Отвалы при гидравлической разработке

16.06.2018
Укладка хвостов в отвалы должна производиться бесперебойно, с наименьшими простоями разреза. Для этого следует упрощать технологию отвальных работ даже за счет некоторого увеличения стоимости других работ, например увеличить высоту подъема песков у промывной установки. Успешное ведение работ по укладке хвостов -оказывает влияние на себестоимость гидравлических разработок и при хорошо налаженных работах имеет небольшую стоимость.

Технология отвальных работ видоизменяется в зависимости от -того, куда направляется отработанная вода — с отвала в речку или в водоотстойник. В случаях, когда воды в месте водозабора достаточно для гидравлических разработок, а россыпи находятся в малообжитых местах, речки не имеют рыбохозяйственного значения и в нижнем течении не используются для электростанций и судоходства, хвосты размещают в отвалы со спуском отработанной воды в речки, т. е. применяют отвалы при прямоточном водоснабжении. Технология отвальных работ при этом упрощается, однако, отработанная вода содержит много глинистых частиц, реки загрязняются, а поймы заиливаются.

При недостатке воды или большой стоимости ее вследствие подачи на большие расстояния, а также в случаях, когда спускать отработанную воду в реки недопустимо отвалы устраивают совместно с водоотстойниками. Из водоотстойника отстоявшуюся воду используют повторно для размыва пород, и в реки не отводят или спускают осветленную воду только в небольшом объеме, т. е. применяют отвалы с оборотным водоснабжением. Устройство водоотстойников осложняет технологию отвальных работ, однако, в определенных условиях использование оборотной воды необходимо или даже может быть экономически выгодно.

Отвалы при прямоточном водоснабжении. Хвосты при выпуске из шлюза или из трубы расплываются по отвалу и начинается постепенное осаждение породы из потока. У места выпуска откладывается наиболее крупная и плоская галька, а по мере удаления диаметр отложившихся частиц уменьшается. Некоторая часть наиболее тонкозернистых глинистых частиц выносится на значительные расстояния, доходит до рек и растекается вниз по долине. С изменением крупности откладываемых частиц изменяется угол откоса отвала и в верхней части в сторону стока, образованного крупной галькой, достигает 20—25 °, в средней части, где откладывается мелкая галька и песок, угол откоса уменьшается до 10—16°, а у основания, где преобладают песчано-глинистые породы, он снижается до 2—3 °. При отсутствии крупной гальки угол откоса в верхней части отвала не превышает 6—15 °. Когда хвосты направляют в водоем стоячей воды, углы откоса увеличиваются и становятся близкими к углам естественного откоса пород в водонасыщенном состоянии, т. е. для речников и гальки они составляют 25—35 °, а для песчаных пород 15—20 °.

Уменьшение глубины и скорости потока по мере удаления от места выпуска является общей закономерностью, однако, под влиянием отдельных скоплений гальки в верхней части отвала можно наблюдать наряду с галькой отложения и более мелкозернистых частиц, а у основания отвала среди основной массы песчано-глинистых частиц встречаются выносы мелкой гальки.

Вынос хвостов из отвалов в реки зависит от их зернового состава и условий стока отработанной воды, поскольку количество твердого остатка на 1 л отработанной воды может достигать от 30 до 200 г. Наибольший вынос хвостов наблюдается при размыве глинистых россыпей тогда, когда отвалы подмываются мощным потоком реки во время половодья. В этих случаях отношение вынесенного объема, к объему хвостов, поступивших в отвал, т. е. коэффициент выноса uв = 0,3—0,5, чаще он равен 0,15—0,25.

Хвосты осаждаются в отвалы из водного потока плотно, новее же необходимо учитывать их разрыхление. У глинистых пород, наблюдается наибольшее разрыхление, поскольку из-за замедленной водоотдачи породы остаются в набухшем состоянии, отчего поверхность глинистых отвалов топкая и по ней невозможно перемещать машины. Песчаные и галечные породы быстро выделяют и отдают воду, и отвалы таких пород устойчивы.

Значения коэффициентов разрыхления при гидравлической укладке хвостов в отвалы приведены в табл. 31.

