CC BY
184
УДК: 550.8(546.59)
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ХВОСТОХРАНИЛИЩА НЕЖДАНИНСКОЙ ЗОЛОТОИЗВЛЕКАТЕЛЬНОЙ ФАБРИКИ
THE ENGINEERING-GEOLOGICAL SUBSTANTIATION OF TECHNOLOGICAL SCHEMES IN DESIGN OF NEZHDANINSK GOLD PROCESSING PLANT TAILINGS DAM
Фёдоров Андрей Андреевич,
ведущий инженер, e-mail: [email protected]
Fedorov Andrey A. leading engineer Сясько Андрей Александрович, канд. техн.наук, доцент e-mail: [email protected]
Syasko Andrey А.1, С. Sc. (Engineering), associate professor Редлих Элла Федоровна, старший преподаватель e-mail: [email protected]
Redih Ella F., assistant professor, [email protected]
Технический институт (филиал) Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Ам-мосова, Россия, 678960, г. Нерюнгри, ул. Кравченко, 16
TI (b) North-Eastern Federal University in Nerungry, Republic of Sakha (Yakutia), Russian Federation (678960), Nerungry, Kravchenko St., 16
Аннотация. Актуальность работы обусловлена необходимостью выбора надежных конструктив-но-технологических решений организации хвостохранилищ в специфических условиях криолитозоны. Такие хвостохранилища имеют определенные особенности, связанные с тем, что возводятся они в значительно более сложных условиях и оказывают существенное влияние на состояние окружающей среды. Вместе с тем, хвостохранилища имеют повышенную экологическую и техногенную опасность, поэтому следует уделять особое внимание при проектировании и дальнейшей эксплуатации, игнорирование этих факторов может привести к катастрофическим последствиям. Яркими примерами служат аварии на хвостохранилищах Кумтор (Киргизия), Fundao (Бразилия), Mount Polley (Канада) и др.
Цель работы: обоснование наиболее безопасного и надежного варианта организации хвостохранилища Нежданинского горно-обогатительного комбината.
Методы исследования: комплексный анализ факторов.
Заключение. В существующих условиях гарантированно обеспечить надежное складирование хвостов золотоизвлекательной фабрики с использованием наливных и намывных схем организации хвостохранилища не представляется возможным, так как требуются применение сложных, дорогостоящих инженерных мероприятий. Также высок риск возникновения гидродинамической аварии. Примеры утилизации хвостов на аналогичных предприятиях, в условиях ограничения участка складирования и его расположения над объектами площадки предприятия отсутствуют.
Основным решением для обеспечения безопасного состояния гидротехнических сооружений золотоизвлекательной фабрики является максимально возможное снижение объема жидкой фазы поступающей в емкость накопителя (полигона) совместно с хвостами обогащения.
В качестве наиболее надежных и безопасных вариантов организации хвостового хозяйства могут рассматриваться две технологических схемы хранилища хвостов обогащения и одна - хвостов гидрометаллургии, в том числе:
- Хвостов обогащения:
а) В «сухом» виде.
б) В пастообразном состоянии, в специальном отсеке, с сохранением замороженного состояния основного массива отходов и грунтов основания.
в) Хвостов гидрометаллургии - в «сухом» виде, на отдельно расположенном полигоне.
Abstract. The relevance of the research is due to the need to choose a reliable design and technology solutions of organization the tailings in cryolithozone of specific conditions. These tailings have certain features, associated with the fact that they are built in much more difficult conditions and have a significant impact on the environment. At the same time, the tailings have an increased environmental and technogenic danger, so you should pay special attention to the design and subsequent exploitation, ignoring these factors can lead to catastrophic consequences. Obvious examples are the accident at the Kumtor tailing (Kyrgyzstan), Fundao (Brazil), Mount Polley (Canada), and others.
The objective of the work: To study the most secure and reliable version of organization the tailings of Nezhdaninsk mining and processing enterprise.
The methods of investigation: a comprehensive analysis offactors.
Conclusion: In the current environment to provide reliable storage of the gold recovery plant of tailings using upstream and downstream types of tailings organization schemes is not possible, as it requires the use of complex, expensive engineering measures. It is also a high risk of hydrodynamic accident. Examples of tailings disposal in similar enterprises in the conditions of limited storage site and its location on the site of the enterprise objects are missing.
The main solution to ensure the safe condition of hydraulic structures of gold recovery plant is the maximum possible reduction in volume of the liquid phase, coming into the storage capacity (landfill), together with tails of enrichment.
