Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы освоения медьсодержащих техногенных георесурсов действующих горных предприятий и пути решения 9
1.1. Общая характеристика техногенной минерально-сырьевой базы Жезказганского месторождения 9
1.2. Условия формирования и эксплуатации техногенных медьсодержащих образований 11
1.3. Классификации отходов добычи и переработки медьсодержащих руд 16
1.4. Существующие методы и подходы к вовлечению в эксплуатацию медьсодержащего техногенного сырья 25
1.5. Цель, задачи и методы исследований 45
2 Анализ фактического состояния и перспектив расширения сырьевой базы жезказгана при реконструкции и техническом перевооружении производства 47
2.1 Практика учета состояния и движения техногенного минерального сырья на действующих предприятиях и перспективы ее совершенствования 47
2.2 Методика анализа фактического состояния сырьевой базы Жезказгана для ее расширения при реконструкции и техническом перевооружении производства 54
2.3 Исследование параметров техногенных образований и характеристик вещественного состава техногенного сырья Жезказганского региона 61
2.4 Классификация запасов техногенных георесурсов Жезказганского месторождения 78
Выводы по 2 главе з
Исследования физико-технических и физико-химических процессов эксплуатации техногенного сырья жезказганского месторождения 101
3.1 Исследование процессов разработки техногенных образований, сформированных в ходе освоения Жезказганского месторождения 101
3.2 Исследование процессов подготовки техногенного сырья с формированием заданных технологических свойств для последующей эксплуатации 123
3.3. Исследование процессов комплексного извлечения ценных компонентов из отходов переработки медьсодержащих руд 138
3.4. Выбор технологической схемы эксплуатации техногенных георесурсов Жезказганского месторождения 149
3.5. Обоснование параметров технологии комплексного освоения техногенных георесурсов Жезказганского месторождения 154
Выводы по 3 главе 157
4. Разработка технологических рекомендаций и их экономическая оценка 159
4.1. Разработка технологии переработки техногенных медьсодержащих отходов добычи и переработки руд Жезказганского месторождения 159
4.2. Сравнительная технико-экономическая оценка предложенных решений 166
Выводы по 4 главе 181
Заключение 182
Список литературы 1
- Существующие методы и подходы к вовлечению в эксплуатацию медьсодержащего техногенного сырья
- Методика анализа фактического состояния сырьевой базы Жезказгана для ее расширения при реконструкции и техническом перевооружении производства
- Исследование процессов подготовки техногенного сырья с формированием заданных технологических свойств для последующей эксплуатации
- Сравнительная технико-экономическая оценка предложенных решений
Введение к работе
Актуальность работы
Для Жезказганского региона в кратчайшие сроки требуется расширение минерально-сырьевой базы, в том числе за счет вовлечения в эффективную промышленную эксплуатацию отходов обогащения медных руд Жезказганского месторождения. В мировой практике такие подходы получили достаточно широкое развитие. Длительный период разработки Жезказганского месторождения привел к сокращению объема балансовых запасов и сопровождался постоянным снижением качества вовлекаемых в разработку руд. При этом постоянно растет объем накопления размещенных на поверхности отхо-дов горно-обогатительного производства. За время эксплуатации Жезказганского хвостохранилища с 1964 по 2007 г.г. в нем накоплено хвостов обогаще-ния в объеме 852,8 млн. тонн со средним содержанием меди 0,128 %. В насто-ящее время хвостохранилище законсервировано и подвергнуто рекультивации методом отсыпки скального грунта. Однако, наличие в накопленных хвостах, наряду с медью (более 1 млн.тонн), сопутствующих цветных, благородных и редких металлов (Zn, Pb, Ag, Re и др.) и необходимость восполнения выбывающих мощностей действующих рудников производственного объединения «Жезказганцветмет» обусловили необходимость разработки инновационных технологий добычи и переработки лежалых хвостов обогащения медных руд. Кроме того, хранящиеся на поверхности отходы обогатительного производства являются источником регионального загрязнения окружающей среды. Поэтому вовлечение в эффективную промышленную эксплуатацию законсервированного Жезказганского хвостохранилища на основе разработки инновационных геотехнологий и обоснования параметров его комплексного освоения представляет собой актуальную задачу, решение которой обеспечит расширение сырьевой базы крупного промышленного региона и снизит экологическую нагрузку.
Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда № 14-37-00050.
Цель работы- разработка геотехнологий и обоснование параметров горнотехнической системы комплексного освоения запасов Жезказганского хвостохранилища, обеспечивающей эффективное вовлечение в эксплуатацию накопленного в нем техногенного сырья.
Идея работы состоит в том, что эффективное вовлечение в комплексное освоение запасов законсервированного Жезказганского хвостохранилища возможно только на основе усовершенствования процессов добычи техногенного сырья с учетом изменения прочности массива в зависимости от продол-жительности его хранения и температуры среды, а также введения в структуру горнотехнической системы инновационных способов передела техногенного сырья с извлечением всех ценных компонентов.
Объект исследования - горнотехнические системы комплексного освоения техногенных запасов законсервированного Жезказганского хвостохрани-
Предмет исследования - закономерности формирования параметров технологии освоения запасов законсервированного хвостохранилища. Основные задачи исследования:
обобщение опыта и анализ параметров технологий добычи и переработки накопленного в намывных хвостохранилищах техногенного сырья;
исследование вещественного и гранулометрического состава хвостов в массиве хвостохранилища и его структурного строения, как перспективно-
го объекта расширения минерально-сырьевой базы Жезказганского региона;
факторный анализ прочностных характеристик техногенного массива для обоснования эффективной технологии добычи хвостов обогащения руд;
классификация технологий и горнотехнических систем добычи техногенного сырья из законсервированного намывного хвостохранилища и выбор приоритетного варианта и параметров комплексного освоения хвостохранилища Жезказганских обогатительных фабрик (ЖОФ);
исследование процессов комплексной переработки лежалых хвостов обогащения медных руд;
- разработка технологических рекомендаций для комплексного освоения за
консервированного Жезказганского хвостохранилища с оценкой их эконо-
мической эффективности.
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и систематизацию геотехнологий освоения техногенных георесурсов, минералогический и структурно-графический анализ вещественного состава и структурных характеристик отходов обогащения медных руд, лабораторные и опытно-промышленные эксперименты по извлечению ценных компонентов из техногенного сырья Жезказганского региона, экономико-математический анализ и технико-экономические расчеты с обработкой результатов исследований методами математической статистики.
Положения, выносимые на защиту:
-
Относительная равномерность распределения химического состава хвостов по объему хвостохранилища предопределяет валовый способ их выемки, а закономерное изменение гранулометрического состава и влажности хвостов по площади хвостохранилища, изменение прочности техногенного массива в зависимости от температуры окружающей среды определяют сезонную схему развития горных работ в пляжной и прудковой зонах хвостохранилища.
-
Горнотехническая система при освоении Жезказганского хвостохранилища должна формироваться путем опережающей по глубине отработки пляжной зоны с созданием системы водоотведения и выемки запасов прудковой зоны сезонно в период отрицательных температур с формированием траншей для увеличения зоны промерзания массива.
-
Эффективность освоения Жезказганского хвостохранилища обеспечивается дополнительным включением в структуру горнотехнической системы нетради-ционной для лежалого техногенного сырья комбинированной флотационно-гидрометаллургической схемы передела с получением на стадии флотации грубого промпродукта и его последующего выщелачивания с высоким сквозным извлечением всех ценных компонентов и утилизацией отходов технологии.
Научная новизна работы:
Доказана технологическая возможность эффективного комплексного извлечения металлов из лежалых хвостов обогащения медных руд за счет введения в горнотехническую систему инновационных способов передела техно-генного сырья, включающих грануляцию, хлоритизирующий обжиг грубого концентрата флотации для последующего его выщелачивания и гидрометаллургического извлечения ценных компонентов.
Установлены закономерности изменения прочностных характеристик техногенного массива в зависимости от его влажности и температуры окружающей среды, используемые для обоснования порядка формирования горнотехнической системы освоения Жезказганского хвостохранилища.
Разработана методика выбора при проектировании приоритетного варианта освоения запасов намывных хвостохранилищ с учетом влажности техно-
генного сырья, климатических условий разработки и технологической схемы передела на основе разработанной классификации горнотехнических систем с механизированным и гидромеханизированным способами добычи и транспортировки техногенного сырья.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций обусловлена представительным объемом исходных данных, экспериментальной лабораторной и опытно-промышленной проверкой разработанных технико-технологических решений освоения законсервированного Жезказганского хвостохранилища, достоверной сходимостью результатов исследований, полученных различными методами с использованием современного оборудования и апробированных методик.
Личный вклад автора состоит в установлении закономерностей структурного строения, вещественного и гранулометрического состава хвостов в массиве хвостохранилища Жезказганских обогатительных фабрик; исследовании прочностных характеристик техногенного массива, систематизации технологий и разработанных горнотехнических систем добычи техногенного сырья; обосновании параметров процессов комплексной переработки лежалых хвостов обогащения медных руд; и разработке технологических рекомендаций по комплексному освоению законсервированного Жезказганского хво-стохранилища.
Практическая значимость состоит в разработке конструкции горнотехнической системы и обосновании параметров эффективной геотехнологии вовлечения в эксплуатацию техногенного сырья законсервированного Жез-казганского месторождения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на X Международной научно-практической конференция "Новое слово в науке и практике: гипотезы и апробация результатов исследований" (Алматы, 2014), Международной конференции «Наука в эпоху дисбалансов» (Астана, 2014),международной конференции «Рений и Технеций – 2014» (Франция, г. Ла Боль), Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2014-2016 гг.); Международных конференциях «Комбинированная геотехнология» (Магнитогорск, 2015) и Абишевские чтения (Алматы, 2016). II Международной научной школе академика К.Н. Трубецкого (Москва, 2016).
Реализация работы в промышленности
Результаты исследований использованы при разработке «Генерального плана окончательной отработки запасов всех видов медьсодержащего сырья на объектах ТОО «Корпорация Казахмыс», расположенных в Жезказганском регионе».
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 28 работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в том числе в 2 статьях в издании, рецензируемом в базе данных Scopus, 13 статьях в прочих изданиях, 10 патентах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, введения и заключения, изложенных на 176 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков, 42 таблицы, список литературы из 92 наименований.
Существующие методы и подходы к вовлечению в эксплуатацию медьсодержащего техногенного сырья
В последние годы для более эффективного обращения с отходами на предприятиях горно-металлургического комплекса разработаны различные классификаторы отходов производства и потребления [14].
Часть твердых горнопромышленных накоплений, заскладированных в конкретные пространственно обособленные хранилища (отвалы вскрышных и рудовмещающих пород, хвосты обогащения руд, шлаки металлургического передела и другие), поддающихся объемной геометризации, изучению и геолого-экономической оценке геологоразведочными работами, являются техногенными минеральными образованиями [15].
В горнопромышленном комплексе обособляются следующие производственные звенья, формирующие техногенные минеральные образования: - разработка природных месторождений с формированием отвалов горных пород и некондиционных руд; - обогащение полезных ископаемых с образованием хвостохранилищ; - теплоэнергетическое производство на базе угольных месторождений с образованием зольных отвалов; - пирометаллургическое производство на базе рудных месторождений с накоплением шлаковых отвалов. Отвалы вскрышных и вмещающих пород образуются насыпным способом непосредственно при разработке месторождений и формируют возвышенные (до 40-60 м) искусственные формы рельефа с горизонтальными по 17 верхностями и крутыми откосами. Отвалы сложены крупнокусковыми глыбами и более мелкими кусками горной массы различных размеров с пустотами и кавернами между ними. Реже отвалы формируются в природных депрессиях рельефа или в отработанных карьерах [15].
Хвостохранилища — отвалы обогащения руд, как правило, формируются на некотором удалении от обогатительных фабрик, чаще в депрессиях или пониженных участках рельефа посредством слива (намыва) пульпы из хво-стоотводных трубопроводов. Они представлены преимущественно тонкоиз-мельченным материалом класса - 0,1-0,07 мм, размещаемым на площади от единиц до десятков квадратных километров. Мощность поверхностных хво-стохранилищ обычно не превышает первых метров, а в глубоких депрессиях может достигать десятков метров.
Шлаковые отвалы металлургического передела формируются посредством слива расплавленных или (реже) гранулированных шлаков и других материалов металлургического производства. Соответственно, они образуют сливные или гранулированные возвышенные формы рельефа, сложенные искусственными горными породами, близкими по составу к пироксенитам.
По отраслям и способам использования техногенные минеральные образования подразделяются на две группы: - используемые в отраслях и на предприятиях, где они формируются для повторного извлечения из них ценных компонентов в тех же технологических звеньях; - используемые в других отраслях в качестве сырья, полуфабрикатов или готовых материалов.
На основе систематизации существующих подходов к оценке техногенных отходов меднорудной промышленности [15] предложена классификация, учитывающая технологические и экологические аспекты формирования отходов добычи и переработки, медьсодержащих руд, доработанная с учетом их срока хранения (таблица 1.3)
Представляется очевидным, что освоение каждого вида техногенных отходов различного срока хранения должно предусматривать отдельные техно логические решения, учитывающие свойства георесурсов в соответствии со спецификой их формирования, складирования и хранения [16].
По этому признаку техногенные георесурсы разделяются на: - текущие - на выходе с обогатительной фабрики после завершения всех процессов обогащения; - эксплуатационные - находящихся в действующем, постоянно пополняемом хвостохранилище под затоплением водой с изменяющимися в зависимости от режима фабрики и природно-климатических условий концентрациями элементов, Eh и рН среды; - консервируемые - размещаемые в хвостохранилище в соответствии с принятой технологией складирования отходов; - лежалые — формируемые в течение определенного времени в законсервированном хвостохранилище отходы, подвергшиеся в ходе хранения процессам вторичного минералообразования с изменением структуры массива.
В работе [17] технологические схемы формирования техногенных образований из хвостов обогащения руд представлены в виде соответствующих горнотехнических систем. Например, на рисунке 1.3 горнотехническая система предполагает утилизацию текущих отходов обогащения в выработанном подземном пространстве без доизвлечения ценных компонентов. Эта технологическая схема предусматривает частичное обезвоживание хвостов. Оно может осуществляться как на обогатительной фабрике, так и на поверхностном закладочном комплексе. Затем обезвоженные хвосты обогащения используются для заполнения выработанного пространства подземных камер. Хвосты, размещенные в качестве гидравлической закладки в подземных камерах, после осушения и формирования структурных трещин могут быть подвергнуты скважинному подземному выщелачиванию с поверхности или из карьерного пространства, а также из выработок подземного рудника. В работе [17] отмечается, что данная технологическая схема может быть применима также к массивам, сформированным из отходов обогащения в выработанном пространстве карьера. В целом, разработанная классификация позволяет выбрать технологию целенаправленного формирования из отходов переработки руд техногенных месторождений с заданными характеристиками. При этом решаются вопросы: экономии природного минерального сырья за счет использования техногенного; получения дополнительной товарной продукции; сохранения качества отходов путем формирования техногенного месторождения с заданными технологическими параметрами, обеспечивающими возможность их освоения в будущем; сокращения площади отчуждения земель, занимаемых под хвостохранилища; снижения экологического воздействия на окружающую среду.
Методика анализа фактического состояния сырьевой базы Жезказгана для ее расширения при реконструкции и техническом перевооружении производства
В настоящее время по технологии SX/EW в Монголии производится около 3 тыс. т катодной меди в год при средней себестоимости 700 дол/т, в Чили на месторождении Эскондида извлечено 140-180 тыс. т меди при себестоимости 500-660 дол/т рафинированной меди. В 1997 году доля меди, полученной по технологии SX/EW, составила 1770 тыс. тонн или 15%в общем объеме ее производства в мире, а в 2007г она соответственное возросла до 17%. По данным статистики доля данной технологии получения меди на горных предприятиях из года в год растет в среднем на 20%эта тенденция устойчивее. Дальнейшее внедрение физико-химических технологий привело к росту производства металлической меди на рудниках Чили в 2012 г. до 6,72 млн.т. в год, что на 26% выше уровня 2005 г. Компания AngloAmericanplc в ноябре 2007г. одобрила проект расширения своего чилийского горнометаллургического комбината Лос-Бронсес (LosBronces). К 2011г. его годовая производственная мощность выросла с 226 в базовом году до 400 тыс.т катодной меди.
Заслуживают внимания положительные результаты реализации технологии скважинного выщелачивания получены при эксплуатации Гумешевского месторождения окисленных медных руд (Россия). Разработка этого месторождения была начата еще в 1702 году. После многовековой эксплуатации месторождения к 1994 году запасы кондиционной медной руды исчерпались. Остались так называемые медьсодержащие глины. Традиционным способом переработать их было невозможно. После всесторонних исследований специалисты института «Уралмеханобр» дали положительное заключение на переработку этих глин выщелачиванием. Испытания нового способа добычи начались в 2000 году. Технология предусматривает выщелачивание медной руды с переводом ионов меди в раствор, из которого позднее и выделяется металл. Не нужна плавка и рафинирование, что резко повышает эффектив 38 ность производства. Работы по скважинному выщелачиванию меди были начаты в 2004 г. Пилотная установка извлечения меди из руды Гумешевского месторождения была разработана акционерным обществом Уралгидромедь совместно с SNC-LavalinEuropeLimited (Великобритания) и Российской медной компанией. В результате на Гумешевском месторождении было пробурено около 100 скважин. В процессе апробации технологии достигнута производительность 20 тонн цементной меди в месяц.
Для промышленной эксплуатации месторождения была выбрана технология скважинного выщелачивания с последующей переработкой растворов методами экстракции и электровининга. Проектирование и строительство объекта выполнила компания OutokumpuTechnologyOy (Финляндия). Производственная мощность первой очереди объединенного комплекса (включающего геотехнологическое поле и производственный комплекс экстракции и электровининга) - 5 тыс. т. катодной меди в год. С началом промышленной эксплуатации второго участка геотехнологического поля объем производства был существенно увеличен. Разработку месторождения ведет «Русская медная компания». Преимущества данной технологии состоят в том, что основные процессы перенесены под землю и происходят без участия человека, что резко повышает производительность труда и эффективность производства. Концентрированный продуктивный раствор поднимается на поверхность через систему откачных скважин, где медь выделяется из него технологией экстракции с помощью органических реагентов и электролиза. Производственный цикл замкнут: после экстракции меди водный раствор снова подкисляется и направляется по подземным скважинам на выщелачивание в рудный массив. В настоящее время извлечение меди в продуктивные растворы ведется на двух участках. Переработка продуктивных растворов осуществляется в комплексе экстракции и электролиза, где из полученного раствора получают высококачественные медные катоды марки М00К.
На руднике отсутствует хвостовое хозяйство, нет открытого и подземного очистного пространства, поэтому, его работа не приводит к нарушению рельефа. Система мониторинга организована таким образом, чтобы возможность попадания подземных вод за пределы рабочей зоны была полностью исключена. Для этой цели организовано 4 уровня наблюдений, и процессы попадания рабочих растворов в первые два уровня корректируются по результатам наблюдений так, чтобы воспрепятствовать их появлению на четвертом уровне, который остается «чистой зоной» [61]. Реализация технологии подтвердила, что рекультивация местности, разрушенной за время добычи руды физико-техническими способами, способствует восстановлению природы, а опасность загрязнения водоемов тяжелыми металлами в сравнении с традиционными технологиями значительно снижается. Успешная работа опытно-промышленной установки на Гумешевском месторождении дает возможность вовлечь бедные, ранее потерянные руды в разработку и повысить экономическую эффективность получения меди.
Положительный опыт переработки сульфидных медных руд и концентратов с применением азотной, сернистой, соляной кислот, растворов трехвалентного железа и других растворителей в мире широко известен. Так, на руднике «Kennecott» (США) концентраты сульфида меди выщелачивали азотной кислотой. Было показано, что при обработке халькопирит - борнитового концентрата, измельченного до класса - 53 мкм, извлекается 98% меди.
Большое количество исследований посвящено применению в качестве растворителя меди растворов, содержащих трехвалентное железо. Так, в США был предложен способ комплексной переработки сульфидных руд и концентратов - выщелачивание кипящими растворами хлорного железа. Одно время этот процесс применялся для переработки сульфидных руд месторождения Рио-Тинто в Испании. Фирмой «MinementRecherche» процесс извлечения меди из сульфидных руд и концентратов осуществлялся с использованием хлорида меди с последующей экстракцией и электроосаждением. Процесс использован для переработки халькопирита, халькантита и ковелли-на и дал положительные результаты.
