Исследование способов обезвреживания и использования твердых отходов в качестве строительных материалов

В четырех километрах к  востоку от месторождения проходит трасса магистрального газопровода  «Бухара-Урал». Поэтому вопрос теплоснабжения предприятия и поселка решен  за счет использования природного газа в качестве энергоносителя.

Район месторождения располагает  необходимыми запасами технической  и питьевой воды. Водоснабжение возможно за счет разведанных и утвержденных ГКЗ СССР запасов подземных вод  Кызылкаинского водозабора, расположенного на левом берегу реки Орь в 10-12 км к юго-западу от месторождения.

Поверхность месторождения  представляет собой слабо всхолмленную местность с абсолютными отметками 275-290 м в северной части и 250-260 м в южной. Наименьшая отметка (245 м) отмечается в долине ручья Тасты-Бутак, пересекающей месторождение в широтном направлении.

Месторождение имеет двухъярусное строение. Сверху залегают рыхлые отложения  четвертичного возраста и образования мезозойской коры выветривания, ниже развиты скальные породы палеозойского возраста. Непосредственно на участке месторождения рыхлые четвертичные отложения распространены повсеместно и имеют мощность от 1,0 до 10,5 м, в среднем – около 8,0 м. Представлены они песками, глинами, супесями и глинами с галькой. Ниже залегают образования коры выветривания и выветрелые разности скальных палеозойских пород. В зависимости от состава материнских пород коры выветривания имеют среднюю мощность: по гранодиоритам – 9,5 м; эффузивам основного состава – до 14 м; биотит-кварц-альбитовым и кордиерит-антофиллитовым «роговикам» – 20,5-22,5 м.

Средняя мощность рыхлых мезозой-кайнозойских образований в пределах рудных залежей месторождения составляет 16 м.

Рыхлые четвертичные отложения  и кора выветривания характеризуются  гамма-активностью от 5 до 20 мкр/ч. Скальные породы палеозоя, в основном, имеют гамма-активность от 3-8 до 20 мкр/ч, и только интрузивные породы кислого состава на локальных участках обладают более широким диапазоном гамма-активности от 10 до 45 мкр/ч. В целом породы и руды месторождения обладают низкой радиоактивностью, поэтому специальных санитарно-гигиенических и других мер защиты от воздействия радиоактивности не требуется.

Скальные вмещающие породы месторождения относятся к III – VII классу абразивности и по степени абразивности, в основном, классифицируются от пород ниже средней абразивности до высокоабразивных.

Большинство скальных пород относятся к неразмягчаемым в воде. К размягчаемым можно отнести липариты, фельзитовые порфиры и трещиноватые диабазы.

В связи с наличием глинистой  коры выветривания значительной мощности (юго-западный – западный борта проектного карьера), достигающей 55 м, при разработке месторождения возможно возникновение оползневых процессов. Глины легко размокают и оплывают в воде, поэтому на обводненных участках они легко разрушаются и имеют тенденцию к оползанию.

Коэффициент разрыхления принят равным:

- для скальных пород – 1,6, для руд – 1,5,

- для рыхлых пород коры выветривания и четвертичных отложений – 1,3.

Вмещающие скальные породы месторождения характеризуются  плотностью 2,65-2,96 т/м³, в среднем 2,76 т/м³. Средняя плотность скальных пород, пригодных для изготовления щебня, принята равной 2,88 т/м³. Породы, в основном, прочные, имеющие предел прочности на сжатие 100-226 МПа, предел прочности на растяжение от 7-10 до 16-20 МПа и усредненный коэффициент крепости, равный 10-16.

По модулю трещиноватости и ширине трещин на месторождении выделено четыре группы скальных пород: со слабой трещиноватостью (1-10), средней (10-15), повышенной (15-20) и интенсивной (> 25).

Руды месторождения имеют  среднюю плотность от 3,66 до 4,36 т/м³, для подсчета запасов принята величина – 4,1 т/м³. Влажность руд в массиве в среднем составляет 0,18 %, а вмещающих пород – 0,30 %. Руды, в основном, и обладают средней устойчивостью.

Месторождение относится к категории средней сложности инженерно-геологических условий его разработки. На месторождении в связи с большими содержаниями серы не исключается возможность самопроизвольных взрывов аммиачно-селитренных взрывчатых веществ при взаимодействии их с сульфидными рудами.

Руды месторождения малосклонные к самовозгоранию (III класс по классификации В.Я. Манакова), а месторождение в соответствии с инструкцией относится к пожароопасным [7].

По данным отчета содержание свободной окиси кремния в  рудовмещающих породах месторождения  составляет от 4,35 до 49,2 %, в среднем – 15,3 %, что позволяет отнести месторождение к опасным по заболеванию силикозом.

Сейсмичность района месторождения  по СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах» [6] составляет 5 баллов.

Вскрытие карьера осуществляется системой стационарных (в конечном борту) и «скользящих» съездов (в рабочей зоне карьера), формирующихся по мере постановки уступов в предельное положение в спиральную систему.

Положение въездных траншей при отработке карьера определено расположением обогатительной фабрики, отвалов и спецотвалов, проработками календарного планирования по развитию карьерного пространства для обеспечения планируемых объемов добычи руды.

С целью рассредоточения  грузопотока, предусматривается три  выезда из карьера:

- на западном борту  для вывозки руды и скальной вскрыши на щебень;

- на восточном борту два выезда для транспортной связи с отвалами, из которых южный выезд предназначен для вывозки породы с верхних горизонтов.

Параметры транспортной бермы  определены по нормам технологического проектирования в соответствии с грузопотоком и грузоподъемностью автосамосвалов (91 т).

Уклоны съездов составляют 80 ‰ и на нижних уступах карьера – 100 ‰.

Временные съезды двухстороннего движения закладываются шириной 25 м, продольный уклон – 80 ‰. Вскрытие уступов производится разрезными траншеями шириной 29 м.

При отработке карьера попутно извлекается 6285,9 тыс.т забалансовой (пиритной) руды с содержанием меди 0,25 %, которая складируется в специальный отвал.

Месторождение содержит 58 млн. м³ скальных пород, пригодных для производства товарного щебня, в контур проектного карьера попадает 42,9 млн. м³.

Объем скальных пород, необходимый  для производства до 1500 тыс. м³ в год товарного щебня, вывозится на дробильно-сортировочную фабрику, остальной объем складируется в специальном отвале для дальнейшего использования.

 

 

2.2. Технология разработки карьера на месторождении с образованием вскрышных пород

 

В соответствии с проектом развития горно-обогатительного комплекса [8] отработка запасов месторождения предусмотрена с разделением по очередям.

В первую очередь разрабатываются  близповерхностные запасы залежей карьером (приложение Б, рисунок Б.3). Срок отработки запасов по 1 очереди - 15 лет. В этот период будет происходить накопление вскрышных пород во внешних отвалах. Это и будет источником сырья для производства щебня.

Во 2 очередь отрабатываются подземным способом глубинные запасы медных руд. В этот период при проведении подземных выработок по технологии ведения работ понадобится проведение закладки образовавших в результате выемки руды пустот. Для этого будут  использованы некондиционные остатки  от производства щебня, в большой  части это «отсев» фракции  менее 5 мм. Это также можно определять как утилизация части вскрышных  пород [8].

Отработка карьера производится по транспортной системе разработки с внешним отвалообразованием. Руда доставляется автосамосвалами Саt 777 D (грузоподъемность 91 т) до обогатительной фабрики на усреднительный склад.

Порода, пригодная для  производства щебня в объеме до 1,5 млн. м³ в год направляется на ДСУ (приложение Б, рисунок Б.4), остальная часть – в спецотвал, забалансовая руда – в спецотвал, прочая порода – во внешние отвалы. Высота рабочих уступов по руде и породам принята 10 м, в соответствии с параметрами используемого в карьере погрузочного оборудования, гидравлических экскаваторов (приложение Б, рисунок Б.1, Б.2). Бурение взрывных скважин по руде и скальной породе предусматривается станками ударно-вращательного бурения типа ДМ-45 фирмы INGERSOLLRAND, США.

По мере подхода уступов, сложенных скальными породами, к  конечному положению производится их заоткоска, методом контурного взрывания скважин. Бурение скважин контурной щели производится буровыми станками СМ-760 (INGERSOLLRAND, США). Заоткоска уступов, сложенных рыхлыми породами производится экскаватором RH-90 с подуступов высотой 5 м. Годовые показатели потерь и разубоживания в зависимости от конкретной ситуации, могут изменяться в ту или иную сторону. За расчетную единицу приняты запасы уступа [6; 8].

Вскрышные породы, добываемые на месторождении  «50 лет Октября» можно условно  разделить на три группы в соответствии с перспективами их дальнейшего  использования:

а) скальные породы не пригодные  для производства щебня. Они образуются при добыче руды открытым способом на месторождении предприятия ТОО  «Коппер Текнолоджи». Типичный состав скальных не пригодных для производства щебня: оксид кремния (SiO₂) – 46,5-50,2 %; оксид алюминия (А1₂О₃) – 11,55-15,8 %; оксиды железа (Fe₂O_3, FeO) – 7,10-12,7%; оксид титана (TiO₂) – 0,5-1,7%; оксид магния (MgO) – 2,35-9,00%; оксид кальция (СаО) – 2,05-6,95 %; сульфитная сера (SO₃) – до 4,5 %; медь (Сu⁺²) – 0,08 %; цинк (Zn⁺²) – 0,07 %; кобальт (Со⁺²); пятиокись фосфора (P₂O₅) – 0,27 %; оксид марганца (MnO) – 0,37 %.

б) рыхлые породы, образующиеся при добыче руды открытым способом на месторождении предприятия ТОО  «Коппер Текнолоджи». Типичный состав рыхлых пород: оксид кремния (SiO₂) – 38,6 %; оксид алюминия (A1₂O₃) – 26,8%; оксид магния (MgO) – 1,5 %; оксид железа (Fe₂O₃) – 15,5 %, оксид титана (TiO₂) – 1,5 %; оксид кальция (СаО) – 0,5 %; диоксид углерода (СО₂) – 0,65 %.

в) скальные породы пригодные  для производства щебня, которые  образуются при добыче руды открытым способом на месторождении предприятия  ТОО «Коппер Текнолоджи». Типичный состав скальных пород пригодных для производства щебня: оксид кремния (SiO₂) – 50,1-65,0 %; оксид алюминия (А1₂O₃) – 11,55-15,8 %; оксиды железа (Fe₂O_3-FeO) – 7,10-12,7 %; оксид титана (TiO₂) –0,5-1,15 %; оксид магния (MgO) – 2,35-6,75 %; оксид кальция (СаО) – 2,05-6,95 %; оксид натрия (Na₂O) – 2,25-4,5 %; оксид калия (К₂О) – 0,8-1,56 %; сульфитная сера (SO₃) – до 0,58 %; пятиокись фосфора (P₂O₅) – 0,18 %; оксид марганца (MnO) – 0,14% [5; 8; 6].

Отвалы скальных вскрышных  пород, предназначенных для переработки на щебень, расположены к востоку от карьера в непосредственной близости от существующей дороги, построенной по периметру карьера.

На настоящий момент для  разработки предлагается два отвала:

Первый отвал расположен несколько севернее проектного контура отвала вскрышных работ и будет отработан в первую очередь. По длинной оси отвал 150 м, по короткой оси 100 м, при средней высоте 4,0 м учтенный объем составляет 43,0 тыс. м³ взрыхленной горной массы площадь его по основанию составляет 1,2 га.

Второй отвал расположен в 200 м к югу от 1-го отвала в  юго-западном углу проектного контура  отвала вскрышных пород. Отвал имеет  округлую форму размерами 400х450 м. высота откоса отвала от 4,0 до 18.0 м при средней 12 м. Учтенный объем составляет 2,16 млн. м³ взрыхленной горной массы, площадь его по основанию составляет 18 га.

Рельеф района отвала представляет собой всхолмленную поверхность  с общим уклоном на восток. Абсолютные отметки природных форм рельефа  колеблются от 250 до 280 м, рельеф отвалов  представляет собой платообразную  поверхность с некоторым повышением к периферии, отметки по поверхности  от 267,0 м до 285, м.

Отвалы сформированы на естественной поверхности сложенной делювиальными  отложениями без предварительной  подготовки площадок. В отвале неравномерно представлены все типы пород, слагающие надрудную часть месторождения. Отвалы почти повсеместно расположены выше уровня грунтовых вод в аллювиальных отложениях. Увлажнение пород отвалов происходит в результате инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих на поверхность. Эти воды в большей степени расходуются при испарении, поэтому накоплений вод в отвалах не наблюдается.

Подошва отвалов находится  выше уровня подземных вод. Складирование вскрышных пород производилось бульдозерным способом по периферийной технологии.

Вскрышные скальные породы месторождения заскладированы в отвале скальной вскрыши и представлены доллеритами, диабазами, андезитовыми порфиритами, гранодиоритами, гранитами, гранодиоритами плотными, липаритами, фельзитовыми порфирами.

Разработку отвала предусматривается  проводить снизу с разбивкой  отвала на уступы по высоте, высота уступа не должна превышать высоту черпания, по условиям безопасности работ, для  всех типов экскаваторов. Каждый уступ  разрабатывается заходками шириной не менее 12 м. Снятие очередного уступа начинают лишь после полного окончания работ разборки и удаления предыдущего.

В дальнейшем вскрышные породы транспортируются на дробильно-сортировочные  установки для производства щебня. Транспортировка породы осуществляется автосамосвалами типа КрАЗ-6510, для  создания подъездов к экскаватору, проведения планировочных работ  и чистке автодорог задействуется  бульдозер Т-170, отгруженная горная масса вывозится на первоначальном этапе по существующим дорогам на дробильно-сортировочных установках 1 и 2, смонтированные возле железнодорожного пути.

 

Таблица 1. – Показатели физико–механических свойств скальных пород вскрыши