автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Формирование намывных ограждающих дамбхвостохранилищ из мелкодисперсных отходоврудообогащения

^ ч..... 'о

МИНСТРОЙ РОССИИ

ВСЕРОССИЙСКИЙ

Росш'КМ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

игл^ствсншкоМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИП Млмтад! КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ *т*сп ВОДОСНАБЖЕНИЯ, КАНАЛИЗАЦИИ, ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОГЕОЛОГИИ (ВНИИ ВОДГЕО)

На правах,рукописи УДК 624.1^6:622.17.794.2

БУРЕНКОВА Ольга Михайловна

Формирование намывных ограждающих дамб хвосшранилищ из мелкодисперсных отходов рудообогащения

(05.23.07 — гидротехническое и мелиоративное строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

Работа выдохнет в лаборатории ископктелей промстоков к хаостохранилшц Всероссийского Срдена 1 рудо и его Красного [;нь:лени комплексного научно-исследовательского и конструкторско-тэхчс-логкческого института водоснабжения, канализации, гидротехнических ЬоорукониП и к I»: & нер н о:'1 г и др о г е о л ог и к

{БН1'.И ВОДГЕЮ)

научный руководитель

доктор технических тук Ф.Г.Мейрановский

(филиал ьше опаонсгы

; октор технических наук Мель«;« В.Г., Ш.Н К./ГКО, ^.¡¿осква Кац^ла» технических наук, ьроф, Дудлвр И.В.,Щ&, гЛосква

¿сдутое предприятие - "ИРЩКЬТ", г,(геенна

¿ац 1"га состоится ¿Л апреля ХУ-'ог, на заседании специсгизиросанчого Сонета (К О:'^. ль, 01} по присуждению учёно? степени нандадаге технических наук ьо ¿Ъ¥А'. В(;,;.Д.С по адресу:

, Москва, Г-чЬ Комсомольский пр. д. 42

О диссертацией, мск но с& накопиться в библиотеке ЬБА. Б'С^ГЕО Автореферат разослан марта ЙКЗг.

.УчешН секретарь специалио.чрояакного

Сорета кандидат технических наук

.й.{1.1>!;тьнСерг

ОЩМ ХАРАКТЕРИСТИКА PALOTIi

Актуальность работы

Основным направлением развития минерально-сырьево!» базы народного хозяРсгьй в настояЕ;ее время является добыча я переработка рудшх материалов, требующих глубокого обогащения. В результате отсго процесса образуется концентрат и токкояэмельчекные отхода с. кезна'штельшм количеством минералов (хиосты}, которые обычно складируются гидравлически« способом ;>, специальное гидротехнические сооружения - хво'стохранилтаа.

GcHOCiioi' частью хвосгохраниля-! являются «мрекдакцие сооружения - дтгби и плотины, особенности проектирования, строительства к эксплуатации которых определяются отькгчъьио« тиндекциеЗ К РОСТУ Д И С П р С1 !С С T i * СКЛЦ' Kpyi.liKX отзсодок и уьели«».'ки» сксоги угюрних гоичн. o~.ii еизсст стрешснаем к роиь-яе-ияг) качеств*-. рудного концентрата и сзяоанс с л р-: бонаш:я;.'.к ^кологуП! - ограниченней о?«од« зскьлм&х гмсгзадея сод хуосгс*р.ч."1Ш.ц£, высота огреудаг-дих дсмб уос-стоурвиилиЕ! дссткгсдт :.С0 к более котрсв (КоршунсжскиР ГСП» а образующаяся -еки-сть - до nOv млн .мг' {лвбедкнеккй ПЖ), >«ej;we»K& .чрупкостй грьссу.кт " ухуагад»» строатзльяих свойств отходоз, 1:с;.с:'(-зупдпхся ь к^чьет::е основного кг торкая» при сосг-у-течии сгря»ль»г-'и:с ,wö ибьь;,:*-х г?ос?охраккл»£ч.

Сузсструпуш апрттжаа» док.> veb-гйкй аозкокность йспользо-чанин отходоз о качсст:;е cypom-sr.i.riorc и&?ор:ша hsm.'S№X огрм:--д.даци? сс ci-очодис ]ор;,труе'.'ъч," ргкосоя определясеся п/.

крупноегт; при от ох ссдоркакне ахлеттых я рякглгогкх ¿ракц»:,! разгром «>н<?е С.074 иг: на додрнс греааатъ ¡'слое 5Cyi. « 70 «3 оракя целом ряд?- и^секторуздмх и строетмкся герпг—обогатитель-;:'а I; О М i' i Ч < 3:0 л- :;г/;х Д?;зкцир » этходгх рдеевбэглцоннл

прегя'аьот oG-vCv-, а ер-гдневзвстелнки диаметр укякьшгохея до 0,С5«з (Кркпорср-скип 10}[ окисл«жшх рук> МмхяКлоисакй ГС1\, '.д^дие-Урзль--екий дадьпдазкдьшр заьс.ц а т.д.,}.

иггышчеш!« ;;лс;.сре>-ос?и техногенного .чатермялй. используемого ¡грк шодедекги у:юря;л нрлзч, хжхр.ужч прсеуткроищиков решать аяьтернмиате эг;шчя • либо иснользоючг дорогостоящие технологии, требу-::цио откриткя новых ««ръерез гругтоьнх ч£?ериалов и cyL.t;OTi-e4HO увеличивать :,.£пи,сьлыл.:е « онсплувте;iDDiinfüß иатраты v.ci vmviz:ясанка х&источропшв!, лиоо ко;ать чолне дорот'остояцие констоук-.'и^^о решении но кспользо;.'2ни» ь.елкодиспертмх отходов

б качество етрош-сгьного материала. Поэтому создание расчётных методик процесса формирования иажзшх мелкодисперсных омовений, углублённое изучение их физикс-кеханических свойств, & такие разработка рекокекдзл.йй пи использованию мелкодисперсных отходов в ог-ргагдаетцих даубах хвостохрнкилиц, обуславливав? актуальность и практическую значимость теш диссертационной работы.

Целью работы является йяучеиие зеконокеркостей формироваьия нашвних кадвпдшх хыяжей и обоснование возмокмосгм к условий использования мелкодисперсних от-хсдо* рудосйог&цения при возведении о"ро«дающих дамб хвостохраюшвд.

Основные задачи диссертационно? работы вхлхмвлг:

- разработку те-годики йкгпйрикентального кьчмаа характерных раз-посидюйтеЯ мелко,¡щсперснйх отходов сосгат/.те^ьннх фабрик металлургической лрошзлонгоотн

проведение гидеешпшеских исследований к »«учение &акономернос~. тей процесса ¿оруирозаки* уехж.ч'енных отделений;

- разработку обсС^екноЯ теоретической модел;: и построение расист-по.'4 методики сормироьакия надиодкого плк-а о учётом основных гидравлических хараятерсстак к Фракционного еостона мелкодисперсных отходов;

- изучение особенностей фиэи? э-деханмческнх своАстз мелкодиеперсг-ных отходов, как материала июсывиых ограадшцих дахб хбостотоз-нкл*з;'.;

- проведение гидравлических реелглопани? и определение геотехнических свойств иожвц-х огложсниГ? в натурных уолооилх;

- разработку рекомендации по использоЕанкю мелкодисперенах обходов т». конструкции -огргждадакх дамб хвостсхрчнялкщ.

Обздяя методика заполнения работы включает шмлиь и обобщений лигераууршх данных, проведение лаОораторннл и поле пых гилрав.лг!~ х:ескгх исследований, получение он&аигических заагеи.мосто", разработку инженерных рекомендаций.

Объекты исследовани-д - огре« дедке сооружения хвостохранилжь

Нручная новизна диссертационной рьбот;::

- по специально разработанной методике проведены комплексные гидравлические исс.педок£ки>1 процесса фотк/ирегания нашеннх техногенных отлагений для наиболее харякуерккх р5янок;дностз(' »елкоднепеи-«6.7 отходов судообогичелы;

- установлена оснсьные закономерности переноса и осаедеиия колко-двсппрсно" г.йвеси на гшке -нажаа;

- сформулирована и решена задача об изменении транспортирующем способности и интенсивности роста плякнкк отложений с учётом ос нон них гидравлических характеристик я фракционного состава мелкодисперсных отходов;

- на основе комплексных исследований определены физико-механические характеристики техногенных мелкодисперсных отлсиени? в широком диапазоне изменения определяющих; факторов;

- разработаны рекомендации по использованию мелкодисперсных отходов к конструкции нашвнкх ограждающих дамб хвос-тохранилщ.

практическое значение работы заключается в возможности использования полученных в ней результатов в практике проектирования HaiKHi-iix хвостохрвнилгац при складировании мелкодисперсных отходов рудообогацекия. Разработанные рекомендации позволят:

- существенно расширить класс техногенных грунтов, используемых в качестве строительного материала;

- сократить капитальные затрата за счёт снижения объемов привозных .грунтов;

- сохранить земельный фонд путём исхличс-ния необходимости открытия карьеров естественных грунтоких материалов,

На защиту выносятся:

- методика к результаты лабораторных к натур œx гидравлически:: исследований процесса iоркирозения наганных техногенных отложен и F ;

- теоретическая модель и расчётная методика ферифовония иадвод-hci'O пляжа с учётом основных гидравлических характеристик и фракционного состава мелкодисперсных отходов;

-- результат!: комплексных исследоваккН филико-кехаяичесяих свойств техногенных мелкодисперсных грунтов;

- рекомендации по использованию мелкодисперсных отходов б конструкции огр®кд«а>;их да;.:б хвостохранилищ.

внедрение результатов исследований осущестрлялосм

- при проектировании огреидаяцих сооружен«!! хвостохранилкиа Ьризорахского ГСК'а окисленных руд;

- при проектировании, строительстве и екеллуатации хвостохрани-лгеца ловозёрекого ГьК:а;

- при наращивании ограждающе:" fini:,бы Средне-Уральского г.гедеплавильного завода.

Апробация работо. Основные результата исследований докладывались на конференции колодах специалистов Г'ГК "Ссюзводоканал-проект" (Харьков Красноярск, Iîb?), были представлены на

~ б -

всесоюзной научно-технической конференции по проблеме "вопросы водохозяйственного строительства, мелиорации и охраны водных ресурсов" (Кресан, 19У1), а также обсуждались на секциях НТС ЬШИ ЬОДГКО.

Публикации» По теме диссертации опубликовано 4 работы, получено I авторское свидетельство на изобретение.

. Объем работы. Диссертация состоит из рведения, шести глаи содержит 163 страниц в ток числе 44 -рисунка , II таблиц и 'список литературы из 1ЬЪ наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ьо введении обоснована актуальность теш диссертации, сфор-цулироваш цели к задачи асследовсни?:, дада краткая характериста ка полученных результатов, их научная новизна к практическая

»

значимость.

