Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ Российский патент 2022 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам предотвращения образования пылевых аэрозолей на пляжах хвостохранилищ и может найти применение на всех обогатительных предприятиях, складирующих отходы обогащения (хвосты), перемещаемые в виде пульпы, на поверхности земли в искусственных емкостях (хвостохранилищах), формируемых дамбами и плотинами.

В «картах» намыва хвостохранилищ образуется иловый массив из осевших твердых частиц, понижающийся от точек слива пульпы, и пруды-отстойники - «прудки», покрывающие нижнюю часть массива. С прекращением подачи пульпы в карту верхняя часть намытого массива обезвоживается с образованием сухих поверхностей - «пляжей». Пляжи являются источниками интенсивного пылевыделения, количество пыли, взметываемой ветром, зависит от следующих основных факторов: скорости ветра, влажности верхнего слоя и фракционного состава пыли. Активное вовлечение в воздушный поток осевшей пыли, начинается при скорости движения воздуха, превышающей некоторую критическую скорость (u_кр), значение которой аналитически не вычисляется и обычно определяется экспериментальными методами.

Известны физико-химические и механические способы борьбы с пылением пляжей [Бересневич П.В. Аэрология карьеров: Справочник / П.В. Бересневич, В.А. Михайлов, С.С. Филатов. - М.: Недра, 1990. - 280 с.].

Физико-химические способы включают гидробеспыливание и закрепление пылящих поверхностей вяжущими составами. Гидравлическое ообеспыливание заключается в увлажнении пылящего слоя хвостов. Недостатки гидрообеспыливания: быстрое испарение влаги пляжей, большие материальные, трудовые и энергетические расходы на орошение; сложность обеспыливания в зимний период. Закрепление пылящих поверхностей пляжа заключается в образовании на ней крупных агрегатов из тонкодисперсных пылинок, корок или пленок, которые сохраняются длительное время. Закрепляющие составы могут быть в виде: водных растворов специальных реагентов; эмульсий на основе нефтепродуктов; эмульсий на основе полимеров. Недостатки закрепления: необходимость специальной подготовки растворов и эмульсий перед нанесением; сложность применения большинства средств при отрицательных температурах; высокая цена компонентов.

Известные механические способы борьбы с пылением пляжей заключаются в сплошном укрытии пылящих площадей не пылящим материалом: щебнем или окатышами; вязкими глинистыми растворами; полимерной пленкой. Укрытие поверхности пляжей производится после заполнения хвостами очередной карты хвостохранилища с выдержкой времени на усадку для проезда транспортной техники. Главный недостаток укрытия из твердых компонентов (щебень, окатыши) обусловлен большими затратами на материалы укрытия, их доставку на пляж и равномерное распределение по площади пляжа.

Недостатки укрытия пляжей вязкими глинистыми растворами связаны с необходимость создания и эксплуатации системы гидромеханизации, что требует значительных затрат, а также с низкой эффективностью способа вследствие неравномерного распределения слоя укрытия из затвердевшей глины и его растрескивания.

Наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности существенных признаков является способ борьбы с пылением пляжей хвостохранилищ, включающий сплошное укрытие пылящих площадей полимерной пленкой [Бересневич П.В. Аэрология карьеров: Справочник / П.В. Бересневич, В.А. Михайлов, С.С. Филатов. - М.: Недра, 1990. - 280 с.]. Существенные недостатки этого способа заключаются в следующем:

- низкая надежность укрытия из полимерной пленки, которая поднимается (взлетает) над пляжем при ветре вследствие воздействия снизу избыточного давления атмосферного воздуха, возникающего согласно закону сохранения энергии в потоке воздуха (уравнение Д. Бернулли), и разрушается;

- сложность монтажа пленочного укрытия пляжа очередной заполненной карты, который выполняется непосредственно на поверхности массива свежеуложенных хвостов с низкой несущей способностью.

Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в уменьшении затрат, повышении эффективности и надежности мероприятий по снижению пылевыделения на пляжах хвостохранилища, а также в упрощении работ по созданию укрытия пляжа.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ включает сплошное укрытие пылящих площадей пляжей не пылящим материалом. Отличие способа в том, что после окончания намыва текущего яруса карты пылящую площадь ее пляжа укрывают ветрогасящей сеткой из прочного долговечного материала с оптимальными размерами ячеек и обеспечением натяжения сетки с оптимальным аэродинамическим зазором между сеткой и поверхностью пляжа. При этом укрытие с ветрогасящей сеткой изготавливают заранее с возможностью перемещения его по карте хвостохранилища.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан план боковой карты намыва хвостохранилища с установленным противопыльными секциями, укрывающими всю пылящую полосу пляжа, и часть внутренней карты хвостохранилища, на фиг. 2 показан вертикальный продольный разрез карты(по А-А), верхний продольный контур дамбы условно не показан.

Предлагаемый способ борьбы с пылью рассматривается с одним из возможных вариантов конструкции укрытия пылящей поверхности пляжа с использованием ветрогасящей сетки, которое по площади делится на фрагменты - «противопыльные секции» (далее - секции). Секции представляют собой плавучую раму перекрытую мелкоячеистой сеткой из прочного долговечного материала, например синтетических нитей, закрепленной на раме с оптимальным зазором между поверхностью пляжа и сеткой. Секции изготавливают предварительно и монтируют в зоне прудков преимущественно на сухом ложе-основании карт до подачи пульпы в их первый ярус и доставляют на место установки буксировкой с помощью лебедок на дамбах и плавсредств в прудке, а с подачей пульпы в карту для намыва следующего яруса, секции перемещают обратно в прудок вниз по пляжу. Возможен монтаж секций на зеркале воды прудка при подаче пульпы в текущий ярус.

Хвостохранилище (гидроотвал отходов) формируется первичными дамбами обвалования 1, вторичными дамбами 2 наращивания и разделительными дамбами 3, которые делят хвостохранилище на обособленные карты намыва, обычно заполняемые поочередно. Поверху дамб отсыпаны автомобильные дороги 4, на вновь возведенных дамбах 1 или 2, по дорогам 4 с рабочих сторон карт намыва прокладываются магистральные пульпопроводы 5 с пульповыпусками 6 на эксплуатируемом магистральном пульпопроводе 5. После намыва текущего яруса и заполнения подготовленной карты хвостами пульпопровод 5 демонтируют. Дренажная система хвостохранилища включает водосбросные колодцы 7 с дренажными трубами 8. Противопыльные секции 9 укрытия расположены на пылящей части поверхности обезвоженного пляжа с намытой стороны карты, секции 10 укрытия предназначены для противоположной стороны карты с увлажненной поверхностью намываемого массива, сетка секций 9 и 10 крепится на плавучих рамах 11, примерная конструкция рамы показана на отдельных секциях, где сетка представлена условными прямоугольниками. Монтаж рамы и крепление сетки секций 9 и 10 производят в прудковой части карты преимущественно на ее сухом ложе-основании 12 до подачи пульпы, возможен монтаж на зеркале воды прудка карты с последующим перемещением секций 13 (по стрелке) в зону пылящей части пляжа.

Пример осуществления способа борьбы с пылью на хвостохранилище в условиях мощного горно-обогатительного комбината.

Строительство хвостохранилища начинается с сооружения насыпным способом из полускальных или мелких скальных пород карьера первичной дамбы 1, разделительной дамбы 3 и формирования ложа-основания 12 в первой карте намыва, после подготовки первой карты продолжается строительство и подготовка остальных карт хранилища. Отходы обогащения в виде жидкой пульпы с твердыми частицами крупностью 10÷100 мкм и менее по магистральному пульпопроводу диаметром до 800 мм шламовыми насосами подаются в подготовленную карту намыва хвостохранилища. Распределение пульпы в объеме карт осуществляется через распределительные пульповы-пуски 6 диаметром до 600 мм, которые размещаются равномерно по периметру рабочей стороны карты и выпуск пульпы через них производится поочередно. Осветленная в прудке вода пульпы через водосбросный колодец 7 сливается в дренажную систему хвостохранилища и по трубам 8 поступает в отстойник для оборотного водоснабжения обогатительной фабрики.

