Исследование физико-механических свойств сгущенных хвостов обогащения и формируемого искусственного массива в выработанном пространстве карьера

В.Н. Калмыков¹, А.А. Гоготин², В.Ш. Галямов², А.С. Тарабаев^1
1 1 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Российская Федерация
² ООО «УралГеоПроект», г. Магнитогорск, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2024 стр. 111-115

Резюме: В статье представлены результаты исследования физико-механических свойств сгущенных хвостов обогащения, а также закономерностей их изменения в процессе размещения в выработанном пространстве карьера. Необходимость проведения экспериментальных работ вызвана имеющими место несоответствием параметров, создаваемых намывом искусственных массивов, по сравнению с проектными решениями, в частности, углов растекания, отсутствием формируемой прудковой зоны в теле массива, а также незначительным влиянием на притоки водоотливной установки. В качестве объектов исследований приняты такие характеристики сгущенных хвостов обогащения, которые на стадии проектирования определяют параметры технологии намыва и формируемого в карьере искусственного массива: плотность, минеральная плотность, абсолютная и относительная влажность, свободная водоотдача, вязкость, напряжение сдвига, угол растекания, коэффициент фильтрации. Испытание данных характеристик производилось с использованием стандартных методик. Отбор представительных проб произведен в местах сброса сгущенных хвостов в емкость карьера и непосредственно в разгрузке комплекса пастового сгущения со сгустителя №2. Установлено, что по мере транспортирования сгущенных хвостов обогащения к месту укладки в карьере изменения плотностных, влажностных, фильтрационных параметров сгущенного продукта не происходит, а реологические свойства, такие как вязкость, напряжение сдвига, угол растекания, претерпевают существенное изменение, которое должно учитываться в проектных решениях. Ознакомление с технологией сгущения, транспортирования и складирования пастовых смесей в карьерных выработках позволяет считать в качестве основной причины изменения структуры и свойств сгущенных хвостов обогащения – механическое воздействие на флокулы пульпы и их деструкцию, заключающуюся в разрыве макромолекул.

Ключевые слова: хвосты обогащения, сгущенный продукт, карьер, выработанное пространство, угол растекания, формируемый искусственный массив

Благодарности: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №23-21-10040, https://rscf.ru/project/23-21-10040.

Для цитирования: Калмыков В.Н., Гоготин А.А., Галямов В.Ш., Тарабаев А.С. Исследование физико-механических свойств сгущенных хвостов обогащения и формируемого искусственного массива в выработанном пространстве карьера. Горная промышленность. 2024;(2):111–115. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-2-111-115

Информация о статье

Поступила в редакцию: 03.02.2024

Поступила после рецензирования: 04.03.2024

Принята к публикации: 11.03.2024

Информация об авторах

Калмыков Вячеслав Николаевич – доктор технических наук, профессор, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, г. Магнитогорск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Гоготин Алексей Анатольевич – кандидат технических наук, директор ООО «УралГеоПроект», г. Магнитогорск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Галямов Виктор Шамильевич – кандидат технических наук, заведующий лабораторией ООО «УралГеоПроект», г. Магнитогорск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Тарабаев Андрей Сергеевич – аспирант, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Зотеев О.В., Калмыков В.Н., Гоготин А.А., Зубков А.А., Зубков А.А. Исследование физико-механических свойств отходов обогащения для разработки технологии формирования закладочного массива в выработанном пространстве карьера «Учалинский». Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013;(4):13–17. Zoteev O.V., Kalmykov V.N., Gogotin A.A., Zubkov A.A., Zubkov A.A. The investigation of tailings physical and mechanical properties for the development of the method of filling solid mass forming in Uchalinsky quarry waste area. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013;(4):13–17. (In Russ.)

2. Куликова А.А., Ковалева А.М. Применение хвостов обогащения в качестве закладки выработанного пространства рудников. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(2-1):144–154. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-144-154 Kulikova A.A., Kovaleva A.M. Use of tailings of enrichment for laying of the developed space of mines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021;(2-1):144–154. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-21-0-144-154

3. Хайрутдинов М.М., Кузиев Д.А., Копылов А.Б., Головин К.А. Техногенные отходы в закладочных смесях – путь снижения воздействия на экологию. Известия Тульского государственного университета. Науки о земле. 2022;(1):152–164. Khayrutdinov M.M., Kuziev D.A., Kopylov A.B., Golovin K.A. Man-made waste in backfill mixtures – a way to reduce environmental impact. Izvestiya Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o Zemle. 2022;(1):152–164. (In Russ.)

4. Александров В.И., Ватлина А.М., Махараткин П.Н. Обоснование и выбор расчетных параметров гидрофицированного комплекса оборудования для получения закладочных смесей из текущих хвостов обогащения. Записки Горного института. 2023;262:541–551. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.68 Alexandrov V.I., Vatlina A.M., Makharatkin P.N. Substantiation and selection of the design parameters of the hydroficated equipment complex for obtaining backfill mixtures from current enrichment tailings. Journal of Mining Institute. 2023;262:541–551. (In Russ.) https://doi.org/10.31897/PMI.2022.68

5. Калмыков В.Н., Гоготин А.А., Тарабаев А.С. Опыт размещения сгущенных хвостов обогащения в Учалинском карьере в условиях совмещения с подземными работами. Актуальные проблемы горного дела. 2021;(2):30–34. Kalmykov V.N., Gogotin A.A., Tarabaev A.S. The experience of placing condensed tailings of enrichment in the Uchalinsky quarry in combination with underground work. Aktualnye Problemy Gornogo Dela. 2021;(2):30–34. (In Russ.)

6. Зотеев О.В., Калмыков В.Н., Гоготин А.А., Зубков А.Е., Ахмедъянов И.Х., Зубков А.А., Бондаренко Д.А. Разработка технологии закладки Учалинского карьера сгущенными отходами обогатительного производства. В кн.: Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова; 2013. С. 44–47. Zoteev O.V., Kalmykov V.N., Gogotin A.A., Zubkov A.E., Akhmedyanov I.H., Zubkov A.A., Bondarenko D.A. Development of the backfilling technology using thickened concentration wastes at the Uchalinskiy open pit mine. In: Integrated development of mineral deposits: collection of scientific articles. Magnitogorsk: Nosov Magnitogorsk State Technical University; 2013, pp. 44-47. (In Russ.).

7. Зубков А.А. Обоснование параметров технологии формирования техногенных массивов из отходов обогащения в выработанном карьерном пространстве при открыто-подземной разработке медно-колчеданных месторождений: дис. … канд. техн. наук. Магнитогорск; 2013. 160 с. Zubkov A.A. Justification of technological parameters for creation of man-made masses using concentration wastes in combined method of mining copper and cobalt deposits: Cand. eng. sci. diss., Magnitogorsk; 2013, 160 p. (In Russ.).

8. Gao J., Fourie A. Studies on thickened tailings deposition in flume tests using the computational fluid dynamics (CFD) method. Canadian Geotechnical Journal. 2019;56(2):249–262. https://doi.org/10.1139/cgj-2017-0228

9. Blight G.E., Melentev A.V. The master profile for hydraulic fill tailings beaches. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Geotechnical Engineering. 1994;107(1):27–40. https://doi.org/10.1680/igeng.1994.25718

10. Jiao H., Yang W., Ruan Z., Yu J., Liu J., Yang Y. Microscale mechanism of tailing thickening in metal mines. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2023;30(8):1538–1547. https://doi.org/10.1007/s12613-022-2587-0

11. Cacciuttolo Vargas C., Marinovic Pulido A. Sustainable management of thickened tailings in Chile and Peru: A review of practical experience and socio-environmental acceptance. Sustainability. 2022;14(17):10901. https://doi.org/10.3390/su141710901

12. Бармин И.С., Морозов В.В., Поливанская В.В. Исследование и разработка режимов сгущения и флотации шламовых классов лежалых хвостов. Руды и металлы. 2020;(1):87–93. https://doi.org/10.24411/0869-5997-2020-10007 Barmin I.S., Morozov V.V., Polivanskaya V.V. Research and development of regimes of thickening and flotation of sludge classes of stale tails. Ores and Metals. 2020;(1):87–93. (In Russ.) https://doi.org/10.24411/0869-5997-2020-10007

13. Шершнев А.А., Кисляков В.Е. Растекание пастообразных хвостов обогатительного передела. Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. 2014;7(3):290–294. Shershnev A.A., Kislykov V.E. Spreadability of paste tailings after concentrating repartition. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2014;7(3):290–294. (In Russ.)

14. Зотеев В.Т., Зотеев О.В., Костерова Т.К., Тагильцев С.Н., Осламенко В.В. Гидрогеологические и геомеханические условия формирования хвостохранилища в Главном карьере Высокогорского ГОКа. Известия вузов. Горный журнал. 1995;(5):111–121. Zoteev V.T., Zoteev O.V., Kosterova T.K., Tagiltsev S.N., Oslamenko V.V. Hydrogeological and geomechanical conditions of tailings storage formation in the Main quarry of the Vysokogorsky GOK. Izvestiya Vuzov. Gornyi Zhurnal. 1995;(5):111–121.

15. A Chryss., Fourie A., Monch A., Nairn D., Seddon K.D. Towards an integrated approach to tailings management. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2012;112(11):965–969. https://doi.org/10.36487/ACG_REP/1263_01_CHRYSS

16. Николаев А.К., Авксентьев С.Ю., Ляшик С.П. Исследование реологических характеристик пастообразных гидросмесей. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008;(10):352–355. Nikolaev A.K., Avksentiev S.Yu., Lyashik S.P. Investigation of rheological characteristics of pasty hydraulic mixtures. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2008;(10):352–355.