Содержание к диссертации
Введение
Глава 1: Изученность вопроса, задачи и методы исследования 8
1.1 Развитие технологии твердеющей закладки в СССР и России. 8
1.2 Системы разработки с закладкой 11
1.3 Составы смесей для твердеющей закладки 24
1.4 Отходы обогащения в закладке и их подготовка 33
1.5 Транспорт твердеющих смесей и седиментация 38
1.6 Высокоплотные закладочные смеси 47
Выводы и постановка задач работы 59
Глава II: Обоснование нормативных характеристик закладочного массива 62
2.1 Краткая геологическая характеристика месторождения 62
2.2 Система разработки и требования к закладочным работам 65
2.3 Требования к закладочному массиву 68
2.3.1 Обоснование нормативной прочности закладки 73
2.4 Местоположение и возможность использования хвостов обогащения 85
2.5 Характеристика компонентов закладочной смеси 86
2.5.1 Характеристика отходов горно-обогатительного производства 86
2.5.2 Характеристика вяжущего материала 91
2.5.3 Характеристика воды 92 Выводы 94
Глава III: Подбор состава и свойства закладочной смеси 95
3.1 Методика подбора закладочной смеси 95
3.2 Подбор состава смеси 101
3.2.1 Определение рационального водотвердого соотношения 101
3.2.2 Определение рационального расхода цемента 108
3.2.3 Определение зависимости прочности смеси от гранулометрического состава заполнителя 111
3.2.4 Определение компрессионных и реологических свойств 118
Выводы 123
Глава IV: Технико-экономическая оценка 125
4.1 Технологическая схема закладочного комплекса 125
4.2 Расчет трубопроводного транспорта высокоплотной закладочной смеси 130
4.3 Технико-экономическая оценка 134
Выводы 139
Заключение 141
Список литературы
- Системы разработки с закладкой
- Система разработки и требования к закладочным работам
- Подбор состава смеси
- Расчет трубопроводного транспорта высокоплотной закладочной смеси
Введение к работе
Актуальность вопроса. При подземной разработке рудных месторождений одним из эффективных путей решения задач рационального использования недр и земельных площадей действующих рудников является применение систем разработки с закладкой выработанного пространства. Необходимость широкого применения этих систем, особенно при разработке ценных руд, обусловлена не только присущими им преимуществами, но и непрерывно ухудшающимися горно-геологическими условиями.
В результате применения закладки снижаются потери и разубоживание руды при добыче, за счет чего обеспечивается высокий экономический эффект и окупаются затраты на закладочные работы.
В большинстве случаев для закладочных работ используется специально добываемый заполнитель, который характеризуется непостоянством качества (непостоянство гранулометрического состава, влажности, вещественного состава и пр.). Кроме того, это сопряжено с относительно высокими затратами на его добычу.
Часто в закладочную смесь добавляется излишнее количество воды с целью повышения ее транспортабельности. Это приводит к расслоению смеси во время транспортирования и, как следствие, к снижению прочности закладочного массива. Для ликвидации отрицательного воздействия избыточной воды в смесях увеличивают расход вяжущего.
Среднестатистические затраты на материалы в общей стоимости закладочных работ составляют свыше 60 %, из них 70 % приходится на вяжущее. Снижение количества дорогостоящего вяжущего повлечет снижение себестоимости закладки.
В то же время интенсивное увеличение объемов производства горнодобывающей и металлургической отраслей промышленности, сопровождается ростом объемов промышленных отходов, большая часть которых пока не находит применения и поступает в отвалы или хвостохранилища, занимая все новые площади земельных угодий.
Содержание отвалов и хвостохранилищ сопряжено со значительными
затратами, ухудшением экологической обстановки регионов и
безвозвратными потерями ценных земель.
Увеличение объемов добычи руды неизбежно влечет за собой и увеличение объема закладочных работ. Следовательно, возникает необходимость в наличии достаточного количества закладочного материала. Одним из возможных путей решения этой задачи является использование отходов горно-обогатительных производств.