После заполнения подготовленной карты с одной из рабочих сторон и прекращения подачи пульпы в карту начинается обезвоживание намытой массы, расположенной выше уровня зеркала воды, и образуется сухой пляж от ограждающей дамбы до зеркала воды, который легко поддается ветровой эрозии. Установлено, что критическая скорость (u_кр) сдувания для сухой угольной пыли изменяется от 2 до 4,5 м/с. В летние месяцы поверхность намытых ярусов в картах хвостохранилищ железорудных ГОКов нагревается до 40°С и более, она быстро теряет влагу и является источником интенсивного пылеобразования уже при скорости ветра 4-5 м/с [Гурин А.А. Снижение пыления действующих хвостохранилищ горно-обогатительных комбинатов / А.А. Гурин, В.И. Ляшенко, Н.В. Домничев // Известия вуз. Горный журнал. - 2012. - №5. - С. 13-22.]. Верхняя часть пляжа шириной 30÷40 м у пульповы-пусков сложена относительно крупными частицами с большой величиной (u_кр) и обычно не пылит, также не пылит и естественно увлажненная полоса до 50 м вдоль уреза воды прудка, пылящей является полоса в средней части образовавшегося сухого пляжа [RU 2272147, опубл. 20.03.2006]. Для предотвращения пылеобразования этой части пляжа его поверхность укрывают специальным противопыльными секциями, представляющими собой плавучую раму перекрытую мелкоячеистой сеткой из прочного долговечного материала, например синтетических нитей (см. фиг. 1) и закрепленной на раме с оптимальным зазором между поверхностью пляжа и сеткой.

Секция позволяет реализовать новый аэродинамический способ борьбы с пылью, заключающийся в том, что при любой скорости атмосферного ветра над пляжем, исключая экстремальные явления и штиль, скорость движения потоков воздуха под ветрогасящей сеткой вблизи контакта с поверхностью пляжа уменьшается многократно в сравнении со скоростью ветра, взметывание пыли прекращается или значительно уменьшается. Для оценки степени снижения скорости атмосферного ветра под сеткой укрытия авторами были проведены лабораторные исследования, результаты которых приведены в таблице.

Результаты замеров скорости движения воздушных потоков

Замеры проводились в потоке воздуха, создаваемого вентилятором, в зоне прямых струй, зазор между сеткой и поверхностью лабораторного стола составлял 100÷110 мм, в этом промежутке проводился замер скорости потока воздуха под сеткой. Все замеры скорости потока воздуха выполнялись на анемометре АПР-2. Коэффициенты вариации средней величины скорости потока колебались от 11 до 18%. Сетки №1, 3, 4 квадратной формы, №2 - шестиугольник. Сетки №1, 2 и 3 плетеные без узелков, №1 и 2 - из плетеных синтетических нитей, №3 - из органических. Сетка №4 плетеная с узелками из сплошной синтетической нити (леска).

Укрытие сухого пляжа карты устанавливают на полосу пыления сразу после прекращения подачи пульпы в ярус. Секции укрытия изготавливают предварительно и монтируют преимущественно на сухом ложе-основании 12 карты, ограждаемой первичными дамбами 1 и 3 (см. фиг. 2), в зоне прудка до подачи пульпы в первый ярус, возможен монтаж на зеркале воды прудков. Общая длина рамы секции равна ширине укрываемой полосы пляжа, ширина секции определяется возможностями техники, используемой для монтажа рамы и перемещения готовой секции на пляж. Количество секций карты определяется их шириной и длиной пылящей полосы пляжа.

Конструкция рамы может быть различной, но должна обеспечить плавучесть и минимальную массу секции, надежное крепление сетки при интенсивном ветре. Рама секции, как вариант, может представлять решетку из нескольких полос по длине рамы и поперечных связей между полосами, при этом полосы состоят из отдельных поплавков, соединенных в прочную «цепь», с возможностью прохода человека по раме для крепления сетки и буксировки секции с помощью лебедки на дамбе или плавсредствами.

Поплавки полосы могут быть в виде отрезков труб различной формы из легких не подверженных коррозии алюминиевых сплавов, или вспененных полимерных материалов, защищенных от разрушения при перемещении секции. Поплавки полосы соединяются в «цепь» через определенные промежутки и жестко крепятся к канату данной полосы, который в свою очередь жестко крепится в секции к головной и хвостовой поперечным балкам рамы, обеспечивающим перемещение секции вверх по пляжу в зону пыления и вниз на зеркало прудка. Мостики между поплавками из проката легких алюминиевых сплавов ограничивают перемещение отдельных поплавков вдоль полосы.

Поперечные связи рамы могут сооружаться так же из проката легких алюминиевых сплавов в виде мостиков для прохода людей и закрепления сетки. Мостики подвижно крепятся к смежным поплавкам в соседних полосах рамы и ограничивают перемещение отдельных поплавков поперек полос.

Секции, смонтированные на сухом ложе-основании до подачи пульпы в карту, в процессе намыва первого яруса всплывают, вследствие образования прудка данной карты. Сразу по окончании намыва яруса и прекращения подачи пульпы в эту карту секции поочередно, начиная с секции у борта разделительной дамбы, перемещают на место установки, формируя сплошное укрытие пылящей зоны пляжа. Перемещение секций поперек карты в прудке может осуществляться с помощью плавсредств. Секцию плавсредством подводят к нижней границе пляжа, за прицепное устройство головной балки секции цепляют стальной канат передвижной лебедки, заякоренной на первичной дамбе, и этой лебедкой буксируют секцию вверх по пляжу до проектного места, где канат дистанционно отцепляют. Ориентировочно нагрузка на канат не превысит 100÷130 кН.

Затем переставляют и закрепляют на даме передвижную лебедку, плавсредством подводят к пляжу следующую секцию, доставляют на нее канат лебедки с дистанционным прицепным устройством и цепляют им секцию, лебедкой буксируют секцию вверх по пляжу, устанавливают ее параллельно предыдущей секции и соединяют их временными переходными мостиками с укрытием сеткой промежутка между секциями. Остальные секции карты перемещаются в описанном выше порядке. Доставлять на очередную секцию канат лебедки с дистанционным прицепным устройством могут различными способами, например, с помощью тонкого троса, закрепленного на прицепном устройстве, второй конец которого с мини-лебедкой передается на подготавливаемую к перемещению секцию.

Гидравлическое складирование хвостов может вестись раздельно с одной и затем с другой стороны данной карты, или одновременно с двух сторон. Технология создания укрытия пылящей полосы пляжа одинакова для обеих сторон. При намыве первого яруса текущей карты готовятся противопыльные секции следующей карты, подготавливаемой к намыву (заполнению). Порядок подготовки и установки секций на пляж всех последующих карт аналогичен описанной выше технологии для первой бортовой карты хвостохранилища.

После заполнения карты и вывода ее из цикла складирования хвостов отсыпают вторичные ограждающие дамбы 2 и наращивают разделительную дамбу 3 данной карты (см. фиг. 1 и 2). Дамбы 2, как правило, отсыпают драглайном из обезвоженных крупнозернистых хвостов верхней зоны пляжа, дамбу 3 наращивают, в основном, мелкой скальной и полускальной породой из карьера. С окончанием отсыпки и наращивания дамб данная карта готова для приема пульпы и намыву следующего яруса хвостов в этой карте.