Ь первой главе представлен анализ литературных данных о способах гидравлического складирования отходов рудообогащения, определены условия применения различных схем и&мыва при строительстве и эксплуатации специальных гидротехнических сосукений -хвсстохранилщ.

Исследованию закономерностей формирования наивных отлокений надводник пляжей и технологических процессов возведения намывных сооружений посвящены работы отечественных к зарубежных учёных: Б.А.^олника, Л .¿.Горелика, ¡.¡.[¡.Захарова, ¿.С.оабаБина, Л ...ч.Иванова, ¡л .Ji .Киселевой, И.К.^авринекко, ь.л.Ьеленгьева, о.Г .Пантелеева, Г'.Т. Сад снова, Г.ТЛ'рункова, Ь.А.йилиппова, К.С.^едороиа, А.И.Иульц, G.F. Night, ШепкК \ Fm, J. Ihs/iyak, H/feW, $*Hh и др.

Зависимости по расчёту транспортирующей способности взвесене-сущего потока и осаждения грунтовых частиц могут бить получены в результате экепериментельннх исследований. В качество основных параметров в этих соотнесениях используются гидравлическая крупность, глуСшна и скорость потока, консистенция гидросмеси (З.А.Ме-лентьев, ГЛ'Лрунков, .А .Киселева). Особенностью зависимостей, предложенных Л.Г'.Пантелеевым для золы и алака, является учёт характера растеканля потока на пляже намыва в виде отдельных русел. При этен отделяются три регик& движения частиц:- влечение, взвешивание, сальтация. Ссобег'юстью ьетодккн расчёта фракционирования, разработанной й.А.Киоелево? совместно с Г.Т Лрунковым, является 'учёт агрегатного состояния- мелких отходов, плотности частиц и агрегатез.

При теоретическом рассмотрении задачи осаждения, взьеси на пля-

же намыва обычно пользуются уравнением деформации дна, а в качестве второго уравнения, замыкающего задачу, эмпирической связью манду транспортирующей способностью потока и уклоном дна. г* работе X. Гаа, ДМа,5(|'уд& Для расчёта формирования надводного пляжа использованы уравнение неразрывности для кидкойитвердой фасы, а также уравнение количества движения для воды я русле с постоянной шириной потока. Однако, полученная система уравнений не доведена автора;,:и до конечного решения.

Геотехнические свойства мелкодисперсных отложений по результатам выполненных исследование существенно зависят о? содержания пы-леватых и глинистых фракций. И.С.недорогим и О.Х .¿обровинской получены эмпирические зависимости угла внутреннего трения, коэффициента фильтрации от крупности и пористости образцов. Обдирные исследования по изучения параметров сопротивления сдвигу водонасыден-ных образцов в консолидиронанно-дренировянном состоянии выполнены ь Харьковском ЬЙп Ь01.ГЬ0.

Обобщая опубликованные данные, следует отметить, что в большинстве случаев при исследовании отходов рудосСогацения использовались кхкрупнке и средние разновидности. Использование современных технологи;1 обогащения приводит к появлению нетрадиционных 'классов отходов, отличавшихся высоко!' дисперсностью, значительным содержанием пклеватых фракций и высоко? плотностью минеральных частиц.

Исходя из этого,на основании проведенного анализа результатов работ по формированию намывных отлетечий сформулированы основные задачи исследований.

Зо второ? главе представлены результаты лабораторных гидравлических исследований процесса фпрмирования намывных отложений мелкодисперсных отходов. Приводится обоснование принято? методики гидравлического моделирования намыва. Основными критериями подобия является число ¿руда у, коэффициент гидравлического сопротивления.

¿ля проведения экспериментальных исследований были шбрены наиболее характерные разновидности мелкодисперсных отходов горнодобывающей отрасли» различающиеся минералогическим составом, плотность», крупностью и формой минеральных частиц, содержанием глинистых и шл^ватых фракций (табл. I).

Эксперименты по наг.ыву мелкодисперсных отходов проводились на гидравлической установке, состоящей иа смесительного устройства, гидравлического лотка, приёмного резервуара - отстойника. Смесительное устройство в виде цилиндрического резервуара диаметром

Таблица I

исходные характеристики мелкодисперсных отходов

Содержание ' Коэф&ици' _ ■ ент рас-нозернис тости

Ин- Наименова-декс I ние кссло-мате-! дуемого риала| материала

Средневзвешенный диаметр,'

ш

частиц -с 0,005мм,

Плот- :Гидравли-ность ческая частиц,„■крупность,

г/см3: см/с

I 'Отходы обо-

2\ гашения

3 скислен-

4 шх руд

Ь КрИВОрШС-

6 кого ГОК'а

7

6 У 10

Отхода Северного ГОК'а

11

12

13

14

15

16

17 Отходы Ловс-1Ь зсрского 19 ГОК'а

21 22 23 ¿4 25

Пкритше отхода Средне-Уральского медеплавильного завода

0,013 С 024 0,025

8:&

0,046

0,054

0,050

0,07

0,07У

О.ОСЬ 0,02У 0,03

о,и

0,052 0,06

0,045 0,047

о ;оьь

т

О ,С2У 0,05о 0,070

42.0 40 5 40 !о 20 ¿26 19 10 17, а) 16, И)

10 1С 14 О

42.1 Ь.к

-¿и

17.2

11 о У,5 Ь,4

20,0 н О 7,0' О,О 2,5

10,2 10,6 Ю,о

14.0

8:8

12.1 12,0

з,ь

6,7 №

10,2 11,0 II I 10,5

10 ,о

V»

