Отвалы это пустая порода при добыче полезных ископаемых

Помимо полезных ископаемых, в состав минерального сырья входят и так называемые пустые породы. Что это такое? Почему они получили такое название? Ответ на эти вопросы кратко будет дан в статье. Кроме того, будет кратко рассказано, что такое обогащение, и описано его практическое значение.

Научное определение

Под пустыми породами в науке и промышленности понимают породы, не представляющие никакой практической ценности. Они обычно сопровождают залежи полезных ископаемых, и часто их не так-то легко отделить – для этого необходимы особые процессы обработки.

Так, пустая порода руды, например, состоит из оксидов алюминия, кальция, магния, кремния. Минералы, образованные ими, носят название силикатов, алюмосиликатов.

Как поясняет “Горная энциклопедия”, пустые породы извлекаются из недр вместе с полезными ископаемыми и направляются в отвалы – места размещения на поверхности некондиционного минерального сырья. Отвалообразованием обычно завершаются так называемые вскрышные работы на карьерах, которые открывают доступ к полезным ископаемым и подготавливают их к выемке. Всем известные терриконы представляют собой не что иное, как отвалы – горы пустой породы, извлеченной из шахт или (возле горнообогатительных фабрик) являющейся отходами обогащения.

Что такое обогащение

Обогащение применяется в том случае, если пустые породы не могут быть полностью отделены от полезных ископаемых по каким-либо причинам. Под этим термином понимают процессы первичной обработки минерального сырья. Цель – отделение ценных полезных ископаемых от пустых пород и друг от друга. Ведь в железной руде, например, помимо рассматриваемых нами пород, могут содержаться и другие ценные ископаемые – оксиды никеля, молибдена, ванадия, хрома, марганца, вольфрама.

Обогащение включает в себя несколько этапов, на которых, в свою очередь, проводятся определенные операции. Так, подготовительный этап включает процессы дробления и измельчения, грохочения (разделения частиц породы в соответствии с размерами) и классификации.

На основном этапе из сырья выделяются полезные компоненты – один или несколько. Для этого опираются на отличия пустых пород от полезных ископаемых и последних друг от друга в электропроводности, смачиваемости, плотности, магнитной восприимчивости, химических свойствах, растворимости и т. д. Заключительный этап подразумевает обезвоживание и сушку продуктов переработки.

Результат процесса обогащения

В результате обогащения получают концентрированные породы, готовые к переработке, и так называемые отвальные хвосты, состоящие в основном из пустых пород. Ценные ископаемые практически отсутствуют в них либо присутствуют в такой концентрации, что дальнейшая переработка такого сырья попросту нецелесообразна. Помимо этого, в процессе обогащения могут получать и промежуточные продукты, концентрация полезных компонентов в которых более высокая, чем в отходах, но более низкая, чем в целевых продуктах.

Процесс обогащения осуществляется на обогатительных фабриках, рядом с которыми постепенно вырастают горы пустой породы.

Использование отходов

Несмотря на свою кажущуюся бесполезность, эти породы могут найти применение в промышленности и строительстве. Так, их используют при рекультивации, в дорожном строительстве, ими заполняют горные выработки, засыпают овраги. Многие из пустых пород, ранее считавшихся ненужными, нашли свое применение в современной промышленности, к примеру хибинский нефелин. Раньше при получении апатитового концентрата нефелин отправляли в отходы, в настоящее же время, благодаря проведенным научным изысканиям, он используется в ряде отраслей промышленности. Таким образом, пустые породы, несмотря на свое говорящее название, могут с успехом применяться и приносить пользу.

Для того, что бы понять основную суть проблемы стоит сначала разобраться, что такое пустые породы, отвалы и рекультивация.

Пустые породы

Пустая порода – это извлекаемая из недр вместе с рудой (углем и т.п.), но не содержащая полезного ископаемого или содержащая его в концентрации ниже бортового. В процессе добычи полезных ископаемых при подготовительных или очистных работах выделяются пустые породы, которые направляются в отвалы. В отдельных случаях, когда пустая порода не может быть полностью отделена от полезных ископаемых, сырьё подвергается обогащению, в результате которого пустая порода удаляется в хвосты. Пустая порода применяется для заполнения горных выработок, оврагов, дорожного строительства, при рекультивации и др.

