Взаимосвязь гидравлических и геомеханических параметров при кучном выщелачивании из многоярусных штабелей

Эффективность кучного выщелачивания из многоярусных штабелей в значительной мере связана с проницаемостью рудной массы при орошении рабочими растворами. Этот показатель может быть охарактеризован как скоростью фильтрации, так и предельной плотностью потока рабочего раствора, проходящего через слой выщелачиваемой рудной массы. При этом проницаемость слоя рудной массы, представленной измельченной породой, определяется таким параметром, как пористость сформированного массива, которая в свою очередь при прочих равных находится в прямой зависимости со сжимающей нагрузкой от веса налегающей руды.

Укладка в штабель руды с высоким содержанием мелочи может сопровождаться естественной сегрегацией рудного материала, которая приводит к концентрации мелочи в верхней части яруса, а крупных кусков - у его основания. Кроме того, при планировке поверхности яруса перед укладкой трубопроводов орошения происходит дополнительная сегрегация материала из-за проникновения мелочи между крупными кусками руды. В конечном итоге отдельные зоны яруса могут иметь разную проницаемость. При этом через зоны с крупным материалом, имеющим более высокую проницаемость, рабочий раствор будет протекать свободнее, а через зоны с большим количеством мелочи и относительно низкой проницаемостью протекание раствора будет затруднено. Кроме того, по мере увеличения высоты штабеля на его нижние слои передается дополнительная нагрузка от веса верхних слоев, что уплотняет рудную массу, уменьшая пористость образованного массива и, соответственно, его проницаемость для раствора. Следовательно, эффективность выщелачивания будет определяться удельной плотностью потока фильтрующегося раствора, которая неизбежно будет уменьшаться с увеличением высоты штабеля.

Под удельной плотностью потока раствора понимается количество раствора, проходящего за определенное время через единицу площади рассматриваемого слоя рудной массы в штабеле. Этому термину на практике соответствует термин «Плотность орошения», измеряемая в л/м в час.

На практике для уменьшения влияния высоты штабеля на проницаемость нижних слов рудной массы применяется ее агломерация с помощью цемента, фактически принятое количество которого составляет 3 кг/т ее в зависимости от высоты штабеля, что не соответствует рекомендованным значениям (не менее 4 кг/т с увеличением до 5 кг/т при увеличении высоты штабеля до 80 м). Продолжительность агломерации составляет около 100 часов (4 суток). Графики изменения проницаемости штабеля в зависимости от количества добавляемого цемента приведены на рис. 4.7 и 4.8.

Таким образом, при движении раствора через многоярусный рудный штабель основным фактором, на практике определяющим фильтрационные характеристики уложенной рудной массы при неизменном качестве агломерации руды, является степень уплотнения нижних слоев вышележащими слоями, т.е. высота многоярусного штабеля. От этого же параметра зависит и устойчивость штабеля. Следовательно, параметром, объединяющим гидравлические и геомеханические характеристики сформированного штабеля при кучном выщелачивании, является высота выщелачиваемого слоя.

Для подтверждения результатов лабораторных исследований проницаемости рудной массы при изменении сжимающих нагрузок в сформированном штабеле было пробурено 4 скважины диаметром 100 мм, из которых через каждые 10 м (высота одного яруса) отбирались пробы, определялся коэффициент фильтрации и максимальная плотность орошения. Результаты натурных исследований показывают следующее:

1. Значения коэффициента фильтрации и соответствующей ему плотности орошения, полученные в реальных условиях, достаточно близки к полученным в лабораторных условиях. Так, например, в реальных условиях при высоте штабеля 10 м коэффициент фильтрации составляет 4,8*10в-4 см/с, а в лабораторных - 5,8*10в-4 см/с (расхождение 21 %). При высоте штабеля 40 м этот показатель равен соответственно 3,5*10в-4 см/с и 3,9*10 4 см/с (расхождение 11 %), а при высоте 80 м - 2,1*10в-4 см/с и 2,2*10в4 см/с (расхождение менее 5 %). Тем не менее, в расчетах следует ориентироваться на значения, полученные для реальных условий, как на «худший» вариант.

2. Увеличение высоты штабеля с 1- до 8-го ярусов приводит к уменьшению коэффициента фильтрации в 1,4 раза, а максимальной плотности орошения с показателем сбалансированности режима фильтрации Псб = 1,0 - в 1,9 раза.

Таким образом, полученные значения изменения проницаемости многоярусного штабеля позволяют сделать вывод о том, что в качестве основного параметра, характеризующего гидрогеомеханические условия процесса выщелачивания из многоярусного штабеля, может быть принята высота выщелачиваемого слоя, равная расстоянию по вертикали от поверхности орошения до основания штабеля. Он может быть принят в качестве обобщающего гидрогеомеханического параметра, позволяющего аналитически связать его с фильтрационными характеристиками сформированного массива и эффективностью процесса выщелачивания в целом.