4.0

0 022

0 075

0- 083

0 Ю'З

8 134

и 0 340

0 371

с 550

0 704

0 007

0 С£Ъ

0 ООЬ

0 172

0 203

0 ты

0 174

0 105

0 255

0 277

0 Ойо

0 К 1

0 234

0 458

0 7У6

30 см и шестой 34 см, позволяло поддерживать постоянными расход и консистенцию гидросмеси. Гидравлический лоток, состоящий 153 четырех секций общей длиной 3,5 м, был оборудован рассейпателем, искло-чакишм образование струйдах течени? и обеспечивающим равномерность движения на начальном участке. Ьа поверхности днида была создана искусственная шероховатость, путчи равномерного однослойного приклеивания частиц соответствующего размера. В торцевой части лоткэ был установлен перфорированный.затвор, регулирующий уровень поды. Отмытые фракции намываемого материала собирались в тзезервуаре-отс-то?нике. «

¡.штодика экспериментов позволяла фиксировать в измерительных стзорах: глубину, скорость, трбнспортируюг^ую способность потока, тспярвтуру коды, зремк кдмы.ча, расход поступающей на наш в гидросмеси, уклон г.сгсрхностл Ьтлочбнк?, интенсивность роста напеваемого г.сеи^ь:

¡1ри проведении экспериментов изучалось влияние следужих определяющих фактсроз: консистенции гидросмеси, удельного расхода и скорости, гидраЕ. /.чеснсй крупности намш.'ьежх частиц, коэффициента раднозернистости отходое.

Б яс.ргой серии опь:тол'г.ри постоянном удельном расходе варьировались консистенция гидросмеси Т:Ь=1:¿0-1:1 и коэффициент раз-нсзернистостп отходов ^ =&,о-14,^.

Бо ьтпрор серии - нам/.з происходил при постоянной консистенции Т:£и=1:.[0 п переменное удельном расходе 0,1-1,4.10"'' п3/м.е. . з третьей ссрик - исследовалось влияние крупности н?;мы~оемнх

I

частиц и средней ексрости движения ъззссенесущего потока при постоянно?; степс-пи сгущения. Особенность проведения отих оксперк-иентов состоит в использсваниг' пои ьаукяе модельного конофрекци-ог.ного материала, полученного при гидравлической классификации.

Интенсивность раскладки материала по фракциям оценивалась степенью траки,копирования ф (отношение дигг.етроб частик, отло-кишихся у нячале и в конце надводного пляжа).

¡¡едтперлдпна общая закономерность уменьшения крупности и плотности структуры намытых отложений по мере, продвижения пэвеси от выпуска к прудковои зоне. Степень фрахционироаания менялась ' в интервале I, э-1;-: ,0, увеличиваясь с возрастанием крупности и коэффициента раанозернистости и уменьшаясь по мере сгущения гидросмеси.

высокая поликинеральность, присущая мелкодисперсным отходам рудообегацения, обуславливает существенное разнообразие содержания минералов в напитых отложениях. Б связи с тек, что в состав отходов входят одновременно кварц с плотностью частиц 2,ЫЗ г/смл и железосодержащие минералы (магнетит, гепатит, партит) с плотностью частиц о.!-£>,<: г/см3, плотность намытых частиц меняется н широком диапазоне, изменяясь дале внутри каждой фракции.

{'сследования показали, что не существует однозначно!" зависимости йэтенекия шОт!-ости чьстщ по длине пляжа. Ьсли для отходое КГоКОР'а установлена тенденция возрастания плотности уинеральнъ.х частиц с приближением к границе отстойного пруда ( 2,'.4-Б,Ь4 г/см3}, то для отход об Сев ГОК'а значения ^ уменьшаются от о,16 до 2,7ь г/см?. Зазанная особенность "рационирования наиболее ярко проявляется при немьше гидрссгесег с низко': степенью сгущен,ил (Т :;..=!. Ьодучекга:' результат

л

обусловлен различием меьерадоскчссксго состаьа отходоь, техноло-

гией обогащения руд и корреспондирует с результатами других авторов (И.Е.Сератоьа, И .К .Жаврииенко).

На основе анализа результатов исследований получена омлиричес-кая зависимость изменения относительной интенсивности роста пляжных отложени" для разлитых значений начальной консистенции гидросмеси.

г/г,- (I)

высота ^

где X к Хв текущая к максимальная^намктого слоя\осу1~, - относительная длина надводного пляжа. *

Показатель степени п , зависший в общем случае от вида намываемого материала и концентрации взвеси в потоке, принимает значения от£,б (Т:Ь=1:20) до 1,7 (Т:&>=1:1).

Известно, что при гидравлическом складировании отходов, некоторое их количество, подаваемое на карту намыва, отмывается за пределы надводного пляжа и попадает в пруд-отстойник. ¡Значение нормы отмыва важно для составления баланса материала,^намываемого в ограждающую дамбу и надводный пляж хвостохранилица.

Исследованиями установлено, что количество отмытых мелкодисперсных ¿раг.иий снижаете", при увеличении степени сгущения и величины параметра осаждения ( и) - гидравлическая крупность, и -■ средняя скорость потока). 1ак, если при намыве взвеси с низкой консистенцией (Т:К=1:Ю-1:^0) и величиной - = 0,01 норма отш-ва составляет , то при переходе к более сгущенным гидросме-

сям эта величина снижается до (Т:&=1:о) и в пределе составляет 12Я (Т:&=1:1).

