Технологические решения по утилизации резинокордовых отходов при закладке очистного пространства на кимберлитовых рудниках

Актуальность работы. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых при применении технологий с закладкой выработанного пространства отличается высокими показателями извлечения, однако сопряжена со значительными затратами на добычу. Повышение эффективности добычи за счет снижения затрат на производство закладочных работ достигается при использовании местных природных материалов и отходов производства, что в свою очередь позволяет снизить расходы на содержание земельных отводов под отвалы, хвостохранилища, а также складов использованных материалов и отслужившей свой срок техники.

Например, за 50-летний период работы горнодобывающих предприятий на территории Мирнинского района скопилось около 100 тыс. тонн резинокордовых отходов, в том числе, изношенных шин от карьерных автосамосвалов и другой колесной техники, транспортерных лент и т. п. Вывоз резинокордовых материалов экономически нецелесообразен, поэтому их складирование осуществляется путем совместного хранения в зоне горных отводов, занимая значительные площади.

На сегодняшний день существует множество различных видов технологий по переработке, утилизации и вторичному использованию резинокордовых изделий. Вопрос утилизации отходов производства, в том числе резинокордовых, приобретает существенную значимость в связи с планами по вторичной переработке хвостов обогащения и отвалов.

В то же время, добыча и транспортировка заполнителя (песка) для закладки в условиях крайнего севера значительно осложнена в связи с климатическими условиями, поэтому все основные работы по подготовке заполнителя производятся в летний период.

Одним из путей снижения затрат на заполнитель является его частичная замена на резинокордовую крошку. Возможность применения закладки с резинокордовым заполнителем и установление её соответствия 3 предъявляемым требованиям по прочностным и деформационным свойствам позволит решить ряд вопросов, в частности:

• освобождение площадей, использующихся для хранения изношенных автопокрышек;

• частичное замещение дорогостоящего заполнителя;

• повышение безопасности ведения подземных горных работ за счет использования закладки с повышенной пластичностью.

В связи с вышеизложенным, обоснование технологических решений по утилизации резинокордовых отходов в закладку при подземной разработке месторождений полезных ископаемых системами с искусственным поддержанием очистного пространства является актуальной научной и практической задачей для горной промышленности.

Цель работы — установление закономерностей изменения свойств закладки в зависимости от состава заполнителя с резинокордовыми отходами и обоснование рациональных составов твердеющей смеси для разработки технологических решений по утилизации резинокордовых отходов при закладке очистного пространства, позволяющих повысить эффективность добычи руды на кимберлитовых рудниках.

Основная идея работы заключается в утилизации резинокордовых отходов горнодобывающих предприятий в заполнитель закладочной смеси при формировании искусственных массивов с повышением несущей способности за счет изменения их физико-механических свойств.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

• для обеспечения нормативных характеристик несущего и вторичного слоев закладки концентрация резинокордовой крошки в закладочной смеси должна варьироваться в диапазоне от 20% до 35% от общего объема заполнителя;

• для повышения эффективности использования резинокордового заполнителя, его, после предварительного замораживания и измельчения до фракции -4 мм, следует подавать по объединенной технологической линии с вяжущим, представленным цементным молоком;

• при использовании резинокордовой крошки в закладку модуль деформации затвердевшей смеси уменьшается в 2 + 3 раза, а разрушение носит упруго-пластический характер с высоким значением остаточной прочности, что повышает уровень безопасности ведения подземных горных работ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• научно обоснована возможность утилизации резинокордовых отходов в состав закладочной смеси в виде крошки и диапазон ее концентрации в общем объеме заполнителя;

• доказана эффективность использования резинокордовой крошки и установлен ее рациональный фракционный состав для закладочной смеси при применении системы разработки с нисходящей слоевой выемкой;

• установлено, что с уменьшением модуля деформации затвердевшей смеси, вызванным присутствием резинокордового заполнителя, разрушение носит упруго-пластический характер с высоким значением остаточной прочности.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются применением современных методов экспериментальных и аналитических исследований, включающих в себя определение нормативных характеристик, постановку лабораторно-исследовательских работ и анализ полученных экспериментальных данных с помощью методов математической статистики, удовлетворительной сходимостью полученных результатов экспериментов и расчетов (расхождение до 15%).