В подготовленную карту при намыве второго, а также последующих ярусов складируемых хвостов, пульпа поступает через пульпопровод на вторичной дамбе, при этом секции укрытия пляжа предыдущего яруса в начале процесса намыва остаются на месте их установки, но предварительно убирают переходные мостики, соединяющие секции в единое укрытие. В процессе намыва уровень зеркала прудка данной карты поднимается, секции укрытия с обеих сторон карты всплывают и плавсредствами их отводят на место, где секции не будут мешать намыву хвостов в текущем ярусе до проектных отметок.

По окончании намыва очередного яруса с одной из сторон данной карты и прекращения подачи пульпы, секции укрытия перемещают на место установки в пылящую зону пляжа этой стороны карты описанным выше способом. Изложенная технология снижения пылевыделения на пылящей части пляжей циклично повторяется на всех картах хвостохранилища.

Предлагаемый способ борьбы с пылью целесообразно применять на больших хвостохранилищах и гидроотвалах с двухстороннем намывом карт

Оптимальную величину зазора от поверхности пляжа до ветрогасящей сетки и размеры ее ячеек, а также качество нитей сетки уточняют опытным путем для конкретных аэродинамических условий пляжа, климатических условий района и свойств частиц складируемых хвостов.

Указанная совокупность признаков обеспечивает:

- сохранность укрытия пляжа при постоянном ветре большой интенсивности с надежностью, определяемой прочностью сетки;

- высокую эффективность снижения пылевыделения на пляжах хвостов различного состава, включая сухой летний и морозный зимний период года;

- снижение затрат на борьбу с пылением пляжей, обусловленную возможностью многократного использования предлагаемых противопыльных секций, а также возможностью эксплуатации укрытия без его регулярного обслуживания и потребления энергии.

Изобретение относится к способам предотвращения образования пылевых аэрозолей на сухих пляжах хвостохранилищ. Техническим результатом является надежное и эффективное снижение пылевыделения на пылящих площадях пляжей. Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ включает укрытие пылящих площадей пляжей непылящим материалом. Пляж вновь намытого яруса карты укрывают без выдержки времени на усадку его массива. Укрытие представляет собой ветрогасящую сетку из органических или синтетических нитей с площадью ячеек 4,1 мм² до 30,3 мм², квадратной или шестиугольной формы. Сетку размещают на пляже с зазором 100-110 мм выше поверхности пляжа карты. Оптимальную площадь ячеек сетки, их форму и рациональную высоту размещения сетки над поверхностью пляжа для конкретных технологических и климатических условий уточняют на базе указанных пределов предварительно опытным путем. Укрытие компонуют из сетчатого полотна в виде отдельных фрагментов, закрепленных в прямоугольных плавучих рамах. Рама разделена на секции и представляет собой решетку из нескольких полос. Полосы состоят из отдельных поплавков, соединенных в прочную цепь, с жесткими связями между собой, с возможностью прохода человека по раме для крепления сетки и буксировки секций с помощью лебедки на дамбе или плавсредставами. 2 ил., 1 табл.

Способ борьбы с пылью на пляжах хвостохранилищ, заключающийся в укрытии пылящих площадей пляжей непылящим материалом, отличающийся тем, что пляж вновь намытого яруса карты укрывают без выдержки времени на усадку его массива, а укрытие представляет собой ветрогасящую сетку из органических или синтетических нитей, с площадью ячеек 4,1 мм² до 30,3 мм², квадратной или шестиугольной формы, сетку размещают на пляже с зазором 100-110 мм выше поверхности пляжа карты, при этом оптимальную площадь ячеек сетки, их форму и рациональную высоту размещения сетки над поверхностью пляжа для конкретных технологических и климатических условий уточняют на базе указанных пределов предварительно опытным путем, укрытие компонуют из сетчатого полотна в виде отдельных фрагментов, закрепленных в прямоугольных плавучих рамах, рама разделена на секции и представляет собой решетку из нескольких полос, полосы состоят из отдельных поплавков, соединенных в прочную цепь, с жесткими связями между собой, с возможностью прохода человека по раме для крепления сетки и буксировки секций с помощью лебедки на дамбе или плавсредставами.