Установлено, чтб поверхность намытых мелкодисперсных отложений имеет криволинейное очертание - наибольшие изменения уклонов пляжа зафиксированы вблизи выпуска гидросмеси;на границе с пруд- • ком уклоны пляжа приближаются к значению 0,001.

Переход к высококонцентрированным гидросмесям (Т:л=1:3-1:1) приводит к возрастанию уклонов намытой поверхности.

3 результате экспериментов получена эмпирическая зависимость уклонов поверхности намытого пляжа от обобщенного параметра осаждения ( и* - динамическая скорость), причем коэффициент

пропорциональности зависит от начальной консистенции -гидросмеси

,0.8

Взаимосвязь уклонов надводного пляжа и относительной величины транспортирующей способности V/ по результатам исследований может быть представлена в виде

йг = 50 (2-)-°»^ г0-75 а1«5 (з)

Предлсяенные в работе эмпирические соотношения, обобщающие результаты экспериментов, могут использоваться для оценки основных параметров намыва, причем пределы их применимости ограничены ^диапазоном изменения определяющих факторов.

В третьей главе»рассматриваются теоретические подходы к расчёту переноса и осаждения мелкодисперсной взвеси на надводном пляже.

Учитывая, что моделирование таких сложных явлений, как на- ' мыв пляжа, представляет собой достаточно неопределённую многофакторную задачу, использование в качестве основных уравнений эмпирических связей накладывает большие сграниченияг как на пределы применения полученных зависимостей, те:« и на результаты в целом. Цоотому целесообразно найти более общие теоретические решения для описания рассматриваемых явлений.

Ьедача расчёта изменения транспортирующей способности на пляже намыва описывается уравнением диффузии и уравнением деформации дна с учётом того, что уклон формируется осаждающейся взвесью. Исходное уравнение диф'узии для рассматриваемой задачи имеет вид г *

„ -к и. .

8х д2 ■Х Зх (4)

■Вх =риин, , .

где коэИ-ициеит продольной дисперсии; р - коэффициент пропорциональности продольной дисперсии; 5 - концентрация гидросмеси; Я - глубина потока; л , ее - вертикальная и горизонтальная координаты.

¿'ля рзшенил уравнения (4) использовался метод интегральных соотношений, состоящий в том, что с помощью полуумпирического закона задавалось изменение распределения концентрации взвеси по глубине

Л = е --йти , (5)

5,

где о*. - коэффициент пропорциональности вертикальной дисперсии: Подстановка (5) в (4) и мигрирование по глубине дают соотношение, описывающее изменение мутности потока при его двияении в направлении к пруду-отстоРнику. о случае постоянного расхода -кидкор. составляйте?! по длине имеем уравнение транспортирующей способности у ос

>1 _ о"'*

у. ~ ь •

где у - обобцаюцк?» параметр, равный

""" ' <?)

г- -<)■■

и. где

Д-^-параметр неравномерности распределения кокцентраци:'- 5 --

срсдкг.я по глубине концентрации взвеси; За - донная концентрация ЕЗ ЕС си,

а частном случае малых значении кооф*ициеента продольной дисперсии второе слагаемое ь подкоренном выражении (V) мало по сравнений с единице!!, и

1 ' ц и ' д ц и (Г

итсю;.;н следует соотношение, обычно используемое в теории руслоних потоков:

У/._р ^ (Ь)

Ь предельном случае при болших значениях коаМ ициента продольно!' дисперсии

Я А $ .2 Т}х 7 а с м £Г и ТГ '

соотношение (6) принимает ш?д ♦ и/ ~{ШГ £

-Ц- ~ е . <у)

,Ьля расчета интенсивности роста пляжных отлетени!1 используется уравнение деформаций, у.еплее ид

где п. - пористость отложений.

йнгегрироьание (Ю) с использованием соотношения (и) приводит к уравнению

*

-Гт? '

.7 - и-п е (И)

где £ - время намыва.

Изменение толщины слоя в начальной сечении (X = 0) а момент времени 1 мскет быть представлено как

У/.П

(12)

Нрв(<-п)

Тогда относ/тельная- интенсивность роста отложений н любой точке надводного пляжа не зависят от времени.и определяется кз соотношения

(13)

Полученные решения позволяет с достаточно обдих теоретических позиций прогнозировать параметра процесса перемещения и ссблдокия мелкодисперсной взвеси определённой гидравлической крупности.

Ьодача расчёта |оршрования наганных'¡.гелкодксперсних отложе-.ч:;!1 становится замкнутой, а эксперимент сводится к определенна констант, входящих с расчётные з&вяскмссти.

Переход от схеш, справедливо? для кенэфракциокного состава ччеткц, к реальжлу поли^ракционному материалу, может быть осуществлён благодаря допущении о независимости процесса осаждения кездоР отдельно;: франции. При этом последовательно решаются задачи: по изизстноуу исходному гранулометрическому составу определяется относительное содержание каздо!» фракции %, по получением зазкскуостям (6) и (II) для кагдой фракции 4ч рассчитывается транепортируюдпя способность \У¿¡Г п количество осаждаемого материала ; для расчётных сечений х методом суперпозиции

определяется транспортирующая способность и количество осаждаемого многофракдаошого иатеримт,

Такой подход позволяет применительно а полкфракционнсму, составу молксдисперско;: взвеси определять основные параметры наживных отложений э либс.'и сечечки: толхкцу и уклон на.чивазкого слоя, концентрация гидросмеси, фракционный состав транспортируемого и ссегдьекого материала.

па рис. I и 2 пре-дставлеио сопоставление результатов расчётов по р8:<ра0ста1'!ю(' иегодикч с данными лабораторных натурных исследсвг.ни;5. Удоалет£орительное соответствие данных позволяет

рекомендовать предлагаемый теоретически? подход и методику расчёта формирования надводного пляча.для практического использован},.'.

ц четвертой главе излагаются результаты исследования физико-кеханически-' свойств мелкодисперсных отходов. &ормирующи?ся при намлво массив надводного пляжа характеризуется высокоГ! степенью неоднородности, которая, з сьо» очередь, определяет дифферен шацию' изико-кеханических свойств седикентированного материала. О целью прогнозирования свойств по длине нашва изучались образцы различно;' крупности, соответствующие ыелксдисперснкм отхода»«, лоступайщик в ХБоетолранил'Яде и отлагащимся на надводном пляже. •

¿¿¡я получения указанных проб использовался способ гидрарли-чесноР клиссфикации, осноньнный на разделении грунтового материала на фракции по скорости падения частиц, взвешенных б спокойно? жидкости. . ' •

Ьредварптельно растергые до пастообразного состояния отходу поке:ались в стеклянный цилиндр объемом 1ССО мл и заливались дистиллирование;1 воде?. С покацъд разке^итглего устройства осуществлялось взмучивание суспензии до образования гидросмеси однородно? консистенции.. ^ даль не Гаем гидросмесь отстаивалась и с помощью с:;'она отделялась сг осадка со дна цилиндра, произведя 1-ксгократное вз1$'чиаение и сливание, выделялись фракции частиц определённых размеров.

¿ля проведения лабораторных определений фкзкко-кеианкческих сйСЧ'тв использовались методики и эксперксентальное оборудование , при^еняпциеся в практике геотехнических исследования, в той числе,разработанные б институте ьСДьС.

Ь лаосраторних условиях определялись слелухх;ие характеристики Физико-кеханпческпх своПсп»: содно-физические показатели, гранулсд:етрически? состав, пределы пористости в плотном и рыхлом состояниях, коэффициент Фильтрации, паргетрн сопротиьлвння сдвигу, косф ¡ицпент сгимаеуссти к консолидации, коэффициент динамического уплотнения (по Ь.1;....аслозу). '

¿ля механических испита»" " обра; ов отходов использовались компрессионное и сд::иго;.г.е пркСерк конструкции Гидропроектс, а так? с ?.:ал8я сеГ.смоллатфорка Б.'ЙЖВСДГЕО.

¿кеперименть: показали' гксское значение плотности 1/инеральнь'х чьетиц, диапазон изменения потере" г/а;3, су. оствснно

-превосходит соотгегст11увциэ значьния, хзрг.ктсгм:с для грунтов природного генезиса, '..ехногенш.'? характер прсисхсхдения исследован-

шх мелкодисперсных материалов не позволяет использовать для их характеристики существующие классификационные показатели грунтов. Действительно, несмотря-на преобладающее содержание пылеватых (менее 0,05 мм) и глинистых (менее 0,005 мм) фракций, исследуемые разновидности отходов не могут быть однозначно огнесены ни к пыле-патым, ни к глинистым грунтам. На это указывает либо полное отсутствие пределов пластичности у некоторых образцов, либо низкое число пластичности, не превьэдатацее 6.

Прочность мелкодисперсных отходов определяется гландам образом за счет сил внутреннего трения при малом вкладе сцепления. С увеличением средневзвешенного диаметра исследуемого материала прослеживается четкая закономерность увеличения (р и снижения С по закону, близкому к линейному. Ь интервале изменения крупности с! Ср вчц -С,ОСЬ-0,(о мм существует достаточно широкий диапазон изменения угла внутреннего трения '¿6°-Ъ7°. Ьто дает возможность при сценке устойчивости ограждающих дамб осуществлять зонирование намытого массива. -

Характеристики компрессионного сжатия мелкодисперсных отходов в значительной мере определяется значением нормального давления. ироцесс наиболее интенсивно протекает при приложении первых ступеней нагрузки до 0,1 мПа (коэффициент уплотнения CL = 0,5- -I .C'iriüa-^). Увеличение давления э интервале £f=C,4-0,b iffla характеризуется коэффициентом уплотнения д - 0,01-0,05 .

Важным результатом выполненных исследований является экспериментальное обоснование необходимости учета процессов консолидации при оценке устойчивости намывных ограждающих дамб хпостохрачилищ, сложенных мелкодисперсными отходами. Действительно, согласно действующим нормативным документам, несущая способность медленно уплотняющихся воденасыщенных гру><тов с коэффициентом консолидации Су < 10? см^/год и степенью водонасыщения G >0,85 долнна определяться с учетом их нестабилизнрованного состояния. Ввиду того, что коэффициент консолидации исследованных разновидностей водонасыщеншх отходов изменяется в пределах Су =ю'°-10 ' см^/год, необходим учет развития избыточного порового давления.

сксперименты показали, что воздействие динамической нагрузки интенсивностью до 7 баллов не приводит к существенному изменению структуры свёненамытых мелкодисперсных отходов. Динамическое уплотнение, связанное с частичным оттоком вода, зависит от харгк- ' тера и интенсивности воздействия, а также влауностп и плотнеет." отлой-екий. ¡оексимальная величина изменения пористости обрвьцоь составляет менее ст начального значения. /;ля .

тн образцов экспериментально показано наличие характерной плотности отложений ^ , обеспечивающей высокую степень стабильности структуры, для которой'динамические нагрузки не оказывают заметного воздействия о

В пятой главе представлены результаты натурикх исследований. Исследования проводились с целью проверки установленных теоретических и эмпирических зависимостей, олиенваищих процесс формирования и свойства мелкодисперсных отложений. На оготном участке хвостохракилин;а иаучалисп особенности пс-раноса к оспудспия мелкодисперсной взвеси, распределении крупности и плотности.минеральных частиц, а также плотности отлояенип по длине надводного пляжа. Кроглз того определялись фильтрационные и механические свойства оСраздов намытых стлсвгений ненарушенного слсжения. Одновременно решалась вакная практическая задача, связанная с обоснование!/. возможности наращивания нашвноА ограгдайце}} дэг,бы с максимальным использованием мелкодисперсных отходов в конструкции сооружения.

Геометрические параметры намытого массива (форма, размеры, высотное и плановое положение) определялись при помоги теодолита 1м-5, верней ленты, геодезической репки. Сбрздцн намытых отходов отбирались ренущики кольцами дкаг/етром см, высотой 0,Ь см и после герметизации отправлялись в лаборатории для последующего определения физико-механических характеристик. Коэффициент фильтрации отло?.енкй определялся по способу И.С.Нестерова, понсистенцкя гидросмеси определялась с помощью пробоотборника.

Гезульт&ты полевых исследована;' в целом подтвердили зависимости, установленные в лабораторных условиях. Сравнение данных, полученных в натурных условиях, с результатами теоретических расчетов представлено на рис. I и свидетельствует об их удовлетворительной сходимости.

В аестс'и главе приводятся рекомендации по использованию мелкодисперсных отходов гсрнс-рудкых производств в конструкции огргж-дапщих дамб хвостохранил ид.

1'екомеадации обобщают существующие технологические разработки и. включают результата, полученные в данной работе. Применение рекомендаций при проектировании и эксплуатации хвостоокх хозяйств горно-обогатительных комбинатов позволит, расширить класс техно- . генных грунтов, испш'ь?уе№х ь качестве строительного материала • к'-мд-них соору^екиг хвсстохранилга;. о рекомендациях

рассматриваются вопросы охраны окрунаицсг сред:, предлагается новая зависимость.для оценки пиления и способы пылеподавления. Рекомендации соде.жат следующие разделы. Область применения. Технология намыга отходов и наращивания огрккдаюце!! дамбы. Прогноз геотехнических характеристик. Особенности намыва мелко-дисперсшх отходов с применением классификаторов (гидрсциклонов). Контрольное наблюдения. Учет фракционирования намывных отложений при оценке устойчивости откосов ограждающей дамбы.

СОШНШ РЕЗУШАТН ИСШ^ОБАЬКЙ И ЖЗСдЦ

На основании проведенных исследование кокно сделать следующие вывода.

I. Совершенствование технологии обогшенип руд полезных ископаемых приводит к увеличении тонкости помола исходного сырья, резкому снижению крупности и увеличение количества отходор, подлежащих складированию и последующ^ утилизации. Существующие рекомендации и нормативные документы ограничивают использование мелкодисперсных техногенных грунтов в качестве строительного материала ограждающих дамб допустимым содержанием фракций мельче 0,074 мм менее 6У/.. Ото приводит к необходимости кспользова,-ния природного строительного материала, резкому удорожанию строительства хцостохранилиц, ухудшений экологической обстановки и исключен™ из хозяйственного пользования значительных территорий. Использование мелкодисперсных отходов в конструкции ограждающих дамб хгостохранилищ требует разработки расчётных методик процесса формирования надводных пляже? и углубленного изучения их гёизико-механических свсйстр.

к. Разработанная экспериментальная гидравлическая установка ■ и оригинальная методика проведения сштов позволили изучить про- . цесс намыва наиболее характерных разновидностей мелкодисперешх отходов обогатительных фабрик' металлургической промышленности (Криворснского ГОК'а ¿кисленных руд, Северного ГсК'а, Ловозё; ско-го ЮК'а), различающихся минеральным, и Гранулометрическим составом, а такке плотность» и *орио" минеральных частиц.

о. Установлена характерная пространственная неоднородность намытых техногенных грунтов: лс мере продвинет ¡я от выпуска к прудковой зоне относительная величина среднегэвешенного д:'аго:"а и плотности отлеченк" изменяется п пределах <ЛХ/о1в = I ,Ь-С , р^ - г/с[;.?; ссотьетстиэнко происходит учелкченг'; с с—

держания шлег.атых' и глинистых фракци;1 от до '-С-'.г:- .

>

возрастание коэффициента разнозернистости материала от 3,0 до 14,С приводит к увеличению степени (¡рационирования $ от I Ь до 1с,

4. ¡io результатом экспериментовьных гидравлических исследований получены эмпирические зависимости , позвеляыцие для конкретных условий оп:та оценивать средние уклон,! поверхности откоса, транспортирующую способна .ть взвесенесущего потока, а также интенсивность роста намытых отлачени!» вдоль плякв накыва.

Ц. Ьредлст.ено обобщенная. теоретическая модель и разработана мете: -'ка расчёта ури!С1ю:т:рушеК способности, интенсивности роста отлоуени? и расклад«', по г! рак: до к мелксдисперсного материала, оснои-ште на использовании уравнен: Й диффузии и деформации по^ерхгоета отложений ь процессе кбшва надводного пляжа. Установлено, что определяюлими параметрами спи переносе и осаждения взьсси • в потоке явлквтея к oof '.'клиент гидравлического сопротивления, гидравлическая крупность минеральных чпетиц, скорость дни-->;iH;ü: гидрссиеси. '

о. Сопоставление результатов эасчето« по полученным аналитически;: :.-аписимостям с данными экспериментальны* лабораторных п натуршл. исследований ¡¡оказало удовлетворительное их соответствие при установленных значениях эмпирических коэф'ициентоз - параметра нсрааь-сморносте риспредоде! ия кон 1ентрациП-и коэффициенте. п?)ог.ррционильности продольной дисперсии потока.

V. Установлено, что особенности сизико-механических свойств мелкодисперсных стходов определяются.: полимикералькостыо состава; высокой плотностью минеральных частиц; преобладанием сил трения над сцеплением и общем сопротивлении сдвигу; воз«сккостыо существенного изменения структуры при приложении динамических нагрузок; широким диапазоном изменения проницаемости; низкой скоростью рассеивания избыточного гидродинамического давления иоровой жидкое:и; ньеокс.й суикйсмость» отлокешй п начальной ' стадии седиментации. '

Ь. 3 диапазоне ¡¡селе,' oeí.¡.¡ »x состояний обрез:;ое и прикладываемых ньгрузск соответстзукцие характеристики Физических и механических свойств мелкодисперсных отходов принимают значите:

- плотность минеральных частиц 2,bc--o,t¿. г/см3;

- угол внутреннего грении ¿b-L¡'/°;

- сцепление С-С,(Лй tifia; . -

- доэ-'фициен? фильтрации 10"3 - Ю-' см/с;

5 ' V

- коэффициент консолидации 10 - 10 Cf/Угод;

- коэффициент сжимаемости 0,o-I,C Ula-1 ( G < 0,1 Wlie);

- коэффициент ди! ~.мического уплотнения ^ = 1С-3 - 1/с.

У. На основании mоведеннкх теоретических, оксперикентальных и иатуршх ксследоь&ний разработаны рекомендации по использовании мелкодисперсных отходов горно-рудных производств э конструкции ограждающих дамб хвостсхраиилищ.

10. Намыв мелкодисперсных отходов э широкопробильные конструкции 'Ограждающих дамб хвостохранилищ при консистенции гидросмеси T:fe=I:iiO-I:IO осуществляется рассредоточенным способом отдельными слоями толщиной не более 0,0 и. Варащиьанке хвостохранклища предусматривает отсыпку да:.,б поярусного обвалования из привозных дренирующих грунтов с использованием фильтрующего нетканного синтетического материала, ¿скоренне процесса обезвоживания намытых отложений достигается устройство»' пластового {систематического) дренажа у основания пионерно.Ч дамбы, а такие прерывистого трубчатого дренака л соответствувщих ярусах наращивания.

11. Результаты исследований использованы при проектировании и эксплуатации сооружении промышленной гидротехники {хвостохра-нилище Криворожского I ОН в охиеленнкх руд, .¡овозёрского ГОК'а," Средне-Уральского медеплавильного .завода). Годовой экономически? эффект от внедрения hiiP составил 1,3 млн.рублей.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

I. Рекомендации по проектированию и строительству шламсгакопителе? и хвостохранилиы предприятий металлургическом промьлленчости. to. Стрсйкздат, Г-«и.

Фильтряционше свойства хвостов полиметаллических руд. Исследования в области промышленной гидротехники. Труды ЖК ЗЦЬГЕС

с. Геотехнические параметры пляжных келкодисперсшх отловени?. Проектирование и строительство хиостохранилищ в слскных шкенерно-геологических условиях. Труды dviil БС/1НО, !.!., I&il. (i3 соавтор ст во с w.Ii .Захаровны).

4, Кспо^нзование мелкодисперсного материала при Еозяедении нашвкг.х гидротехнических есору.генп?. Труды 30д1Ьи,!.;., (в печати).

5. /;,СЛОЮХЬй (СССР)- Способ склад::рог,ания отходов обогатительных фабрик (¿уреккоьа 0.;«., оах&геи .4.Н., дергаче;? ГиЬ.^кдОййч .•.....).

■ Открытие и ппоСротечия, '.* к* TU v.

Ws

4.0

2.0

{ÖSEHÖSS ТРАНСПСРТИРУЩЕЯ СПОСОБНОСТИ B3bECSHEQ1L.ET0 ПОТОКА ПО ДГХЧЕ КАДЬадОГО HLHcA

h-о

1-9 расчетные кривые, соответствующие значениям параметра ~L = 0,16; 0,С6; 0,04; 0,016; 0,008; 0,004; 0,0014; 0,С007; 0,00025, для монофракционного материала.; 1С- тсгсе для полифракциоиного юторкала; 11,12- экспериментальные точки; 13- результаты витур"эго схспзрикента. р j

иаьаншаг сташЕлькся аолп;иьк шмлш слоя по дпиые каддодного шш

0,6

0.4

0,2

[\ГГ\уЧ

1V., \ ■ V

-Щч

о v

•10

5

. О

____

— А\

© — и

100 •

200

300

400

расчетные кривые, соответствующие значениям параметра ~~ =0Д6; 0,08; 0,04; 0,010; 0,006; 0,004; 0,0014; 0,0007- 0,00035, длл конофракционного материала; Ю-'тоже для полифрахционного мэтьр'лала; 11,12- экспериментальные точки для . монофракционкого и полиф^акционнаго »¡»¿риала.

1