Техногенные месторождения, приуроченные к гидроотвалам и хвостохранилищам.

Гидроотвалы или отвалы гидровскрыши представляют собой вскрышные породы, превращенные средствами гидромеханизации (гидромониторы, гидроэлеваторы, грунтовые насосы и др.) в пульпу, которая и поступает в гидроотвал по трубам. Мокрое обогащение применяют при переработке почти всех черных и цветных металлов, угля, многих видов неметаллических полезных ископаемых. Складирование вскрышных пород гидравлическим способом и хвостов мокрого обогащения имеет побочный эффект обогащения их рудными и промышленными минералами в пляжной или иной зоне. Хвосты мокрого обогащения — материал преимущественно тонкопорошковый, сильно пылящийся в сухом состоянии. Для предотвращения пыле- ния в процессе формирования хвостохранилищ в них поддерживается уровень воды выше поверхности хвостов.

Формируются гидроотвалы и хвостохранилища в естественных или искусственных (создаваемых с помощью упорных или ограждающих дамб) емкостях, заполняемых пульпой, которая поступает по трубам, прокладываемым в дамбах (рис. 7.51). При этом происходит гидравлическая дифференциация взвеси: более крупный и тяжелый материал осаждается в «пляжной» зоне, более мелкий — в «прудковой».

Гидроотвал овражного типа (по Е. С. Тумановой и др., 1991)

Рис. 7.51. Гидроотвал овражного типа (по Е. С. Тумановой и др., 1991):

а — план, б — продольный разрез; 1 — откос оградительной дамбы и плотины;

  • 2 — крупный тяжелый материал; 3 — менее крупный и более легкий материал;
  • 4 — мелкий легкий материал

Таким образом, из естественной горной породы (или из смеси пород, если разрабатывается одновременно несколько породных слоев) образуется фациальный ряд совершенно новых искусственных пород, вследствие чего в теле гидроотвала наблюдается зональность (рис. 7.52). Особенности этой зональности (состав и мощность зон) определяются составом пульпы, режимом и продолжительностью ее поступления. Внутреннее строение гидроотвала осложняется одновременным поступлением пульпы разного состава, сменой режима ее поступления и другими факторами. Благодаря такой технологически неизбежной классификации, в теле гидроотвала локализуются виды минерального сырья, которых не было в составе вскрышной толщи. Например, гравийнопесчаные отложения, отрабатываемые одним вскрышным уступом, при транспортировании и складировании в отвал гидравлическим способом фракционируются на гравий, крупно-, средне- и мелкозернистый песок, причем каждая вновь возникшая литологическая разновидность располагается в отвале в виде самостоятельной зоны. При отработке плохо отсортированных песчано-глинистых пород в теле гидроотвала появляются зоны песка (разной крупности), алеврита и глины.

Варианты строения комбинированных отвалов (по Е. С. Тумановой и др., 1991)

Рис. 7.52. Варианты строения комбинированных отвалов (по Е. С. Тумановой и др., 1991):

а — сухой многоярусный отвал на гидроотвале; б — гидроотвал на сухом плоском двухъярусном отвале: 1—5 — породы различного состава

Любые нарушения в технологическом режиме неизбежно приводят к сверхнормативным потерям полезного компонента, который накапливается в основном в пределах пляжной зоны, а в направлении к прудковой зоне закономерно уменьшается. Некоторые разности хвостов или очистки от рудного материала могут отвечать кондициям на сырье для того или иного производства.

Из-за совместного складирования различных по составу и физикомеханическим свойствам пород, изменений во времени качества поступающих отходов, гравитационной дифференциации и сегрегации складированных отходов (особенно это касается хвостохранилищ), их перемешивания, окисления, выщелачивания, миграции и перераспределения компонентов, а также других гипергенных процессов первоначальное качество материала может существенно изменяться. Степень этого изменения зависит от длительности хранения. Отходы могут быть староживущие и активные (пополняемые).

Техногенные месторождения, приуроченные к комбинированным отвалам. Образуются при сочетании сухого и гидравлического способов формирования. Внутреннее строение образующихся комбинированных отвалов особенно сложно, поскольку в нем сочетаются структурные особенности отвалов обоих типов (см. рис. 7.53). Иногда в них выделяются достаточно однородные зоны, которые могут иметь промышленное значение.

Хвостохранилища и гидроотвалы на горнообогатительных предприятиях большой производственной мощности характеризуются большой протяженностью, измеряемой километрами. После завершения консолидации их глинистых ядер они могут использоваться как основание для сухих отвалов. Иногда, напротив, плоские сухие отвалы используются как основания для гидроотвалов и хвостохранилищ.

Варианты отвалообразования вскрышной породы: локализация внутри отвала без существенного изменения состава, но с нарушением естественной структуры; рассеяние или загрязнение вещества вследствие перемешивания; дифференциация вещества с образованием новых — искусственных видов пород особого состава и с новыми свойствами.

Для хвостов мокрого обогащения, складируемых гидравлическим способом, реален только третий вариант.

Отвал целиком может быть сложен одной полезной породой лишь в том случае, когда другие породы в составе вскрышной толщи отсутствуют, либо когда он сформирован как временный склад этой породы.

Техногенные россыпи. Техногенные россыпи — это россыпи, на которых уже велась добыча, но, несмотря на это, остались запасы полезного компонента, как на отработанных площадях, так и законтурных участках, разработка которых ранее была нерентабельна (В. А. Макаров, 2001). Чаще всего россыпные объекты испытывали неоднократную отработку. Повторные и последующие разработки россыпей, как правило, осуществлялись с применением все более совершенных и производительных технологий. В разное время получили распространение мускульный, дражный, гидравлический и гидромеханический способы отработки россыпей.

Мускульный способ разработки россыпных месторождений золота существовал на протяжении полутора веков. Масштабы преобразования целиковых россыпей невелики. Добычные работы велись избирательно на ограниченных, наиболее богатых, участках. Образованные при этом элементы техногенного ландшафта, как правило, значительно изменены последующими природными процессами.

Строение техногенных россыпей, сформированных мускульными разработками, во многом определяется способом отработки. В зависимости от горно-геологических условий применялись открытый, подземный либо комбинированный способы.

Открытая добыча из россыпей велась с использованием разрезов, ям (шурфов размером 2x2 м, глубиной не более 4 м) и котлованов. Ямы располагались вдоль струи россыпи. При открытых работах максимальное развитие получают отвалы торфов (вскрыша) и после промывки песков — отвалы галей и эфелей. Галя это обломочный аллювиальный материал размером от 1—2 мм до 20 см. Эфеля — легкая мелкая фракция, выносимая водой при промывке россыпного или рудного полезного ископаемого.

При мускульной отработке валунные отвалы сложены хорошо отмытыми валунами и глыбами горных пород размером 20—30 см без примеси мелкозернистого материала. Часто они формировались в виде насыпей округлой формы с плоской горизонтальной вершиной высотой до 3—4 метров. Галечные отвалы имеют небольшое распространение и хорошо сохраняются при последующем изменении ландшафта, располагаются неподалеку от отвалов эфелей.

При мускульной отработке россыпей подземным способом в отработку вовлекались преимущественно наиболее обогащенные приплоти- ковые части пласта песков. Участки целиковой россыпи обычно вытянуты по «струе» пласта.

Важной особенностью россыпей мускульного способа отработки является то, что вследствие бессистемности их эксплуатации, связанной с большим количеством недропользователей на одном объекте, вскрышные отвалы располагались вблизи выработок. При этом заваливались значительные участки россыпи, которые в настоящее время являются первоочередными при повторной отработке россыпей такого типа.

Потери, например, золота в породах отвального комплекса при мускульных отработках были незначительные [13]. Определенный интерес для повторной переработки могут представлять отвалы вскрыши и эфелей.

Способ гидравлической отработки россыпей осуществляется массовой промывкой всей толщи рыхлых отложений с использованием энергии воды, подаваемой гидромониторами. Особенностями строения такой россыпи являются: отсутствие отвалов торфов, слабая зачистка плотика, плохое качество классификации материала, подаваемого на шлюз (рис. 7.53). При этом способе извлечение металла было низким, распределение его в отвальном комплексе неравномерное. Крупнообломочная часть хвостов обогащения, не содержащая полезных компонентов (валуны и галя), удалялась мускульным способом в отработанный смежный разрез. Наиболее обогащенной частью хвостов промывки является эфельный отвал; при этом закономерности распределения потерянного полезного ископаемого в нем определяются способом их складирования — самотеком или с помощью гидромонитора. Другая часть россыпи данного типа, где наблюдаются повышенные концентрации — плотик. Наиболее ценными для повторной отработки являются техногенные россыпи со сланцевым и известковым плотиками. В таких плотиках полезные минералы проникают по трещинам на глубину 0,5—1,0 м, в отдельных случаях до 3 м.

Схема размещения пород отвального комплекса при гидромеханической, дражной и гидравлической отработке [13]

Рис. 7.53. Схема размещения пород отвального комплекса при гидромеханической, дражной и гидравлической отработке [13]:

1 — пески; 2 — торфа; 3 — отвал вскрыши; 4 — плотик россыпи; 5 — эфеля; 6 — илы; 7 — галя; 8 — валуны

При гидромеханическом способе отработки россыпи (раздельный способ добычи) образуются отвалы трех типов — торфов, эфелей и гали.

Отвалы торфов формируются в результате вскрышных работ при открытом способе добычи. Представлены они обломочным материалом, который ранее перекрывал рудоносный пласт. Отвалам данного типа свойственно отсутствие сортировки материала, наличие остатков растительности, органики и отсутствие признаков перемыва (повышенная глинистость). Зачастую отвалы торфов испытали неоднократную перевалку, что определяет относительно равномерное распределение крупных и мелких фракций. В отдельных случаях отмечается увеличение доли крупных фракций в основании отвала.

По форме отвалы торфов представляют пологие насыпные гряды, обычно вытянутые вдоль бортов россыпи или внутриконтурных целиков, залегающих в пределах отработанного полигона.

Галечные отвалы гидромеханической отработки представляют собой обломки, величина которых определяется параметрами перфорации конкретного промприбора и чаще всего изменяется в пределах от 2 до 10 см. В строении галечных отвалов наблюдается зональность, проявляющаяся в увеличении крупности материала сверху вниз от вершины отвалов к их основанию.

Форма галечных отвалов, как правило, конусообразная; они перекрывают продукты отвального комплекса ранних разработок. Высота отвалов может достигать 10—15 м.

Эфельные отвалы представляют собой хвосты от промывки песков на обогатительных установках. Сложены они, в основном, дресвой, гравием, щебнем, мелкой галькой и песчано-глинистым материалом. Материал может быть перемешан или имеет зональное размещение от головной части (места слива пульпы) к тыльной. Наиболее маломощная часть отвалов сложена мелким песчано-глинистым материалом. В тыльной части эфеля постепенно переходят в илисто-глинистые отложения пруда-отстойника. Головная часть резко обогащена минералами тяжелых фракций. Другими элементами техногенной россыпи при гидромеханической отработке являются дамбы, водоотводные каналы и отложения прудов-отстойников.

Дражный способ отработки приводит к расположению отвалов торфов преимущественно в бортах россыпи. В отработанном пространстве последовательно складируются эфеля (в нижней части разреза) и галя, перекрывающая эфельный отвал сверху. В плане галечный и эфель- ный отвалы совмещены. Мощность слоев гали и эфеля определяется гранулометрическим составом горной массы. Механизм формирования отвальных комплексов зависит от типа драги. Если забой отрабатывался на всю мощность сразу (канатная драга), то в отвал одновременно поступал материал торфов, песков и разборного коренного плотика. Свайными драгами на каждой заходке разрез отрабатывается последовательно сверху вниз, поэтому вверх от основания эфельного и дражного отвалов материал торфов сменялся материалом песков и далее плотика (рис. 7.54).

Типовая схема размещения участков с повышенной концентрацией золота в дражной техногенной россыпи (по В. В. Чемезову, 2004)

Рис. 7.54. Типовая схема размещения участков с повышенной концентрацией золота в дражной техногенной россыпи (по В. В. Чемезову, 2004):

1 — пески, расположенные за контуром балансовых содержаний; 2 — пески,

оставленные невынутыми при плотике; 3 — пески, потерянные при доставке (просыпь); 4,5 — галя и эфеля соответственно (технологические потери);

6 — межходовые целики, оставленные при выемке

В соответствии со схемой потерь полезного ископаемого технологические потери, допущенные при промывке и обогащении песков, размещаются в галечном отвале по всей его высоте, в эфельном — в верхних слоях (до глубины 3,5 м). Под эфельным отвалом в припло- тиковой части россыпи содержатся повышенные концентрации рудных или промышленных минералов, обусловленные потерями песков при их доставке в завалочный люк (просыпь), а также невынутыми по разным причинам песками из целика.

Площадям, затронутым дражной разработкой, свойственно развитие специфического «косового» техногенного рельефа, проявляющегося серией параллельных выпуклых кос (гребней) шириной 5—6 м и высотой до 2 м. Наличие в техногенных россыпях вещества полезного ископаемого обусловлено наличием забалансовых запасов, не вовлекаемых в отработку и оставленных в виде целиков, неполным выявлением запасов при оценке и разведке и потерями полезного ископаемого в пределах контура балансовых запасов из-за несовершенства технологии промывки и доводки.

Минеральный состав и геохимические особенности техногенных россыпей, как правило, наследуются от первичной россыпи, но в процессе освоения месторождений испытывают определенные изменения. Эти воздействия выражаются в изменении строения и состава песков и вмещающих пород, перераспределении полезных компонентов.

Техногенные озера. Гидроотвалы хвостохранилищ, образующиеся в процессе складирования отходов обогащения, — это подвижная система, в которой превращение вещества (фракционирование материала, перекристаллизация минералов, окисление, выщелачивание, осаждение металлов и т. д.) происходит в реальном времени. Этому способствует изначально химически активная среда, высокая концентрация сульфидов по сравнению с природными рудными телами и большая удельная поверхность зерен. При этом гидроотвалы с течением времени трансформируются в своеобразные техногенные озера (рис. 7.55), в которых на фоне химических процессов растворения- осаждения вещества происходят биогенные преобразования (появление планктона, зарастание мелководных частей растительностью, накопление естественного донного осадка).

Схема стадийности развития техногенных озер и их взаимодействия с природными системами (по С. Б. Бортниковой и др., 2003)

Рис. 7.55. Схема стадийности развития техногенных озер и их взаимодействия с природными системами (по С. Б. Бортниковой и др., 2003)

Строение техногенных месторождений этого типа определяют стадийность развития техногенных систем, изменение концентрации металлов и соотношения их различных форм в основных компонентах хвостохранилищ в зависимости от возраста техногенных озер. В первую техногенную стадию происходит поступление вещества в хранилище. Процессы взаимодействия твердое — жидкое определяются закономерностями изменения обогащаемых руд под воздействием технологических растворов (флотационных, выщелачивающих реагентов — цианидов, аммиачных растворов и т. д.). В хранилище поступают инертные минеральные формы металлов (недоизвле- ченные сульфиды) в твердом веществе и растворы с повышенными содержаниями металлов. Соответствующая этой стадии зона располагается вблизи выпускных шлюзов. Вторая стадия — промежуточная, ей соответствует зона, пространственно удаленная от источника поступления вещества, включающая в себя центральную и мелководные части озера. Происходит разрушение сульфидов, переход металлов в раствор и накопление его в илах. В третью стадию — биогенную появляется биота и происходит проникание металлов в растения, движение по ним, концентрация в образующемся донном осадке и иловых растворах.

Последние стадии развития техногенных озер начинаются после консервации хвостохранилища, установления внешних стабильных условий и окончательного включения техногенного тела в природную цепь явлений. Продолжаются процессы окисления сульфидов и растворения металлов, о чем свидетельствует повышение содержаний металлов в свободной воде и иловых растворах, а также в донных осадках. Может происходить скачкообразное изменение параметров водоемов, концентрация металлов в растворе, увеличение их подвижности, появление новых ассоциаций в твердом веществе.

При формировании техногенных озер происходит вынос большого количества растворенных металлов (в том числе и токсичных), сульфата и других компонентов, используемых при обогащении (водный вынос). Геохимическая ассоциация загрязнителей в первую очередь зависит от состава складируемых отходов и технологических растворов. Дренаж осуществляется через специальную систему, создаваемую для поддержания определенного уровня техногенного озера, обычно включающую колодцы-отстойники, где оседает механическая взвесь из растворов. Ветровое загрязнение территорий окружающих хранилища (ветровой вынос), зависит от состояния поверхности пляжной зоны (влажность и гранулометрия материала), интенсивности и повторяемости ветров, рельефа местности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >