Введение к работе
Актуальность. В основних направлениях экономического и социального развития СССР на I985-I99Q годы и на период до 2000 года предусматривается усиление работ по экономии и рациональному использованию сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов, указывается на необходимость создания химико-технологических процессов получения новых веществ и материалов о заданными свойствами, а также научных основ технологии комплексного использования сырья и промышленных отходов.
Разработка ресурсосберегающих технологий подземной добычи полезных ископаемых о закладкой выработанных пространств - одна из центральных проблем в горнодобывающей промышленности. Она имеет чрезвычайно важное народно-хозяйственное значение и приобретает особую актуальность в связи с ростом топливно-энергитических и материальных затрат на производство портландцемента, уровень использования которого на рудниках страны достиг 3 млн т в год и возрастает на 7...10 ежегодно.
В решении указанных проблем фундаментальное значение приобретает физико-химическая механика вяжущих материалов. До последнего времени в отечественной и зарубежной литературе отсутствуют исследования процессов формирования дисперсных структур твердеющих смесей для закладки подземных выработок, не сформулированы общие принципы и не созданы научные основы направленного регулирования прочностных и деформационных свойств искусственных массивов. На сегодняшний день нет научно обоснованных и, что особенно ваяно, реализуемых на практике ресурсосберегающих технических решений.
Данная работа посвящена разработке теоретических основ гидра-тационного легирования твердеющих смесей, созданию и промышленному освоению ресурсосберегающих технологий закладки подземных выработок о использованием техногенных продуктов.
Работа проводилась в соответствии с программой "Разработка и опытно-промышленные испытания новых бесцементных технологий ведения закладочных работ на СИР ССПЮ", утвержденной приказом Главру-ды Ыинметаллургии СССР (шифр темы 01.86. 0127780.)
Научная новизна работы. Разработаны научные основы регулирования свойств твердеющих смесей путем гидратационного легирования их состава и структуры. Впервые установлены основные закономерности кинетики структурообразования твердеющих смесей и роль легирующей карбонатной добавки в формировании их структуры и свойств. На
основании разультатов, с использованием комплекса современных методов исследований показано, что эффект гвдратациошюго легирования связан с улучшением структуры контактных зон сформированием пер-коляционной бездефектной матрицы.
Разработаны оптимальные составы и определены условия получения ресурсосберегающих технологии производства-легированных твердеющих смесей. Разработают математические модели, позволяющие прогнозировать свойства и определять пути управления напряженным состоянием и устойчивостью обнажений искусственного массива в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях.
Определены особенности минералообразования при обжиге двух-компонентных сырьевых смесей на основе известняка и отходов магнитного обогащения железных руд, заключающиеся в снижении температуры декарбонизации на 20...25 С и ускорении процессов на стадии твердофазного спекания под влиянием продуктов разложения пирита, более интенсивном протекании жвдкофазных реакций на завершающих стадиях обжига за счет раннего появления высокоактивного расплава. Установлены оптимальные составы, условия синтеза и технологические параметры производства бесцемектного активизатора твердения.
Установлены механизм контактных взаимодействий, общие закономерности формирования и развития коагуляционно-тиксотропных структур в бесцементных легированных твердеющих смесях. Показано, что сразу после затворения дисперсии достигается максимальный уровень гидролитического расщепления шлакового стекла - основного вяжущего закладочной смеси с формированием бездефектной перколяционной периодической коллоидной структуры во всем объеме бесцемеитной сиотемы. По сравнению с закладочными смесями на основа портландцемента в бесцементных легированных твердеющих дисперсиях значительно ускоряются процессы гидратации и структурообразования.'
Дано теоретическое и экспериментальное обоснование принципов гидратационного легирования твердеющих смесей как научной базы для разработки новых ресурсосберегающих технологий закладки о использованием многотоннажных отходов обогащения железных руд.
Практическая ценность работы. На основании выдвинутых научных положений разработаны различные варианты новых ресурсосберегающих технологий закладки подземных выработок с использованием промышленных отходов (а.с. № І476ІБ7 и 14777II).
Экономическая эффективность внедрения новых технологий закладки только по Соколовскому подземному руднику ССГГ10 Мшшеталлур-гии СССР составляет более 800 тыс.рублей.
Большое экологическое и экономическое значение имеет бесцементная технология закладки, основанная на использовании хвостов магнитного обогащения железных руд. Это открывает перспективы практического использования и утилизации промышленных отходов.
Основные положения работы используются Институтом горного дела и . Уралгипроруда Ыинматаллургии СССР при проектировании закладочных комплексов шахт "Молодежная" и "Центральная" Донского ГОКа.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Республиканской конференции молодых ученых "Проблемы повышения эффективности производительных сил Казахстана на период до 2000 года" (Алма-Ата, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Теория, производство и применение искусственных строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве" (Ташкент, 1985), Республиканской конференции "Физико-химическая механика и вибрационные методы на службе технического прогресса" (Одесса, IS87), Международной научно-технической конференции по новым строительным материалам (Болгария, 1986 и 1989), Всесоюзном координационном научно-практическом совещании "Пути.использования вторичных ресурсов для производства строительных материалов и изделий" (Чимкент, 1986), Республиканской конференции "Проблемы и перспективы ускорения комплексного развития производительных сил Кустанай-ской области" (Кустанаї!, 1986), научной сессии АН СССР и АН УССР .... по. коллоидной химии и физико-химической механике,"Дисперсные минералы Закарпатья и научно-технический прогреоо" (Ужгород, 1988), ХУ Международной конференции силикатной промышленности и науки о силикатах "Силиконф-89" (Венгрия, 1989), заседании секции добычи и обогащения руд НТО МЧМ СССР "Повышение эффективности подземной добычи железных руд" (Таштагол, 1989). Разработки автора включены в нормативные документы ТУ 310-16-87, ТУ 310-17-38 и "Технологическая инструкция по производству закладочных работ на Соколовском подземном руднике ССГПО", имеющих силу закона.
Публикации. По результатам исследований, изложенных в диссертации, опубликовано более 30 работ, в том числе 2 авторских свидетельства и одно положительное решение на изобретение.
Объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, общие выводы, список используемой литературы (374 наименования) и приложения; общий объем - 348 страниц машинописного текста, в том числе, 68 риоунков, 49 таблиц :. 41 страниц приложений.
