Текущее состояние. На сегодняшний день наиболее экономически целесообразной технологией для извлечения ценных компонентов из низкосортных руд является технология кучного выщелачивания. В процессе кучного выщелачивания в зависимости от режима эксплуатации происходит изменение инженерно-геологических параметров, таких как физико-механические свойства слагающих грунтов, уровень водонасыщения, уплотнение под действием вышележащих пород, что непосредственно влияет на устойчивость массива грунтов и развитие деформационных процессов.

Решаемая научная проблема. С целью получения более достоверного прогноза геомеханической и инженерно-геологической обстановки на площадке кучного выщелачивания проведено численное моделирование напряженно-деформированного состояния горных пород в соответствии с расчетной схемой, учитывающей изменение физико-механических свойств горных пород в результате уплотнения, насыщения массива растворами цианида и осадками.

Методы исследования. Основным вычислительным программным комплексом для расчета устойчивости численным моделированием в рамках плоской деформации принят Plaxis, позволяющий определить прочность и устойчивость геотехнических объектов, в том числе, обводненных грунтовых массивов.

Модель упрочняющегося грунта (в зарубежной научной литературе данную модель принято называть hardeningsoil model) была использована для описания механического поведения окомкованной руды. В ее основе принята нелинейно-упругая модель Дункана-Ченга, которая характеризуется гиперболическую зависимостью вертикальных относительных деформаций и компоненты девиатора тензора напряжений.

Фильтрационный расчет пористой среды штабеля КВ реализован на основании модели Van Genuchten – Mualem. Параметры фильтрационной модели VanGenuchten – Mualem окомкованной руды определялись по данным лабораторных испытаний, включающих определение гранулометрического состава и коэффициента фильтрации полностью в водонасыщенном состоянии.

Детали исследования. Схемы расчетных моделей для оценки устойчивости откоса штабеля КВ приведена на рис.1. Указано положение нагрузок от транспортного оборудова-ния, величина которого принята равной 133 кПа.

Расчеты устойчивости откоса штабеля выполнены как для условий водонасыщения штабеля до разных уровней подъема уровня воды, так и для условий сухого штабеля при нагрузках от транспортного оборудования (рис.2.).

Результаты расчетов устойчивости откоса штабеля кучного выщелачивания сведены в табл 1.

Таблица 1. Коэффициенты запаса по устойчивости откоса штабеля кучного выще-лачивания

№ п/п	Схема нагружения	Коэффициент запаса по устойчивости откоса при высоте яруса (м)
		10,0	12,5	15,0	17,5	20,0
	Нагрузка от оборудования отсутствует
1	Сухой штабель, пленка отсутствует	2,40	2,17	2,00	1,86	1,77
2	Сухой штабель, пленка присутствует	2,12	1,85	1,71	1,59	1,47
3	Водонасыщенный штабель, пленка присутствует, подъем воды 1,0 м	1,98	1,80	1,65	1,55	1,46
4	Водонасыщенный штабель, пленка присутствует, подъем воды 2,0 м	1,95	1,77	1,62	1,50	1,42
5	Водонасыщенный штабель, пленка присутствует, подъем воды 3,0 м	1,89	1,73	1,60	1,47	1,35
6	Водонасыщенный штабель, пленка присутствует, подъем воды 9,0 м	1,38	1,30	1,24	1,21	-
7	Полное водонасыщение яруса штабеля	1,36	1,16	1,03	<1,00	<1,00
	Нагрузка от оборудования присутствует
8	Сухой штабель, пленка отсутствует	1,91	1,82	1,73	1,67	1,62
9	Сухой штабель, пленка присутствует	1,57	1,51	1,43	1,39	1,35

 

Выполненные расчеты показывают, что при принятых физико-механических характеристиках материала штабеля и материалов грунта основания в целом устойчивость обеспечивается, а коэффициент запаса по устойчивости 1,22 принят как минимально допустимое значение. Исключением является варианты полного водонасыщения яруса штабеля КВ при высоте яруса более 10 м и водонасыщения яруса на высоту равную и более 9 м при высоте яруса более 15 м.

Необходимо отметить, что такие подъемы уровня жидкости внутри штабеля не соответствуют нормальному технологическому режиму его работы.

Для оценки возможности фильтрации раствора через штабель и оценки эффективности дренажного слоя были использованы построенные численные модели насыщения пористой среды и распространения жидкости через пористую среду. Высота штабеля принята равной 20 м. Интенсивность орошения принята равной 300 л/сут./м2. Коэффициент фильтрации принят переменным по глубине (рис.3). Распределение коэффициента фильтрации по глубине получено на двух отсевах: -20 мм и -125 мм. Результаты, полученные на отсеве - 20 мм, показали, что при формировании штабеля КВ только такими породами, внутри штабеля будет наблюдаться формирование зон полного водонасыщения.

 

По результатам выполненных численных расчетов было получено, что при фильтрационных характеристиках окомкованной руды, соответствующей классу крупности -120 мм, степень ее водонасыщения изменяется от 0,54 до 0,91 д.е. по высоте штабеля. Учитывая, что условное полное водонасыщение окомкованной руды достигается при значительном изменении ее физического состояния равным 0,85-0,9 д.е., из представленных результатов следует, что при высоте штабеля 17 м и более степень водонасыщения окомкованной руды достигает предельных значений. При снижении интенсивности орошения до 0,2 л/сут./м² показатель водонасыщения не достигает предельных значений при высоте штабеля КВ вплоть до значения 20 м.

Заключение. Разработана методика обоснования оптимальных геотехнических параметров и фильтрационного режима эксплуатации штабелей кучного выщелачивания и управления их устойчивостью, учитывающая специфику функционирования сложных инженерно-геологических сооружений техногенного происхождения, подверженных процессу выщелачивания.

Маринин М.А., Карасев М.А., Поспехов Г.Б., Поморцева А.А., Сушкова В.И. Инженерно-геологическое обоснование параметров кучного выщелачивания золота из бедных песчано-глинистых руд // Горный инфоррмационо-аналитический бюллетень. – 2023. - № 9. – С. 22-37. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_9_0_22