Необходимый объем отвала для укладки в него заданного количества хвостов определяется уравнением, которое пригодно для расчета отвалов при прямоточном и оборотном водоснабжении:

где uв — коэффициент выноса хвостов; uв = 0—0,5;

р — коэффициент разрыхления пород при гидравлической укладке;

n0 = 0,7—0,8 — коэффициент использования объема отвала;

Wп — объем хвостов в целике, который должен быть размещен в отвале, м3;

Wв — объем воды в отстойном пруде, необходимый для поддержания нужного осветления воды, м3;

е = 0—0,5 — коэффициент совмещения объема пруда с емкостью отвала.

Для отвалов с прямоточным водоснабжением Wв = 0, a n0 = 1, поскольку отвальную емкость не устанавливают.

Чтобы уменьшить стоимость работ по отвалообразованию, необходимо стремиться уменьшить высоту подъема пород, а также разместить хвосты самотеком. Этого можно достигнуть, используя под отвалы низины, старые разрезы или располагая отвалы под уклон на косогоре. Место под отвалы выбирают, сравнивая несколько вариантов размещения промывной установки и отвала. Объем отвалов, который можно уложить на определенной площади, во многом зависит от угла откоса отвала и возрастает с уменьшением этого угла (рис. 99).

Откосы отвалов ограничиваются возможностью самотечного перемещения хвостов, однако на определенной части отвала можно уложить хвосты и с меньшим уклоном, а иногда даже с некоторым подъемом и этим еще больше увеличить использование площади под отвал. Чтобы выположить отвал и обеспечить перемещение хвостов на наибольшее расстояние от места выпуска, не следует давать потоку хвостов расплываться, сохраняя этим наибольшую транспортировочную его способность. Для этого используют хвостовой гидромонитор, бульдозер и значительно реже направляющие щиты и переносные желоба.

При укладке хвостов в отвалы чаще применяют хвостовой гидромонитор, который располагают у места выпуска хвостов из шлюза (рис. 99, а). Гидромонитор устанавливают для пробивки канавы по отвалу; кроме того, напорной струей можно отбрасывать в сторону крупную гальку, которая осела у места выпуска. При необходимости в пределах одной трети наибольшей дальности полета струи можно уложить гальку в отвалы на 1,5—2 м выше места выпуска из шлюзов. На больших расстояниях в пределах дальности полета струи углы откоса удается уменьшить до 3—4°. Гидромонитор работает с перерывами, обычно 1—5 ч в смену.

Если нужно быстро разровнять отвалы и увеличить их емкость, применяют бульдозеры, которые могут уложить хвосты с подъемом до 0,2. Однако при разваловке гальки гусеницы быстро изнашиваются и на этих работах более удобно применять колесные бульдозеры.

Направляющие щиты (рис. 99, б) изготовляют из нестроганых досок толщиной 3 см и устанавливают их с помощью подпорок. Щиты позволяют поддерживать достаточную глубину потока и произвести укладку хвостов с углами откоса 5—8°. Перестановка щитов трудоемка.

Переносные желоба устанавливают в конце шлюза на невысоких козлах или городках (рис. 99, в) и по мере заполнения пространства их наращивают и поворачивают в сторону. Применение желобов позволяет уложить хвосты в отвалы с углами откоса 3—5 °. Этот способ укладки относится к трудоемким.

С каждым годом число гидравлических разрезов с прямоточным водоснабжением сокращается, поскольку необходимо выполнять требования по охране природы и не заиливать реки.

Отвалы при оборотном водоснабжении. Около отвала, в который укладывают хвосты, устраивают водоотстойник, состоящий из пруда для отстоя и сооружений для выпуска воды. Гидравлический отвал, отвалоотстойник (хвостохранилшце) располагают в старых разрезах (рис. 100, а и 103, а и б), в оврагах и долинах небольших речек (рис. 100, б). При отсутствии низин их устраивают на некрутых склонах или даже на ровной поверхности. Осветленную воду из отстойного пруда выпускают через водослив по канаве (см. рис. 100, а) по водосбросному колодцу, с помощью сифонного выпуска или откачивают плавучей или стационарной насосной установкой и вновь используют для гидравлических работ.

Наиболее дешево устраивать отвалоотстойник в старых разрезах. Для этого оставляют небольшой целик, которым отгораживают действующий разрез от отвала, на борту располагают насосную установку, а для выпуска избытка осветленной воды устраивают упрощенный водослив с канавой (см. рис. 100, а). В надводной части отвал имеет те же углы откоса, что и отвалы прямоточного водоснабжения, в подводной части эти углы возрастают (рис. 100, а и в). Наибольшая вместимость отвала определяется положением надводной и подводной части 1; 5; 4. Пространство 3; 4; 5 не может быть заполнено хвостами, это следует учитывать при расчетах введением коэффициента использования объема [уравнение (132)].

Отстойный пруд занимает пространство 2; 3; 4, объем его от 2 до 12 суточных расходов воды, причем по мере заполнения отвала хвостами объем пруда уменьшается. Этот запас воды может размещаться частично или полностью в неиспользуемом объеме отвала под укладку хвостов, что учитывается коэффициентом совмещения объема пруда с емкостью отвала. Для увеличения объема отстойного пруда часто используют второй разрез 7" (рис. 103, а), в которой воду перепускают из первого по канаве. He следует паводковые воды пропускать через отстойный пруд. Затраты на создание такого отвала сводятся к устройству водослива и канав.

При расположении отвала и водоотстойника в овраге или долине реки необходимо сооружать поперек долины земляную плотину с водосливом. Насыпь возводят из близлежащих суглинистых пород, ее относят к временным сооружениям и, если ниже по долине нет поселков и промышленных сооружений, ее рассчитывают с запасом прочности, соответствующим наинизшим III-IV классам гидротехнических сооружений. Высота насыпи отвала на приисках не превышает 10 м. На угольных разрезах высота достигает 20—25 м, причем вначале ее возводят небольшой высотой, а затем наращивают (см. рис. 100, б). Хвосты из шлюзов следует спускать в отвал сбоку возможно ближе к плотине, а осветленную воду забирать в верхней части пруда. Реже применяют обратное расположение (рис. 100, б) с сооружением водосбросного колодца вблизи плотины. Это позволяет увеличить коэффициент использования объема, но зато насыпь всегда находится под большим напором, что нежелательно, а кроме того, затрудняется наращивание высоты насыпи. Удельный объем первоначальной насыпи обвалования плотины составляет 0,01—0,003 м3 от объема хвостов, которые могут быть уложены в отвал. Отвал наращивают на высоту за один год на 2—4 м. Наибольшие гидравлические отвалы этого типа на угольных разрезах рассчитаны на укладку до 20 млн. м3 пород и имеют площадь до 100 га.

При отсутствии низины отвалы и водоотстойники сооружают вблизи от разреза на ровной или слабонаклонной поверхности. Насыпи обвалования сооружают с четырех и трех сторон. Поскольку объем насыпей обвалования большой, их вначале возводят высотой 5—7 м с последующим наращиванием. Удельный объем первоначальных насыпей обвалования для этих условий составляет 0,015—0,03 м3. В плане отвалу придают очертания вытянутого прямоугольника или эллипса. Высота насыпи таких отвалов достигает 36 м, а площадь 80 га. С увеличением высоты отвала увеличивается опасность прорыва, поэтому применение высоких отвалов менее желательно.

Необходимый объем отвала и отстойника определяют по уравнению (132). Объем воды в отстойном пруду следует поддерживать в пределах 3—10-суточного запаса. Этот объем влияет на чистоту отстоя воды; для хвостов, представленных речниками, объем может быть принят меньшим, а при наличии в них глинистых частиц его следует увеличивать. По опыту североуральских гидравлических разрезов для лучшего осветления воды необходимо, чтобы площадь водоотстойника на 1 м3 суточной добычи была не менее 2 м2. При глинистых хвостах осадить мельчайшие частицы сложно, поэтому из отстойника выпускают осветленную воду для последующего использования на гидравлических работах с содержанием до 2 г твердого осадка на 1 л.

Укладка хвостов в отвал при землесосной подаче осуществляется следующими способами: эстакадно-торцовым намывом, эстакадно-рассредоточенным намывом и тонкослоевым безэстакадным намывом.

