Совершенствование механизма водоотделения при закладочных работах

Горнодобывающие предприятия в процессе добычи и обогащения полезного ископаемого используют большие объемы чистой воды в хозяйственных и технологических процессах. Основным мероприятием по снижению водопотребления на горных предприятиях является переход от «прямоточного» водоснабжения к оборотному, когда вода используется в замкнутом цикле непрерывно. Такое использование воды позволяет также значительно снизить объем промышленных сточных вод. В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению объемов водопотребления на горных предприятиях также за счет увеличения объемов гидрозакладки и закладки твердеющими смесями выработанного пространства. Принимая во внимание явное противоречие требований к содержанию воды, рациональным является применение частичного оборотного водопотребления при закладочных работах. Представлены результаты проведенных исследований по реализации этой задачи на разработанном мобильном закладочном устройстве, предназначенном для закладки выработанного пространства твердеющими смесями с одновременным обезвоживанием закладочной пульпы, отводом отработанной воды и транспортированием сгущенной пульпы в выработанное пространство объемным насосом. Закладочная смесь может подаваться в выработанное пространство через специальные закладочные выработки по специальным вспомогательным выработкам, пройденным с вышележащего горизонта, по трубам, расположенным в выработках отрабатываемого горизонта. Оценка эффективности работы оборудования проводилась на основе анализа распределения массовой доли и скоростей твердых частиц, а также картины распределения скоростей и векторов скоростей воды в выделенной области водоотделителя. Производительность водоотделителя зависит как от его габаритных размеров, характеризующих заполняемость, так и от скоростных режимов подачи и отведения гидросмеси, что в свою очередь оказывает влияние на концентрацию получаемой на выходе гидросмеси. Для оценки влияния на работу узла водоотделителя выполнены исследования при варьировании различных параметров, характеризующих поступающую первичную гидросмесь. Оптимизация режима работы выполнялась по параметру концентрации получаемой гидросмеси. Комплексный анализ полученных результатов с применением модуля Ansys optiSLang позволил провести оценку чувствительности итоговых результатов к входным факторам и определить их весовой коэффициент.

Васильева М. А., Волчихина А. А., Кускильдин Р. Б. Совершенствование механизма водоотделения при закладочных работах // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 4. – С. 125–139. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_4_0_125.

Васильева Мария Александровна¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: saturn.sun@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2594-74810,
Волчихина Александра Алексеевна¹ — аспирант, e-mail: alexandravolchihina@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-7142-1935,
Кускильдин Рафис Бурибаевич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: kuskildin_rb@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-0487-4413,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Волчихина А.А., e-mail: alexandravolchihina@yandex.ru.

1. Мурзин Н. В., Тальгамер Б. Л. Сокращение водопотребления при дражной разработке россыпных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 5-2. — С. 22—30. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_52_0_22.

2. Субботин Ю. В., Овешников Ю. М., Авдеев П. Б. Водоснабжение драг и очистка технологической воды при разработке россыпи «Средняя Борзя» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 2. — С. 58—68. DOI: 10.25018/0236-14932019-02-0-58-68.

3. Miller K. D., Bentley M. J., Ryan J. N., Linden K. G., Larison C., Kienzle B. A., Katz L. E., Wilson A. M., Cox J. T., Kurup P., Van Allsburg K. M., McCall J., Macknick J. E., Talmadge M. S., Miara A., Sitterley K. A., Evans A., Thirumaran K., Malhotra M., Gonzalez S. G., Stokes-Draut J. R., Chellam S. Mine water use, treatment, and reuse in the United States: a look at current industry practices and select case studies // ACS ES&T Engineering. 2022, vol. 2, no. 3, pp. 391—408. DOI: 10.1021/acsestengg.1c00244.

4. Александров В. И., Атрощенко В. А., Ватлина А. М. Определение фактических потерь напора при гидротранспорте хвостов ММС по стальным и футерованным полиуретаном пульповодам на Качканарском ГОКе // Обогащение руд. — 2021. — № 6. — С. 53—59. DOI: 10.17580/or.2021.06.09.

5. Атрощенко В. А., Авксентьев С. Ю., Махараткин П. Н., Труфанова И. С. Экспериментальная гидротранспортная установка для определения стойкости материалов трубопроводов и деталей грунтовых насосов к гидроабразивному износу // Обогащение руд. — 2021. — № 3. — С. 39—45. DOI: 10.17580/or.2021.03.07.

6. Арсентьев В. А., Вайсберг Л. А., Устинов И. Д. Направление создания маловодных технологий и аппаратов для обогащения тонкоизмельченного минерального сырья // Обогащение руд. — 2014. — № 5. — С. 3—9.

7. Арсентьев В. А. Вайсберг Л. А. Устинов И. Д. Герасимов А. М. Перспективы сокращения использования воды при обогащении угля // Горный журнал. — 2016. — № 5. — С. 97—101.

8. Vishniakov G., Pushkarev A. Evaluation of modern equipment for automated control and maintenance systems for mine transport // International Conference on Innovations, Physical Studies and Digitalization in Mining Engineering. 2021, vol. 326, article 00040, pp. 1—6. DOI: 10.1051/e3sconf/202132600040.

9. Michaux B., Hannula J., Rudolph M., Reuter M. A., Van den Boogaart K. G., Möckel R., Kobylin P., Hultgren M., Peltomäki M., Roine F., Remes F. Water-saving strategies in the mining industry — The potential of mineral processing simulators as a tool for their implementation // Journal of Environmental Management. 2019, vol. 234, pp. 546—553. DOI: 10.1016/j.jenvman.2018.11.139.

10. He W., Qiuyu C., Hualong D. Modeling and optimization of water distribution in mineral processing considering water cost and recycled water // Computational Intelligence and Neuroscience. 2022, vol. 2022, pp. 1—12. DOI: 10.1155/2022/2314788.

11. Шадрунова И. В., Чекушина Т. В., Богданович А. В. Прогрессивные методы обогащения и комплексной переработки природного и техногенного сырья в рамках Евразийского экономического союза (Плаксинские чтения-2014) // Обогащение руд. — 2014. — № 6.

12. Vasichev S. Ground control with backfill and caving in deep-level mining of gently dipping ore bodies // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 523, no. 1, article 012022. DOI: 10.1088/1755-1315/523/1/012022.

13. Sivakugan N., Rankine K., Rankine R. Geotechnical aspects of hydraulic filling of underground mine stopes in Australia // Elsevier Geo-Engineering Book. 2015, vol. 3, pp. 83—109. DOI: 10.1016/S1571-9960(05)80021-7.

14. Кисляков В. Е. Создание ресурсосберегающих и экологически щадящих технологий при разработке россыпных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 1997. — № 5. — С. 117—119.

15. Kuskova Ya. V., Lipnitsky N. A. Mechanical properties and mineralogical composition of potash ore as a factor in selecting the processing method // Materials Science Forum. 2021, vol. 1022, pp. 17—26. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1022.17.

16. Zhao K., Li Q., Yan Y. Numerical calculation analysis of the structural stability of cemented fill under different cement-sand ratios and concentration conditions // Advances in Civil Engineering. 2018, vol. 2018, no. 1, pp. 1—9. DOI: 10.1155/2018/1260787.

17. Altrun O., Toprak N. Considering hydrocyclone operation for tailings dewatering purpose and its effects on product specifications of paste backfill operations // Minerals Engineering. 2021, vol. 173. DOI: 10.1016/j.mineng.2021.107176.

18. Овчинников Н. П., Портнягина В. В., Дамбуев Б. И. Установление предельного технического состояния пульпового насоса без разборки // Записки Горного института. — 2020 — Т. 241 — С. 53—57. DOI: 10.31897/pmi.2020.1.53.

19. Александров В. И., Васильева М. А. Гидротранспорт сгущенных хвостов обогащения железной руды на Качканарском ГОКе по результатам опытно-промышленных испытаний системы гидротранспорта // Записки Горного института. — 2018. — Т. 233. — С. 471—479. DOI: 10.31897/pmi.2018.5.471.

20. Wang R., Zeng F., Li L. Applicability of constitutive models to describing the compressibility of mining backfill: a comparative study // Processes. 2021, vol. 9, no. 12, article 2139. DOI: 10.3390/pr9122139.

21. Newman Ch., Agioutantis Z. Stress redistribution around single and multiple stope-andfill operations / Conference: 52nd US Rock Mechanics. Geomechanics Symposium, Seattle WA. 2018, pp. 18—730.

22. Rošer J., Potočnik D., Vulic M. Analysis of dynamic surface sudsidence at the underground coal mining site in Velenje, Slovenia through modified sigmoidal function // Minerals. 2018, vol. 8, no. 74, pp. 1—13. DOI: 10.3390/min8020074.

23. Vasilyeva M. A. Magnetic peristaltic pumps for backfill // Eurasian Mining. 2019, no. 1, pp. 34—36. DOI: 10.17580/em.2019.01.08.

24. Дробаденко В. П., Малухин Н. Г., Мальцев Г. Б. Совершенствование технологии добычи техногенного сырья из хвостохранилищ ВГГМК / Международная конференция «Новые достижения в науках о Земле». Тезисы докладов. — М., 1996. — 218 с.

25. Schoderer M., Karthe, D., Dombrowsky I., Dell’Angelo J. Hydro-social dynamics of miningscapes: Obstacles to implementing water protection legislation in Mongolia // Journal of Environmental Management. 2021, vol. 292, no. 5, article 112767. DOI: 10.1016/j.jenvman. 2021.112767.

26. Latysheva M. A. Problemsand perspectives of the ineffective gold-bearing deposits development // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021, vol. 629, no. 1, article 012028. DOI: 10.1088/1755-1315/629/1/012028.

27. Huayan Pian, Santosh M. Gold deposits of China: Resources, economics, environmental issues, and future perspectives // Geological Journal. 2020, vol. 55, no. 8, pp. 5978—5989. DOI: 10.1002/gj.3531.

28. Cheremisina O., Sergeev V., Ponomareva M., Ilina A., Fedorov A. Kinetics Study of solvent and solid-phase extraction of rare earth metals with Di-2-Ethylhexylphosphoric acid // Metals. 2020, vol. 10, no. 5, article 687. DOI: 10.3390/met10050687.

29. Чернышов С. Е., Галкин В. И., Ульянова З. В., Макдоналд Д. И. М. Разработка математических моделей управления технологическими параметрами тампонажных растворов // Записки Горного института. — 2020. — Т. 242. — С. 179—190. DOI: 10.31897/ pmi.2020.2.179.

30. Antaya C. L., Adane K. F. K., Sanders R. S. Modelling concentrated slurry pipeline flows / Proceedings of the ASME 2012 Fluids Engineering Division Summer Meeting collocated with the ASME 2012 Heat Transfer Summer Conference and the ASME 2012 10th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. Vol. 1: Symposia, Parts A and B. Rio Grande, Puerto Rico, USA. 2012, pp. 1659—1671. DOI: 10.1115/FEDSM2012-72379.