Исследование процессов подготовки техногенного сырья с формированием заданных технологических свойств для последующей эксплуатации
В ходе минералогического анализа установлено, что основные рудные минералы в хвостах обогащения находятся в тонких классах крупности, преимущественно, в сростках с минералами вмещающих пород. Реже встреча 74 ются сростки рудных минералов между собой. Например, на рисунке 2.11 представлено зерно сфалерита размером 15 25 мкм с вкрапленностью халькопирита, размер зерен которого не превышает 5 мкм.
Основная минеральная масса хвостов обогащения руд представлена нерудными минералами - полевыми шпатами и кварцем. На всех фото границы этих зерен выделены темно-серым и коричневым цветами. Типичные сростки рудным минералов с минералами вмещающих пород представлены на рисунках 2.12 и 2.13. На рисунке 2.12 показан сросток халькозина (голубое) с кварцем (серое). Для сростка характерен четкий контур, тогда как границы самого зерна - неровные, изломанные. Это свидетельствует об особенностях процесса измельчения руды на обогатительной фабрике, не позволяющем раскрыть столь тонкие сростки — размер зерна халькозина не превышает 10 мкм по длинной оси. Весьма тонкие включения халькопирита в кварце ясно видны на рисунке 2.13. Размер единичного зерна халькопирита составляет от 1 до 8 мкм.
В целом, минералогический анализ позволяет судить о низкой перспективности переработки лежалых хвостов руд методами обогащения, так как раскрытие зерен с весьма тонким включением рудных минералов при их флотации при современном уровне развития технологий не эффективны.
Поэтому для переработки хвостов обогащения требуется поиск «глубоких» методов переработки, главным образом, физико-химических на основе выщелачивания. Необходимо обратить внимание, что рудные минералы в хвостах обогащения, отобранных из хвостохранилища, представлены тонкими, вплоть до пылеватых частиц классами. Это видно в аншлифах на всех фото, представленных на рисунках 2.11- 2.20.
В исследуемых пробах широко представлены структуры замещения первичных сульфидов меди вторичными медными минералами - халькозином, борнитом, ковеллином. Так, на рисунке 2.14 видно замещение халькопирита вторичными минералами меди - халькозином, борнитом. Судя по характеру вкрапленности и четкой границе между минералами, данные структуры образованы в ходе природных процессов в недрах земли, а не в процессе хранения минералов в толще хвостохранилища.
На рисунке 2.15, напротив, представлено зерно борнита с побежалостью ковеллина. Судя по характеру поверхности зерна, она изъедена процессами природного выщелачивания, т.е. логично предположить, что ковеллин развивался по борниту, вследствие процессов гипергенеза после складирования в хвостохранилище.
В целом, необходимо отметить, что в пробах хвостов обогащения руд идентифицируются все минералы, характерные природе комплексного Жез-казганского месторождения. Нами выделены минералы, присутствующие в следующих сортах руд: медных, комплексных (медно-цинковых, медносвинцово-цинковых и медно-свинцовых); цинковых и свинцово-цинковых; свинцовых. Так как основную ценность на месторождении представляют медные руды, которые подразделяются на сульфидные, смешанные и окисленные, хвосты обогащения также сложены всеми этими минералами. И если окисленные и смешанные руды на месторождении составляют менее 2% от общего количества руд, то в хвостах они также представлены в подчиненном значении. Но, следует констатировать факт их присутствия в более существенном количестве (до 15 %).
Сравнительная технико-экономическая оценка предложенных решений
Вследствие перечисленных недостатков, заложенная в конструкции драглайна техническая производительность не может быть достигнута при работе на слабых грунтах при автотранспортной системе разработки. Поэтому для дальнейшего рассмотрения в качестве выемочно-погрузочного оборудования были выбраны одноковшовые экскаваторы вида прямая и обратная мехлопата.
Важно, что при «сухом» способе разработки необходимо учитывать максимальное давление на грунт при работе механизмов по выемке техногенного сырья и его транспортировке. Допустимые нагрузки на грунт вые-мочно-погрузочной техники зависят от прочности техногенного массива. Для оценки прочности грунта в практике дорожного и горного строительства достаточно широко разработаны и апробированы методы и приборы, определяющие показатели прочности сыпучих грунтов [91-92]. Для выбора горнотранспортного оборудования, используемого при разработке лежалых хвостов, в работе исследовались и оценивались допустимые нагрузки в различных зонах хвостохранилища и сравнивались с показателями удельного давления на грунт технологического оборудования. Хвосты в пляжной зоне являются достаточно осушенными и уплотненными и не вызывают затруднений для отработки тяжелой строительной техникой.
Наличие прудка в центре западной части законсервированного хвостохранилища, а также примыкающих к нему обводненных текучих, вязкотеку-чих и пластичных хвостов с низкими прочностными характеристиками и отсутствием несущей способности, значительно усложняет добычу и транспортировку лежалых хвостов к месту повторного обогащения. Для прудковой зоны было установлено, что уложенные хвосты Жезказганской обогатительной фабрики имеют весьма низкую прочность ([ссж] 1 МПа).
В основном это связано с регулярной подпиткой прудковой зоны весенними талыми водами. Уклон дамбы хвостохранилища, то есть уклон надводной части пляжа, созданный естественным процессом складирования хвостов, имеет направление от дамб обвалования хвостохранилища к центру - к прудковой зоне, со средним значением 1%. Такой уклон создает направление движения весенних талых вод к центру хвостохранилища. Сезонный объем талых вод может доходить до 1 млн. MJ, в результате чего ежегодно происходит подпитка прудковой зоны с временным образованием местных прудков, которые высыхают в течение лета. Также прудковая зона подпитывается за счет капиллярного подъема воды из массива хвостов, уложенных в этой зоне. Несмотря на то, что за летний период образовавшийся слой воды испаряется, вышеприведенные факторы значительно уменьшают интенсивность осушения массива лежалых хвостов прудковой зоны. В прудковых зонах, при изменении коэффициента пористости от 2,8 до 0,65, коэффициент фильтрации, соответственно, изменяется от 4-10" - 7-10" , что характеризует данные хвосты как глинистые.
В ходе исследований методом моделирования на эквивалентных материалах, представленных хвостами обогащения, взятыми из соответствующих зон хвостохранилищ, рассматривалась возможность целенаправленного осушения участков пляжей хвостохранилища для стабильной безаварийной эксплуатации оборудования. Предложенная последовательность разработки лежалых хвостов законсервированного хвостохранилища одноковшовыми экс по каваторами предусматривала выполнение следующих этапов:
1 - до начала разработки лежалых хвостов законсервированного хвосто-хранилища бульдозерами снимается рекультивационныи слой и вывозится в отдельный отвал или сразу к месту его применения для дальнейшего использования грунтов при отсыпке дамб обвалования действующего хвостохрани-лища, либо при проведении рекультивационных мероприятий;
2 - непосредственная разработка лежалых хвостов с мощностью вынимаемого слоя 2-4 м по контуру прудка (в зависимости от фактического рельефа) с нарастанием высоты уступа от центра к периферии до 7 - 9 м для приведения поверхности ложа хвостохранилища из воронкообразного в горизонтальное состояние с возведением водоотливных канавок (такое положение позволяет естественным путем избавляться от весенних талых вод с их сбором и отводом на водоотливные канавки и нарастить интенсивность отработки грунтов) и обеспечить условия для наращивания объемов выемки техногенного грунта (рисунок 3.1);
3 - развитие работ в глубину уступами по периметру пляжной зоны высотой 8 м с оставлением в центральной части хвостохранилища, характеризуемой более низким содержанием ценных компонентов нетронутого массива для формирования горизонтальной транспортной бермы в зону прудка. Развитие работ по отработке пляжной зоны производится преимущественно в период положительных атмосферных температур;
4 - отработка центральной прудковой части преимущественно в зимнее время экскаватором с постепенным срабатыванием транспортной бермы. Мерзлое состояние грунта будет способствовать повышению устойчивости массива для работы горнотранспортной техники.