Обоснование способа организации формирования разнопрочного твердеющего закладочного массива на основе вяжущих из отходов горного и энергетического комплексов

Актуальность работы. При переходе подземных горных работ на глубокие горизонты целесообразно применение систем разработки месторождений с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, которые обеспечивают максимальное извлечение руд и снижение сдвижения и обрушения земной поверхности, что благоприятно сказывается на геоэкологической обстановке в районе ведения горных работ. Доля участия систем разработки с закладкой в объеме добычи составляет в настоящее время более 60%, но высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает экономическую эффективность применяемых технологий с закладкой выработанного пространства. Для снижения расхода цемента к нему в качестве вяжущего добавляют отходы горного и энергетического производств, т. е. производят утилизацию отходов этих производств, тем самым рационально используют природные ресурсы и улучшают экологическую обстановку района. Однако область применения утилизации отходов производства пока еще мала. Доменные шлаки и другие вещества без дополнительной обработки чаще играют роль инертных заполнителей, что экономически неоправданно, учитывая ограниченность ресурсов сырья для производства цемента. Перемещение отходов производства и доступных сырьевых материалов в выработке не всегда экономично, технологически сложно и ненадежно с точки зрения охраны земной поверхности от сдвижения и обрушения.

По данным анализа литературных источников выявлено, что для утилизации отходов производства в составе смесей актуальны направления:

— организация формирования закладочного массива на стадиях приготовления закладочной смеси, надежного транспортирования по трубопроводам и укладки её в выработанное пространство с оценкой по критериям прочности и устойчивости массива при обнажениях и экономическим затратам;

— управление свойствами закладочной смеси посредством соотношений исходных компонентов, тонкости помола шлака и других мероприятий;

— улучшение составов закладочной смеси из отходов местного производства путем раскрытия внутренних энергетических возможностей материалов посредством активации.

Поэтому решаемая задача по обоснованию способа организации формирования закладочного массива на основе вяжущих из отходов горного и энергетического производств является актуальной.

Работа выполнена в рамках государственных научно-технических программы «Экологически чистое горное производство» .

Целью работы является обоснование способа организации закладочных работ при формировании искусственного массива из твердеющих смесей, их приготовления и транспортирования, позволяющего повысить безопасность ведения горных работ, рационально использовать извлечение полезных ископаемых из недр, снизить экономические затраты на возведение искусственного массива, предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности и улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Идея работы заключается в том, что при возведении искусственного массива следует учитывать геоэкологическую обстановку разрабатываемого шахтного поля с предотвращением нарушения земной поверхности и выявлением устойчивых и неустойчивых подработанных участков, в которых производится закладка выработанного пространства разнопрочными твердеющими смесями, составы которых регулируются расходом цемента и использованием в качестве вяжущего отходов горного и энергетического производств.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Организовывать работы по приготовлению закладочной смеси следует таким образом, чтобы в процессе смешивания компонентов происходила их активация сначала на вибро — грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350−450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов следует активизировать осаждением солей и примесей.

2. При организации работ по приготовлению закладочной смеси в активаторах прочность твердеющей закладочной смеси зависит от расхода цемента, типа и количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья, крупности и плотности заполнителя и функционально увеличивается от расхода цемента по степенному закону. При этом для смеси с мелким заполнителем, но с вяжущим на цементной и цементно-шлаковой основе, или для вяжущего на цементно-шлаковой основе, но с крупным и очень мелким заполнителем, изменение прочности зависит от показателя степени расхода цемента, который стремится к единице.

3. Сохранение земной поверхности от сдвижения и обрушения обеспечивается тем, что в случае трещиноватого подрабатываемого массива горных пород, представленного в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками, выработанное пространство по его высоте целесообразно закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется эквивалентными пролетами его горизонтального и вертикального обнажения, при этом прочность горизонтального обнажения закладочного массива находится в пределах 1,0−1,5 МПа, а вертикального обнажения, соответственно, 0,51,0 МШ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением комплексного метода, включающеи и и и го: анализ и обобщение достижений отечественной и зарубежной горной науки и практики в области управления состоянием массива горных пород при подземной разработке месторождений, установление закономерностей между технологическими параметрами и экономическими показателями, экономико-математическое моделирование с использованием методов математической статистики и апробацией научных положений горных предприятий.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей изменения прочности твердеющей закладочной смеси от расхода цемента, типа.

И количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья, крупности и плотности заполнителя при организации работ по её приготовлению в активаторах, транспортированию и укладки в выработанное пространство таким образом, чтобы сохранить устойчивость подрабатываемого закладочного массива и предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности, которые позволят улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Практическое значение работы состоит в разработке организационных мероприятий по формированию разнопрочных искусственных закладочных массивов, позволяющих снизить затраты на приготовление твердеющих закладочных смесей за счет использования отходов производства и сохранении геоэкологической обстановки района проведения горных работ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при проектировании технологий разработки месторождений Целинного горнохимического комбината и акционерного объединения «Норильский комбинат». Установленные закономерности и разработанные практические рекомендации используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Управление состоянием массива горных пород» и «Горное дело и окружающая среда».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на НТС Садонского СЦК (п. Мизур, 1999 г.), НТС института «Кавказцветметпроект» (г. Владикавказ, 1999 г.), НТС Тырныаузского ВМК (г. Тырныауз, 2000 г.), НТС Таймырского рудника АО «Норильский комбинат» (2000 г.), Северо-Кавказском отделении МА-НЭБ (г. Владикавказ, 2001 г.), и НТК СКГТУ (Владикавказ, 2001 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 работах, в т. ч. 2 монографиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 40 таблиц и список литературы из 67 наименований.

4.5. Выводы по главе 4.

1. Рекомендуемый способ организации работ по приготовлению закладочной смеси отличается от традиционного тем, что в процессе смешивания компонентов осуществляют их активацию на вибро — грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350−450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов активизируют осаждением солей и примесей.

2. В случае поведения подрабатываемого массива горных пород в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками выработанное пространство по его высоте следует закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется параметрами горизонтального и вертикального обнажения пород.

3. Разнопрочный закладочный массив позволяет использовать составы с расходом цемента в комбинации с техногенными отходами горного производства в 1,5−2,5 раза меньше, чем в общепринятых на предприятиях Кавказского региона составах.

4. Выемка запасов со сплошной одностадийной выемкой камер и формирование разнопрочного искусственного закладочного массива снижает потери и разубоживание руды, соответственно, до 5,6−6,6и 9,1−11,3%.

5. Анализ организационных и технологических решений по формированию искусственного массива разнопрочными составами показал, что в зависимости от соотношения объемов закладки величина удельной прибыли на 7 т добытой руды возрастает на 8−1 ОУа по сравнению с базовым составом твердеющей закладки за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,2−2,5 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано решение актуальной научно — технической задачи — обоснования способа организации закладочных работ при формировании искусственного массива из твердеющих смесей, их приготовления и транспортирования, позволяющего повысить безопасность ведения горных работ, рационально использовать извлечение полезных ископаемых из недр, снизить экономические затраты на возведение искусственного массива, предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности и улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

4. Организовать работы по приготовлению закладочной смеси следует таким образом, чтобы в процессе смешивания компонентов происходила их активация сначала на вибро — грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350−450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов следует активизировать осаждением солей и примесей.

5. При организации работ по приготовлению закладочной смеси в активаторах прочность твердеющей закладочной смеси зависит от расхода цемента, типа и количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья энергетического комплекса, крупности и плотности заполнителя и функционально увеличивается от расхода цемента по степенному закону. При этом для смеси с мелким заполнителем, но с вяжущем на цементной и цементно-шлаковой основе, или для вяжущего на цементно-шлаковой основе, но с крупным и очень мелким заполнителем, изменение прочности зависит от показателя степени расхода цемента, который стремится к единице.

6. Искусственные массивы твердеющих смесей активно взаимодействуют с рудовмещающими породами, изменяя коэффициент структурного ослабления до 0,04−0,1.

7. Для количественной оценки потери прочности на участках обнажений искусственного массива выработками снизу и сбоку целесообразно введение коэффициента технологического ослабления.

8. Сохранение земной поверхности от сдвижения и обрушения обеспечивается тем, что в случае трещиноватого подрабатьшаемого массива горных пород, представленного в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками, выработанное пространство по его высоте целесообразно закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется эквивалентными пролетами его горизонтального и вертикального обнажения., при этом прочность горизонтального обнажения закладочного массива находится в пределах 1,0−1,5 МПа, а вертикального обнажения, соответственно, 0,51,0 МПя.

9. Разнопрочный закладочный массив позволяет использовать составы с расходом цемента в комбинации с техногенными отходами горного производства в 1,5−2,5 раза меньше, чем в общепринятых на предприятиях Кавказского региона составах.

10. Использование методики нормирования прочности закладки по условиям технологической подработки позволяет уменьшить нормативную прочности искусственного массива на величину 20−30%.

11.Выемка запасов со сплошной одностадийной выемкой камер и формирование разнопрочного искусственного закладочного массива снижает потери и разубоживание руды, соответственно, до 5,6−6,6 и 9,1−11,ЗУо.

12.Анализ организационных и технологических решений по формированию искусственного массива разнопрочными составами показал, что в зависимости от соотношения объемов закладки величина удельной прибыли на 7 т добытой руды возрастает на 8−10% по сравнению с базовым составом твердеющей закладки за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,2−2,5 раза.