Так, например, хвостохранилища Зыряновской обогатительной фабрики занимают более ПО га и содержат около 24 млн. т отходов. Утилизация в закладку твердой фазы отходов производства позволит сократить затраты на закладку и содержание хвостохранилищ.
Установление закономерностей поведения смесей с высоким содержанием тонких частиц, исследование их прочностных и реологических характеристик и создание на этой основе технологии закладочных работ с полной утилизацией хвостов обогащения позволит решить задачу, связанную со снижением занимаемых хвостохранилищами площадей, получением дешевого заполнителя и снижением расхода вяжущего.
В связи с вышеизложенным обоснование технологии закладки выемочных камер высокоплотными смесями на основе хвостов обогащения является актуальной научной задачей.
Цель работы - установление закономерностей изменения свойств закладки в зависимости от состава заполнителя и обоснование рациональных составов твердеющей смеси для разработки технологии формирования искусственных массивов на основе хвостов обогащения, что позволит повысить эффективность подземной добычи руд.
Основная идея работы заключается в изменении водотвердого соотношения в материале закладочной смеси при использовании в качестве инертного заполнителя твердой фазы хвостов обогащения из хвостохранилищ.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
повышение эффективности закладочных работ при обеспечении нормативных характеристик закладки достигается за счет исключения избыточной воды в твердеющих закладочных смесях на стадии репульпации;
рациональное содержание твердого в составе закладки на основе хвостов обогащения составляет 80-82 %, т.к. при этом сохраняется необходимая подвижность смеси и значительно увеличивается последующая прочность закладочного массива;
рациональное содержание частиц размером менее 0,044 мм в составе закладочной смеси с повышенным содержанием твердого составляет 30-32%, увеличение содержания тонких частиц выше указанной величины приводит к снижению прочности, а снижение ухудшает компрессионные свойства закладки;
использование смесей на основе хвостов обогащения с повышенным содержанием твердого позволяет сократить расход вяжущего, не снижая при этом прочности закладочного массива.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждаются использованием современных методов
аналитических и экспериментальных исследований, удовлетворительной
сходимостью расчетов и результатов экспериментов (расхождение до 15%).
Научное значение работы заключается в установлении зависимостей
прочностных и реологических свойств закладки от гранулометрического и
вещественного состава инертного заполнителя, которые могут быть
использованы при проектировании новых высокоплотных закладочных
смесей.
Практическое значение состоит в разработке рекомендаций по возведению искусственного массива высокоплотной закладочной смесью на основе хвостов обогащения.
Реализация выводов и рекомендаций. В диссертации разработаны и рекомендованы составы закладочной смеси на основе хвостов обогащения для рудников, разрабатывающих месторождения полиметаллических руд и, в частности, для условий Малеевского свинцово-цинкового месторождения.
Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на конференциях МГГУ «Неделя горняка» (1998-2002 гг.), научных семинарах кафедры «Технология подземной разработки руд» (1998-2002 гг.), а также на заседании технико-экономического совета ОАО «Казцинк» (Малеевский рудник) (2002 г.).
Публикации. По результатам выполненной работы опубликованы 4 статьи:
1 .Григорьева Н.Н. Совершенствование технологии закладочных работ на Малеевском месторождении.- В сб.: Роль науки и образования для устойчивого развития на пороге третьего тысячелетия. - М.: МГГУ. -2000, -т. 1,-С.127-129.
2. Григорьева Н.Н. Методика определения нормативных характеристик закладочного массива на примере Малеевского полиметаллического месторождения. - М.: МГГУ.- ГИАБ- 1999. - № 7.- С. 102-104.
З.Кузьмин Е.В., Григорьева Н.Н. Варианты систем подземной разработки с закладкой для Малеевского месторождения. - М.: МГГУ.- ГИАБ.- 2000.-№8.-0.173-174.
4.Григорьева Н.Н. Подготовка заполнителя для закладочных смесей на основе хвостов обогащения. - М.: МГГУ.- ГИАБ.- 2001 .- №8.- С. 237-238.
Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит список литературы из 73 наименований, 25 рисунков, 31 таблицу.
Системы разработки с закладкой
Основными системами разработки с закладкой на рудниках цветной металлургии в настоящее время являются: горизонтальные слои с закладкой с нисходящей и восходящей выемкой руды; сплошная с однослойной выемкой и закладкой; варианты камерной и подэтажнокамерной систем разработки с закладкой. Варианты систем выбираются в зависимости от устойчивости руды и вмещающих пород.
Если ранее системами с закладкой отрабатывались преимущественно лишь крутопадающие рудные месторождения сравнительно небольшой мощности, стремясь, по возможности, применять в пологих залежах значительных размеров более дешевые системы с обрушением налегающих пород или камерно-столбовые системы; то использование твердеющей закладки на руднике «Маяк» доказало целесообразность ее использования и при разработке пологих залежей большой мощности. При камерно-целиковых системах с последующей закладкой рудое поле разбивается либо на панели, либо на этажи, которые вынимаются камерами в определенной последовательности: камерами первой, второй, третьей и т.д. очереди. После выемки каждой камеры выработанное пространство заполняется твердеющими смесями. В отдельных случаях применяют комбинированную закладку, когда камеры II или III очереди заполняются сухой или гидрозакладкой.
В последние годы в проектных решениях (рудники «Маяк», «Комсомольский», шахта «Красногваредйская» Красноуральского медеплавильного комбината) стали применять сплошную систему с выемкой горизонтальными или наклонными слоями с закладкой, а также существующие однослойные разработки с закладкой, которые занимают промежуточное положение между слоевыми и камерными вариантами. По технологии она сходна с вариантом выемки слоев в нисходящем порядке, а по форме очистного пространства она ближе к камерным вариантам (Норильский ГМК).
Варианты этажно-камерных систем предусмотрены на рудниках Гайского ГОКа, Текелийском руднике, на рудниках Иртышского ГМК. Слоевые системы получили распространение на рудниках Жезказганского ГОКа, Северо-Уральских бокситовых рудниках, на руднике «Октябрьский» Норильского ГОКа. Вариант камерной системы разработки с подэтажной отбойкой и закладкой представлен на рис 1.1. Подготовка блока к выемке заключается в проходке откаточных ортов, штреков, выработок подэтажа и выработок днища. Панель делят на камеры первой и второй очередей. Ширина камеры зависит от устойчивости рудного и искусственного массивов и составляет от 10 до 15 . Отбойку руды в камерах второй и третьей очередей можно начинать после того, как в ранее заложенной смежной камере закладка достигнет прочности 4-5 МПа. Камеры, находящиеся в одновременном выпуске, всегда должны быть разделены массивом руды или закладки шириной не менее 15 м. Руду в камерах отбивают веерами скважин глубиной до 25 м и диаметром до 105 мм. Оси камер нижнего этажа смещают на половину ширины верхних камер с целью придания кровле сводчатой формы и снижения потерь руды. Технико-экономические показатели системы: Потери руды, % 5,0 Разубоживание, % 8,0 Производительность труда забойного Рабочего, м /смену 5-8 Камерная система разработки со сплошной выемкой руды и закладкой (рис. 1.2).
Подготовка заключается в проведении выработок для выпуска и доставки руды, разбуривания массива, а также для сообщения и проветривания. Размеры первичных и вторичных камер обычно принимают одинаковыми. В крутых залежах малой и средней мощности длину камер принимают порядка 30-50 м, высоту - в зависимости от устойчивости боковых пород- 50-60 м и более. В мощных залежах ширину камер по условию устойчивости кровли из монолитной закладки принимают до 15 м, высоту- 50-60 м и более. В камерах руду отбивают вертикальными слоями скважинными зарядами. Закладку первичных камер и нижней части вторичных на высоту 8-12 м ведут с повышенным содержанием вяжущих, чтобы обеспечивалась необходимая устойчивость этих массивов при их последующем обнажении. Верхнюю часть вторичных камер обычно заполняют смесью с пониженным содержанием вяжущего.
Технико-экономические показатели системы: Потери руды, % 3,0-5,0 Разубоживание, % 3,0-5,0 Производительность труда забойного Рабочего, т/чел.-смену 30-55 Слоевые системы разработки. Эти системы применяют при выемке рудных тел в сложных горногеологических условиях и с высокой ценностью руд. При этом используют два варианта систем: с восходящей и нисходящей выемкой. Слоевая система с нисходящим порядком выемки приведена на рис. 1.3. Эта система применяется преимущественно для выемки неустойчивых ценных руд и при необходимости поддержания земной поверхности. Блок по простиранию подготавливается наклонным съездом, проходящим под углом 8-12 в лежачем боку по породе. Из наклонного съезда проходится сбойка с рудным телом и из ее продолжения рудный слоевой орт, на который выходит рудоспуск. Из сбойки делаются высечки, соединяющие наклонный съезд с вентиляцонно-ходовым восстающим для перепуска по нему породы и руды от проходки до вскрытия рудоспуска на слоевом орте. Также проходятся сбойки с вентиляционно-закладочными восстающими на флангах блока. Отрабатывают слой заходками, которые проходят из ортов (штреков), нарезанных по границам блоков. Высота слоя от 3 до 8 м, ширина заходок 3-10 м, в зависимости от устойчивости закладочного массива. Наклон заходок 3-Ю0- должен превышать угол растекании закладочной смеси. Заходки в смежных слоях смещают по отношению друг к другу, чтобы затвердевший материал не обрушался по границам заходки при ее подработке.
Отбойку ведут шпурами. На бурении и доставке руды используют преимущественно самоходное оборудование. Закладочную смесь подают по скважинам, пробуренным с вентиляционно-закладочного горизонта. Технико-экономические показатели системы: Потери руды, % 3,0 Разубоживание, % 6,0 Производительность труда забойного Рабочего, т/чел.-смену 28 Слоевая выемка в восходящем порядке (Рис 1.4). Подготовительно-нарезные работы включают проходку откаточных и вентиляционно-закладочных штреков, рудоспусков, транспортных уклонов и слоевых штреков. Рудное тело в пределах выемочного блока разбивают на слои шириной 4-8 м и высотой 3-4 м. Слои отрабатываются потолкоуступным забоем с отбойкой руды шпурами. На бурении и доставке используется самоходное оборудование.
Система разработки и требования к закладочным работам
Исходя из геологических условий, для отработки Малеевского месторождения приняты варианты сплошных камерных и камерно-целиковых систем разработки с закладкой с выемкой руды в восходящем порядке. (Рис.2.1-2.3). Высота обнажений закладочного массива при камерной системе с камерно-целиковой выемкой руды и со сплошной выемкой составляет 40-70 м, при подэтажно-камерной системе со сплошной выемкой руды-10-25 м.
Рудные тела № 6 и №7 Родниковой рудной зоны разбиты на камеры шириной 20 метров, расположенные вкрест простирания рудных тел и отрабатываются поочередно. Этажно-камерная система разработки с подэтажной отбойкой руды предусматривает поэтапный порядок отработки и закладки камер.
После проведения подготовительно-нарезных работ, бурения, отбойки и выпуска руды, зачистки почвы камеры, устанавливаются изолирующие перемычки и производится закладка подэтажной камеры твердеющей смесью.
Твердеющая закладочная смесь должна удовлетворять специфическим требованиям, чтобы обеспечить заданные свойства искусственного массива. Эти требования определяются горно-техническими условиями разработки месторождения, назначением закладки, способами приготовления, транспортировки и укладки смесей, условиями и сроками твердения, интенсивностью добычи и другими факторами.
Качество закладочной смеси определяется несколькими показателями. К ним относятся прочностные, компрессионные, реологические свойства, а также устойчивость в обнажении. Исследования прочностных, деформационных, упругих и компрессионных свойств монолитной закладки проводились многими учеными, в том числе Г.М.Беловым, Н.Ф.Замесовам, В.Н.Калмыковым, А.В.Карякиным, А.Н.Меркуловым, М.Н. Цыгалоеым и др. Однако, закладка в каждом конкретном случае будет обладать различными деформационными и прочностными свойствами. Очень важно получить закладку с теми свойствами, которые приемлемы для конкретных горно-техических условий.
Наиболее важными требованиями, предъявляемыми к смеси, являются обеспечение необходимой прочности искусственного массива в заданные сроки, транспортабельность, пластичность, время схватывания. При этом стремятся к оптимальному соотношению компонентов, которые при минимальной стоимости смеси обеспечиваю заданные свойства искусственного массива.
Решающее значение имеет предел прочности на одноосное сжатие, который устанавливают для конкретных смесей путем изготовления и испытания опытной серии образцов кубической формы. Другие прочностные свойства определяют расчетным методом в зависимости от величины предела прочности на одноосное сжатие. Искусственный закладочный массив должен обладать соответствующими проекту прочностными свойствами и обеспечивать устойчивость собственного обнажения горного массива и плавность деформаций налегающей толщи горных пород. А также обладать необходимыми компрессионными свойствами и давать минимальную усадку под давлением. Прочность закладки называют нормативной, если возможно безопасное обнажение искусственного массива горной выработкой требуемых размеров и в принятые проектом сроки. Нормативная прочность на горных предприятиях колеблется от 1,5-2,0 до 10 МПа, составляя в большинстве случаев 5-7 МПа
В связи с необходимостью транспортирования закладочных смесей на большие расстояния, достигающие в отдельных случаях нескольких километров по горизонтали, важное значение имеют реологические свойства смеси. В зависимости от свойств смеси, а также конструктивных особенностей системы выбирается способ транспортирования: пневматический, самотечный или самотечно-пневматический. Особое значение приобретают транспортабельные свойства закладочной смеси. Закладочная смесь должна оказывать минимальное сопротивление движению по трубопроводу. В решении задачи оптимизации транспортабельности смеси важное значение имеют изучение состояния несущей среды и оценка ее способности удерживать во взвешенном состоянии крупные частицы. Критерием реологического состояния смеси является предельное напряжение сдвига То, от величины которого зависят подвижность смеси, угол ее растекания, коэффициент расслоения. На рудниках реологическое состояние смеси принято контролировать по подвижности смеси, устанавливаемой по глубине погружения (см) в нее стандартного конуса массой ЗООг с углом 30 при вершине. Подвижность закладочной смеси должна находиться в пределах 9-12 см. Угол растекания смеси - 5-8.
Допустимое значение коэффициента расслоения смеси за время ее перемещения от места приготовления до пункта укладки в выработанном пространстве не должна превышать 20-25%. Начало схватывания смеси должно происходить не ранее времени, необходимого для доставки и укладки ее в выработанном пространстве, что составляет 1,5-2,0 часа.
На большинстве предприятий стоимость закладки еще высока, а основную долю себестоимости составляют затраты на материалы, поэтому особо важным является требование к экономичности состава. Это достигается рациональным соотношением компонентов, обеспечивающих минимальную стоимость закладки. При этом смесь должна быть технологичной, т.е. свойства ее должны быть оптимальными для осуществления последующих операций в технологии ведения закладочных работ - транспортирования, укладки и твердения закладочного массива. Поэтому технологичность состава смеси связывают с ее реологическими свойствами. Закладочная смесь, как уже отмечалось выше, не должна расслаиваться как в процессе транспортировки, так и во время укладки в выработанное пространство, так как расслаивание закладочной смеси приводит к неравномерному распределению компонентов смеси в выработанном пространстве, неоднородности искусственного массива и снижению его прочности.
На свойства твердеющего закладочного массива наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы: -качество, гранулометрический состав и соотношение крупного и мелкого заполнителей, а также их количество в единице объема; -количество воды (водо-вяжущее отношение); -способ приготовления, транспорта и укладки; -условия твердения (температурный режим твердения); -возраст твердения. Как показывают исследования, содержание воды в смеси является одним из определяющих факторов ее экономичности. Существующая на горных предприятиях технология закладочных работ характеризуется наличием в смесях значительного количества воды (до 550 кг/м3), что резко снижает прочность искусственного массива и ухудшает технико-экономические показатели применения систем разработки с закладкой.
Массовая доля твердого в смеси является важным регулирующим фактором. Увеличение ее представляет собой значительный резерв уменьшения расхода вяжущего. Тип и соотношение заполнителей также оказывают влияние на прочность закладочной смеси. Заполнитель в смеси занимает 70-90% (по массе), он существенно дешевле вяжущего и, следовательно, экономически выгодно, чтобы в закладочной смеси было бы как можно больше заполнителя и как можно меньше вяжущего. Однако, экономические соображения не являются единственными при выборе заполнителя. Присутствие соответствующих заполнителей в закладке значительно улучшает ее прочностные и компрессионные свойства, устойчивость искусственного массива. Зерновой состав заполнителя является также важным, поскольку он влияет на удобоукладываемость смеси. Основными факторами, характеризующими зерновой состав заполнителя является удельная поверхность, определяющая количество воды, расходуемое на увлажнение поверхности зерен; относительный объем заполнителя, занимаемый его зернами, удобоукладываемость закладочной смеси и склонность ее к расслоению.
Подбор состава смеси
В целях повышения эффективности закладочных работ нами проводились исследовательские работы по проектированию новых составов закладочных смесей. В качестве заполнителя предлагается применение хвостов обогащения. С целью установления соответствия прочности исследуемой смеси нормативным показателям нами был проведен эксперимент по определению прочности кубов на одноосное сжатие. Опыт предусматривал изготовление и испытание на сжатие образцов-кубов из проектируемой смеси. Целью эксперимента являлось определение оптимального водо-вяжущего соотношения.
В соответствии с ГОСТом использовались образцы-кубы размером 70 70 70 мм. Образцы изготавливались и испытывались сериями по 3 куба. Перед заливкой смеси, внутренняя поверхность формы покрывалась тонким слоем смазки (моторное масло). Нами испытывались несколько составов смесей с различным водо цементным отношением и различным количеством заполнителя . В качестве заполнителя использовались обезвоженные хвосты обогащения: После тщательного перемешивания смеси, ею заполнялись специальные формы, верхняя часть заглаживалась и на поверхность укладывалась марка с указанием номера пробы. Образцы, предназначенные для хранения в нормальных условиях, после изготовления и распалубливания (разборки форм) хранились в помещении в формах, покрытых пленкой, исключающей возможность испарения из них влаги. После распалубливания образцы помещались для хранения во влажные опилки, относительная влажность которых составляла не менее 95%.
Перед испытанием образцы осматривались с целью установления наличия дефектов. Опорные грани образцов выбирались так, чтобы сжимающая сила при испытании была направлена параллельно слоям укладки закладочной смеси в формы.
Линейные размеры образцов измерялись штангенциркулем с погрешностью 1 мм. Все образцы одной серии в расчетном возрасте испытывались в течение одного часа. После установки образца на опорную плиту пресса совмещали верхнюю плиту пресса с верхней опорной гранью образца так, чтобы плоскости полностью прилегали одна к другой. Далее начинали непрерывное нагружение со скоростью, обеспечивающей разрушение образца в течение 30 сек.
Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принималось за разрушающую нагрузку. Прочность образцов-кубов при сжатии определяли как среднее арифметическое значение в серии из трех образцов по двум наибольшим по прочности образцам. График зависимости прочности закладки от массовой доли твердого в смеси наглядно демонстрирует, что прочность возрастает при увеличении доли твердого. Так, например, при увеличении массовой доли твердого с 77% до 82%о прочность увеличилась с 2,4 МПа до 4,4 МПа. Таким образом, массовая доля твердого в смеси является важным регулируемым параметром. Увеличение ее представляет собой значительный резерв в деле уменьшения расхода цемента.
На основе полученных результатов можно сделать вывод, что для получения нормативной прочности 5 МПа, достаточно 200 кг цемента при содержании твердого в смеси 82 %, что на 10% меньше, чем при содержании твердого 77 % (состав, применяемый в настоящее время). С целью определения зависимости прочности смеси от гранулометрического состава заполнителя нами также проводились исследования смесей с различным содержанием крупного заполнителя. В качестве крупного заполнителя использовалась легкая фракция. Составы закладочных смесей на основе хвостов обогащения с крупным заполнителем приведены в таблице 3.6: На основе полученных результатов отстроим графики зависимости прочности от содержания цемента в кг/м (рис.3.8) и в % (рис.3.9). Из графиков3.8 и 3.9 видно, что для получения прочности 5 МПа в составе смеси с крупным заполнителем достаточно 170 кг цемента или 8%, что на 22% меньше, чем в исходном составе, применяемом на Малеевском руднике.
Для наглядности построим сводный график зависимости прочности смеси от водоцементного отношения и вида заполнителя (Рис.3.10.). Из графика 3.10 видно, что при одинаковой величине водоцементного отношения прочность смеси на основе смешанного заполнителя на 10-25 % выше, чем прочность смеси на основе заполнителя целиком состоящего из хвостов обогащения. Использование смешанного заполнителя в составе высокоплотной смеси позволяет сократить количество цемента на 20-22% по сравнению с исходным составом и на 10-15% по сравнению с составом смеси на основе заполнителя, целиком состоящего из одних хвостов.
Компрессионные свойства закладочного материала определяли в условиях сжатия с невозможностью бокового расширения. Точность результатов здесь несколько ниже из-за отсутствия первоначального бокового давления, но является достаточной для инженерных расчетов. Следует отметить, что сплошной искусственный массив формируется из отдельных участков, каждый из которых также не имеет первоначального бокового давления (без учета собственного веса), поэтому кассетный метод определения компрессионных свойств в большей степени соответствует условиям работы искусственных массивов, чем метод испытания образцов в стабилометрах.
Предварительно закладочную смесь в жидком виде заливали в цилиндрические обоймы со стороной 10 см и хранили во влажных условиях 180 суток. Испытывалось по три образца каждого из составов. Нагрузку увеличивали постепенно каждые 24 часа. За критерий компрессионной способности был принят коэффициент относительной сжимаемости материала, рассчитываемый по формуле . В шахтных условиях искусственные массивы испытывают нагрузки в течение длительного времени, что оказывает определенное влияние на величину относительной сжимаемости. В качестве критерия интенсивности нагружения, учитывающего прочность материала, принято отношение внешней нагрузки к прочности материала на одноосное сжатие. Исследованиями установлено, что коэффициент относительной сжимаемости при длительном нагружении примерно в два раза выше, чем аналогичный показатель при кратковременном нагружении [53].
Результаты испытаний приведены на рис.3.14. Сравнение результатов показывает, что закладочный материал на основе хвостов обогащения характеризуется меньшим показателем сжимаемости, чем смесь, в составе которого присутствует крупный заполнитель. А сравнение результатов с расчетными показателями допустимых деформаций показывает, что компрессия проектируемых смесей не превышает допустимого предела.
Критерием реологического состояния смеси является вязкость (Г-внутреннее трение)- сопротивление внешним силам, вызывающее течение смеси, и предельное напряжение сдвига т0 , от величины которого зависит подвижность смеси, угол ее растекания, коэффициент расслоения.
Расчет трубопроводного транспорта высокоплотной закладочной смеси
Технологическая схема действующего на Малеевском руднике закладочного комплекса включает линию хранения и подачи заполнителя, линию подачи цемента и линию подачи воды. Предварительная подготовка заполнителя включает дробление легкой фракции до крупности 15 мм в дробильном отделении. Приготовление литой твердеющей закладки осуществляется в мельнице МШР 2,1x3,0, подача готовой смеси в выработанное пространство осуществляется в самотечном режиме по трубопроводу.
При использовании в составе закладочной смеси хвостов обогащения технологическая схема включает в себя дополнительную линию хранения и подачи мелкозернистого заполнителя, т.е. обезвоженных хвостов обогащения. Основным узлом приготовления твердеющей закладки на основе хвостов обогащения остается мельница МШР 2,1x3,0, в которую подаются отдозированные инертные заполнители - легкая фракция крупностью до 15 мм, хвосты и цеммолоко. Готовая смесь из мельницы по действующему трубопроводу подается к месту закладки. Доставка песков от мест добычи будет осуществляться, аналогично доставке легкой фракции, автотранспортом на площадку хранения инертного заполнителя закладочного комплекса. Таким образом, применение закладки на основе хвостов из хвостохранилища не требует кардинальных изменений в технологической схеме закладочного комплекса, большого количества дополнительного оборудования, а значит и значительных капиталовложений.
Определены параметры трубопроводного транспорта высокоплотных закладочных смесей в зависимости от требуемой производительности закладочного комплекса. Так, например, для обеспечения производительности закладочного комплекса Малеевского рудника 120 м3/ч при применении высокоплотной закладочной смеси на основе хвостов обогащения рекомендуется трубопровод диаметром D=159 мм с толщиной стенок 9 мм, при этом критическая скорость потока движения потока закладки составляет 1,38 м/с, а оптимальной рабочей скоростью следует считать скорость равную 2,5 м/с.
Применение технологии с закладкой на основе хвостов обогащения позволит при сохранении существующего объема закладочных работ ежегодно утилизировать до 450-500 т. отходов из хвостохранилищ.
При использовании технологии закладки высокоплотными закладочными смесями экономический эффект будет достигаться за счет снижения себестоимости закладки вследствие уменьшения расхода дорогостоящего вяжущего, снижения затрат на подготовку заполнителя (дробление, измельчение крупной фракции и пр.) и затрат на содержание хвостохранилищ. Общий экономический эффект при использовании высокоплотных закладочных смесей на основе хвостов обогащения с крупным заполнителем составит 1350 тыс.у.е. в год.
Диссертация является научной квалификационной работой, содержащей решение актуальной для горнорудной промышленности задачи обоснования технологии закладки высокоплотными смесями на основе хвостов обогащения, позволяющей повысить эффективность подземной разработки рудных месторождений.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем: Повышение эффективности закладочных работ возможно за счет использования в составе закладочной смеси хвостов обогащения. Установлено, что по своим физико-механическим свойствам хвосты обогащения Зыряновской обогатительной фабрики отвечают требованиям к заполнителю твердеющих смесей и могут быть использованы в составе закладки.
Установлены нормативные характеристики закладки для Малеевского рудника при применении многостадийных вариантов камерных и камерно-целиковых систем разработки с закладкой выработанного пространства при сплошной выемке полезного ископаемого.
Определено, что при увеличении доли твердого в смеси с 77 до 82% прочность закладки увеличивается на 60-70 %. Установлено рациональное содержание твердого в смеси с использованием в качестве заполнителя хвостов обогащения порядка 80-82 %.
Установлен рациональный гранулометрический состав заполнителя и соотношение в нем крупных и мелких фракций, содержание фракций размером менее 0,044 мм составляет 30-32%, что позволяет обеспечить оптимальные прочностные характеристики закладочного массива.
