В условиях комплексного использования недр, статья представляется актуальной. Вовлечение в разработку техногенных месторождений, представленными железосодержащими хвостами обогащения, в большей степени является дополнительной сырьевой базой для горнодобывающих предприятий, но их освоение сопровождается большой трудностью при формировании добычных блоков. Для формирования добычных блоков необходимо иметь исчерпывающую информацию о сопротивлении хвостов срезу. В данной статье было произведено исследование сопротивления железосодержащих хвостов обогащения срезу. Исследования производились на отобранных материалах хвостохранилища. В общей сложности по отобранным пробам было выполнено 10 лабораторных анализа на определение сопротивления хвостов срезу. Полученная информация позволит повысить эффективность вовлечения в разработку техногенных месторождений.
Ключевые слова: хвосты обогащения, физико-механические свойства, средневзвешенный диаметр, сопротивление хвостов, пробы хвостов, срез.
В настоящее время горнодобывающие предприятия ведут активную деятельность по модернизации техники и технологии, а также оптимизации своего производства. В условиях рыночной экономики главным и эффективным способом оптимизации горного предприятия является внедрение высокоэффективных малоотходных технологий, с целью комплексного использования месторождения и интенсификации производства. К примеру можно привести несколько горнодобывающих предприятий которые успешно реализуют комплексное использование недр на практике — ОАО «Ковдорский ГОК» (виды выпускаемой продукции: апатитовый концентрат, железный концентрат, бадделеитовый концентрат, кальцитовый концентрат, форстеритовый концентрат) второй по величине производитель апатитового концентрата в России и единственный производитель бадделеитового концентрата в мире; ОАО «Качканарский ГОК» входящий в состав Evraz Group S. A. (вид выпускаемой продукции: железный концентрат, ванадий и скандий), ОАО «Михайловский ГОК» и т. д. Перечисленные ГОКи достигли расширения производства и вида выпускаемых продукций за счет внедрения новых малоотходных технологий по освоению техногенных месторождений, сформированных в результате их деятельности. Таких предприятий в России, реализующих в полной мере комплексность месторождения, мало. Для большинства предприятий эта проблема становится всё более актуальной.
Недоизученность физико-механических свойств техногенного материала, а именно сопротивление хвостов срезу является главным сдерживающим фактором для многих предприятий горной отрасли РФ по их освоению, которое приводит большим простоям, снижению производительности выемочно-погрузочного оборудования в результате внезапных оползней в добычном забое.
Учитывая данный факт, был произведен отбор проб для их изучения. В общей сложности по отобранным пробам было выполнено 10 лабораторных анализа на определение сопротивления хвостов срезу
Сопротивление грунтов срезу является наиболее важной их характеристикой, определяемой углом внутреннего трения φ и сцеплением. В общей сложности было проведено 9 серий срезных испытаний образцов хвостов, отобранных на пляжах намыва хвостохранилища «Войково» между ПК-6 и 22 в стандартные кольца с ненарушенной структурой.
Основные результаты лабораторных определений сведены в таблице 1, из которой видно, что средневзвешенный диаметр исследованных хвостов d СВ изменялся от 0,03 до 0,19 мм. В шести пробах d СВ находится в диапазоне от 0,03 до 0,05 мм. В указанном диапазоне d СВ значения φ варьироровались в широких диапазонах — от 27 до 38°, а значения C изменялись от 0 до 0,013 МПа. Причем в пробе, где угол φ оказался минимальным, значение C было максимальным, а угол ψ (при P, равном 1 МПа) составил 33°. В целом в диапазоне d СВ от 0,03 до 0,05 мм среднее значение средневзвешенного диаметра равнялось 0,04 мм, угол φ был равен 29°, C — 0,007 МПа, а ψ — 32°. Природная весовая влажность W рассмотренных проб хвостов колеблется от 18,7 до 27,0 %, а в среднем была равна 19,0 %. Коэффициент пористости ε был довольно низким, изменялся от 0,67 до 0,81. В рассмотренных пробах хвостов количество фракций меньше 0,1 мм было высоким и варьировалось от 98,4 до 99,9 %; процент фракций меньше 0,05 мм был также высоким и изменялся от 62 до 80 %. В среднем количестве таких фракций составляло 74,3 %.