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей физико-механических свойств закладки с добавлением резинокордовой крошки от содержания её в заполнителе, выборе технологических схем и параметров формирования закладочных массивов.

Практическое значение работы заключается в разработке составов закладочной смеси с использованием резинокордовой крошки в заполнитель, технологических схем подачи компонентов закладочной смеси и параметров формирования закладочного массива. При утилизации резинокордовых отходов в закладку одновременно решаются экологические проблемы, закладочный массив обеспечивает нормативные характеристики и повышает уровень безопасности при проведении подземных горных работ.

Использование резинокордовых отходов в закладку позволяет снизить затраты на производство закладочных работ за счет частичного замещения дорогостоящего заполнителя. Экономия с учетом закупки оборудования и себестоимости производства резинокордовой крошки составит 23 + 25 миллионов рублей в год, без учета штрафных выплат за восстановление природного ландшафта.

Реализация работы. Разработанные в диссертации технологические решения и составы закладочных смесей с применением резинокордовой крошки в качестве заполнителя рекомендованы к применению в условиях кимберлитовых месторождений западной Якутии, в частности, рудника «Интернациональный».

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и получали положительные отзывы на конференциях МП У «Неделя Горняка» (2001 — 2006 гг.), а также на научных семинарах кафедры «Технологии подземной разработки рудных и нерудных месторождений» (2001 — 2006 гг.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научной квалификационной работой, содержащей решение актуальной для горнорудной промышленности задачи, обоснования технологии формирования искусственных массивов при очистной выемке руды закладочными смесями с использованием резинокордовой крошки посредством частичного замещения песка в заполнителе, что позволяет повысить эффективность подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Установлена принципиальная возможность использования дробленых отходов резинокордовых изделий в составе заполнителя закладочной смеси при обеспечении нормативных характеристик создаваемого массива, что позволяет повысить эффективность подземных горных работ в горнотехнических условиях кимберлитовых месторождений Якутии.

2. Установлено, что при применении технологий с нисходящей слоевой выемкой руды содержание в объеме заполнителя резинокордовой крошки должно быть не более 20%, а при восходящем порядке отработки до 35%, при этом обеспечиваются нормативные характеристики формируемого искусственного массива и повышается эффективность закладочных работ.

3. Определено, что изменение содержания резинокордовой крошки в образцах при одинаковой максимальной вертикальной нагрузке влияет на показатели относительных деформаций в продольном и поперечном направлениях. Присутствие в составе закладочной смеси резинокордового заполнителя повышает пластичность искусственного массива, что позволяет ему выдерживать критические нагрузки более продолжительное время по сравнению с используемыми составами закладочных смесей на производстве, что позволяет повысить уровень безопасности подземных горных работ.

4. Установлено, что при использовании резинокордовых отходов в заполнитель закладочной смеси позволяет снизить и стабилизировать расход вяжущего (цемента).

5. Технология производства закладочной смеси с резинокордовой крошкой в качестве заполнителя должна включать операции предварительного смачивания и перемешивания с цементным молоком, что позволяет предотвратить всплытие за счет проникновения цемента в поровое пространство резины и ускоренной реакции схватывания вяжущего на ее поверхности.

6. Разработана типовая схема закладочных работ с утилизацией в закладку отработанных резинокордовых изделий, реализация, которой позволит существенно улучшить экологическую обстановку Мирнинского региона Якутии за счет освобождения площадей, отведенных под хранение.

7. Расчетный экономический эффект, возможный при использовании рекомендуемой технологии закладочных работ с частичным замещением заполнителя резинокордовой крошкой, составит 23 ^ 25 миллионов рублей в год без учета штрафных выплат за восстановление природного ландшафта.