При эстакадно-торцовом намыве конец трубы от каждого землесоса выводят за насыпь и укладывают с подъемом на эстакаду, состоящую из рамных стоек. Хвосты выпускают до тех пор, пока не будет использовано нижележащее пространство. После этого наращивают хвостопровод с подъемом 20—25 ° и начинают укладывать верхний следующий слой (см. рис. 100, в). Толщина укладываемого слоя составляет 2—4 м. На каждом хвостопроводе устанавливают один — два ответвления для выпуска. Ко времени наращивания хвостопровода необходимо нарастить насыпь плотины. Для этого используют породы, отложившиеся у места выпуска. Наращивают насыпь экскаватором-драглайном, а иногда породу подвозят в автосамосвалах. Удлиняет хвостопровод и устанавливает стойки бригада монтажников из 3—5 рабочих с помощью гусеничного крана. Эстакадно-торцовый намыв применяется для укладки как песчаных, так и глинистых пород, его преимущественно используют при расположении отвала в оврагах и когда укладку ведут от плотины в направлении восстания.

При эстакадно-рассредоточенном намыве по насыпи обвалования на деревянных рамных стойках высотой 3—4 м прокладывают распределительный хвостопровод, на котором через 6—15 м располагают выпуски с быстрооткрывающимися задвижками. При расположении отвала в долине распределительный хвостопровод располагают по насыпи плотины, т. е. по одной стороне, а при четырехстороннем обваловании — с двух, трех или даже с четырех сторон. Хвосты выпускают поочередно из трех-пяти выпусков и по желобам направляют в пруд. При наличии в хвостах гальки стремятся отложить ее у сухого откоса насыпи для того, чтобы облегчить наращивание насыпи. Для этого у выпуска устанавливают наклонную сетку, которой направляют гальку в сторону сухого откоса. После укладки слоя на высоту стоек экскаватором-драглайном Наращивают насыпь и вновь устанавливают хвостопровод на более высоком уровне. Данный способ применяют при укладке песчано-глинистых пород с более высоким содержанием глины, когда во время намыва образуется топкая поверхность отвала.

При тонкослоевом способе укладки хвостопровод располагают на намываемой поверхности и его собирают из труб с быстроразъемными соединениями, которые позволяют соединять трубы, не прерывая подачу хвостов. Толщина намываемого слоя 0,3—1,5 м. Гусеничным краном приподнимают конец трубы на толщину слоя и после намыва присоединяют к ней следующую трубу. Бульдозером наращивают сухой гребень насыпи на высоту намытых двух слоев. Каждый хвостопровод обслуживает бригада из 4—5 рабочих, которым придан гусеничный кран, а бульдозер используется периодически. Тонкослоевой безэстакадный способ применяют для укладки галечно-песчано-глинистых пород, содержащих небольшое количество глины, когда поверхность намываемого отвала устойчива и используют большие землесосы. Осветленную воду из таких отстойников отводят с помощью водосбросных колодцев и плавучих насосных установок. Когда ниже отвалоотстойников расположены промышленные сооружения, то плотины и насыпи обвалования необходимо сооружать с запасом устойчивости, соответствующим I или II классу гидротехнических сооружений.

Из водоотстойников используют повторно 70—85% воды для гидравлических разработок. Остальная часть воды теряется — остается в порах хвостов, просачивается в боковые породы насыпей и испаряется. Эти потери воды должны восполняться из ближайших водных источников.

В гидравлических отвалах скапливается большое количество воды и переувлажненных пород (плывунов). При невнимательном наблюдении за состоянием плотин и насыпей обвалования и за технологией намыва пород просачивания воды или удара волн, переполнения отстойного пруда насыпи размывались и ближайшие местности затапливались. Разрушение отвалов не только нарушало работу на гидравлическом разрезе, но и выводило из строя ближайшие предприятия и вызывало несчастные случаи. Во избежание тяжелых последствий необходимо вести постоянное наблюдение за сооружениями отвала и иметь противоаварийный план мероприятий по предупреждению разрушения гидротехнических сооружений.

Большинство гидравлических разрезов на Урале и Дальнем Востоке за последние годы переведено на оборотное водоснабжение для того, чтобы не заиливать ближайшие реки и долины.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: