close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оптимизация технологических параметров формирования намывных техногенных месторождений методом сетевого планирования с учетом времени консолидации твердой фракции в условиях криолитозоны (на примере Норильского промышленного района)

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Бадоев Александр Сергеевич
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
ФОРМИРОВАНИЯ НАМЫВНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ МЕТОДОМ СЕТЕВОГО
ПЛАНИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ ВРЕМЕНИ КОНСОЛИДАЦИИ
ТВЕРДОЙ ФРАКЦИИ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ
(НА ПРИМЕРЕ НОРИЛЬСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА)
Специальность 25.00.22.
«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Владикавказ 2018
Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВО Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический
университет) на кафедре «Технология разработки месторождений»
им. М. И. Агошкова
Научный руководитель:
Доктор технических наук, профессор
ЛОЛАЕВ АЛАН БАТРАЗОВИЧ
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор, действительный член РАЕН,
начальник отдела АО «ВНИПИпромтехнологии»
КУЗЬМИН ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ
Кандидат технических наук, профессор кафедры «Геология и
маркшейдерское дело» НИТУ «МИСиС»
ЩЕКИНА МАРИНА ВЛАДИМИРОВНА
Ведущая организация:
ФГБОУ ВО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Защита состоится 28 сентября 2018 г. в 13-00 на заседании
диссертационного совета Д 212.246.02 созданного на базе СевероКавказского
горно-металлургического
института
(государственного
технологического университета) по адресу: 362021, РСО-Алания г.
Владикавказ, ул. Николаева, 44, факс 8(8672) 40-72-03, E-mail: info@skgmigtu.ru.
Автореферат разослан 24 августа 2018 г.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевероКавказского горно-металлургического института
(Государственного
технологического университета).
Ученый секретарь
Диссертационного совета,
Доктор технических наук, профессор
М.В. Гегелашвили
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Технологии добычи и переработки полезных ископаемых постоянно
совершенствуются, однако, несмотря на это, объем отходов горнометаллургического производства не уменьшается. Только десятая часть
сырья, а в некоторых случаях и еще меньшая превращается в конечную
продукцию. При переработке бедных руд образовывается еще большее
количество отходов, для складирования которых требуются огромные
площади.
Горно-металлургические комбинаты и обогатительные фабрики
ежегодно сбрасывают миллионы тонн отходов обогащения, для
складирования
которых
требуются
специальные
хранилища
(хвостохранилища, шламонакопители, гидроотвалы и т.д.), имеющие не
только максимальную емкость, но и удовлетворяющие условиям охраны
окружающей среды.
В связи с этим, вопросы проектирования, оптимизации, строительства и
безопасной эксплуатации накопителей отходов обогащения как опасных
производственных объектов и источников воздействий на окружающую
среду, в настоящее время приобретают все большую актуальность. Это
связано с большим количеством аварий, необходимостью строительства
новых накопителей отходов, а также плохим состоянием сооружений и
прилегающих к ним территориях природной среды.
Особенно эта проблема актуальна в условиях криолитозоны, так как
завершение процесса консолидации намывного слоя до начала промерзания
является одним из условий обеспечения устойчивости сооружения. В связи с
этим применение методов оптимизации с учетом консолидационных
характеристик твердой фракции является актуальным.
Цель работы – оптимизация технологических параметров намыва
техногенных месторождений методом сетевого планирования с учетом
времени консолидации твердой фракции.
Задачи исследований:
 анализ особенностей строительства и эксплуатации намывных
техногенных месторождений горнодобывающего и металлургического
производства;
 разработка методики оптимизации технологических параметров
намыва техногенных месторождений методом сетевого планирования с
учетом времени консолидации твердой фракции;
 исследование физико-механических характеристик хвостов в
лабораторных условиях;
3
 оптимизация технологических параметров намыва техногенного
месторождения в условиях криолитозоны.
Идея работы: повышение точности определения технологических
параметров намыва техногенных месторождений за счет использования
метода сетевого планирования и учета консолидационных характеристик
хвостов.
Методы исследования: обобщение и анализ теории и практики,
лабораторные
и
натурные
исследования,
физико-математическое
моделирование с использованием принципов логистики, методов сетевого
планирования и математической статистики.
Научные положения, защищаемые в работе:
1. Процесс консолидации твердой фракции при намыве заканчивается
при достижении осадком максимальной плотности, а при намыве нового
слоя необходимо обеспечить достижение твердой фракцией влажности 20%,
что соответствует наиболее плотной укладке частиц примерно одного
размера, когда все поры заполнены жидкостью, под действием собственного
веса.
2. Группы консолидационных характеристик намываемой твердой
фракции, определенные при различных значениях влажности и плотности,
не различаются между собой на основе критерия Крускала-Уоллиса, а
различия между парами групп статистически незначимы на основе критерия
Манна-Уитни.