Таблица 1
Результаты сдвиговых испытаний хвостов
|
Средневзвешенный диаметр хвостов d СВ , мм |
Угол внутреннего трения φ, град |
Сцепление C, МПа |
Угол сдвига ψ, град |
Количество фракций, мм менее |
Природная весовая влажность W, проц. |
Коэффициент пористости ε 0 |
Расстояние от выпуска L, м | |
|
0,05 |
0,1 | |||||||
|
0,03 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,16 0,19 0,19 |
29 27 31 30 29 38 34 35 32 |
0,010 0,013 0,000 0,004 0,007 0,005 0,004 0,000 0,004 |
33 33 31 32 32 40 36 35 34 |
87,9 80,0 74,6 74,9 62,1 66,6 22,5 15,0 13,0 |
99,9 98,4 99,3 99,7 99,1 99,7 50,0 43,8 40,1 |
23,3 20,6 — 20,4 18,7 27,0 18,8 3,4 — |
0,777 0,691 — 0,666 0,825 0,814 0,717 0,726 — |
70 100 250 260 30 300 300 5 150 |
С увеличением крупности хвостов до 0,16–0,19 мм резко сократилось в них содержание фракций меньше 0,05 мм — до 17 %, а фракций меньше 0,1 мм — до 45 %. Это привело к незначительному увеличению φ — до 34° и снижению C до 0,003 МПа.
Влажность хвостов с d СВ =0,16÷0,19 мм была в диапазоне от 3,4 до 18,8 %, а коэффициент пористости в среднем равнялся 0,72.
Угол сдвига в исследованном диапазоне d СВ от 0,03 до 0,19 мм в среднем и равен 34°.
По результатам данного этапа исследований сопротивление хвостов срезу можно сделать предварительный вывод, что хвосты с низким значением средневзвешенного диаметра равного 0,04 мм обладают достаточно высокими значениями φ и C. На данной стадии изученности хвостов этого ГОКа рекомендуем в качестве расчетного с некоторым запасом принимать минимальное значение φ, равное 27°, а сцепление, равным 0.
Литература:
1. Аргимбаев К. Р. Обоснование технологии открытой разработки железосодержащих техногенных месторождений на примере хвостохранилищ ГОКов КМА: Дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2013. — 133 с.
2. Холодняков Г. А., Е. В. Логинов, Ву Дык Туан Малоотходная открытая разработка полезных ископаемых с помощью гидравлических экскаваторов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 1. — С. 357–363.
3. Славиковская Ю. О. Комплексная оценка экологического фактора при разработке месторождений полезных ископаемых: дис. Уральского государственного университета, канд. экон. наук: 08.00.05. — Екатеринбург, 2005. — 187 с.
4. Старостина Н. Н., Гирфанова Р. Р. Пути снижения экологической нагрузки вследствие уменьшения количества отходов обогатительных фабрик // Экология и безопасность жизнедеятельности: материалы V Всероссийской научно-практической конференции (25 ноября 2014 года). — Комсомольск-на-Амуре: АмГПГУ, 2014. — С. 136–141.
5. Субботина Е. В., Карапетян К. Г. Использование инновационных технологий рационального природопользования с целью решения проблем утилизации отходов горнопромышленного региона // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1–1.
6. Язиков, Е. Г. Минералогия техногенных образований: учеб. пособие для академического бака- лавриата / Е. Г. Язиков, А. В. Таловская, Л. В. Жорняк. — М.: Издательство Юрайт, 2016. — 159 с. — Серия: Университеты России.
7. Каплунов, Д. Р. О принципах перехода горнодобывающего предприятия к устойчивому экологически сбалансированному развитию / Д. Р. Каплунов, В. А. Юков. — Текст: непосредственный // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № 3. — С. 74–76.
8. Трубецкой, К. Н. Комплексное освоение техногенных месторождений / К. Н. Трубецкой, В. Н. Уманец. — Текст: непосредственный // Горный журнал. — 1992. — № 1. — С. 12–16.
9. Трубецкой, К. Н. Классификация техногенных месторождений, основные категории и понятия / К. Н. Трубецкой, В. Н. Уманец, М. Б. Никитин. — Текст: непосредственный // Горный журнал. — 1989. — № 12. — С. 6–9.
10. Каплунов, Д. Р. О принципах перехода горнодобывающего предприятия к устойчивому экологически сбалансированному развитию / Д. Р. Каплунов, В. А. Юков. — Текст: непосредственный // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № 3. — С. 74–86.
- Каплунов Д. Р., Юков В. А. О принципах перехода горнодобывающего предприятия к устойчивому экологически сбалансированному развитию // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2020. № 3. С. 74–86. DOI: 10.25018/0236–1493–2020–3–0–74–86
- Горлова, О. Е. Техногенные месторождения полезных ископаемых / О. Е. Горлова. — Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2001. — 77 c. — Текст: непосредственный.
