Разработка проекта снижения негативного воздействия на окружающую среду Гайского Гока  

Содержание

Введение
I. Геологические и географические условия района расположения
1.1. Общая характеристика района расположения предприятия (или месторождения)
1.2. Геологическая характеристика района расположения предприятия (или месторождения)
1.3. Гидрологическая и гидрогеологическая характеристика территории
1.4. Характеристика природных ресурсов района расположения предприятия
1.5. Экологическая обстановка района расположения предприятия
2. Специальная часть
2.1. Закладочный материал и способ укладки его в выработанное пространство
2.2 Смеси для закладки выработанного пространства рудников
2.3. Обоснование технологической схемы и комплекса оборудования для утилизации текущих хвостов обогащения в выработанном подземном пространстве
2.4. Технологическая схема закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения, обезвоженных в подземных выработках
Заключение
Список использованной литературы
Приложения

Введение

Преддипломная практика была пройдена на предприятии Гайский Гок.
Гайское медноколчеданное месторождение расположено в восточной части Оренбургской области на территории Гайского района. Областной центр город Оренбург находится в 300 км западнее г. Гай. В 35-50 км на юго-восток от месторождения расположены крупные промышленные города Орск и Новотроицк.
Город Гай связан железной дорогой со станцией Круторожино Южно-Уральской железной дороги и автомобильными асфальтированными дорогами с городами Орск, Новотроицк, Медногорск и с поселком Ириклинский, а также Башкортостаном. Месторождение залегает в степной части Южного Урала, рассеченной широкими долинами, оврагами и приурочено к водоразделу правобережных притоков реки Урал, Елшанки и Колпачки. Река Урал протекает в 18 км к востоку от месторождения.
Цель работы – рассмотреть геологическую и географическую характеристику района Гайского Гока для разработки проекта его снижения негативного воздействия на окружающую среду.

I. Геологические и географические условия района расположения

1.1. Общая характеристика района расположения предприятия (или месторождения)

Гайское медноколчеданное месторождение расположено в восточной части Оренбургской области на территории Гайского района. Областной центр город Оренбург находится в 300 км западнее г. Гай. В 35-50 км на юго-восток от месторождения расположены крупные промышленные города Орск и Новотроицк. Город Гай связан железной дорогой со станцией Круторожино Южно-Уральской железной дороги и автомобильными асфальтированными дорогами с городами Орск, Новотроицк, Медногорск и с поселком Ириклинский, а также Башкортостаном.
Месторождение залегает в степной части Южного Урала, рассеченной широкими долинами, оврагами и приурочено к водоразделу правобережных притоков реки Урал, Елшанки и Колпачки. Река Урал протекает в 18 км к востоку от месторождения.
Климат района резко континентальный, типичный для условий Южного Урала: суровая зима со снежными буранами, жаркое лето с пыльными бурями, короткая бурная весна и незначительное количество осадков. Среднегодовая температура воздуха составляет +3,4°С. Холодный период длится с ноября до марта (средняя температура самого холодного месяца – января -15,4°С). Максимальная глубина промерзания почвы достигает 1,5–2,0 м. Среднегодовая скорость ветра составляет 4,16 м/с, максимальная – до 20 м/с. Преобладают ветры западного и северо-западного направлений. Средняя высота снежного покрова составляет 43 см, что затрудняет движение автотранспорта в зимнее время.

Рисунок 1.1 – Обзорная карта района Гайского месторождения
Большая часть осадков (62%) выпадает в теплый период года – с апреля по октябрь, причем максимум падает на июль – самый жаркий месяц года и составляет 39,9 мм. Среднее многолетнее годовое количество осадков составляет 273 мм. Минимальная относительная влажность воздуха наблюдается в июне – 53,3%, снижаясь порой, до 30–35%.
В экономическом отношении район Гайского месторождения характеризуется преимущественным развитием сельского хозяйства, а также входит в число перспективных объектов сырьевой базы медной промышленности Уральского региона.
Район месторождения в достаточной степени обеспечен различными местными строительными материалами: песок, глина, гравий, бутовый камень и другие.
За счет местного населения рабочими будущий рудник может быть обеспечен лишь частично.

1.2. Геологическая характеристика района расположения предприятия (или месторождения)

Гайское месторождение расположено в слабо всхолмленной части Южного Урала, рассеченной широкими долинами и оврагами, местами врезанными в скальные породы. Средняя абсолютная отметка – 380 м.
Гайское медно-колчеданное месторождение отрабатывается комбинированным способом – открытым и подземным.
В геологическом строении рудного поля принимают участие вулканогенные, интрузивные, метаморфические породы нижнего палеозоя, кора выветривания мезозоя и маломощный покров рыхлых отложений кайнозоя – рисунок 1.2.
Простирание пород в пределах рудного поля изменяется от субмеридионального на юге, до северо-восточного – на севере. Падение пород пологое (20–30°) – восточное и юго-восточное. Строение рудного поля осложняется наличием системы разрывных нарушений сбросо-сдвигового характера – восточного, северо-восточного и субширотного простирания. В целом же дизъюнктивные тектонические нарушения в сочетании с субвулканической пликативной тектоникой придают рудному полю блоковый характер.