3. Методика оптимизации технологических параметров намыва
техногенных месторождений, основанная на методе сетевого планирования
процесса возведения и учитывающая производственные показатели,
геометрические характеристики намывного техногенного месторождения,
физико-механические
свойства
твердой
фракции,
ограничение
максимальной высоты намывного слоя, связанное с климатическими
условиями.
4. Оценка, прогноз и управление технологическими параметрами
возведения намывных техногенных месторождений на основе метода
сетевого планирования с учетом консолидационных характеристик твердой
фракции осуществляются методами корреляционно-регрессионного анализа
при уровне надежности 95%.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Впервые доказано, что процесс консолидации твердой фракции при
намыве заканчивается при достижении осадком максимальной плотности, а
при намыве нового слоя необходимо обеспечить достижение твердой
фракцией влажности 20%, что соответствует наиболее плотной укладке
частиц примерно одного размера, когда все поры заполнены жидкостью, под
действием собственного веса.
4
2. Установлены корреляционные зависимости консолидационных
характеристик намываемых хвостов при различных значениях влажности и
плотности с использованием критериев Крускала-Уоллиса и Манна-Уитни.
3. Впервые выполнено математическое описание зависимости
технологических параметров возведения техногенного месторождения
(времени заполнения участка намыва, высоты годового намыва, времени
заполнения яруса участка намыва) от геометрических характеристик объекта
и участка складирования, физико-механических свойств хвостов и
климатических условий.
4. Впервые доказана возможность оптимизации технологических
параметров возведения техногенного месторождения с использованием
сетевого планирования с учетом консолидационных характеристик твердой
фракции.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого
объема исходных фактических данных, применением современных методов
исследований,
сходимостью
результатов
теоретических
и
экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных
работ и положительной практической реализацией разработок на
предприятии.
Научное значение работы:
Разработанный метод расчета технологических параметров намыва
повышает точность определения технологических параметров возведения
техногенных месторождений за счет применения метода сетевого
планирования с учетом консолидационных характеристик твердой фракции.
Практическое значение работы заключается в том, что применение
разработанной методики оптимизации технологических параметров
возведения намывного техногенного месторождения на основе метода
сетевого планирования с учетом консолидационных характеристик твердой
фракции, позволяет прогнозировать высоту годового намыва техногенного
месторождения,
оперативно
осуществлять
вариантное
сравнение
технологических схем возведения месторождения с учетом изменений
исходных данных, давать прогнозную оценку сроков возведения
месторождения и составлять сетевые графики производства работ.
Методика может быть использована горнорудными предприятиями,
научно-исследовательскими и проектными организациями.
5
Реализация результатов работы.
Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских
работ по темам «Исследования и разработка инновационных технологий
комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной
металлургии» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и
разработка по приоритетным направления научно-технического комплекса
России на 2007-2013 года», ГК №16.515.11.5027 и «Разработка оптимальной
технологии намыва хвостохранилища «Лебяжье» с ЗФ ОАО «ГМК
«Норильский никель», №88-3041/08 от 19.12.2008 г., в которых автор
принимал непосредственное участите в качестве исполнителя.
Результаты исследований использованы при составлении проекта
эксплуатации хвостохранилища «Лебяжье» Норильской обогатительной
фабрики Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель».
Результаты теоретических исследований использованы в учебном
процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области открытой
геотехнологии.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались
и получили положительную оценку на региональных, всероссийских и
международных научно-технических конференциях и конгрессах:
ежегодных научно-практических конференциях СКГМИ (ГТУ) 2011-2018;
Строительно-промышленном форуме «Гостеприимная Осетия», Владикавказ
2011; Республиканской научно-техн. конференции СКГМИ (ГТУ) «Пути
совершенствования качества строительства промышленных и гражданских
зданий и инженерных сооружений», Владикавказ, 2012; 2-nd International
Conference “Geotechnics for Sustainable Development” GEOTEC, Hanoi,
Vietnam, 2013; Всероссийской конференции «Геодинамика, вулканизм,
сейсмичность и экзогенные геологические процессы природного и
техногенного характера на Кавказе», Владикавказ 2014; 1-st International
Conference on Natural Hazards&Infrastructure, Chania, Greece, 2016; XVIII
Brazilian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, "The
Sustainable Future of Brazil goes through hour Minas" COBRAMSEG 2016, Belo
Horizonte, Brazil, 2016; 2-nd International Seminar “Numerical Analysis in
Geotechnics” NAG2018, Ho Chi Minh City, Vietnam, 2018.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 работ, в том числе 2
в изданиях, включенных в международные базы цитирования Scopus, 4 в
изданиях, рекомендованных ВАК и приравненных к ним, 1 патент.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из
введения, 4 глав и заключения, изложенных на 164 страницах
машинописного текста; содержит 35 рисунков, 19 таблиц. Список
использованных источников включает 199 отечественных и зарубежных
наименования.
