Review of geomechanical problems of accumulation and reduction of mining industry wastes, and ways of their solution

Abstract

Purpose. The identification of geomechanical problems of mining industry wastes accumulation and substantiation of the ways for their solution with the possibility of processing the watery technogenic feedstock by fine classification with dewatering. Methods. To achieve this purpose, an integrated approach is used in this work, which includes the scientific and technical analysis of research according to wastes accumulation, state statistics data, analytical studies of the strata compaction ratio of aqueous rocks, affecting the subsidence of the earth surface. This also includes the bench experimental studies to establish the dependence of changes in moisture content and the extraction of fine classes in screened products depending on the screening time at shock-vibrating screening by a new method for separating the enrichment wastes before to stockpile them into a pond. Findings. The developed mathematical apparatus has been proposed for determining the parameters of geomechanical processes in technogenic massifs. It has been shown that in order to reduce the technogenic load and manifestation of negative geomechanical processes, it is necessary to reduce the area of land under the waste ponds and the accumulated volumes themselves of mining and enrichment wastes. The dependences have been established of the preliminary enrichment complex on the qualitative parameters of the feedstock and the technological parameters of the equipment. It has been revealed that the mineral stock, formed from wide grain-size classes with a high content of particles less than 0.2 mm, is dewatered up to 18 – 22% by traditional methods and is practically not classified. Originality. A mathematical model has been proposed of screening and dewatering kinetics, which takes into account comprehensively the initial distribution of particles and liquid throughout the height of the screened material layer, segregation, mixing, sifting, vibrational transportation features (rate, multiplicity and number of falls over the period of vibrational transportation) and change in the height of the layer. This model is different due to the account of the mutual influence of classification by coarseness and dewatering. Practical implications. The represented dependences can be used to predict the development of negative geomechanical processes. The obtained results make it possible by means of a calculation to determine rational parameters of the screen and screening process with dewatering at processing of various feedstock with the use of initial data. The use of technology, which includes a fine classification in wastes processing, will allow: increase the economic efficiency of enterprises; to expand the feedstock base for construction, coke and chemical industries and power industry; to solve the problems of creating additional containers for storing the wastes; to improve significantly the environmental situation in the mining and processing regions.

Мета. Виділення геомеханічних проблем накопичення відходів гірничодобувної промисловості та обґрунтування шляхів їх вирішення з можливістю переробки обводненої техногенної сировини шляхом тонкої класифікації зі зневодненням. Методика. Для досягнення поставленої мети в роботі використано комплексний підхід, що включає науково-технічний аналіз досліджень щодо накопичення відходів, даних державної статистики, аналітичні дослідження величини ущільнення пластів водомістких порід, що впливає на просідання поверхні, а також стендові експериментальні дослідження зі встановлення залежності зміни вологості й вилучення тонких класів у продуктах грохочення залежно від його тривалості при віброударному грохоченні новим способом для розділення відходів збагачення перед їх складуванням у накопичувач. Результати. Запропоновано розроблений математичний апарат щодо визначення параметрів геомеханічних процесів у техногенних масивах. Показано, що для зменшення техногенного навантаження та проявів негативних геомеханічних процесів необхідно скоротити площу земель під накопичувачами відходів та обсяги самих накопичуваних відходів видобутку і збагачення. Встановлено залежності комплексу попереднього збагачення від якісних параметрів вихідної сировини та технологічних параметрів обладнання. Виявлено, що мінеральна сировина, сформована з широких класів крупності з великим вмістом частинок менше 0.2 мм, традиційними способами зневоднюється до 18 – 22% і практично не класифікується. Наукова новизна. Запропоновано математичну модель кінетики грохочення і зневоднення, що комплексно враховує початковий розподіл часток і рідини за висотою шару матеріалу, що грохочеться, сегрегацію, перемішування, просіювання, особливості вібротранспортування (швидкість, кратність і кількість падінь за період вібротранспортування) та зміну висоти шару, що відрізняється урахуванням взаємного впливу класифікації за крупністю й зневоднення. Практична значимість. Наведені залежності можуть бути використані для прогнозування розвитку негативних геомеханічних процесів. Застосування технології, що включає тонку класифікацію, при переробці відходів дозволить підвищити економічну ефективність підприємств; розширити сировинну базу для будівельних, коксохімічних виробництв і енергетики; вирішити проблеми створення додаткових ємностей для складування відходів; значно поліпшити екологічний стан у видобувних і переробних регіонах.

Цель. Выделение геомеханических проблем накопления отходов горнодобывающей промышленности и обоснование путей их решения с возможностью переработки обводненного техногенного сырья путем тонкой классификации с обезвоживанием. Методика. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный подход, включающий научно-технический анализ исследований по накоплению отходов, данных государственной статистики, аналитические исследования величины уплотнения пластов водосодержащих пород, влияющей на проседание поверхности, а также стендовые экспериментальные исследования по установлению зависимости изменения влажности и извлечения тонких классов в продуктах грохочения в зависимости от его продолжительности при виброударном грохочении новым способом для разделения отходов обогащения перед их складированием в накопитель. Результаты. Предложен разработанный математический аппарат по определению параметров геомеханических процессов в техногенных массивах. Показано, что для уменьшения техногенной нагрузки и проявления негативных геомеханических процессов необходимо сократить площадь земель под накопителями отходов и объемы самих накапливаемых отходов добычи и обогащения. Установлены зависимости комплекса предобогащения от качественных параметров исходного сырья и технологических параметров оборудования. Выявлено, что минеральное сырье, сформированное из широких классов крупности с большим содержанием частиц менее 0.2 мм, традиционными способами обезвоживается до 18 – 22% и практически не классифицируется. Научная новизна. Предложена математическая модель кинетики грохочения и обезвоживания комплексно учитывающая начальные распределения частиц и жидкости по высоте слоя грохотимого материала, сегрегацию, перемешивание, просеивание, особенности вибротранспортирования (скорость, кратность и количество падений за период вибротранспортирования) и изменение высоты слоя, отличающаяся учетом взаимного влияния классификации по крупности и обезвоживания. Практическая значимость. Приведенные зависимости могут быть использованы для прогнозирования развития негативных геомеханических процессов. Применение технологии, включающей тонкую классификацию, при переработке отходов позволит повысить экономическую эффективность предприятий; расширить сырьевую базу для строительных, коксохимических производств и энергетики; решить проблемы создания дополнительных емкостей для складирования отходов; значительно улучшить экологическую обстановку в добывающих и перерабатывающих регионах.