напорный трубопровод состоит из трёх участков: находящегося на земснаряде, плавучего пульпопровода и сухопутного. Перемещение земснаряда в пределах участка его работ осуществляется свайным устройством и лебёдками с тросами, закреплёнными за якоря. Маневрирование земснаряда на сваях обеспечивает перемещение рыхлителя по строго определённым траекториям.

Для выполнения работ с использованием земснаряда составляются технологические карты [9]. В них предусматривается проведение всего комплекса работ по разработке породы в забое, транспортирования её по пульпопроводу и складированию, а также выполнение всех вспомогательных операций по обслуживанию земснаряда, плавучего магистрального и рабочего пульпопроводов и средств связи.

Ниже приведена производительность плавучих земснарядов по шламам и годовой объём марганцевого концентрата, производство которого огни могут обеспечить.

Таблица

Производительность земснарядов по типам

Согласно этим данным землесосные снаряды в приведенном диапазоне могут обеспечить производство марганцевого концентрата в объёме 1130% от максимально достигнутых результатов МГОКа в 1989 г., что свидетельствует о чрезвычайной важности освоения техногенных месторождений.

Выводы

1. Отходы обогатительных фабрик горного производства, накопленные в шламохранилищах, являются ценным сырьём для повторного извлечения полезных ископаемых и должны быть вовлечены в разработку, учитывая главные обстоятельства - исчерпаемость природных ресурсов и загрязнение окружающей среды от хранения отходов.

2. Выемка и переработка отходов обогащения позволяет решить вопрос дополнительной обеспеченности комбинатов сырьём для производства концентрата, либо частичной замены дорогостоящих открытой или подземной разработки руд.

3. На комбинатах по добыче и переработке марганцевой руды, как и на железорудных комбинатах, делаются попытки извлечения шламов из шламохранилищ, при этом возникает необходимость обоснования способов разработки, оценки производительности оборудования и объёмов производства конечной продукции.

4. Существует два способа разработки шламохранилищ: осушенных - с помощью обычного экскаваторного оборудования и автотранспорта и обводнённых - с применением средств гидромеханизации.

5. Установлено, что при использовании наименьшего из экскаваторов-драглайнов для открытых горных работ ЭШ-6/45 на осушенных шламохранилищах ОАО «МГОК» можно повысить производственную мощность комбината на 19% по сравнению с самыми высокими показателями (1989 г.), а с применением землесосных снарядов - до 30%.

Перечень ссылок

1. Е.М. Пахомов, М.И. Буянов. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1990.

2. Н.Г. Домбровский, С.А. Панкратов. Землеройные машины. Госстройиздат. М., 1961. - 651 с.

3. К. Терцаги, Р.Пек. Механика грунтов в инженерной практике (пер. с англ.) под ред. проф. М.Н. Гольштейна. М., Госстройиздат, 1958.

4. В.Г. Березанцев. Расчёт прочности оснований сооружений. М., Госстройиздат, 1960.

5. Н.А. Цытович. Механика грунтов. Госстройиздат. М., 1963. - 636 с.

6. Н.З. Гармаш, Ю.И. Бережной. Конструкция, основы теории и расчёта шагающего ходового оборудования горнотранспортных машин. М., Недра, 1971. - 142 с.

7. Воробьев Н.К., Арсентьев В.А., Федоров М.А. Разработка схем комбинированного обогащения марганцеворудных шламов. В сб. «Химическое и комбинированное обогащение и анализ руд чёрных металлов». М., Недра, 1989.

8. А.О. Спиваковский, М.Г. Потапов. Транспортные машины и комплексы открытых горных разработок. М., Недра, 1974. - 439 с.

9. И.М. Ялтанец. Проектирование гидромеханизации открытых горных работ. М., МГГУ, 1994. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru