Обоснование закладки выработанного пространства сульфидосодержащими отходами обогащения с использованием гель-технологии

Актуальность работы. Сложившееся экономическое положение на горнодобывающих предприятиях РФ предопределяет направление исследовательских и конструкторских работ на поиск, обоснование параметров и разработку технологий, предусматривающих снижение затрат на добычу при высоком уровне количественных и качественных показателей извлечения полезного ископаемого из недр.

Этим требованиям отвечают системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на основе местных материалов, применение которых позволяет решить задачи по улучшению качества, при низких потерях добываемой руды.

Технологии с закладкой выработанного пространства получают всё большее распространение. Это связано с углублением горных работ и. усложнением горно-геологических при подземной разработке месторождений полезных ископаемых Закладка выработанного пространства твердеющими смесями позволяет управлять горным давлением и повышать безопасность ведения горных работ, вести одновременную отработку месторождения: подземным и открытым способами, а также снизить негативное влияние горного производства на окружающую среду. Использование местных природных материалов и отходов производства позволит существенно сократить затраты не только на закладочные работы, но и на содержание различного рода отвалов и хвостохранилищ, соответственно уменьшив площади земель для горных отводов.

На ряде горнодобывающих предприятий цветной металлургии1 использование хвостовобогащения при формировании твердеющих массивов сдерживается? в связи с присутствием в них сульфидов, оказывающих разупрочняющее воздействие на закладку, в которой в качестве вяжущего компонента используют цемент. Для полноценного, без существенных ограничений, использования в закладке хвостов обогащения необходимо нейтрализовать отрицательное воздействие сульфидов на ее прочность.

К перспективным, отвечающим изложенным требованиям материалам, можно отнести нефелиновые концентраты, которые при соединении с раствором серной кислоты образуют гель, нейтрализующий сульфиды, и в тоже время, обладающий вяжущими свойствами. Такая технология формирования закладочных массивов до настоящего времени не применялась, поэтому необходимо подобрать рациональное соотношение компонентов в составе смеси, изучить свойства получаемой закладки, определить технологическую схему производства закладочных работ и её эффективность.

В: связи с этим, обоснование и разработка процессов подготовки и формирования монолитных закладочных массивов на основе сульфидосодержащих хвостов обогащения с использованием гель-технологии является актуальной научной и практической задачей, имеющей важное значение для горного производства.

Цель работы — •• обоснование состава и технологии формирования закладочных массивов на основе лежалых и текущих сульфидосодержащих отходов обогащения.

Идея работы заключается в использовании гель-технологии для нейтрализации разупрочняющего воздействия сульфидов на закладку.

Научные положения, разработанные лично автором, и их новизна:

• установлена принципиальная возможность применениягель-технологии длянейтрализации эффекта разупрочнения сульфидами формируемых на основе отходов обогащения монолитных закладочных массивов;

• при приготовлении геля для закладки концентрация серной кислоты в растворе не должна превышать 17%, а количество нефелинового концентрата следует определять в соответствии с требуемыми нормативными характеристиками закладочного массива;

• при использовании гель-технологии рациональный состав закладочной смеси определяют с учетом времени транспортирования закладочной смеси до места ее укладки при раздельной подаче цементной составляющей вяжущего.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются использованием современных методов аналитических и экспериментальных исследований, включающих лабораторные исследования, анализ: экспериментальных данных с применением методов математической статистики, удовлетворительной сходимостью расчетов и результатов экспериментов (расхождение до 15%).

Научное значение работы состоит в получении и оценке зависимостей показателей свойств закладки на основе хвостов обогащения и нефелинового концентрата, выборе методов и параметров формирования монолитных (твердеющих) закладочных массивов.

Практическое значение работы заключается в разработке состава и технологической схемы подготовки и формирования закладочных массивов смесями на основе хвостов обогащения и нефелинового концентрата с использованием гель-технологии.

Реализация работы. Разработанные вдиссертации технологические решения и рекомендации приняты к применению на руднике «Северный» и направлены для использования в проектные институты и предприятия.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, и обсуждались > на конференциях «Неделя горняка» (г. Москва- .2001 -2004гг.),. молодежных конференциях Ml 1 У (г. Москва, 2001;2003гг.), заседаниях кафедры ТПР МГГУ (г. Москва, 2002;2004гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в бнаучных статьях.

1. Хайрутдинов М. М., Хайрутдинова В. Н., Соболев С. Ю. Выбор закладочного материала при условии снижения затрат и сохранения нормативных характеристик.- М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 8, 2001. — С. 243−246.

2. Хайрутдинов М. М., Малионок П. А., Хайрутдинова В. Н. Влияние реологических свойств раствора на глубину проникновения. — М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11, 2001. — С. 110−112.

3. Хайрутдинов М. М., Малионок П. А., Хайрутдинова В. Н. Инъекционный способ поддержания выработанного пространства. — М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 11, 2001. — С. 112−116.

4. Савич И. Н., Хайрутдинова В. Н. Формирование монолитных закладочных массивов с применением гель-технологии. — М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 3, 2003. — С. 100.

5. Савич И. Н., Хайрутдинова В. Н. Свойства закладочных массивов на гелевой основе. — М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 4, 2003. — С. 129−130.

6. Хайрутдинова В. Н. Состав и свойства закладочной смеси с сульфидосодержащими хвостами обогащения. — М.: Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 114 страниц машинописного текста, 27 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 72 наименований.

Основные результаты и выводы, полученные лично автором:

1. Искусственный: закладочный массив должен обладать соответствующими проекту прочностными свойствами, обеспечивать устойчивость собственного обнажения и плавность деформаций налегающей толщи горных пород при минимальной усадке под давлением за счет высоких компрессионных характеристик искусственного массива. Нормативная прочность на горных предприятиях колеблется от 1,5−2,0 до 10 МПа, составляя в большинстве случаев 5−7 МПа. Для условий Ждановского месторождения прочность закладки в первичных камерах должна составлять 3,5−4 МПа, а во вторичных -1−2 МПа.

2. Установлена возможность использования гель-технологии для формирования монолитных закладочных массивов с заполнителем, представленным сульфидосо держащими хвостами обогащения в многокомпонентных твердеющих закладочных смесях при раздельной транспортировке их составляющих в закладываемое выработанное пространство. Прочность закладки в возрасте 90 суток и в зависимости от соотношения компонентов в закладочной смеси и технологии производства закладочных работ изменяется в широких пределах от 0,1 до 2МПа.

3. Установлены основные факторы, влияющие на свойства твердеющего закладочного массива. При применении гель-технологии в процессе подготовки закладочной смеси, кроме соотношения крупного и мелкого заполнителя, их гранулометрического состава и качества, а также водовяжущего соотношения существенное влияние на свойства закладки оказывает концентрация серной кислоты в растворе. При перемешивании она не должна превышать 17%. Количество нефелинового концентрата определяется в соответствии с требуемыми нормативными характеристиками закладочного массива.

4. В процессе проведения экспериментов установлено, что применение нефелинового концентра в качестве самостоятельного вяжущего нецелесообразноего гель на основе раствора серной кислоты следует использовать, как нейтрализатор действия сульфидов. При перемешивании гель обволакивает отдельные частицы, покрывая их защитной пленкой, что предотвращает разупрочняющее воздействие сульфидов на закладку в любом ее возрасте.

5. При использовании гель-технологии рациональный состав закладочной смеси определяется с учетом времени ее транспортирования при раздельной подаче цементной составляющей вяжущего. При этом в зависимости от вида добавки, состав компонентов, проходящий по двум ветвям домомента смешения, подбирается с учетом содержания нефелинового концентрата. При этом дозирование компонентов должно быть строго регламентировано, поскольку в случае превышения дозы одного из них возможно «загелевание» раствора.

6. В' присутствиигелевош составляющей на основе нефелинового концентрата и серной кислоты в закладочной смеси, включение каких-либо добавок дляускорения сроков схватывания смеси не вносит изменений в процесс набора прочности смеси определенного состава, а прочностные свойства закладочного материала, включающего замедляющие добавки, снижаются в 1,2 — 3 раза, по сравнению с составами без замедлителей сроков схватывания вне зависимости от вида добавки.

7. Технология приготовления закладочных смесей зависит от выбранного состава смеси и технологических особенностей закладочных установок. Технологическая схема приготовления твердеющей закладочной смеси на основе хвостов обогащения и нефелинового концентрата, кроме площадок и оборудования, входящих в традиционные технологические схемы, дополнительно включает в себя приемные емкости компонентов используемых для приготовления геля, а также трубопровода для раздельной подачи цементного молока.

8. Внедрение рекомендуемой технологии производства закладочных работ позволяет использовать сульфидосодержащие отходы обогатительного производства в качестве заполнителя закладочной смеси. Это существенно снижает затраты на производство закладочных работ. Экономический эффект составляет не менее 14 млн. руб/год без учета снижения расходов на содержание хвостохранилища.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научной квалификационной работой, содержащей решение актуальной для горнорудной промышленности задачи по разработке составов закладки выработанного пространства с использованием лежалых и текущих сульфидосодержащих хвостовобогащения с применением гель-технологии в процессе приготовления многокомпонентных твердеющих смесей.