As the most reliable and secure options for tailings facilities two technological schemes of processing tailings storage facility can be considered and one - hydrometallurgy of tailings, including:
- Processing tailings:
a) In the "dry"form.
b) In the pasty state, in a special section, while maintaining the frozen state of the main body of waste and soil foundation.
c) Hydrometallurgy tailing - in the "dry"form, located on a separate site.
Ключевые слова: Нежданинское золоторудное месторождение, хвостохранилище, криолитозона, намывной тип, наливной тип, складирование пастообразных хвостов, складирование «сухих» хвостов, хвосты гидрометаллургии.
Keywords: Nezhdaninsk gold ore field, tailings dam, cryolithozone, upstream type, downstream type, the storage of paste like tailings, the storage of "dry" tailings, hydrometallurgical tailings.
Введение
Обоснование надежных конструктивно-технологических решений организации хвосто-хранилищ в специфических природных условиях криолитозоны (суровый климат, вечная и сезонная мерзлота, криогенные процессы) является важной задачей, имеющей большое народнохозяйственное значениеи должно читывать все опасные процессы и воздействия [4,12].
Горнометаллургическое производство связано с образованием большого количества отвальных отходов обогащения, из которых в дальнейшем формируются хвостохранилища. На Нежданин-ском горно-обогатительном комбинате в результате переработки золотосодержащей рудыобразуют-ся хвосты обогащения (примерно 90% суммарного объема) и, с применением цианидов, хвосты гидрометаллургии.
Учитывая природно-климатические условия, опыт утилизации отходов золотосодержащей руды, в статье будут рассмотрены технологические схемы организации хвостов обогащения и хвостов гидрометаллургии и предложены оптимальные
варианты.
Постановка проблемы
Хвостохранилища, проектируемые в криоли-тозоне, имеют определенные особенности, обусловленные тем, что возводятся они в значительно более сложных условиях и оказывают существенное влияние на состояние окружающей среды [2,4].
Единственным, пригодным для укладки 40 млн.куб.м. хвостов обогащения Нежданинской золотоизвлекательной фабрики участком в районе расположения месторождения, является долина р. Озерный, с расположенным на водоразделе р. Мал. Кидерики и Кур ум озером Мертвое (рис.1).
При проектировании хвостохранилища был проведен комплекс геофизических исследований, который позволил изучить геологическое строение района исследования, выявить неблагоприятные явления (фильтрационные процессы, погребенные льды, разрывные нарушения) и установить степень сейсмической опасности (рис.2.) [13].
Кроме того, при планировании учитываются планируемый, суммарный и годовой выход хво-
стов, действующие экологические нормативы, результаты исследований, климатические условия района и условия обеспечения безопасности гидротехнических сооружений в течении периода эксплуатации [1,5].
Жидкая фаза циансодержащих хвостов гидрометаллургии содержит вредные химические ком-
- экстремально суровые климатические условия с продолжительным (около 8-ми месяцев в году) морозным периодом и ураганными ветрами до 25 м\сек, коротким периодом положительных температур.
- наличие в основании «вечной» мерзлоты, мощностью от 120 до 350 м.
:
р.Курум
единственный пригодный для укладки хвостов участок
р.М.Кидерики
£p°sle
Рис.1. Участок для укладки хвостов обогащения (снимок GoogleEarth). Fig.l. Sector for impoundment (Google Earth image).
поненты и в окружающую среду поступать не должны [1].
Для складирования хвостов могут быть рассмотрены следующиеварианты хвостового хозяйства:
1. Наливное хвостохранилище.
2. Хвостохранилище намывного типа [10].
3. Хвостохранилище со складированием пастообразных (без выделения жидкой фазы пульпы) хвостов обогащения и раздельной укладкой «сухих» хвостов гидрометаллургии.
4. Складирование «сухих» хвостов на подготовленных раздельных полигонах, без организации хвостохранилища [7].
Определяющими условия и технологические решения организации хвостохранилищ факторами являются:
- степень сейсмической опасности, от которой зависят дополнительные затраты на проектирование и строительство в расчете на повышенную интенсивность (балльность), либо существует вероятность появления затрат на возможное укрепление сооружения по показателям текущей сейсмичности [13].
- отсутствие достаточного объема запасов грунтов (глин и суглинков), пригодных для устройства противофильтрационных экранов и обратных фильтров, так как в пределах района развиты пермские отложения алевролитового состава, представленные щебенистыми и щебени-сто-глыбовыми грунтами с супесчаным заполнителем.
- каньонообразная конфигурация долин ручьев Озерный и Мал. Кидерики, требующая для накопления достаточного объема «подпиточной» воды, возведения водоудерживающих дамб высотой до 50м. Стесненные условияи ограниченная возмож-ностьлинейного развития площадки. С ростом уровня заполнения уклоны поверхности бортов имеющихся долин ручьеврезко возрастают с 9-12% в нижней частидо 25-30% и болеена высоте более 40-60м.
- экстремальный гидрограф прохождения лет-нихпаводков, при которых объем стоков, по сравнению с нормальными расходамиувеличивается в сотни раз ина р. Тыры составляет до 800 мз\сек, на р.Мал. Кидерики -около 200 мз\сек, что в случае устройства в долине пруда-накопителя требует
строительства сложных, ответственных и дорогостоящих водосбросных сооружений [11].
- ограниченность источников дополнительного водоснабжения.Болыная часть годового стока реки Тыры формируется в летний период (80 %), а в холодное время года все местные водотоки перемерзают. Кроме реки Тыры, все местные водотоки в холодное (основное) время года полностью перемерзают. Единственным источником водоснабжения в зимний период является подмерзлот-ные воды [3,9].
- Технологический процесс фабрики должен полностью обеспечиваться за счет устойчивого и надежного оборотного водоснабжения, а для восполнения естественных потерь требуется органи-зацияотстойного или накопительного пруда.
1. Варианты организации хвостохранилищ.
1.1. Хвостохранилище намывного типа. Учитывая экстремальные климатические условия района и высокую (в среднем более 5 м\год, в
последующий намыв ограждающей дамбы тонкодисперсными хвостами за короткий относительно теплый период практически невозможно. Продление же намывного периода и ведение гидравлического складирования хвостов при пониженных температурах окружающей среды приведет к дополнительному нарушению условий устойчивости основной (намывной) ограждающей дамбы и повышению опасности развития гидродинамической аварии со всеми вытекающими последствиями [13].
Данные обстоятельства, в том числе высокая интенсивность заполнения хвостохранилища не позволяют использовать основные преимущества намывной технологии: - снижение объема отсыпки привозного грунта, за счет использования в качестве строительного материала самих хвостовых отложений иповышение общей безопасности-сооружения вследствие создания надводного пляжа шириной более 50м, снижения кривой депрес-
Рис.2. Карта потенциально опасных инженерно-геологических явлений. Fig. 2. Map of potentially hazardous engineering-geological processes.
начальный период - до 15-20м\год) интенсивность сии в теле плотины и гидростатического напора на заполнения емкости хвостохранилища в долине сооружение.
озеро Мертвое, обеспечить оттаивание пляжа и Для предупреждения оттаивания основания, а
1ССИВ11ЫХ
погребенных льДов
\ V
Зоны возможней фильтрации I рун.юрых иод
как следствие - снижения сцепляющих свойств грунтов и оползания сооружения по уклону долины, должны быть также внедрены дорогостоящие инженерно-технические мероприятия по предупреждению их оттаивания в результате заполнения накопителя теплой пульпой.
Организация на Нежданинской золотоизвле-кательной фабрике хвостохранилища намывного типа не позволяет надежно обеспечить безопасность гидротехнических сооружений, усложняет условия эксплуатации, технически затруднена.
1.2. Хвостохранилище наливного типа. Технология простого заполнения подготовленной емкости является наиболее простой при эксплуатации, может быть внедрена без дополнительного сгущения хвостов, но требует внедрения дорогостоящих мероприятий по подготовке накопителя к складированию хвостов и потенциально наиболее опасна из всех имеющихся способов утилизации жидких отходов [14].
Единовременное или поэтапное возведение водоудерживающей плотины сложной конструкции конечной высотой около 100м, с расположе-ниемна промороженных,обломочных грунтах,не имеет прямых аналогов. При этом, как и на намывном хвостохранилище, необходимо обязательное внедрение дорогостоящих инженерных мероприятий по обеспечению мерзлого состояния основания и устойчивости ограждающей дамбы.
Хвостохранилище с «жидким» ядром и отстойным прудом, с повышенной опасностью развития гидродинамической аварии будет располагаться над площадкой золотоизвлекательной фабрики и поселка Нежданинский. Для снижения возможных последствий при развитии потенциально возможной аварии потребуется строительство мощных защитных сооружений в виде отводящих плотин и каналов.
Глубина «вечной» мерзлоты в районе Нежданинской ЗИФ превышает 150м. Толщина слоя непрочного, наносного грунта, который потребуется при первоначальном строительстве вынимать, составляет не менее 6-15м. На бортах долины ручья развиваются процессы солифлюкции (оползания, верхних разрушенных слоев по слоям льдистых, более прочных грунтов), которые при определенных обстоятельствахмогут привести к непредвиденному, мгновенномупереполнению пруда. В результате надежная безопасность сооружения обеспечена быть не может.
Чрезвычайно сложные условия строительства и эксплуатации водоудерживающей плотины высотой более 100м, не позволяют обеспечить гарантированную безопасность хвостохранилища, поэтому вариант с хранилищем хвостов наливного типа является нецелесообразным, экологически и технически опасным, затратным.
Потенциально положительными обстоятельствами приорганизации накопителя намывного типа являются:
- необязательность сгущения хвостов.
- возможность прямого использования стоков системы водоотведения, для восполнения потерь воды, без строительства большого пруда-накопителя.
1.3. Складирование «сухих» хвостов: По этому варианту на золотоизвлекательной фабрике организовывается комплекс обезвоживания хвостов. В состав комплекса входят: отделение сгущения исходной хвостовой пульпы и отделение фильтрации [14].
Сливфильтрации возвращается в сгуститель. Осветленный слив сгустителя подается в систему оборотного водоснабжения ЗИФ для повторного использования. «Сухие» хвосты транспортируются за пределы цеха наклонным конвейером, откуда погрузчиками грузятся наавтотранспорт ивыво-зятся на полигон для складирования отходов.
Для обеспечения правил техники безопасности при ведении горных работ, складирование «сухих» хвостов осуществляется уступами высотой не более 10-12 метров, с последовательным наращиванием и подъемом средней отметкина следующую высоту заполнения.
Недостатками технологической схемы организации хвостового хозяйства со складированием «сухих» хвостов обогащения являются:
- трудоемкая и затратная подготовка отходов обогатительного передела к складированию, включая операцию обезвоживания предварительно сгущенных хвостов.
- трудоемкая и экономически затратная доставка хвостов автотранспортом в условиях постоянного увеличения высоты подъема и расстояния перевозки.
- отсутствие резервной системы утилизации хвостов при непредвиденной долговременной-остановке отделения фильтрации; в случае кратковременных, до 2-6 часов остановок хвостовая пульпа может сбрасываться в аварийный бассейн с последующей его очисткой.
К объективным, основным и определяющим преимуществам этого способа относятся:
- абсолютная безопасность сооружения»; отсутствие в составе ЗИФ гидротехнических сооружений.
- минимальный объем земляных работ пускового и последующих комплексов строительства.
- практически 100% использования отведенной емкости накопителя за счет равномерной укладки хвостов по площади заполнения.
- отсутствие необходимости выполнения трудоемкой подготовки основания плотин.
- отсутствие необходимости отсыпки ограждающей дамбы.
- минимальные потери воды, максимальное оборотное водоснабжение неохлажденной водой внутри золотоизвлекательной фабрики, наименьший объем требуемой подпитки.
- отработанная,надежная и достаточно простая технология обезвоживания хвостов.
1.4. Складированиеглубоко сгущенной хвостовой пульпы в «замороженное» хвостохрани-лище. Данным вариантом предлагается организация комплекса глубокого сгущения хвостовой пульпы до состояния пасты, почти не сегрегирующей при укладке, так как жидкая фаза такой пульпы является полностью связанной и во внешнюю среду не выделяется [14]. Полученная таким образом суспензия транспортируется гидравлическим способом посредством объемного насоса. Теплоемкость перекачиваемой массы минимальная [15].
В холодное, основное время года хвосты равномерно сбрасываются сбортов накопителя и полностью замораживаются, летом сброс осуществляется в любом удобном для складирования и не образующим замкнутую внутреннюю полость, участке. В качестве оградительных сооружений хранилища используются, последовательно наращиваемые (или отсыпаемые сразу) в процессе эксплуатации, простые по конструкции, насыпииз грунта вскрышных пород карьера руды с небольшой дренажной призмой из сортированного скального грунта.
Максимальная высота низовой, ближайшей к золотоизвлекательной фабрике дамбы при завершении эксплуатации не превысит 100м. Для временной откачки воды из емкости временного (паводкового) прудка, который возможно будет возникать в периоды прохождения осадков или таяния снега возможноиспользование передвижной насоснойстанции со сбросом стоков в нижерасположенный пруд-накопитель или в окружающую среду.
При технологически правильном, организованном складировании хвостов, такое хвостохра-нилище будет являться массивом из замороженно-готехногенного грунта, ограниченного местностью и насыпными, оградительнымидренажными призмами.
Складирование глубокосгущенных, пастообразных хвостов имеет ряд экологических и геотехнических преимуществ:
- отсутствие отстойного пруда, повышенная безопасность накопителя.
- отсутствие необходимости возведения конструктивно сложной, водоудерживающей дамбы с экраном, обратным фильтром и специально подготовленным основанием.
-возможность использования для отсыпки дамб любого местного грунта, в том числе отвалов вскрышных пород.
- отсутствие необходимости выемки в основании дамб разрушенных пород толщиной слоя до 15м.
- сохранение простого гидравлическогоспосо-ба транспортирования хвостов на участки склади-
рования с использованием мембранно-поршневого насоса объемного действия.
Основные недостатки:
- Прогнозируемо крутая с уклонами 4-6% поверхность хвостовых отложений, требую-щаяукладки хвостов с обоих бортов хвостохрани-лища и ограждающих призм и как следствие несколько более низкий, чем при «сухом» складировании или «традиционных» технологиях, коэффициент использования емкости накопителя.
- несколько большим, по сравнению с «сухим» складированием, объем отсыпки.
- повышенные требования к качеству организации сгущения игидротранспорта сгущенных хвостов, опасность «посадки» трубопроводов при ошибках в эксплуатации.
- высокое рабочее давление в пульпопроводах (при пуске - до бОати), необходимость использования труб с толщиной стенки 15-20мм (предварительно, уточняется расчетами с учетом рабочего давления в трубах).
- увеличенный абразивный износ труб пульпопроводов.
- дополнительное увеличение объема складирования примерно из-за превращения жидкой фазы пульпы в лед (удельный вес 0.918 г\смз)в основное время года примерно на 2-3%.
- отсутствие полной гарантии по обеспечению непромерзаемости основания и как следствие -снижения безопасности сооружения.
- необходимость использования сложного и относительно дорогостоящего, объемногонасоса импортного производства.
2. Складирование хвостов гидрометаллургии. Независимо от принятого варианта утилизации основных хвостов обогащения удобное и экономически целесообразное место, достаточной площади (из условий осветления стоков - как минимум 0.4-0.5 км2) , пригодное для организации отдельного отсека с «традиционной», гидравлической (наливной, намывной или конусной) укладкой хвостов гидрометаллургии, в объеме до 300 тыс.мз\год (5.9 млн.мз за период эксплуатации)в районе строительства Нежданинского горнообогатительного комбината отсутствует.
Сопутствующим усложняющим фактором применения «мокрой» технологии является также относительно небольшой расход исходной хвостовой пульпы. Обеспечить в существующих условиях устойчивое и надежное оборотное водоснабжение из «мокрого» хвостохранилища в суровых климатических условиях, при удалении от золотоизвлекательной фабрики на расстоянии более 1.5-2 км затруднительно.
Поэтому наиболее рациональным способом утилизации хвостовгидрометаллургии являет-сяобезвоживание и складирование ихна отдельном, расположенномрядом с фабрикой полигоне. Пригодный дляэтого участок местности расположен наборту долины р. Озерный. Достав-
ку«сухих» хвостов на полигон предполагается осуществлятьавтотранспортом на расстояние около! км.
Технологическая операция обезвоживания предусматривает предварительное сгущение хвостовой пульпы до 55-60% концентрации в радиальном, высокопроизводительном сгустителе.
Относительно небольшое (около 12% суммарного объема) количество хвостов и достаточно апробированная технология позволяют внедрить указанный способ без значительных технических проблем.
Для предупреждения поступления в окружающую среду загрязняющих веществ, основание полигона защищается от прямой фильтрации полиэтиленовой пленкой, а внешние дренажные стоки перехватываются и направляютсяв пруд-накопитель или непосредственно возвращаются в технологический процесс.
Заключение
1. В существующих условиях гарантированно обеспечить надежное складирование хвостов золотоизвлекательной фабрики с использованием наливных и намывных схем организации хвостохранилища не представляется возможным, так как требуются применение сложных, дорогостоящих инженерных мероприятий. По результатам геофизических исследований были выделены опасные геологические процессы: массивы погребенных льдов, высокопроницаемые зоны фильтрации и разрывные нарушения, которые показали непригодность выбранных площадок для целей размещения объектов производственного назначения, а именно хвостохранилища наливного и намывного типов, так как достаточно высок риск экологического загрязнения окружающей среды циансодер-жащими хвостами гидрометаллургии и возникновения гидродинамической аварии, основной причиной которых является локальное или полное разрушение ограждающих дамб, вследствие формирования в теле дамб водопроводящих каналов и размыва, которым могут поспособствовать фильтрационные процессы, даже незначительные землетрясения, деградация толщи многолетнемерз-лых пород[6, 8, 13]. Примеры утилизации хвостов на аналогичных предприятиях, в условиях ограничения участка складирования и его расположения над объектами площадки предприятия отсутствуют.
Основным решением для обеспечения безопасного состояния гидротехнических сооружений золотоизвлекательной фабрики является максимально возможное снижение объема жидкой фазы поступающей в емкость накопителя (полигона) совместно с хвостами обогащения.
Действующие технологические схемы сгущения и обезвоживания хвостов на многих предприятиях мира, а также системы обезвоживания большого объема концентратов на крупных металлургических комбинатах, черной и цветной металлургии функционируют достаточно надежно и устойчиво в течение длительного времени.
В качестве наиболее надежных и безопасных вариантов организации хвостового хозяйства могут рассматриваться две технологических схемы хранилища хвостов обогащения и одна - хвостов гидрометаллургии, в том числе:
- Хвостов обогащения:
а) В «сухом» виде.
б) В пастообразном состоянии, в специальном отсеке, с сохранением замороженного состояния основного массива отходов и грунтов основания.
в) Хвостов гидрометаллургии - в «сухом» виде, на отдельно расположенном полигоне.
Дополнительным и положительным фактором предложенных технологий служат также прогнозируемо полное замерзание остаточного объема жидкой фазы сгущенных или «сухих» хвостов, поступающих в хвостохранилище в основной (холодный) период года и потенциально незначительное оттаивание за короткое, северное лето.
2. Организация пруда-накопителя большого объема, для восполнения потерь воды с хвостами и технического водоснабжения фабрики «чистой» водой требует строительства высокой (30-50м) водоудерживающей дамбы с противофильтраци-онным экраном, системой предупреждения оттаивания основания и повышенной опасностьюразви-тия гидродинамической аварии со всеми вытекающими последствиями, в том числе полной остановкой фабрики. Предпочтительным является вариант с основной схемой технического водоснабжения фабрики посредством системы подземных скважин с подачей подмерзлотной воды, имеющейся, согласно данным предварительных изысканий в достаточном количестве в бассейне р. Ты-ры.
3. Для обоснования технических решений и определения оптимального варианта строительства обязательно необходимо:
- проведение научно-технических исследований по определению сгущаемости и фильтруемо-сти обоих видов хвостов.
- выполнение дополнительных инженерно-геологических изысканий на площадке строительства.
- дополнительное изучение режима и характеристик подземных вод в бассейне р. Тыры.
- определение реологических свойств сгущенных пастообразных хвостов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Александров Т.Н., Липина Л.Н. Обоснование методов обезвреживания цианистых стоков при переработке золотосодержащих руд. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). №9/2010. с. 116-121.
2. Бутюгин В.В. Геоэкологические принципы эксплуатации хвостохранилищ в криолитозоне. Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2006, №1(12), с. 140-147.
3. Гамянин Г.Н., Бортников Н.С., Алпатов В.В. Нежданинское рудное месторождение - уникальное месторождение Северо-Востока России. - М.: ГЕОС, 2001. - 227 с.
4. Глотов В.Е., Л.П. Глотова, А.П. Бульбан, И.Д. Митрофанов. Хвостохранилище Карамкенского горно-металлургического комбината: инженерно-геологические проблемы и причины авариного разрушения. Вестник ДВО РАН. 2010. №3, С.31-39.
5. Евдокимов П.Д., Сазонов Г.Т. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. - М.: Недра, 1978. - 439 с.
6. Калашник А.И., Калашник Н.А. Исследования ограждающего насыпного гидротехнического сооружения как прототипа дамбы хвостохранилища горно-обогатительного предприятия. Вестник Кольского научного центра РАН, №1(12)/2013, с.27-30.
7. Кириченко Ю.В., Зайцев М.П., Кравченко А.Н. Инженерно-геологические особенности формирования хвостохранилищ. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Выпуск 7/2006, с. 116-125.
8. Кузнецов Г.И. Накопители промышленных отходов в криолитозоне: автореф. дис. на соиск. учен.степ, д-ра техн. наук (05.23.07) / Красноярский государственный технический институт. Красноярск, 1999 г. 40 с.
9. Пьянников П.В. Лимитирующие техногенные факторы при разработке жильных месторождений в криолитозоне. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Выпуск 1/2007, с. 383-392.
10. Рекомендации по проектированию сооружений хвостохранилищ в суровых климатических условиях / Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (ВОДГЕО) Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1977. - 152 с.
11. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Том 17. Лено-Индигирский район / Под редакцией А.В.Шестакова. Гидрометеоиздат, 1967. 443 с.
12. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. Минстрой России. - М.: ГП ЦПП, 1996.-9 с.
13. Федоров А.А., Сясько А.А. Выделение опасных геологических процессов объектов производственного назначения / Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. №6. с. 64-70.
14. Чуянов Г.Г. Хвостохранилища и очистка сточных вод: Екатеринбург: Изд. УГГГА, 1998. - 246 с.
15. Шершнев А.А. Технологические схемы складирования хвостов обогащения в подготовленные отвалы вскрышных пород. Международный научно-исследовательский журнал, № 11-3(18)/2013. - с 96-97.
REFERENCES
1. AleksandrovT.N., Lipina L.N. Obosnovanie metodov obezvrezhivaniya tsianistykh stokov pri pererabotke zolotosoderzhashchikh rud [Substantiation of cyanide effluent neutralization methods during the gold ore processing]. Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal).no. 9. 2010. pp. 116-121.
2. Butyugin V.V. Geoekologicheskie printsipy ekspluatatsii khvostokhranilishch v kriolitozone [Geoecologi-cal principles of exploration tailings tips in cryolite zone]. Bulletin of the Russian University of Peoples Friendship, a series of engeenering studies. 2006. no. 1(12), pp. 140-147.
3. Gamyanin G.N., Bortnikov N.S., Alpatov V.V. Nezhdaninskoe rudnoe mestorozhdenie - unikalnoe mes-torozhdenie Severo-Vostoka Rossii [The ore field Nezhdaninskoe - the unique field of North-East Russia]. Moscow, GEOS Publ., 2001. 227 p.
4. Glotov V.E., Glotova L.P., Bulban A.P., Mitrofanov I.D. Khvostokhranilishche Karamkenskogo gorno-metallurgicheskogo kombinata: inzhenerno-geologicheskie problemi I prichiny avariynogo razrusheniya [Karamken mining and smelting enterprise tailings dam: geotechnical problems and causes of accidental destruction]. Bulletin of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences. 2010. no. 3, pp.31 -39.
5. Evdokimov P.D., Sazonov G.T. Proektirovanie I ekspluatatsiya khvostovykh khozyaystv obogatitelnykh fabric [Design and exploitation of concentrating mills tail facilities]. - Moscow: Nedra Publ., 1978. - 439 p.
6. Kalashnik A.I., KalashnikN .A.Issledovaniya ograzhdayushchego nasypnogo gidrotekhnicheskogo sooru-zheniya как prototipa damby khvostokhranilishcha gorno-obogatitelnogo predpriyatiya [Enclosure piled hydro-technical utilities researches as a prototype of miner and processor tailings dam]. Bulletin of the Kola Science Centre, Russian Academy of Sciences, no. 1(12)/2013, pp.27-30.
7. KirichenkoY.V., Zaycev M.P., Kravchenko A.N. Inzhenerno-geologicheskie osobennosti formirovaniya khvostokhranilishch [Engineering-geological features of tailings dam formation] Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal), no. 7. 2006. pp. 116-125.
8. Kuznetsov G.I. Nakopitelipromyshlennykh otkhodov v kriolitozone: autoref. dis. Na soisk. uchen. step, d-ratekhn. nauk (05.23.07) [Industrial wastes pond in cryolithozone Dr. Diss.] / Krasnoyarsk State Technical Institute. Krasnoyarsk, 1999.40 р.
9. Pyannikov P.V. Limitiruyushchie tekhnogennye factory pri razrabotke zhilnykh mestorozhdeniy v kriolitozone [Limiting man-made factors in the development of vein deposits in cryolithozone]. Mining informational and analytical bulletin (scientific and technical journal). Issue 1/2007, pp. 383-392.
10. Vsesoyuzny nauchno issledovatelskiy institute vodosnabzheniya, kanalizatsii, gidrotekhnicheskikh sooruzheniyi inzhenernoy gidrogeologii (VODGEO) Gosstroya SSSR. Rekomendatsii po proektirovaniyu sooru-zheniy khvostokhranilishch v surovykh klimaticheskikh usloviyakh [Union Scientific Research Institute of the water supply, sewage, waterworks and engineering hydrogeology (VODGEO) of the USSR State Committee for Construction, Architectural and Housing Policy. Recommendations for design of tailings dams in rough environments]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1977. 152 p.
11. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Osnovnye gidrologicheskie kharakteristiki. Tom 17. Leno-Indigirskiy rayon [Surface water recources of the USSR.The main hydrological characteristics.Volume 17. Le-no-Indigirka area] / edited by A.V.Shestakov. Gidrometeoizdat Publ., 1967. 443 p.
12. SNiP 22-01-95. Geofizika opasnykh prirodnykh vozdeystviy. MinstroyRossii [Construction Norms & Regulations 22-01-95. Geophysics of dangerous weathering.Ministry of Construction, Housing and Utilities of the Russian Federation].Moscow, GP TsPP, 1996. 9 p.
13. Fedorov A.A., Syasko A.A. Vydelenie opasnykh geologicheskikh protsessov ob"ektov proizvodstven-nogo naznacheniya [Highlighting the geological hazards of industrial facilities of the deposit «Nezhdaninskoe»] / Bulletin of the Tomsk polytechnic university. Geo assets engeneering, vol, 327, № 6, 2016, pp. 64-70.
14. Chuyanov G.G. Khvostokhranilishcha I ochistka stochnykh vod [Tailings dam and sewage water treatment]. Ekaterinburg, UGGGA Publ., 1998. 246 p.
15. Shershnev A.A. Tekhnologicheskie skhemy skladirovaniya khvostov obogashcheniya v podgotovlennye otvaly vskryshnykh porod [Technological schemes of concentration tailings impoundment into prepared dumps of overburden rocks]. International Journal of Scientific Research, no. 11-3(18)/2013. - pp. 96-97.
Поступило в редакцию 26.07.2016 Received 26 July 2016
УДК 622.272.6: 519.21
МЕТОДИКА, ХОД И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ
METHODOLOGY, PROGRESS AND RESULTS OF THE RESEARCH PROCESS SPONTANEOUS COMBUSTION OF COAL
Торро Виктор Оскарович,
ст. преподаватель, e-mail: [email protected] Torro Victor О., senior teacher Ремезов Анатолий Владимирович , д.т.н. профессор, e-mail: [email protected] Remezov Anatoly V., Dr.Sc. (Engineering), Professor
Роут Геннадий Николаевич, канд.техн. наук, доцент Rout, Gennady N., C.Sc. (Engineering), associate professor
Кузбасский государственный технический университет им.Т.Ф. Горбачева. Россия, 650000, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28
T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University, 28 street Vesennyaya, Kemerovo, 650000, Russian Federation
Аннотация: На основе аналитического обзора литературных источников, патентных материалов и результатов, выполненных ВостНИИ, экспериментальных исследований с позиций кинетики окисления угля были получены основания для выдвижения рабочей гипотезы о формировании очагов самовозгорания угля. В статье для выяснения сущности отдельных стадий и выдвинутой гипотезы формирования очагов самовозгорания угля, показаны методика и ход исследований процесса самовозгорания угля, направленных на создание физической модели механизма развития этого явления.
Abstract: On the basis of analytical review of the literature, patent records and results performed by VostNII, experimental investigations with dispositions of the kinetics of the oxidation of coal were received the grounds for the extension of the working hypothe-SHL about the formation offoci of spontaneous combustion of coal. In the article to clarify the essence of the indi-tion stages and the hypotheses offormation offoci of spontaneous combustion of coal, the method and course of research of process of spontaneous combustion of coal, aimed at creating a physical model of the mechanism of this phenomenon.
Ключевые слова: формирование очагов самовозгорания, теплообмен, массообмен, теория сушки, система «уголь - воздух», молекулярная диффузия.
Keywords: formation offoci of spontaneous combustion, heat transfer, mass transfer, theory of drying, the system "coal - air", molecular diffusion.
Рассмотрение угольного скопления в выработанном пространстве, образовавшегося в результате ведения горных работ, как образующего совместно с кислородом воздуха, находящегося в рудничной атмосфере, гетерогенную систему «Уголь - воздух» вполне правомерно. Поскольку термодинамическая система это макроскопическое тело, выделенное из окружающей среды при помощи перегородок или оболочек, которые могут быть вполне условными, и состояние которого можно охарактеризовать макроскопическими параметрами: объёмом, температурой, давлением и рядом других.
Термодинамическая система является представительной для оценки свойств и состояния макроскопического тела в том случае, когда она
состоит из достаточно большого числа частиц. Окружающей средой термодинамической системы являются тела, расположенные за её пределами.
В данном случае эта система будет являться по своему характеру гетерогенной, поскольку она состоит из двух гомогенных областей - фаз (уголь, воздух), при переходе через которые химический состав и физические свойства веществ изменяются.
Фазы, составляющие термодинамическую систему, в этом случае отличаются друг от друга по химическому составу и физическим свойствам. На границах их раздела происходит изменение свойств макроскопического тела, в данном случае разрыхленной массы угля. Состояние массы может измеряться параметрами состояния, делящи-
