Обоснование технологии отсыпки отвалов скальных вскрышных пород при складировании отходов обогащения

Актуальность работы. Объем отходов обогащения, накапливающихся в процессе эксплуатации рудных месторождений, может достигать сотни миллионов кубических метров. Это сопровождается изъятием из сфер сельскохозяйственного, лесного и других фондов значительных площадей ценных земель для размещения хвостохранилищ (рисунок 1).
Рисунок 1 – Площади хвостохранилищ при производительности горно-обогатительных предприятий со сроком эксплуатации [1–10]:
1 – Cortez Gold Mine, 14 лет; 2 – Yanacocha Mine, 23 года; 3 – Tarkwa Mine, 23 года; 4 – Pueblo Viejo Gold Mine, 4 года; 5 – Paracatu Mine, 29 лет; 6 – Geita Gold Mine, 16 лет; 7 – ОАО «Васильковский ГОК», 37 лет; 8 – Morila Gold Mine, 16 лет; 9 – Kalgoorlie Mine, 27 лет; 10 – Cripple Creek & Victor Gold Mine, 21 год; 11 – Боголюбовское месторождение, 10 лет (по проекту)
При значительных объёмах отходов обогащения многие месторождения становятся малопривлекательными для освоения из-за высоких затрат на проведение изысканий, проектирование, строительство, эксплуатацию и рекультивацию хвостохранилищ.
Помимо этого хвостохранилище наносит существенный вред окружающей среде. В первую очередь, это связано с загрязнением поверхностных и грунтовых вод, а также воздушной среды и почвы. Присутствует риск тяжелых последствий в случае разрушения дамбы хвостохранилища, о чем свидетельствует информация, опубликованная Комитетом Международной Комиссии по крупным

6
хвостовым дамбам, о произошедших за последние 45 лет 221 инциденте [11], 135 из них были авариями, в результате которых было выброшено 41,9 млн м3 жидких отходов, распространившихся на значительные расстояния, что вызвало обширные разрушения и человеческие потери.
Решение проблемы сокращения объёмов жидких отходов и соответственно площадей, изымаемых под их хранение, обеспечит экологическую и технологическую безопасность ведения работ. Это предопределяет целесообразность обоснования технологии отсыпки отвалов скальных вскрышных пород при складировании пастообразных отходов.
Степень разработанности темы. Исследования в области сокращения площадей хвостохранилищ проводились в разное время как отечественными, так и зарубежными учеными, наибольший вклад внесли работы В.Ф. Баранова, Г.Т. Сарвина, К.М. Семеновой, E.I. Robinsky, В.И. Кибирева, О.А. Медведевой, С.Н. Киричко, С. Aldea, B. Cornelius, M. Davies, M. Biesinger, T. Meggyes, А.Ф. Илимбетова, М.В. Рыльниковой и др. Практические решения по повышению вместимости и сокращению площадей хвостохранилищ предложены различными организациями, среди которых особо можно выделить разработки ЗАО«Механобр инжиниринг», WesTech Inc., Outotec, FLSmidth, Moly Mines Limited и др. Однако все существующие решения не обеспечивают полную экологическую и технологическую безопасность хранения отходов в хвостохранилище. Поэтому данный вопрос актуален для изучения в настоящее время.
Целью работы является обоснование технологии отсыпки отвалов скальных вскрышных пород при складировании отходов обогащения, позволяющей частично или полностью сократить объемы строительства хвостохранилищ на горно-обогатительных предприятиях.
Идея работы заключается в складировании предварительно сгущенных до пастообразного состояния отходов обогащения в пространство, ограниченное отвалами вскрышных пород.

7
Основные задачи исследования. Для реализации поставленной цели следует выделить следующие задачи.
1. Обобщение и анализ известных видов отходов обогащения, их способы транспортирования и складирования.
2. Исследование свойств пастообразных отходов золотосодержащих руд, влияющих на параметры их складирования (растекание, консолидация и устойчивость к воздействию дождевых осадков) в пространство, ограниченное
отвалами вскрышных пород.
3. Обоснование параметров технологии отсыпки отвалов скальных
вскрышных пород при складировании отходов обогащения.
4. Оценка экономической эффективности складирования отходов
обогащения, предварительно сгущенных до пастообразного состояния, в ограниченное отвалами вскрышных пород пространство.
Научная новизна работы
1. Определено влияние степени сгущения пастообразных отходов, высоты их складирования и времени растекания на распределение массы пастообразных отходов по площади; на угол откоса при складировании, после консолидации и воздействия дождевых осадков.
2. Установлено влияние параметров и способа складирования пастообразных отходов разной степени сгущения на объем, занимаемый ими в пространстве, ограниченном отвалами вскрышных пород.
3. Получена зависимость максимальной высоты заполнения пространства, ограниченного отвалами вскрышных пород, при складировании пастообразных отходов вдоль центральной оси, с превышением точки выпуска над верхней площадкой отвала, от степени сгущения пастообразных отходов и высоты их складирования.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны принципиально новые технологические схемы складирования пастообразных отходов обогащения в пространство, ограниченное отвалами вскрышных пород, на горизонтальное или слабонаклонное основание (патент РФ No 2509891), на

8
наклонное основание (патенты РФ No 2507397 и 2520611), позволяющие частично или полностью сократить объёмы строительства хвостохранилищ на горно- обогатительных предприятиях. Обоснованы параметры при складировании пастообразных отходов вдоль центральной оси пространства, ограниченного отвалами вскрышных пород, с превышением точки выпуска над верхней площадкой отвала. Определены области использования предложенных технологических схем складирования пастообразных отходов.
Выполнена систематизация разработанных технологических схем складирования пастообразных отходов и их параметров.
Разработанные технологические схемы складирования пастообразных отходов обогащения приняты к возможному внедрению на объектах ООО «Сисим» при разработке проектной документации.
Результаты исследований рекомендуется использовать при проектировании горных работ на строящихся и действующих рудных месторождениях, где предусмотрено измельчение в конечной стадии обогащения руд; в учебном процессе на кафедре открытых горных работ ИГДГГ СФУ.
Методология и методы исследований. В работе осуществлено аналитическое обобщение сведений, содержащихся в научно-технической, патентной и специальной литературе. Проведены экспериментальные исследования свойств пастообразных отходов, влияющих на параметры их складирования (растекание, консолидацию и устойчивость к воздействию дождевых осадков) в пространство, ограниченное отвалами вскрышных пород; математическое моделирование; статистическая обработка экспериментальных данных с применением программных пакетов Microsoft Office, AutoCAD.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Для повышения эффективности складирования отходов обогащения в отвалах скальных вскрышных пород их следует располагать вблизи фабрик, формируя в них пространство, объем которого необходимо увязывать с орографией поверхности основания отвалов и свойствами складируемых отходов.

9
2. Увеличить вместимость отвалов отходами обогащения можно за счет роста угла откоса складирования посредством повышения плотности отходов при сгущении их до пастообразного состояния.
3. Для сокращения потерь полезных компонентов следует исключить растекание складируемых отходов за счет атмосферных осадков по площади отвалов, оставлением в складируемом пространстве объема, не заполненного отходами.
Степень достоверности работы. Подтверждена сходимостью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и доверительной вероятностью; значительным объемом статистических данных; патентной защитой новых технических решений.
Апробация результатов работы. Материалы диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и семинарах: IV международной научной конференции «Актуальные вопросы современной науки» секция «Науки о Земле», г. Санкт-Петербург (2012 г.); XXI заочной научной конференции Research Journal of International Studies, г. Екатеринбург (2013 г.); XI международной научно- технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» в Филиппинах, г. Манила (2013 г.); городской этап конкурса научно- технического творчества молодежи города Красноярска «Молодежные научно- исследовательские и инвестиционные проекты», Красноярск (2013 г.); на кафедре открытых горных работ ИГДГГ СФУ (2012-2016 гг.).
Личный вклад автора. Заключается в выполнении основного объёма теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая постановку цели и задач исследования, в анализе и обобщении экспериментальных результатов, в разработке новых технологических схем складирования пастообразных отходов в пространство, ограниченное отвалами вскрышных пород, позволяющих частично или полностью сократить объёмы строительства хвостохранилищ на горно- обогатительных предприятиях.

10
Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано 12 работ, из них: 5 в изданиях, рекомендованных списком ВАК и 3 патента на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, заключения и 2 приложений. Содержит 100 библиографических источников, 44 таблицы, 52 рисунка и 107 формул.
Благодарности. Автор сердечно благодарит своего научного руководителя В.Е. Кислякова за помощь и поддержку на протяжении всех этапов исследования, а также выражает благодарность всему коллективу кафедры открытых горных работ ИГДГГ СФУ за ценные замечания и комментарии.