Рисунок 1.2. Геологическое строение месторождения
Рудные тела месторождения представляют собой сложные неправильные линзы с резкими изменениями мощностей, особенно на южном фланге, локализованные по группам в пределах трех рудных зон: северной, центральной и южной. Сведения о размерах и глубинах залегания рудных тел приведены в таблице 1.1 Приложение 1.
Гайское медноколчеданное месторождение относится к месторождениям колчеданной формации, и его руды обладают характерными для этой формации чертами. Здесь развиты прожилково-вкрапленные руды, особенно в лежачем боку рудных тел. Сплошные колчеданные руды составляют на месторождении около 68% от общих запасов, вкрапленные руды составляют почти треть (32%).
Главными рудными минералами на месторождении являются пирит, халькопирит, сфалерит и пирротин. Второстепенные рудные минералы представлены халькозином, ковеллином, марказитом, борнитом, магнетитом. Главные нерудные минералы: кварц, хлорит, кальцит; второстепенные – амфибол, серицит, биотит.
В зависимости от содержания и соотношения рудных минералов на месторождении выделено два основных типа: халькопирит-пиритовые(медные) и сфалерит-халькопирит-пиритовые (медно-цинковые), кроме того, выделяются халькопирит-пирротин-пиритовый и халькозин-пиритовый типы, которые не имеют самостоятельного практического значения.
Наиболее распространены руды халькопирит-пиритового типа, на долю которых приходится 65,2% всех руд. Этим типом сложена практически вся северная часть месторождения, а также выклинки рудных тел центральной и южной частей. Они состоят на 75% из пирита, 13% халькопирита и 0,5% сфалерита (11,5% – нерудные минералы). Часто в них присутствует магнетит.
Нерудные минералы представлены кварцем, серицитом, хлоритом, карбонатами и эпидотом.
Сфалерит-халькопирит-пиритовые руды составляют 25% запасов, из них 81% сплошные. На севере месторождения они встречаются в верхней части первого рудного тела; в центральной и южной частях локализуются, преимущественно, над зоной рудоподводящего канала или вблизи него. Основными минералами этого типа являются: пирит – 77%, халькопирит – 13% и сфалерит – 3,8%. Второстепенные и нерудные минералы те же, что и для халькопирит-пиритовых руд.
Халькозин-пиритовые руды встречаются на южном фланге месторождения в зоне вторичного сульфидного обогащения, распространенной на глубину не более 50–60 м. Основным рудным минералом является пирит, содержание халькозина не превышает 5–8%. Доля этого типа руд составляет 2,2%.Содержания основных и попутных полезных компонентов, в целом по месторождению, с разделением по основным природным типам и технологическим сортам руд по результатам опробования рядовых и групповых проб приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2. – Химический состав руд Гайского месторождения

 

Руды месторождения характеризуются высокими содержаниями меди (более 3%, при колебаниях от 0,71 до 25,9%) и серы (порядка 36–41%, при колебаниях от 31,54 до 52,49% для сплошных руд), а также попутного кобальта, содержание которого, в среднем по месторождению, составляет около 0,048% (при колебаниях от 0,026 до 0,309% для сплошных разностей). Содержание золота в рудах довольно низкое (от следов до 0,5–0,6 г/т, редко выше), распределение его крайне неравномерное.

1.3. Гидрологическая и гидрогеологическая характеристика территории

Месторождение приурочено к водоразделу правобережных притоков рек Урала, Елшанки и Колпачки. Наиболее крупной рекой района является река Урал, протекающая в 12-15 км к востоку от месторождения.
Площадь месторождения, являющаяся местной областью питания, представляет собой склон водораздела. Общий уклон рельефа к реке Урал. Скальные породы, слагающие месторождение, неоднородные по своим гидрогеологическим характеристикам. В верхней части геологического разреза месторождения развиты, в основном, грунтово-поровые воды. С глубиной они переходят в грунтово-трещинные и трещинно-жильные воды. Воды всех разностей пород гидравлически связаны и имеют единую поверхность уровня.
Поток направлен в сторону р. Урал, но основная разгрузка происходит по тектонической зоне с северо-востока на юго-запад вдоль месторождения. Уклон поверхности подземного потока на севере – 0,025, юге -0,033, востоке – 0,033 и западе – 0,10. Глубина залегания водоносного горизонта зависит от рельефа поверхности и колеблется от 0,7 до 14,4 м. Средняя глубина залегания уровня подземных вод на месторождении составляет 6 м.
Обводненность пород находится в зависимости от характера и степени трещиноватости. Полученные дебиты из опытных скважин изменяются, от 0,05 до 4,40 л/сек при понижениях соответственно 63,3–11,39 м. Коэффициент фильтрации толщи палеозоя колеблется от 0,002 м/сут. до 0,16 м/сут., уровнепроводность – 1,5 × 102 – 1,6 × 108 м2/сут.
На фоне слабой обводненности месторождения выделяются трещиноватые и кавернозные участки, за счет которых можно ожидать кратковременное увеличение притоков. Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, а в период половодья и за счет реки Урал.
Согласно «Отчета о разведке Гайского медноколчеданного месторождения на Южном Урале за 2007–2017 гг. с подсчетом запасов по состоянию на 01 сентября 2017 г.» [4] , основные водопритоки в карьер будут поступать за счет естественных запасов. В период полного развития горных работ на Гайском месторождении и при проектной глубине карьера по замкнутому контуру 160 м, максимальные ожидаемые водопритоки составят 496 м3/ч. По мере сработки естественных запасов приток будет постепенно уменьшаться, приближаясь к естественным ресурсам – 245 м3/час.
В результате проведенных исследований был определен максимальный среднемесячный водоприток в карьер в размере 90,8 м3/час.
Согласно Постановления Госстроя СССР от 27.02.89 г. №30 по изменению №1 СНиП 2.06.14–85 («Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод») карьерные водосборники и насосные станции проектируются исходя из общего притока к карьеру, определяемого по суточному слою осадков, с периодом его однократного превышения: для карьерных водосборников 5 лет; для карьерных станций – 4 месяца [5].

1.4. Характеристика природных ресурсов района расположения предприятия

Гайское медноколчеданное месторождение по особенностям геологического строения и характеру распределения полезных компонентов отнесено к третьей группе. На месторождении, начиная от поисковых работ до окончания детальной разведки, пробурено 565 скважин средней глубиной 195 м.
Главные рудные тела месторождения разведаны по сети 31×50 – 31×25 м, на наиболее сложных участках произведено сгущение сети до 50×10–15, 25×25 м. В целом месторождение изучено с достаточной детальностью, дающей возможность вести проектирование горнорудного предприятия
Запасы руд Гайского медноколчеданного месторождения были подсчитаны по постоянным кондициям, утвержденным ГКЗ СССР (Протокол №910к от 9 и 18.04.1975 г.) в следующих параметрах [10]:
а) минимальное промышленное содержание условной меди в подсчетном блоке – для открытой разработки – 2,5%. Коэффициенты для приведения к условной меди для цинка в медно-цинковых рудах 0,52
б) бортовое содержание меди – 0,7%. Выделить на геологических разрезах и планах и подсчитать (статистически) запасы руды по сортам: медно-цинковые – с содержанием цинка свыше 1%; серы – более 35%; медные – с содержанием меди более 0,7%; цинка – менее 1% и серы – более 35%. Вкрапленные медные: с содержанием меди – более 0,7%, цинка – менее 1% и серы – менее 35%. Минимальная мощность сортового интервала – 5 м;
в) минимальная мощность рудного тела для условий открытой разработки – 2 м
г) максимальная мощность внутрирудных прослоек пустых пород и некондиционных руд, включаемых в подсчет запасов – 3 м;
д) подсчет запасов для открытой отработки произвести в контурах карьера, согласованных с проектирующей организацией;
е) подсчитать отдельно, и отнести к забалансовым, запасы руды с содержанием меди от 0,3 до 0,7%;
ж) в контурах балансовых запасов подсчитать по промышленным категориям запасы меди, цинка, серы, золота, серебра, кадмия, селена, теллура. Подсчитать также запасы указанных компонентов в контурах забалансовых запасов;
з) в соответствии с «Временными требованиями к подсчету запасов попутных полезных ископаемых и компонентов в рудах и других видах минерального сырья» дать исчерпывающую характеристику руд по основным и попутным полезным компонентам, уделив особое внимание изучению баланса их распределения в рудах и продуктах переработки руд;
и) представить данные по количественной и качественной характеристике скальных пород вскрыши как сырья для производства строительного щебня в объеме, обеспечивающем их квалификацию по промышленным категориям и подсчитать их запасы в соответствии с требованиями действующих ГОСТов, в увязке с потребностью и назначением их использования.
Утвержденные ГКЗ СССР Протоколом №8018 от 10.02.1978 г. запасы комплексных руд Гайского месторождения, в целом (смешанных и первичных, сплошных и вкрапленных, медных и медно-цинковых разностей) по состоянию на 01.09.2017 г. приведены в таблице 1.3 Приложение 2. Кроме того, на месторождении подсчитаны также запасы забалансовых руд в количестве 877 тыс. т, из них в проектный контур карьера попадает 193 тыс. т.
Балансовые запасы руды, основных и попутных полезных компонентов по сортам руд в проектном контуре карьера по состоянию на 1.01.2009 г. приведены в таблице 1.4 Приложение 3.
Физико-механические свойства скальных пород Гайского месторождения представлены в таблице 1.5 Приложение 4.
Условия залегания и морфология рудных тел
Рудные тела Гайского медноколчеданного месторождения приурочены к наиболее прогнутым частям и склонам отрицательных форм рельефа кровли диабазовых порфиритов и совпадающими с ними выходами рудоподводящих каналов. Рудная зона месторождения отчетливо разделяется на северный и южный фланги, оси которых ориентированы в субмеридиональном направлении, сочленяясь кулисно в центральной части. Протяженность рудной зоны составляет около 900 м, ширина от 150 до 370 м.
На месторождении выявлено двадцать одно рудное тело с балансовыми и забалансовыми запасами, 8 из которых являются промышленными. По своему пространственному расположению они подразделяются на три группы. Одна из этих групп образует северный, две других – южный фланг месторождения. Первая группа является наиболее обособленной, входящие в нее семь рудных тел (с первого по шестое) отличаются общностью морфологических черт. Обособленность второй и третьей групп рудных тел проявляется менее четко.

1.5. Экологическая обстановка района расположения предприятия

ОАО «Гайский ГОК» на протяжении всей своей истории всегда уделял и уделяет особое внимание улучшению состояния окружающей среды на территории влияния горнопромышленного комплекса. Реализуемая на комбинате экологическая политика включает в себя принципы современной организации и ведения природоохранной деятельности. Так, создана и функционирует система экологического мониторинга, включающая оперативный контроль, паспортизацию и оценку состояния всех стационарных и передвижных источников загрязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, отходов производства, санитарно-гигиенические условия труда .
В последние годы на комбинате выполнен ряд крупных природоохранных мероприятий, позволяющих максимально снизить влияние загрязненных промстоков и рудничных вод ОАО «Гайский ГОК» на ближайшие реки и водоемы. В 1997 году завершено строительство двух прудов – накопителей для сбора кислой подотвальной воды отвалов карьеров № 1 и № 2 ёмкостью по 0,5 млн м3, что позволило полностью прекратить сброс этих вод в реки Колпачка и Урал.
Специалисты комбината ведут постоянные наблюдения за уровнем подземных вод, их химическим составом в соответствии с «Программой создания и ведения мониторинга подземных и поверхностных вод на Гайском медно-колчеданном месторождении», утвержденной Комитетом природных ресурсов по Оренбургской области [2].
В 1999 – 2000 годах кислые подотвальные воды из прудков-накопителей № 1 и № 2 были вовлечены в оборотное водоснабжение, также был уменьшен сброс осветленной воды в открытые водоемы на 500 тыс м3 в год. На сегодняшний день объем оборотной и повторно используемой воды составляет 92-95%. Известно, что основное количество отходов на комбинате образуется в процессе добычи и переработки руды и представлено вскрышными породами и хвостами обогащения.
Вскрышные породы, как правило, размещаются во внутренних отвалах в карьерах, частично перерабатываются в строительный щебень и используются для отсыпки дамб, плотин и т.п.
Комбинат перевел хвостохранилище обогатительной фабрики в выработанное пространство карьера № 2. Проект «Горнотехническая рекультивация карьера № 2 с использованием флотохвостов», выполненный научно-техническим и экспертным центром новых технологий в гидрогеологии и гидротехнике «Новотэк» (г. Белгород) прошел санитарно-гигиеническую экспертизу, экспертизу промышленной безопасности, государственную экологическую экспертизу и согласование в администрации г. Гая (Протокол № 01-205 от 20 февраля 2001 года) [6].
Практическая реализация этого природоохранного мероприятия позволит: Свести к минимуму сброс сточных вод в ручей Ялангас и , в конечном итоге, реки Сухая Губерля и Урал, имеющих рыбохозяйственное значение;
-возвратить нарушенные горными работами земли в хозяйственный оборот, а также не занимать ненарушенные территории под новое хвостохранилище;
-использовать отходы обогатительной фабрики для рекультивации карьера.
Все вышеперечисленные мероприятия контролируются и документально подтверждаются специалистами различных государственных служб безопасности и указывают на то, что руководство комбината заботится о сбережении природы.

Выводы

Итак, Гайское месторождение расположено в слабо всхолмленной части Южного Урала, рассеченной широкими долинами и оврагами, местами врезанными в скальные породы. Средняя абсолютная отметка – 380 м.
Гайское медно-колчеданное месторождение отрабатывается комбинированным способом – открытым и подземным.
В геологическом строении рудного поля принимают участие вулканогенные, интрузивные, метаморфические породы нижнего палеозоя, кора выветривания мезозоя и маломощный покров рыхлых отложений кайнозоя
Гайское месторождение по праву называют “жемчужиной” Восточного Оренбуржья [7]. Здесь сосредоточены 76 процентов запасов меди Оренбуржья. Гайская руда кроме меди, содержит в своем составе в промышленных концентрациях цинк, свинец, серу, золото, серебро, а также редкие и рассеянные элементы: кадмий, селен, теллур, галлий, висмут.

2. Специальная часть

Разработка оптимальной технологии сгущения хвостов обогащения с применением ее для отработанных камер подземного рудника комбината

2.1. Закладочный материал и способ укладки его в выработанное пространство

Закладочный материал, включающий дробленую горную породу, образующую заложенный массив, и инъектированный в его поры твердеющий раствор, в качестве дробленой горной породы содержит скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после ее вибрационной укладки образование заложенного массива с пористостью 7-15%.
Способ укладки в выработанное пространство закладочного материала включает подачу дробленой горной породы в выработанное пространство, укладку ее с образованием заложенного массива, установку в последнем инъекторов и инъектирование твердеющего раствора в поры заложенного массива, причем одновременно с укладкой в выработанное пространство дробленой скальной породы в части его объема осуществляют равномерно распределенное вибрационное воздействие, посредством которого укладывают ее с максимально возможным коэффициентом относительной плотности сложения. Твердеющий раствор для каждого участка может выбираться в зависимости от состояния руды в его кровле и напряженного состояния массива в нем. 3 с. и 30 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известен состав закладочной смеси (см. авт. св. СССР 1620656, E 21 F 15/00, опубл. БИ 2, 1991 г.), включающий мерзлую породу, дополнительный заполнитель и водный раствор поверхностно-активного вещества. В качестве дополнительного заполнителя используют песок при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дробленые мерзлые породы — 59,4-64,4 Песок — 24,8-30 Водный раствор поверхностно-активного вещества — остальное, а в качестве водного раствора поверхностно-активного вещества — водный раствор смачивателя ДБ в следующем соотношении, мас.%: Смачиватель ДБ — 0,42-2,6 Вода — Остальное
Недостатком известного состава закладочной смеси является пониженная прочность заложенного из нее массива за счет использования большого количества песка.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является состав закладочной смеси (см. авт. св. СССР 1116184, E 21 F 15/00, С 04 В 31/20, опубл. БИ 36, 1984 г.), включающий дробленую мерзлую породу, воду, дробленый лед и глинистый шлам при следующем соотношении компонентов, мас.%: Дробленые мерзлые породы — 58-62 Глинистый шлам — 6-7,5 Дробленый лед — 20-24 Вода — 10-12,5
Недостатком известного состава закладочной смеси является низкая прочность заложенного из нее массива за счет использования в качестве заполнителя 20-24% льда.
Общеизвестно использование вибрационных воздействий для укладки и уплотнения сыпучих материалов [4] Известен способ возведения закладочного массива в условиях вечной мерзлоты (см. патент РФ 2009329, E 21 F 15/00, опубл. БИ 5, 1994 г.), включающий укладку в выработанном пространстве смеси талых грунтов с водой слоями с размещением между ними компенсирующих слоев из грунтов с весовой влажностью 5-15% и мощностью, определяемой в зависимости от высоты массива и физических параметров укладываемых материалов.
Недостатком известного способа является сложность техники возведения закладочного массива, заключающаяся в необходимости растаивания грунтов и затем в доведении их до полного насыщения водой. Кроме того, потребность в сухой смеси для использования ее в качестве компенсирующих слоев.
Известен также способ возведения искусственного льдопородного целика (см. авт. св. СССР 1544989, Е 21 F 15/00, опубл. БИ 7, 1990 г.), включающий смешивание пустой дробленой породы с дробленым льдом и заполнение выработанного пространства образованной льдопородной смесью с последующим ее уплотнением внешней нагрузкой. При смешивании пустой породы со льдом количество льда по объему берут равным объему внешних пустот, содержащихся в поступающей на смешивание пустой породе, а уплотнение льдопородной смеси производят при давлении 0,4-0,7 МПа.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность возведенного льдопородного целика за счет использования большого количества льда и трудоемкость возведения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ закладки выработанного пространства (см. авт. св. СССР 1016539, Е 21 F 15/00, опубл. БИ 17, 1983 г.), включающий подачу в выработанное пространство сыпучего закладочного материала, установку в сыпучем закладочном массиве инъекторов и нагнетание по ним в закладочный массив твердеющего раствора, причем после подачи в выработанное пространство сыпучего закладочного материала подают литую твердеющую смесь до полного заполнения незабученных пустот, а нагнетание твердеющего раствора в закладочный массив производят после затвердевания указанной смеси.
Недостатком известного технического решения является низкая прочность заложенного массива, большой расход инъектированного твердеющего раствора за счет большой пористости сыпучего закладочного материала.

 

2.2 Смеси для закладки выработанного пространства рудников

Эффективное применение твердеющей закладки на горных предприятиях с различными горно-технологическими условиями с экономической точки зрения возможно только при условии ее приготовления на основе дешевых вяжущих веществ. Так, для возведения искусственных бетонных массивов целесообразно использовать различные вяжущие материалы (цемент, молотые гранулированные шлаки, известь, гипс, котельные золы и т.д.).
Выбор вида вяжущих зависит от ряда разнообразных факторов, к которым относятся: наличие необходимого материала, его стоимость, физико-механические и химические свойства, технологические особенности разработки данного месторождения и др. Тем не менее, на многих горнодобывающих предприятиях при ведении закладочных работ в основном применяется дорогостоящий цемент.
Наиболее эффективными видами сырьевых материалов для производства вяжущих веществ из местных ингридиентов, в качестве заменителя дорогостоящего цемента, являются доменные шлаки и содержащие известь топливные шлаки и золы, обладающие способностью твердеть самостоятельно.
В частности, было разработано вяжущее для хвостов обогащения, аллювиальных песков и других агрегированных материалов, используемых для закладки выработанного пространства, которое содержит железный шлак, цементную пыль или известковую пыль, портландцемент и известь.
С целью создания высокопрочного бетона с высокими фильтрационными свойствами текучести из бедной железной руды был разработан оригинальный состав твердеющей смеси, который включает 1470-1680 кг бедной железной руды с размерами 5-13 мм, 150-180 кг воды затворения, 540-650 кг цемента, 0,65-2,7 кг водопоглощающей добавки и 60-72 кг других добавок.
В результате коэффициент усадки такого бетона не превышает 2,5 см, прочность – более 210 кг/см2, а коэффициент фильтрации – 0,1 см/с.
Еще один состав смеси включает заполнитель, жидкое стекло натриевое, гипс, цемент.
Для улучшения свойств твердеющего массива в закладочную смесь дополнительно вводят флокулянт и мартито-гематитовую железную руду, при соотношении компонентов смеси:
— жидкое стекло натриевое 20-22 %;
— цемент 1-2 %;
— гипс 1-2 %;
— флокулянт 0,002-0,004 %;
— руда железная мартито-гематитовая 1%;
— заполнитель — остальное.
Кроме этого, с целью повышения прочности закладочной смеси, ее однородности, технологичности и удобоукладываемости без потери прочностных показателей, а также замены дорогостоящих природных заполнителей искусственными из техногенных отходов горнометаллургического производства был разработан состав, включающий цемент, молотый гранулированный шлак и воду. [5] При чем, в указанном составе используют цемент марки М300Д20, а в качестве заполнителя — техническую серу (модифицированную йодом) и золу ТЭЦ, предварительно сплавленные друг с другом и размолотые в шаровой мельнице при следующем соотношении, мас.%:
— цемент М300Д20 — 4,2-7,0;
— сера — 19,4-29,26;
— зола ТЭЦ — 10,1-15,24;
— гранулированный шлак — 26,7-39,6;
— йод — 0,0038-0,0058;
— вода — остальное.
Кроме этого существует состав закладочной смеси, содержащий портландцемент, инертный заполнитель, отвальный продукт гидрометаллургического производства цинка, состоящий из натриевого или калиевого ярозита, и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гранулированный доменный шлак крупностью не более 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
— портландцемент — 2,4-7,6;
— измельченный гранулированный доменный шлак — 4,5-10,7;
— отвальный продукт гидрометаллургического производства цинка, состоящий из натриевого или калиевого ярозита — 4-5;
— инертный заполнитель — 56-60;
— вода – остальное
и при соотношении масс шлака к цементу 0,8 3,7.
Для достижения необходимой прочности закладки при минимальном содержании вяжущего был разработан другой состав. В этом случае закладочная смесь содержит, мас.%:
— галитовые отходы переработки калийных руд — 96,5-98,3;
— вяжущее (магнезиальный цемент) — 1-2;
— лигносульфонат — 0,7-1,5%.
Так же был разработан состав закладочной смеси, включающий цемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель и воду, который в качестве инертного заполнителя включает аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком, предварительно обработанные водным раствором сульфата железа (III) Fe(OH)S04, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
— цемент — 4,0-6,8;
— молотый доменный гранулированный шлак — 9,7-16,5;
— аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком -31,7-40,8;
— гидроксосульфат железа (III) — 1,2-2,0;
— вода — остальное.
Известен состав закладочной смеси, содержащий цемент, поверхностно-активную добавку, заполнитель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит аморфные осадки очистки промышленных сточных вод на основе сульфата кальция, а в качестве поверхностно-активной добавки используют бактериальную добавку, содержащую продукты окисления водных растворов сульфата железа (II) и/или пульпы соединений, содержащих железо и серу, в присутствии микроорганизмов Tiobacillus ferrooxidans при следующем соотношении компонентов, вес. %:
— цемент — 4-10,5;
— бактериальная добавка — 0,55-10,2;
— аморфные осадки очистки примышленных сточных вод на основе сульфата кальция — 10,0-60,0;
— заполнитель — 12,5-72,0;
— вода – остальное.
при этом количество бактериальной добавки определяют зависимостью:
(2.1)
где: у — отношение бактериальной добавки к аморфным осадкам очистки промышленных сточных вод;
x — количество цемента в пределах от 4 до 10,5, вес. %.
Для достижения более высокой прочности в состав закладочной смеси, включающей сталелитейный шлак и активизатор — шлам, дополнительно вводят горелые породы шахтных отвалов, а в качестве активизатора используют шлам, полученный в результате нейтрализации известью отработанных электролитов тяговых кислотных аккумуляторов.
С целью экономии цемента (путем его частичной или полной замены отходами производства ферросплавов) была разработана закладочная смесь, которая содержит, %:
— цемент — 2,43-5,58;
— отвальный шлак от выплавки безуглеродистого феррохрома — 12,17 — 19,23;
— заполнитель — 62,45-74,63;
— вода — остальное.
При этом в качестве заполнителя было предложено использовать известняк с преимущественным содержанием фракции крупностью 5-10 мм.
Другая закладочная смесь содержит, мас.%:
— обожженные карбонатные породы вскрыши — 2,0-15;
— измельченные алюмосиликатные породы — 7,5-33,0;
— заполнитель — 32,2-67,5;
— отход от дробления карбонатных пород вскрыши — 0,4-3,0;
— активизатор твердения — 0,4-1,5;
— вода – остальное.
При чем алюмосиликатные породы могут быть представлены цеолитами или вулканическими туфами.
К настоящему времени разработан состав закладочного материала, включающий дробленую горную породу и твердеющую смесь, отличающийся тем, что в качестве дробленой горной породы он содержит дробленую скальную породу с гранулометрическим составом, обеспечивающим после вибрационной укладки ее в выработанное пространство образование заложенного массива с пористостью 7-15%, а в качестве твердеющей смеси — инъектированный в его поры твердеющий раствор.
Необходимо отметить, что инъектирование твердеющего раствора в заложенный массив ведут от кровли к почве выработанного пространства.
Для производства твердеющей закладочной смеси, обретающей желаемую прочность за короткое время твердения и сохраняющую текучесть при производстве работ при отрицательных температурах была разработана смесь, в состав которой входит цемент, вода, высокоэффективная водоудерживающая добавка и холодоустойчивый ускоритель схватывания.
В этом случае, с помощью высокоэффективной водоудерживающей добавки текучесть закладочной смеси поддерживается в течении определенного времени с момента смешивания. А включение противоморозной добавки существенно ускоряет набор прочности твердеющей смесью при низких температурах.
Кроме того, в смесь вводят сгущающие добавки для предотвращения разделения материала по плотности и добавки, препятствующие уменьшению смеси в объеме при схватывании. [1] С целью увеличения подвижности смеси, ускорения твердения и повышения прочности в ранние сроки естественного твердения была разработана специальная смесь. Комплексная добавка для быстротвердеющей смеси, включающая воду, дополнительно содержит хлористый натрий, бишофит и олигомерный продукт конденсации ацетона и формальдегида (олигомер АЦФ) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
— хлористый натрий — 1,5-3,0;
— бишофит — 1,5-3,0;
— олигомер АЦФ — 0,1-0,3;
— вода — остальное.
Для случая, когда состав твердеющей добавки должен обеспечить высокую текучесть, быстрое схватывание, высокую прочность на сжатие, соблюдение требуемых экологических параметров, сопротивление неравномерной осадке и приемлемую себестоимость была разработана особая твердеющая смесь.
Входящее в нее вяжущее имеет следующий массовый состав: 15-30% клинкерной пыли, основанной на ферроаллюминате кальция, 20-60% пыли доменных шлаков, 20 % цемента, 3-20 % гипса и 0,1-3,0 % карбоната калия, ускорителя гидратации.
Еще один разработанный состав смеси для закладки выработанного пространства включает в себя, на 1 м3:
— отходы выщелачивания хвостов обогащения полиметаллических руд — 1380-1590 кг;
— негашеную обожженную, измельченную до крупности 1-3 мм известь — 40-180 кг;
— лигносульфонат натрия — 0,80-1,5 кг;
— вода — остальное до 1 м3.
Для приготовления указанного состава лигносульфонат натрия первоначально растворяют в воде, а затем осуществляют его смешивание с остальными компонентами указанного состава.
С целью получения гипсовых вяжущих — ангидрита и эстрих-гипса на основе использования элементарной серы — техногенного отхода плавки сульфидных концентратов цветных металлов был разработан следующий состав для закладки выработанных пространств.
Для чего при получении гипсового вяжущего термообработкой исходной шихты при повышенной температуре процесса, включающем окисление элементарной серы (S) путем подачи кислородсодержащего дутья в присутствии носителя оксида кальция СаО, носитель оксида кальция предварительно подвергают глубокой сушке до содержания влаги в нем 0-0,5 %, массовое соотношение S, кислорода в дутье O2 и СаО равно 1,0:(1,5-3,0):(1,75-2,62), а температуру процесса поддерживают в пределах 600-1100°С.
В качестве носителя СаО возможно использование (индивидуально или совместно друг с другом) материалов, взятых из группы, включающей оксид кальция, обожженную известь, пушонку, известняк, доломит, высококальциевые шлаки черной металлургии и другие техногенные отходы, обогащенные оксидом кальция.
Носитель СаО предварительно может быть подвергнут глубокой сушке до содержания влаги менее 0,3%. Элементарная сера может быть использована в жидком состоянии. В исходную шихту могут быть введены материалы, содержащие катализаторы твердения.
В качестве материалов, содержащих катализаторы твердения, можно вводить сульфат и бисульфат натрия.
При получении ангидрита температуру поддерживают 600-800°С, а эстрих-гипса — 800-1100°С.
Снижение температуры процесса можно осуществлять путем разубоживания дутья избыточным воздухом или введением отработанных газов, или при помощи охлаждающих труб, или путем введения в шихту ингредиентов, входящих в состав закладочной смеси, взятых из группы: шлак, песок и щебень.

2.3. Обоснование технологической схемы и комплекса оборудования для утилизации текущих хвостов обогащения в выработанном подземном пространстве

В настоящее время проблема эффективного размещения дисперсных отходов обогащения является весьма актуальной для горно-обогатительных предприятий с экономической и экологической точек зрения. Для предотвращения развития экстенсивного накопления отходов производства на дневной поверхности, необходимо особое внимание уделять вопросам рационального их складирования и утилизации.
Анализ практики складирования отходов обогащения указал на то. Что наибольшее распространение получил способ гидронамыва, который заключается в подаче пульпы, содержащей твердую и жидкую фазы, к месту сброса. Тем самым на земной поверхности формируются огромные по занимаемой площади хранилища отходов обогатительного производства, оказывающие негативное воздействие на живую природу, в том числе и на человека [13].
Однако, имеется и положительный опыт использования горными пред- приятиями текущих отходов обогатительного производства в качестве наполнителя для твердеющей закладки выработанного подземного пространства [3]. Так, например, использование хвостов обогащения для гидравлической (ОАО «КМА руда») и твердеющей (Учалинский ГОК. Гайский ГОК. Норильский никель) закладки подземных камер позволяет существенно сократить затраты на формирование искусственного массива.
К достоинствам таких схем следует отнести использование доступного дешевого наполнителя смесей, утилизацию хвостов и. как следствие, сокращение налога за размещение отходов, снижение негативного эко- логического воздействия на окружающую среду. Недостатками является высокая энерго- и материалоемкость операций обезвоживания компонентов в закладочной смеси.
С этих позиций перспективой развития закладки выработанного пространства является изыскание комплекса оборудования, способного размешаться в подземном выработанном пространстве отходов горного и металлургического производств с возможностью обеспечения требуемых реологических характеристик закладочной смеси и необходимой производительности закладочного комплекса рудника.
Изыскание нового оборудования для обезвоживания текущих хвостов обогащения руд в подземных горных выработках является весьма актуальной задачей и представляет большой научный и практический интерес.
Анализ мирового опыта сгушения тонкодисперсных материалов, указал на то, что для сгушения хвостов обогащения в подземных выработках наиболее целесообразны вертикальные сгустители, нашедшие применение в зарубежной практике сгущения хвостов на поверхности [7]. Вертикальные сгустители способны осуществить процесс обезвоживания до 60% при сравнительно небольших габаритных размерах.

 

2.4. Технологическая схема закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения, обезвоженных в подземных выработках

Принципиальная схема закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения, обезвоженных в подземных выработках, представленная на рис. 2.1, включает в себя мероприятия по транспортированию текущих хвостов от обогатительной фабрики до подземного рудника, доставки до узла сгущения, процесс сгущения в подземном выработанном пространстве, разгрузку сгущенных хвостов, смешивание их со связующими компонентами в смесителях и транспортировку полученной смеси в закладочную выработку.

Рисунок 2.1 — Принципиальная технологическая схема закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения, обезвоженных в подземном выработанном пространстве
Для реализации предложенной технологии утилизации хвостов обогащения в выработанном подземном пространстве была предложена горнотехническая система, представленная на рис. 2.2

Рисунок 2.2 — Горнотехническая система закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения, обезвоженных в подземном выработанном пространстве
Данный способ позволит транспортировать текущие хвосты обогащения на сотни километров, что в свою очередь решит проблему закладки выработанного пространства на основе хвостов обогащения для отдаленных маломощных месторождений.
Заключение

Гайский горно-обогатительный комбинат (Гайский ГОК) — это крупнейшее горно-добывающее предприятие Урала. По добыче меди оно занимает 2 место в России.
Уникальность гайского рудника состоит в том, что на сегодняшний день он является самой глубокой действующей шахтой в СНГ и Европе, добывающей руду, в которой содержатся медь, серебро и золото. Например, ствол шахты «Новая» пройден на глубину 1418 метров. Сейчас работы ведутся на глубине 830 — 1310 метров, а общая протяженность горизонтов составляет порядка 350 км. По сути, это целый подземный город с различными производственными участками. Находится Гайский ГОК в городе Гай, что в Оренбургской области. Основная продукция медный и цинковый концентрат.
Итак, цели и задачи практики выполнены.

Список использованной литературы

1. Буриев И.М., Тодинов П.А. Исследования по подбору составов закладочных смесей с использованием породной части хвостов обогащения. Сибирский федеральный университет
2. Дроздова И.В.. Оценка экономической эффективности проектных решений. Учебно-методическое пособие. Изд-во УГГГА, Екатеринбург 2013. – 49 с.
3. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом ПБ 03–498–02 М.2013 г.
4. Закладочные работы в шахтах. Справочник / Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. – М.: Недра, 2016 – 400 с.
5. Иванов П.Л.. Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. — М.: Высшая школа, 2014, с. 89-100
6. Нормы технологического проектирования горнорудных предприятий цветной металлургии с открытым способом разработки. ВНТП 35 – 86.
7. Отчет о разведке Гайского медноколчеданного месторождения на Южном Урале за 2007–2017 гг. с подсчетом запасов по состоянию на 01 сентября 2017 г.
8. Олизаренко В.В., Шарипов Р.Х., Туркин И.С. Закладка выработанных пространств рудников с применением вертикальных сгустителей / Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: сб. науч. тр. – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГГУ», 2017 – С. 206–210.
9. Постановление Госстроя СССР от 27.02.89 г. №30 по изменению №1 СНиП 2.06.14–85 («Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод»)
10. Параметры и организация процессов на карьерах: Учебно-методическое пособие / Сорокин Л.А. – Екатеринбург: изд УГГГА, 2011. – 81 с
11. Справочник. Открытые горные работы/К.Н. Трубецкой, М.Г. Потапов, К.Е. Винницкий, Н.Н. Мельников и др.-М.: Горное бюро, 2014–590 с.
12. СНиП 2.05.07–91 Промышленный транспорт
13. Технология открытых горных работ: Учебно-методическое пособие/А.А. Сорокин. – Екатеринбург: Изд. УГГГА, 2010–70 с
14. Трубецкой К.Н., Чантурия В.А., Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В. Комплексное освоение месторождений и глубокая переработка минерального сырья. – М.: Наука,2016 – 437 с.
15. Утвержденный ГКЗ СССР Протокол №8018 от 10.02.1978 г
16. Шелест А.Т., Беляев В.Л. Геомеханика: Учебное пособие.-Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2011. – 186 с.