6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Технологии возведения горно-технических сооружений, технологическим
схемам эксплуатации и проектирования намывных накопителей
техногенного сырья, требованиям к обеспечению их промышленной и
экологической безопасности
посвящены многочисленные
работы
специализированных организаций (НИИ ВОДГЕО, ГИДРОПРОЕКТ, ГУП
ВИОГЕМ, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, АОЗТ «Механобр инжиниринг», и
др.), а также труды академика РАН К. Н. Трубецкого, члена-корреспондента
РАН Д. Р. Каплунова, профессоров И. И. Айнбиндера, Е. Б. Близняка, Г.К.
Бондарика, В.В. Бутюгина, Н. Г. Валиева, А. М. Гальперина, В. И. Голика, В.
Т. Глазитского, А. Л. Гольдина, М. М. Гришина, Ю. Н. Дьячкова, С.Н.
Елохиной, В. Г. Зотеева, Д. М. Казикаева, В. Н. Калмыкова, Ю.В.
Кириченко, М. С. Кубарева, Г. И. Кузнецова, Е.В. Кузьмина, А. Б. Лолаева,
Г. Г. Ломоносова, В. П. Недриги, А.А. Петросова, С. И. Попова, Л. Н.
Рассказова, Н. Н. Розанова, М. В. Рыльниковой, И. Н. Савича, А. В.
Хныкина, М.В. Щекиной, Л. А. Ярг и др.
Однако, несмотря на наличие всевозможных рекомендаций нормативных
документов, многочисленных методик расчетов и соответствующего
программного обеспечения (НИИ ВОДГЕО, Гидропроект, ГУП ВИОГЕМ,
ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, МГСУ, НИТУ «МИСиС», УГГУ, АО
«ВНИПИпромтехнологии» и др.), проблема оптимизации технологии
намыва, обеспечивающая устойчивость ограждающих дамб и плотин не
теряет своей актуальности особенно в условиях криолитозоны.
Защищаемое положение № 1. Процесс консолидации твердой фракции
при намыве заканчивается при достижении осадком максимальной
плотности, а при намыве нового слоя необходимо обеспечить
достижение твердой фракцией влажности 20%, что соответствует
наиболее плотной укладке частиц примерно одного размера, когда все
поры заполнены жидкостью, под действием собственного веса.
Методика определения критического значения влажности намытого слоя
формируемого техногенного месторождения заключается в моделирование
процесса консолидации в реальности и получении оптимальной влажности,
при которой произошла консолидация и еще не начался процесс пыления
или выветривания основного слоя.
Для этого был рассмотрен метод стандартного уплотнения, который
заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его
влажности при уплотнении образцов грунта и последовательным
увеличением его влажности по ГОСТ на стандартном приборе уплотнения
грунтов.
Далее было проведено моделирование процесса заполнения пор водой
для твердой фракции. При последовательном увеличении влажности w
7
снизу-вверх происходит заполнение пор водой и, соответственно,
увеличивается плотность. Во время заполнения пор водой положение
верхней границы хвостов в приборе не меняется.
При достижении критического значения влажности на поверхности
хвостов появляется вода, а твердая фракция в этот момент имеет
максимальную плотность, так как все поры заполнены водой. При
дальнейшем увеличении количества воды происходит уменьшение
плотности за счет увеличения объема.
Также было найдено расчетное значение максимальной плотности.
Результаты представлены на рисунке 1. Совпадение трех полученных
точек указывает на то, что все подходы достоверны.
Рисунок 1. Зависимость плотности хвостов от их влажности
Экспериментальные,
теоретические
и
практические
данные,
представленные на рисунке 1 показывают, что намыв слоя заканчивается
при достижении твердой фракцией оптимальной влажности 20% для
испытанных хвостов, после которой можно производить намыв следующего
слоя, так как это состояние соответствует наиболее плотной укладке частиц
примерно одного размера, когда еще все поры заполнены жидкостью - они
укладываются под действием собственного веса наиболее плотно.
Защищаемое положение № 2. Группы консолидационных
характеристик намываемой твердой фракции, определенные при
различных значениях влажности и плотности, не различаются между
8
собой на основе критерия Крускала-Уоллиса, а различия между парами
групп статистически незначимы на основе критерия Манна-Уитни.
В настоящей работе разрабатывалась методика расчета времени
консолидации хвостов, являющейся важнейшим фактором оптимизации
технологических параметров намыва техногенного месторождения в
условиях криолитозоны.
Как известно с учетом характера процессов, вызывающих уплотнение
водонасыщенных грунтов в различные периоды времени, процесс
консолидации условно разграничивают на две фазы; первичную или
фильтрационную и вторичную, обусловленную ползучестью скелета грунта.
На первом этапе испытаний были сформированы 15 серий образцов при
диапазоне влажности от 4 до 32 % и соответствующей плотности.
Следует отметить, что по результатам испытаний было установлено,
что по своим свойствам они наиболее близки к супесям.