Отвалы

Отвал – это размещение на поверхности пустых (вскрышных) пород или некондиционного минерального сырья, а также хвостов обогатительных фабрик, отходов или шлаков от различных производств и сжигания твёрдого топлива.

В зависимости от способа укладки материала отвалы делятся на следующие типы:

Ш конические (терриконы) — наиболее часто создаются при откатывании породы опрокидывающимися вагонетками или скипами;

Ш хребтовые — создаются при вывозе породы вагонетками подвесной канатной дороги или конвейерами;

· плоские — создаются при вывозе отходов (породы) в самосвалах и формировании штабеля при помощи бульдозеров; такие отвалы часто создаются в ближайшем от предприятия понижении рельефа.

При открытых горных работах в зависимости от места расположения отвалы разделяют на следующие виды:

· внутренние — создаваемые в отработанном пространстве карьера;

· внешние, расположенные за границами карьера;

· комбинированные.

В зависимости от способа механизации работ, отвалы разделяют на:

· бульдозерные;

· экскаваторные;

· конвейерные;

· гидравлические.

Предотвал — насыпь, устраиваемая перед основным отвалом, и меньшая по высоте чем последняя. Предотвал предназначен для повышения устойчивости основного отвала и других целей.

Отвалы являются экологически неблагоприятным сооружением. В частности, если на поверхность поднята порода с кислой реакцией, то такие отвалы очень долго не покрываются растительностью.

Рекультивация

Рекультивация – это комплекс работ по экологическому и экономическому восстановлению земель и водоёмов, плодородие которых в результате человеческой деятельности существенно снизилось. Целью проведения рекультивации является улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нарушенных земель и водоёмов.

Виды деятельности человека, в результате которых может возникать потребность в проведении рекультивации земель и водоёмов:

Ш хозяйственная деятельность

Ш добыча полезных ископаемых, особенно открытая разработка месторождений;

Ш вырубка лесов;

Ш возникновение свалок;

Ш строительство городов;

Ш создание гидросооружений и аналогичных объектов;

Ш проведение военных испытаний, в том числе испытаний ядерного оружия.

Работы по рекультивации обычно имеют два основных этапа — технический и биологический. На техническом этапе проводится корректировка ландшафта (засыпка рвов, траншей, ям, впадин, провалов грунта, разравнивание и террасирование промышленных терриконов), создаются гидротехнические и мелиоративные сооружения, осуществляется захоронение токсичных отходов, производится нанесение плодородного слоя почвы. На биологическом этапе проводятся агротехнические работы, целью которых является улучшение свойств почвы.

В зависимости от тех целей, которые ставятся при рекультивации земель, различают следующие направления рекультивации земель:

Ш природоохранное направление;

Ш рекреационное направление;

Ш сельскохозяйственное направление;

Ш растениеводческое направление;

Ш сенокосно-пастбищное направление;

Ш лесохозяйственное направление;

Ш водохозяйственное направление.

ШАХТНЫЙ ОТВАЛ — отвал, образуемый в результате отсыпки пустых горных пород, извлекаемых при подземной разработке (ГОСТ 17.5.1.01-83). ШВЕЛЬГАЗ — см. в ст. Пиролиз. ШЕЛЬФОВЫЕ ЛАНДШАФТЫ [от англ. shelf-.шельф, отмель] — мелководные ландшафты подводной окраины материков и островов. Ш.л. характеризуется исключительно благоприятными условиями для биоценозов. На шельфовых мелководьях находятся основные промыслы морской рыбы и др. биологических морских ресурсов. См. Континентальный шельф.[ …]

ВНУТРЕННИЙ ОТВАЛ — отвал, образуемый в результате размещения разрыхленных горных пород в выработанном пространстве карьера. В.о. может быть отсыпан выше, вровень и ниже уровня земной поверхности.[ …]

ТЕРРИКОН [от фр. terri — природный отвал и conique — конический] — конусообразный отвал из пустой шахтной или рудной горной породы. Т. обычно содержит большое количество токсичных веществ, поэтому техническая рекультивация должна включать мероприятия по их нейтрализации.[ …]

Организовано применение горной породы, извлекаемой на угольных шахтах Печоры, для производства кирпича. Из породы, которая шла в отвал, стали получать 17 млн. штук кирпича в год. В небольшом пока количестве используются, в частности в Кузбассе, породы отвалов в качестве закладочного материала в шахтах. На горных разработках КМА, извлекающих огромные количества мела, песчаников, суглинков и глины, частично используются породы вскрыши для производства цемента, но еще далеко недостаточно.[ …]

Пример 3. На предприятиях выдаваемая в отвалы порода в среднем содержит 30% горючей массы, представленной чистым углем, углистыми сланцами, аргиллитами и различными соединениями серы. В угле содержится 1-2% азота. При отсыпке породы в отвалы в результате сегрегации происходит увеличение до 70% содержания горючих веществ в верхних частях отвала.[ …]

В настоящее время некондеционный уголь идет в отвал. Не менее миллиона тонн органического вещества в виде бурых углей засыпается пустой породой, а с/хозяйство имеет органических удобрений не более 10%. Безусловно, нет. Бурые угли должны быть использованы в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Речь идет лишь о путях их использования для этой цели.[ …]

Важнейшими показателями оценки обнаженных и идущих в отвал пород являются наличие вредных соединений (пирита, водорастворимых солей и др.), карбонатов, гранулометрический состав, плотность пород и др. Наиболее благоприятны поступающие в отвал верхние гумусовые слои почв, а также рыхлые породы, не содержащие вредных солей (лёсс, лёссовидные суглинки, покровные суглинки). Совершенно непригодны скальные и крупнокаменистые породы, содержащие повышенные количества хлоридов (>0,7—1,0%), пирита (>1%) и других токсичных соединений. Наиболее простой способ рекультивации — нанесение на вскрытые породы гумусового слоя мощностью 30—50 см. Широко используют известкование, минеральные удобрения. Мероприятия, применяемые при рекультивации, дифференцируют в зависимости от планируемого использования рекультивируемых земель — под сельскохозяйственные угодья, лесные насаждения и др.[ …]

Породы в различной степени изменены и содержат вкрапленность сульфидов.[ …]

Например, на карьерах находят применение системы разработки с внутренним отва-лообразованием. Появились схемы разделения карьерного поля, когда первоначально часть карьера отрабатывают с временным складированием пород вскрыши на борту карьера, а оставшуюся часть отрабатывают с внутренним отвалообразованием и направляют заскладированные породы в выработанное пространство.[ …]

На руднике Сорского горно-обогатительного комбината в Красноярском крае из пород отвала тут же у карьера изготовляется щебень двух фракций (рис. 8). Отходы обогатительной фабрики этого комбината будут использоваться строящимся заводом силикатного кирпича.[ …]

Производство асбеста в Свердловской области создало огромные отвалы пустой породы и отходов обогащения, которые вовлекаются в хозяйственный оборот. На градообразующем комбинате «Ураласбест» в 1999 г. внедрена новая линия обогащения отвальной массы с доизвлечением асбеста и получения из хвостов щебня различных фракций, используемого в строительстве. В результате полной переработки отвалов уменьшается поступление асбестосодержащей пыли с их поверхности в атмосферу. Добыча эквивалентного количества асбеста из руды сопровождалась бы образованием и вывозом в отвал ежегодно 8,5 млн т пустых пород с соответствующим нарушением земель и загрязнением окружающей среды. На комбинате прорабатывается вопрос использования отходов обогащения для производства металлического магния.[ …]

В соответствии с проектом были начаты горно-капитальные работы. При этом все вскрышные породы были использованы для отсыпки дороги на породный отвал, площадок на трубках им. Ломоносова, им. Карпинского-1, ремонта и поддержания дорог. Формирование отвалов в связи с использованием всего объема извлеченных пород не потребовалось.[ …]

Методы рекультивации могут быть весьма различны, что определяется прежде всего составом и свойствами пород, идущих в отвал, технологией вскрышных работ и климатом местности.[ …]

Одним из технологических процессов на горнодобывающих, обогатительных и теплоэнергетических предприятиях является отвал ообразование, предусматривающее транспортировку и укладку на части земельного отвода попутно добываемой горной породы, некондиционных полезных ископаемых, шлака, золы. На отвальных работах занято до 25 % персонала, работающего на карьерах, а доля затрат на отвалообразование в себестоимости полезного ископаемого составляет на открытых работах 12 — 18 %. По данным Госкомстата, на 01.01.91 в России отвалы занимали до 40 % нарушенных земель.[ …]

В угольной промышленности специалистами ВНИИОСугля, НИИОГРа и Центрогипрошахта разработаны схемы с селективной выемкой и укладкой в отвал потенциально плодородных пород с последующим перекрытием плодородным слоем почвы. Эта технология особенно нужна на предприятиях, расположенных в районах ценных плодородных земель, она значительно ускоряет процесс рекультивации, снижает потери плодородного суглинка.[ …]

Атмосферное питание подземных вод чаще всего наблюдается при близком залегании к дневной поверхности водоупорных и слабоводопроницаемых пород; в этих условиях дождевые и талые воды, инфильтруясь в грунт, образуют верховодку, часто являющуюся причиной подтопления и заболачивания спланированных отвалов. Условия Стока дождевых и талых вод определяются рельефом породного отвала, который также в значительной мере влияет на инфильтрацию атмосферных осадков в грунт. Наличие впадин и понижений на спланированных отвалах приводит к накоплению и просачиванию в грунт большой части выпавших осадков, повышающих уровень верховодки. Инфильтрация атмосферных осадков будет незначительной, если рельеф местности имеет большие уклоны и никаких местных понижений.[ …]

При горнотехнических мероприятиях производится выполаживание откосов отвалов и бортов карьеров, планировка “вершинной” поверхности каждого отвала и днищ карьеров, покрытие, если необходимо, сформированных наклонных и горизонтальных поверхностей потенциально плодородными рыхлыми отложениями или почвами, которые были предварительно сняты и складированы отдельно от вскрышных пород. Горнотехнические мероприятия, по существу, так меняют геолого-геоморфологическое строение нарушенной местности, что в итоге создается специфический запланированный рельеф с насыпными поверхностными отложениями, которые образуют прерывистый или сплошной чехол, верхним слоем которого иногда служат настланные почвы.[ …]

ОБЪЕКТ РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ — специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, шламох-ранилище, хвостохранилище, отвал горных пород и др.).[ …]

Чистовая — окончательное выравнивание рекультивируемой поверхности, которое сводится к исправлению микрорельефа и перемещению незначительных объемов вскрышных пород. Необходимость проведения чистовой планировки возникает, как правило, после усадки пород отвалов, поверхность которых значительно деформируется. Чистовая планировка производится перед нанесением потенциально плодородных пород и плодородного слоя обычно через 1— 2 года после отсыпки отвала.[ …]

По величине отношения содержания радия к урану (коэффициент радиоактивного равновесия большей частью превышает 100%) отмечается выщелачивание и вынос части урана из отвальных пород и накопление радия в них. Содержание радиоактивных элементов урана, тория и радия в породах отвала незначительно и обычно не превышает кларко-вых значений для пород нижнекаменноугольных отложений Подмосковного бассейна. Но в бассейне есть участки, в том числе и на шахтных полях, с повышенными концентрациями урана в породах визейских отложений. Имеются аномалии радона в почвах и подземных водах.[ …]

Пространственное размещение объектов в технобиогеоценозе, приведенное на рис. 45а, раскрывает структуру компонентов системы. Нооце-ноз в данном случае представлен отвалом пустых пород и частью поселка, которая попала в зону загрязнения породной пылью, сдуваемой ветром с отвала. В биоценоз входят луговые сообщества, а также оказавшиеся в зоне воздействия отвала. Почвы, грунтовые воды и атмосферный воздух в этой зоне объединяются в экотоп. Все перечисленные компоненты природно-промышленной системы приведены в блок-схеме на рис. 456.[ …]

Обогащение руд цветных металлов производят флотационным или гравитационным методом с целью концентрации и разделения ценных компонентов сырья, предназначенных для последующего получения меди, цинка, свинца и Других цветных металлов. Пустая порода (хвосты) транспортируется в отвал.[ …]

Отходы горнодобывающей и горно-перерабатывающей отраслей, как правило, однородны, несмотря на имеющиеся в ряде случаев различия в гранулометрическом и химическом составе складируемых отложений. Однородность их определяется единым генезисом отходов: вскрышные породы, попадающие в отвал; отходы обогащения, складируемые в хвостохранилище, и пр.[ …]

Сейчас бактериальное выщелачивание успешно и в большом масштабе применяется в Канаде, Апглии, США н других странах для переработки руд с низким содержанием урана и меди. Установки для этого процесса весьма просты. Например, на руднике Бор в Югославии на верху гигантского отвала пустой породы с ничтожно малым содержанием меди расположены дождевальные установки, орошающие отвалы раствором кислоты с особыми бактериями (Th.ferrooxidans). У подножия отвалов (метров на 100 ниже их поверхности) просачивающийся сквозь породу раствор образовал небольшое озеро изумруднозеленого цвета. Извлечение меди производится способом цементации: в раствор загружают железный скрап, на поверхности которого осаждается металлическая медь. Из канадской практики известно, что для целого рудника, использующего метод бактериального выщелачивания, необходимо всего несколько рабочих.[ …]

Функциональная структура технобиогеоценоза раскрывает специфику образования природно-промышлен ной системы и совокупность взаимодействующих структурных единиц. Для примера на рис. 40 рассматривается технобиогеоценоз, который образовался в процессе складирования пустых пород в отвал при добыче полезных ископаемых подземным способом. Пространственное размещение объектов раскрывает структуру компонентов системы; поселок, отвал пустых пород, шахту, границу зоны рассеивания пыли в атмосфере, которая охватывает ареал природно-промышленной системы.[ …]

Значительный источник загрязнения атмосферного воздуха пылью — так называемые «хвосты» обогатительных фабрик. Терриконы ухудшают ландшафт, забирают землю сельскохозяйственных угодий. Переработка отвалов позволит и[ …]

Основа природоохранительного просвещения — это классная работа, но никоим образом она не может ограничиться только уроками. Вполне доступными многим школам для проведения занятий по тематике охраны природы и приобщения детей к практическим работам могут быть — школьный двор, расположенный неподалеку от школы участок природного ландшафта, городской парк, микроэкосистемы (пруд, поле, отвал горной породы). При этом важно добиваться того, чтобы школьники участвовали в выполнении исследований и в обсуждении проблем.[ …]

Порядок образования и эксплуатации отвалов, расположенных над действующими подземными выработками, а также засыпки провалов и отработанных участков карьера должен определяться специальным проектом, содержащим мероприятия, обеспечивающие безопасность работ. При размещении отвалов на косогорах необходимо предусматривать специальные меры, препятствующие сползанию отвалов. При совместном складировании пород в один отвал в районах со значительным количеством осадков в виде снега должны быть разработаны дополнительные меры безопасности от возможных оползней отвалов, исключающие складирование снега, сброс (сток) поверхностных и карьерных вод в породные отвалы. Каждый карьер, не имеющий естественного стока поверхностных и почвенных вод, должен быть обеспечен водоотливом.[ …]

Различают два основных его типа: положительный (аккумулятивный), к которому относятся отвалы, терриконы, насыпные и намывные поверхности, и отрицательный (выработанный) — шахты, карьеры, разрезы, выработки и т.д. Высота аккумулятивных форм неорельефа достигает 50-80 м, протяженность — 1,5—2,5 км; глубина карьеров при современной технике может достичь 400— 500 м при ширине карьерного поля 100-200 м, а для размещения горных пород, отсыпаемых в отвал, потребуются тысячи га зачастую плодородных земель. При такой глубине выработок неизбежны серьезные нарушения гидрологического режима, приводящие к истощению подземных и поверхностных вод.[ …]

Для производства горных работ требуется значительная площадь территории, на которой при открытом способе разработки располагаются карьеры, отвалы, железнодорожные, автомобильные дороги, различные промышленные сооружения. Так, площадь карьера строительных материалов составляет 300—500 га, карьеров по добыче марганцевой руды и угля — 1000—2500 га, железной руды — 2000—3000 га. Глубина рудных карьеров достигает 250 м и более, текущий коэффициент вскрыши составляет 15 т/т добываемой руды. С углублением карьеров текущий коэффициент вскрыши возрастает в 2—2,5 раза. Для размещения вскрышных пород на поверхности требуются значительные территории. При глубине карьеров 500—1000 м площадь породного отвала превышает площадь карьера в 4—7 раз и имеет высоту 40—50 м [29].[ …]