После этого были проведены компрессионные испытания с целью
установления консолидационных характеристик хвостов. Они проводились
на автоматизированном испытательном комплексе «АСИС»
Результаты компрессионных испытаний представлены на рисунке 2.
Рисунок 2. Консолидационные кривые образцов хвостов с заданной
влажностью и плотностью
Каждый график представляет собой отдельную группу характеристик со
своими свойствами, однако все они являются однородными.
9
Консолидационные кривые (Рисунок 2) показывают, что поведение
хвостов при разной влажности и плотности остается неизменным. Это
свидетельствует о том, что консолидационные характеристики возможно
определять для любых сочетаний влажности и плотности хвостов в
указанных пределах, что значительно сократит трудоемкость.
Для оценки различий одновременно между тремя, четырьмя и т.д.
выборками был использован критерий Крускала-Уоллиса. Он позволяет
установить, что уровень признака не изменяется при переходе от группы к
группе.
Значение Hэмп определялось по формуле:
(
)
( )
)
(
)
где
N – общая сумма рангов;
n – количество наблюдений в каждой группе;
R – суммы рангов по каждой группе.
Сравнивалось полученное эмпирическое значение
с
критическим Hкр при помощи таблицы критических значений критерия χ2
для уровней статистической значимости p=0,05 и p=0,01:
(
)
{
(
)
В результате расчетов было установлено, что эмпирическое значение
меньше критического Hэмп<Hкр, и, следовательно, подтверждено, что данные
группы не различаются между собой.
Далее с помощью критерия Манна-Уитни оценивались различия между
двумя выборками.
Значение Uэмп определялось по формуле:
(
)
( )
(
где
n1 – количество испытуемых в выборке 1;
n2 – количество испытуемых в выборке 2;
Tx – большая из двух ранговых сумм;
nx – количество испытуемых в группе с большей суммой
рангов.
Определялись критические значения критерия U Манна-Уитни для
уровней статистической значимости р<0,05 и р<0,01
(
)
{
(
)
Аналогичные расчеты были проведены с другими парами групп.
10
Так как эмпирическое значение здесь выше критического Uэмп>Uкр, то из
этого следует, что различия между данными парами групп статистически
незначимы.
Защищаемое
положение
№
3.
Методика
оптимизации
технологических параметров намыва техногенных месторождений,
основанная на методе сетевого планирования процесса возведения и
учитывающая
производственные
показатели,
геометрические
характеристики намывного техногенного месторождения, физикомеханические свойства твердой фракции, ограничение максимальной
высоты намывного слоя, связанное с климатическими условиями.
Увеличение затрат на складирование отходов горнодобывающей
промышленности требует научного обоснования оптимизации схем их
транспортировки и складирования.
Логистика основана на управлении различными видами потоков:
материальными, сервисными, финансовыми, информационными
Применительно к крупнейшим горнодобывающим предприятиям и
вопросам транспортировки и складирования их отходов принципиальная
логистическая схема потоков может быть представлена следующим образом
(Рисунок 3).
Рисунок 3 - Логистическая схема потоков транспортировки и складирования
отходов горнодобывающей промышленности
где
- обозначение материальных потоков;
- обозначение финансовых потоков.
В результате анализа деятельности одного из крупнейших в России
металлургических предприятий, ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», с
применением логистического подхода (Рисунок 3) разработана
оптимизированная транспортная схема производственного комплекса
(Рисунок 4).
11
Рисунок 4 - Транспортная схема производственного комплекса ОАО ЗФ
«ГМК «Норильский никель»
С целью определения технологических параметров возведения
накопителя отходов предприятия, для полученной схемы осуществлена
постановка транспортной задачи в виде систем уравнений (3), (4):
12
{
(3)
{
(4)
где аi– «поставщики» отходов; bi–«потребители» (участки
складирования) отходов.
Учитывая
требования
экологической
безопасности,
подразумевающие
складирование
в
накопитель
всего
объема
∑
вырабатываемых отходов (хвостов) ∑
, транспортная
задача является закрытой или обычной моделью.
Целевой функцией задачи является время, и она представлена в виде:
∑
∑
(5)
где i – количество секторов первого поля; k –количество секторов второго
поля; S1i – площадь i-го сектора I поля накопителя отходов; S2k – площадь kго сектора II поля накопителя отходов; h1 – высота намыва на I поле; h2 –
высота намыва на II поле; q – дневной объем поступающих на
складирование отходов; 195 - продолжительность намыва на пляж
хвостохранилища в днях, определяемая из климатических условий региона,
т.к. в соответствии с нормативными документами намыв может
осуществляться при температуре не ниже -5ºС.
Учитывая ограниченность сроков и большой объем намываемой твердой
фракции необходимо воспользоваться сетевым планированием, являющимся
эффективным
методом
оптимизации
с
обязательным
учетом
консолидационных характеристик, где также играет роль время.
Таким образом, установлено, что применение метода сетевого
планирования с учетом консолидационных характеристик целесообразно
для решения задач определения технологических параметров намыва.
Защищаемое положении №4. Оценка, прогноз и управление
технологическими параметрами возведения намывных техногенных
месторождений на основе метода сетевого планирования с учетом
консолидационных характеристик твердой фракции осуществляются
методами
корреляционно-регрессионного
анализа
при
уровне
надежности 95%.
Технологические параметры намыва и складирования хвостов
исследованы с помощью физико-математического моделирования. Комплекс
модельных исследований включил в себя: изготовление физической модели
13
(Рисунок 5) для исследования технологических параметров намыва;
физическое
моделирование
способов
намыва
хвостохранилища;
исследование физико-механических свойств хвостов в режиме намыва и
последующей консолидации, момент достижения намытыми хвостами
влажности в 20%.
Рисунок 5 - Конструкция лабораторной установки для моделирования
намыва ограждающей дамбы хвостохранилища.
Было определено, что при данной влажности плотность твердой фракции
составляет 1,65 г/см3.
Консолидационные характеристики хвостов по результатам испытаний
были получены методом Казагранде.
Для расчета времени консолидации по изменению геометрических
характеристик образцов было получено уравнение, которое можно
использовать для расчетов с достаточной для практических целей
точностью:
(
)
(
)
(
)
(
) , откуда
( )
где
t - время консолидации, мин; F - площадь сечения кольца, см2;
Сv - коэффициент консолидации, см2/мин; h - начальная высота
слоя, см; hk – конечная высота слоя, см; s - перемещение, см
В результате были получены средние значения коэффициентов
консолидации и значения времени консолидации по уравнению (6).
Далее необходимо было описание математической зависимости
изучаемого параметра y от факторов по экспериментальным данным, с
14
построением регрессионной модели вида y=F(x1, x2...xk). Для этого
использовано уравнение регрессии в виде многочленов (полинома),
расположенных по восходящим степеням изучаемого фактора и
одновременно линейных ко всем коэффициентам:
( )
(7)
где b0 , b1 , b2,…, bk − коэффициенты, подлежащие определению.
В итоге получено уравнение для определения времени консолидации при
известных проектных величинах влажности и плотности:
(8)
Для количественной проверки гипотезы об адекватности регрессионной
модели использовался F-критерий (критерий Фишера), который был
рассчитан с помощью Microsoft Excel (пакет анализа данных).
В результате F-теста получена величина Fрасч.=90,61 для времени
консолидации хвостов при определенной влажности и плотности. Так как
это значение больше табличного Fтабл.(0,05;2;42)=3,22, то можно
утверждать, что регрессионная модель значима и может быть использована
для предсказания значений зависимой переменной y при всех значениях
независимых переменных x1 и x2 в пределах, наблюдавшихся при
эксперименте значений последней.
Данная методика была применена к хвостохранилищу «Лебяжье» ЗФ
ОАО «ГМК «Норильский никель».
Хвостохранилище «Лебяжье» расположено на территории Норильского
промышленного района и представлено двумя полями. Первое поле
эксплуатируется с 1983 г. и имеет абсолютные отметки гребня ~ 70 м.
Второе поле находится в стадии строительства, абсолютные отметки гребня
ограждающей дамбы ~ 50 м. На конец эксплуатации хвостохранилище
должно представлять собой единый накопитель с отметкой гребня 90 м.
Хвостохранилище «Лебяжье» представляет собой один из наиболее
неблагоприятных видов накопителей – каскадный, с перепадом уровней
воды в прудках первого и второго поля более 20 м.
В соответствии с существующим проектом эксплуатации намыв дамбы
осуществляется равномерно, чередуясь на первом и втором полях. При
такой технологии первое поле достигает проектной отметки раньше второго,
при этом перепад высот сохраняется, а устойчивость всего комплекса
снижается. Разделительная дамба находится в неудовлетворительном
состоянии (деформации), а при подъеме уровня воды во втором поле она
будет уходить под воду. На основе технологических параметров,
установленных по результатам физико-математического моделирования,
разработаны и проанализированы альтернативные варианты возведения
техногенного месторождения.
15
Рассмотренные варианты намыва учитывают высоту намыва дамбы за
один цикл и в целом за год, ширину фронта намыва, количество
намываемых хвостов, календарный график работ и т.д. На первом этапе
была выполнена разбивка пляжа на секторы для определения объема
намываемых хвостов. На втором определялся объем намываемых хвостов за
цикл.
Анализ результатов исследований позволил определить оптимальный
вариант технологии намыва, удовлетворяющий всем критериям и
предусматривающий эксплуатацию двух полей по очереди, с опережающим
намывом ограждающей дамбы второго поля и эксплуатацией двух прудков.
Интенсивность намыва дамбы I поля – 1 м/год, II поля – 2 м/год.
На рисунке 6 представлена разбивка пляжа на секторы для определения
объема намываемых хвостов.
Рисунок 6. Разбивка пляжа на секторы
Каждый сектор представляет собой участок пляжа техногенного
месторождения, ширина которого равна фронту намыва, а длина –
расстояния между ограждающей дамбой и дамбой вторичного обвалования.
16
3
Vяр, м
Объем намыва одного яруса
Принятое количество ярусов
намыва N яр, шт
Принятая высота яруса
намыва hяр, м
Расстояние между пикетами, м
3
Объем участков V i , м
Принятая высота намыва hогр,
м
Площадь участков Si , м
№ сектора
№ поля
2
Далее определялись площади секторов по результатам тахеометрической
съемки объекта (Таблица 1).
Процесс годового намыва хвостов в хвостохранилище может быть
разделен на два этапа по времени: намыв и консолидация.
Намыв пляжа из хвостов производится перемещением участка намыва по
ходу движения пульпы в распределительном пульповоде, проложенным по
гребню ограждающей дамбы.
Следует отметить, что при последовательном намыве секторов
продолжительность намыва составит:
(Н1+К1)*2+(Н2+К2)*2 +(Н3+К3)*2+(Н4+К4)*4 +(Н5+К5)*4 =
= (14+12)*2+(7+12)*2+(9+12)*2+(16+12)*4+(15+16)*4=368 дней
где Н – намыв хвостов, К – консолидация хвостов, *1-5 – номера
секторов.
Данное значение не удовлетворяет условию в 195 дней.
Таблица 1. Исходные параметры намыва
1 634436,45
1
634436,45 1800
2
317218,23
I поле 2 305490,65
1
305490,65 2700
2
152745,33
0,5
3 426747,19
1
426747,19 2700
2
213373,59
4 728976,26
2
1457952,52 3200
4
364488,13
II поле
5 689924,71
2
1379849,42 3000
4
344962,35
По исходным параметрам были рассчитаны время намыва полного яруса
и время консолидации одного полного яруса (12 суток) по формуле (8) при
достижении ими влажности 20% и плотности 1,65 г/см3
В таблице 2 представлены значения времени намыва и консолидации
хвостов.
17
Время консолидации одного
полного яруса tк, сут
3
Требуемая плотность ρ, г/см
Требуемая влажность W, %
Время намыва одного полного
яруса tяр, сут
3
на участок за сутки V1в.сут , м
Объем пульпы намываемой
3
сутки намыва, м
Объем пульпы из 1 выпуска за
3
намыва, м
Общий объем пульпы за сутки
3
Объем хвостов за год V г, м
2
магистрали dм - Ø1 м, м
Площадь поперечного сечения
2
выпусков, м
Площадь поперечного сечения
Диаметр выпусков d, м
Таблица 2. Время намыва и консолидации хвостов
239,72
23972
8408952,4
0,785
0,00785
0,1
23972 14
12
23972
7
12
20 1,65
23972
9
12
23972 16
12
23972 15
12
На основании результатов испытаний и значений времени консолидации
(Таблица 3) был построен сетевой график намыва обеих полей
хвостохранилища «Лебяжье» (Рисунок 7).
Рисунок 7. Сетевой график намыва хвостохранилища.
В результате построения и расчета сетевого графика было определено,
что продолжительность критического пути составляет 189 дней, что меньше
195 дней. Это позволяет сделать вывод о том, что весь объем намываемых
хвостов будет уложен в требуемые сроки.
18
Основываясь на проведенных экспериментах и расчетах был разработан
алгоритм технологических параметров намыва техногенного месторождения
(Рисунок 8).
Рисунок 8. Алгоритм разработки технологических параметров намыва
19
В работе выполнен расчет экономического эффекта от принятых
технологических решений, который определяется как разница между
затратами на возведение объекта по существующей технологии и по
разработанной технологии намыва (9):
Эобщ = Эт.р. + Эс.ст. + Э альт.(9)
где Эт.р. – экономический эффект от технологических решений;
Эс.ст. – экономический эффект от сокращения срока строительства;
Эальт – экономический эффект от сокращения альтернативных
издержек.
Расчеты показывают, что размер экономического эффекта от принятых
технологических решений составит ~ 187 млн. руб за три года эксплуатации.
Комплекс выполненных исследований позволил теоретически и
практически обосновать направления эффективной и безопасной
эксплуатации намывного техногенного месторождения.
Заключение.
В диссертационной работе на основе комплексной оценки технологии
складирования отходов предприятий горнодобывающего комплекса решена
актуальная научно-техническая задача научного обоснования и разработки
методики
расчета
параметров
намывных
накопителей
отходов
горнодобывающей промышленности методом сетевого планирования с
учетом времени консолидации твердой фракции.
Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации:
1. Обосновано, что процесс консолидации твердой фракции при
намыве заканчивается тогда, когда осадок достигает максимальной
плотности, а при намыве нового слоя целесообразно достижение твердой
фракцией влажности 20%, что соответствует наиболее плотной укладке
частиц примерно одного размера, когда все поры заполнены жидкостью, под
действием собственного веса.
2. Установлено, что группы консолидационных характеристик
намываемой твердой фракции, определенные при различных значениях
влажности и плотности, не различаются между собой на основе критерия
Крускала-Уоллиса, а различия между парами групп статистически
незначимы на основе критерия Манна-Уитни.
3. Обоснована методика оптимизации технологических параметров
намыва техногенных месторождений, основанная на методе сетевого
планирования процесса возведения и учитывающая производственные
показатели, геометрические характеристики намывного техногенного
месторождения, физико-механические свойства твердой фракции,
ограничение максимальной высоты намывного слоя, связанное с
климатическими условиями.
20
4. Обосновано, что оценка, прогноз и управление технологическими
параметрами возведения намывных техногенных месторождений на основе
метода сетевого планирования с учетом консолидационных характеристик
твердой фракции осуществляются методами корреляционно-регрессионного
анализа при уровне надежности 95%.
5. Предлагаемый метод расчета технологических параметров намыва
повышает
точность
определения
технологических
параметров
формирования намывных техногенных месторождений, что является
основой уменьшения затрат на возведение и эксплуатацию данных объектов,
что и было подтверждено по результатам исследований в лабораторных
условиях намыва ограждающей дамбы хвостохранилища «Лебяжье» ОАО
ЗФ «ГМК «Норильский никель».
6. Размер экономического эффекта при оптимизации технологии
намыва ограждающей дамбы хвостохранилища «Лебяжье» ОАО ЗФ «ГМК
«Норильский никель» с применением метода сетевого планирования с
учетом времени консолидации твердой фракции составит ~ 187 млн. руб за
три года эксплуатации.
7. Методика обоснования технологических параметров формирования
и эксплуатации техногенных месторождений может быть использована
горнорудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными
организациями, а также в ВУЗах.
Основное содержание диссертационной работы отражено в
следующих публикациях:
В изданиях, входящих в международные базы цитирования Scopus
1. Лолаев А.Б., Хулелидзе К.К., Бутюгин В.В., Бадоев А.С. Сетевое
планирование для оптимизации технологических параметров процесса
намыва хвостохранилищ//Устойчивое развитие горных территорий – Том 9,
№3 (33). – Владикавказ. – 2017. – С. 281 – 286.
2. Лолаев А.Б., Бадтиев А.Б., Бутюгин В.В., Бадоев А.С. Определение
консолидационных характеристик хвостов намывных техногенных
месторождений//Устойчивое развитие горных территорий – Том 9, №4 (34).
– Владикавказ – 2017. – С. 355 – 361.
В изданиях, рекомендованных ВАК, и приравненных к ним:
3. Лолаев А.Б., Бадоев А.С., Оганесян Э.Х. Определение времени
консолидации хвостов намывных хвостохранилищ//Успехи современной
науки – № 1, Том 7. – Белгород. – 2017. – С. 153 – 158.
4. Лолаев А.Б., Бадоев А.С., Оганесян Э.Х. Применение сетевых
графиков для оптимизации намыва хвостохранилищ//Успехи современной
науки и образования – № 3, Том 6. – Белгород. – 2017. – С. 220 – 224.
5. Лолаев А.Б., Оганесян А.Х., Бадоев А.С., Оганесян Э.Х. К вопросу
установления оптимальных технологических параметров ограждающей
21
дамбы при формировании техногенных месторождений//Сборник научных
работ преподавателей и аспирантов СКГМИ (ГТУ): Горный
информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). –
№6 (специальный выпуск 25). – М.: Изд-во Горная книга, 2018 – С. 50 – 58.
6. Лолаев А.Б., Оганесян А.Х., Бадоев А.С., Оганесян Э.Х. Сетевое
планирование при оптимизации технологических параметров намыва
хвостохранилищ в криолитозоне//Сборник научных работ преподавателей и
аспирантов СКГМИ (ГТУ): Горный информационно-аналитический
бюллетень (научно-технический журнал). – №6 (специальный выпуск 25). –
М.: Изд-во Горная книга, 2018. – С. 125 – 133.
Патенты:
7. Лолаев А.Б., Оганесян А.Х., Бадоев А.С., Оганесян Э.Х. Способ
возведения намывной ограждающей дамбы//Патент РФ №2654718. – 2017.
В других изданиях:
8. Хадонов З.М., Хадонова Т.К., Бадоев А.С. Управление
материальными потоками в строительстве на основе логистического
подхода//Сборник научных трудов СОО АН ВШ РФ. – Владикавказ, 2011. –
С. 125 – 128.
9. Бадоев А.С., Хадонов З.М. Логистический подход в строительном
производстве/Сб. материалов Республиканской научно-техн. конференции
СКГМИ (ГТУ) «Пути совершенствования качества строительства
промышленных и гражданских зданий и инженерных сооружений». – Изд-во
«Терек». – Владикавказ, 2012. – С.32 – 36.
10. Akopov A.P., Tuskaeva Z.R., Badoev A.S. “Logistic Approach to the
Optimization of the Inwash Technology of the Cascade Tailing Dump Levee in
Permafrost Region” Proceedings of 2-nd International Conference "Geotechnics
for Sustainable Development", Hanoi, VIETNAM. 2013. Pp.773 – 777.
11. Лолаев А.Б., Акопов А.П., Бадоев А.С. Алгоритм решения задачи по
определению параметров возведения намывных накопителей отходов
горнодобывающей промышленности/Тезисы Всероссийской конференции
«Геодинамика, вулканизм, сейсмичность и экзогенные геологические
процессы природного и техногенного характера на Кавказе» – ВНЦ РАН –
Владикавказ, 2014. – С.31 – 32
12. Лолаев А.Б., Арутюнова А.В., Бадоев А.С., Дзебоев С.О., Илаев В.Э.
Изучение физико-химических свойств лежалых хвостов методами
выделения мономинеральных фракций/Материалы Всероссийской научной
конференции «Геодинамика, вулканизм, сейсмичность и экзогенные
геологические процессы природного и техногенного характера на Кавказе» –
ВНЦ РАН. – Владикавказ, 2014. – С. 33 – 34.
13. Лолаев А.Б., Акопов А.П., Бадоев А.С. Алгоритм решения задачи по
определению параметров возведения намывных накопителей отходов
22
горнодобывающей
промышленности/Материалы
Всероссийской
конференции «Геодинамика, вулканизм, сейсмичность и экзогенные
геологические процессы природного и техногенного характера на Кавказе» –
ВНЦ РАН. – Владикавказ, 2015. – С. 271 – 278.
14. Лолаев А.Б., Арутюнова А.В., Бадоев А.С., Дзебоев С.О., Илаев В.Э.
Изучение физико-химических свойств лежалых хвостов методами
выделения мономинеральных фракций/Материалы Всероссийской научной
конференции "Геодинамика, вулканизм, сейсмичность и экзогенные
геологические процессы природного и техногенного характера на Кавказе» –
ВНЦ РАН. – Владикавказ, 2015. – С. 311 – 317.
15. Лолаев А.Б., Арутюнова А.В., Бадоев А.С., Дзебоев С.О. Изучение
физико-химических свойств лежалых хвостов Тырныаузского горнометаллургического
комбината
(Кабардино-Балкарская
республика)
методами выделения мономинеральных фракций//Труды СКГМИ (ГТУ)
№22. – Владикавказ, 2015. – С. 64 – 71.
16. Dzeboev S.O., Lolaev A.B., Badoev A.S., Arutiunova A.V., Ilaev V.E.
Determination of the Tails Consolidation Parameters of Alluvial Tailings Dump in
Permafrost Region Proceedings of 1st International Conference on Natural
hazards & Infrastructure Chania, GREECE 2016.
17. Лолаев А.Б., Бадоев А.С., Арутюнова А.В., Оганесян Э.Х.
Определение времени консолидации хвостов намывных накопителей
отходов предприятий горно-металлургической промышленности/Сборник
статей научно-технической конференции обучающихся и молодых ученых
СКГМИ (ГТУ) "НТК-2016". – Владикавказ, 2016. – С. 33 – 36.
18. Лолаев А.Б., Акопов А.П., Бадоев А.С. Программа расчета
технологических параметров намывных сооружений с использованием
стандартного пакета Microsoft Office Excel на примере хвостохранилища
«Лебяжье» ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель»/Сборник статей научнотехнической конференции обучающихся и молодых ученых СКГМИ (ГТУ)
"НТК-2016". – Владикавказ, 2016. – С. 31 – 33.
19. Lolaev A.B., Badoev A.S., Arutiunova A.V., Dzeboev S.O., Ilaev V.E.,
Georgetti G.B. Definition of tailings consolidation parameters to optimize the
inwash technology of the tailing dump levee/Proceedings of XVIII Brazilian
Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering "The Sustainable
Future of Brazil goes through our Minas" COBRAMSEG 2016, Belo Horizonte,
BRAZIL, 2016.
20. Lolaev A.B., Badoev A.S., Oganesyan A.Kh. Application of numerical
methods for the optimization of the technological parameters of the tailing dam
alluvium in permafrost region/Proceedings of 2-nd International Seminar
“Numerical Analysis in Geotechnics” NAG2018, Ho Chi Minh City, Vietnam,
2018. (CD-edition).
23
Подписано к печати 00.00.2018.
Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 0000.
Отпечатано в подразделении оперативной
полиграфии СКГМИ (ГТУ)
362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.
24
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа