Изыскание составов монолитной закладки для уральских рудников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.02, кандидат технических наук Белов, Геннадий Михайлович

• Белов, Геннадий Михайлович
• кандидат технических наук
• 1973

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белов, Геннадий Михайлович

Введение

ГЛАВА I. Состояние изученности вопроса, задачи и методы исследований

§ I. Анализ литературных источников по технологии разработки с монолитной закладкой О

§ 2. Анализ составов монолитной закладки

§ 3. Анализ факторов, определяющих прочностные свойства монолитной закладки

§ 4. Задачи и методы исследований

ГЛАВА II. Исследование особенностей форшарования массива из монолитной закладки и основные требования, пп предъявляемые к ней

§ I. Закономерности формирования массива из монолитной закладки

§ 2. Требования к прочностным свойствам монолитной закладки j

§ 3. Экономические условия применения монолитной закладки

§ 4. Материалы, приемлемые для приготовления монолитных смесей, и предъявляемые к ним требования Dj

§5. Выводы

ГЛАВА Ш. Исследоюние физико-механических свойств монолитной закладки в зависимости от её качественного и количественного состава

§ I. Влияние расхода активизатора на прочность закладки Ои

§ 2. Влияние тонкости помола шлака на прочность закладки

§ 3. Влияние вида и кщпности заполнителя монолитной закладки на её прочность оУ

§ 4. Влияние глины на прочность закладки

§ 5, Влияние расхода воды на предел прочности искусственного массива

§ 6. Влияние фдотореагентов в хвостах обогащения на прочность закладки ДОб

§ 7. Влияние температуры и давления на прочность закладки Щ

§8. Выводы

ГЛАВА 1У. Взаимосвязь между прочностью на сжатие и другими свойствами монолитной закладки. Подбор состава закладки.

§ I. Взаимосвязь мезду прочностными свойствами монолитной закладки М

§ 2. Методика подбора состава монолитной закладки определенной прочности <

§ 3. Экономическая оценка рекомендуемых составов закладочных смесей i

§ 4. В ы в о д ы ftfc

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изыскание составов монолитной закладки для уральских рудников»

Развитие г орн од обы в а щей промшленности тесано связано с более полным использованием имеющихся сырьевых ресурсов»

Решение этой задачи возможно при освоении и совершенствовании технологии добычи полезных ископаемых подземным способом с применением монолитной закладки*

В настоящее время системы разработки с монолитной закладкой успешно применяют при разработке Зыряновского, Лениногорского, Гайского, Первомайского, Текелийского, Талнахекого и других место рождений. Однако область их применения ограничена месторождениями высокой ценности* Одним из факторов, сдерхиванцих её широкое I применение, является высокая себестоимость закладки на ряде предприятий» основную часть которой (50-60^) составляют затраты на t исходные материалы!

Широкое внедрение искусственных массивов вместо рудных целиков возможно при условии получения дешевых вяжущих из местных материалов.

В качестве таких вяжущих могут использоваться тонкбмблотые гранулированные доменное шлаки, отходы производства цветной металлургии и некоторые другие!

Однако в последние годы доменные шлаки - основное вяжущее -стали дефицитными! так как в большом объёме используются Для производства шлак опор тланд цемента, пшакобитумов, грунтосиликатов и др#

В то же время отходы производства цветной металлургии в ка честве вяжущего для монолитной закладки использованы недоста точно*

Для снижения себестоимости закладочных работ необходимо усовершенствовать метод подбора составов закладочных смесей. Эхо требует исследования физико-механических свойств монолитных смесей на основе местных материалов1.

Важное значение имеет определение оптимального предела прочности на сжатие и времени формирования искусственного массива, что оказывает существенное влияние на расход и выбор активности вяжущих веществ, на себестоимость закладочных работ и беаопас -ность отработки месторождения»

К числу главных критериев эффективности технологии разработ

СЕбеетоимост ь ки с монолитной закладкой относится*?! iг искусственного массива, которая на рудниках составляет от 1,8 до 25 рублей. Экономичес -кую эффективность новой технологии можно повысить путем использования в закладку местных отходов производства: пород шахтных или карьерных отвалов, отходов обогатительных фабрик, шлаков и золы, что требует проведения большого объема дополнительных исследований в лаборатории и на производстве®

Исследования по теме диссертации выполнялись о 1967 года в Магнитогорском горнометаллургическом институте, на Мивдякеком руднике треста Уралзолото, шахте "Магнетитовая" Нижне-Тагидь -ского комбината, Гайском горно-обогатительном комбинате?

Заключение диссертации по теме «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Белов, Геннадий Михайлович

ВЫВОДЫ

I. Обработка результатов многочисленных исследований различных закладочных смесей, выполненная на электронной вычислительной машине, позволила получить уравнение зависимости предела прочности на сжатие от ряда факторов: расхода, активности и тонкости помола шлака, расхода активизаторов, водовяжущего отношения, времени твердения и т.д.

Это уравнение позволяет прогнозировать прочность закладочной смеси из местных материалов с определенными их свойствами или решать обратную задачу.

2. Годовой экономический эффект использования хвостов обогащения никелевого шлака и содощелочного плава вместо дефицитных доменного шлака и цемента составит на Гайском подземном руднике свыше 600 тысяч рублей.

Применение монолитной закладки при отработке охранного целика на шахте "Магнетитовая" Высокогорского рудоуправления позволит сэкономить около 380 тыс.рублей в год.

3. Прочность закладки на изгиб составляет 0,3-0,45 прочности на сжатие, на растяжение - 0,15-0,36 в зависимости от состава и времени твердятся. Сцепление составляет 0,18-0,34 прочности на сжатие.

4. Проведенные нами в лабораторных условиях исследования по определению прочности закладки при двухосном сжатии показали, что прочность закладки увеличивается в 1,3-2,1 раза по сравнению с одноосным сжатием.

5. Статический модуль упругости монолитной закладки уменьшается с увеличением нагрузки и возрастает с увеличением срока твердения ж расхода активи^затора.

6. Динамический модуль упругости всегда больше статического. При этом чем больше упругость образца, тем значительнее разница.

7. Установленная нами зависимость между прочностью закладки и скоростью распространения продольных волн позволяет без разрушения образца определять с достаточной для практики точностью предел прочности на сжатие и другие связанные с ним характеристики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Системы разработки с монолитной закладкой находят все более широкое распространение на рудниках, хотя область их применения ограничена месторождениями полезных ископаемых высокой ценности, что обусловлено довольно высокой себестоимостью закладочных смесей. Для снижения себестоимости монолитных смесей и расширения области применения систем разработки нами проведены исследования физико-механических свойств закладки в лабораторных и промышленных условиях.

Проведенными исследованиями доказана возможность использования хвостов обогащения медных, железных и золотосодержащих руд, отходов дробления известняка и никелевого шлака в монолитной закладке.

Выведено уравнение для прогнозирования прочности закладки из дешевых местных материалов в зависимости от их физико-механических свойств, которым можно пользоваться в расчетах при проектировании систем разработки с монолитной закладкой для горнодобывающих предприятий.

Установленные корреляционные зависимости между прочностными и упругими характеристиками позволяют при минимальных затратах времени на лабораторные исследования получить все необходимые данные для расчета устойчивости искусственных целиков и потолочин.

Внедрение результатов исследований позволяет получить значительный экономический эффект и сократить площади, занятые отходами производства. Экономическая эффективность получена за счет использования новых материалов для монолитной закладки.

При этом технология приготовления закладочных смесей не претерпевает коренных изменений, т.е. используется имеющееся оборудование, за исключением незначительных изменений в закладочном комплексе при применении в качестве вяжущего никелевого шлака со щелочным активизатором. Однако и в этом случае устанавливаемое оборудование не увеличит себестоимость закладки.

Внедрение на Гайском подземном руднике закладки с цементной пылью вместо цемента обеспечивает экономию 65 тыс.руб/год; использование никелевого шлака и содощелочного плава сэкономит 155 тыс. руб/год и высвободит для народного хозяйства около 90 тыс. т. в год дефицитного доменного граншлака и 9 тыс. т. в год цемента; использование хвостов обогащения вместо песка позволяет получить годовую экономию в размере 414 тыс.руб.

На шахте "Магнетитовая" Нижне-Тагильского комбината внедрение монолитной закладки на отходах дробления известняка или хвостах обогащения для отработки охранного целика позволит экономить около 380 тыс.руб/год.

На Миндякском подземном руднике внедрена в производство закладка рекомендованного наш состава, что позволило отказаться от строительства нового ствола шахты стоимостью около 800 тыс. руб.

Рекомендованные для промышленного применения закладочные смеси себестоимостью 1,91 - 2,47 руб/м3 значительно расширяют область применения систем с закладкой и делают их приемлемыми не только для отработки месторождений цветных и благородных металлов, но и для железорудных.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белов, Геннадий Михайлович, 1973 год

1. Агошков М.И., Бурцев А.И., Койлов В.Г. Поточная технология гоь J " "1изготовления* и подачи'бетонной закладки. Горный журнал,

2. Агошков М.И., Малахов Г. М. Подземная разработка рудных месторождений. "Недра", 1966

3. Агошков М.И., Требуков А.А. Влияние закладки выработанногопространства на несущую способность целиков. Научные сооб щения ЙЩ им. Скочинского А.А., аУш, 1963

4. Александровский С.В. Некоторые особенности усадки бетона. "Бетон и железобетон", 1959, 4б, Байконуров О.А., Крупник Л.А., Мельников В.А. Подземная разработка месторождений с закладкой. Алма-Ата, 1972

5. Бессонов Й.Й., 1фкевич r.i*» Гуревич В.И. О возможностииспользования шлаков медноникелевого производства для твердеющей закладки. Сб. "Физика процессов, технология и техника разработки недр". Ленинград, Наука, 1970

6. Борисенко С.Г. Расчет междукамерных целиков на прочность.звестия Днепропетровского горного института, т.^3,

7. Борисенко С.Г., Копица $.А. Камерная система разработки вгорнорудной промышленности. Госгортехиздат, I960

8. Волженский А;В. и др. БетОн и изделия на шлаковых и зольныхцементах. Госстройиздат, М, 1963

9. Воробьеву .А , Строительные материалы; "Высшая школа"

10. Hi Вяжущие материалы, бетоны и заполнители для бетона, ч.П, Изд-во стандартов, М, 1968

11. Глуховский В .Д. Грунтосиликаты. Госстройиздат, УССР,1. Киев, 1959

12. Головачёв Н.К. Закладочные работы на Канадских рудниках.

13. Цветные металлы, F 5, 1964

14. Голощапов Б.А., Беляшов В.Н., Морозова Н.И. получениетвердеащ^ смесей из шлаков цветной металлургии. "Горный журнал", 1970, 6.

15. Городецкий IM., Паненков Ю.П. Вопросы применения бетонных опор и цементированной закладки при разработке рудных месторождений. Госгортехиздат, I960

16. Горшков B.C., Тимашев В.В. Методы физико-химическогоанализа вяжущих. Изд-во "Высшая школа", К, 1963

17. Долгий В.И., Куляшов <$vMi Разработка мощных рудных телна большой глубине камерами с креплением и закладкой. Горный журнал, 1957, 8

18. Дружков В.Г. Исследование и усовершенствование системразработки с закладкой выработанного пространства мощных крутопаданЦих местороядений золота. Автореферат кандидатской диссертации.

19. Ергалиев А.Е; Методика выбора и сравнительной экономической оценки систем разработки рудных месторождений. ?Наука" Каз. ССР, Алма-Ата, 1969

20. Запорожец И. Д., Окороков С.Д . , Парийский А.А. Тепловыделение бетона, Стройиздат, д-М, 1966

21. Заровнятных В.А., Портнов ФШ., Кравцов Г;А* Применение никелевых шлаков для приготовления тверденцей закладки Горный журнал, 1971, 6

22. Ильин Avli; Распределение напряжений в опорных целиках вусловиях камерно-столбовой системы разработки давезказганского месторождения. Научные труды ЩРГЭМ, 1962, 4Q

23. Ильниикая Е.И., Тедер P.Hi, Ватолин E.G., Кунтыш И«Ф.

24. Свойства горных пород и методы их определения. "Недра" Ш, 1969

25. Ильштейн A.M., Либерман 0.М., Мельников Е.А. и др. Методырасчета целиков и потолочин камер рудных месторождений. "Наук а", М, 1964

26. Исследование возможности использования отходов обогатительной фабрики для твещещей заклацки на Гайском ГОКе. Отчет по НИР ® 67—w. Фонды НИСа Магнитогорского горнометаллургического института, 1968

27. Калмыков В.Н. Исследование устойчивости искусственной потолочины при разработке месторождений камерными системами. Автореферат кандидатской диссертации, Магнитогорск, 1972

28. Кажкаров К.П. Контроль прочности бетона и раствора в изделиях и сооружения* „Стройиздат, М, 1967

29. Ковалев А.Ф., Линник О целесообразности применениятверд еще й закладки в шахтах Кривбасса. Металлургия и горнорудная промышленность. Киев, 1964

30. Койлов В.Г. Определение параметров бетонных целиков, способных противостоять воздействию взрывов скважин. М, 196532; Койфман М;й;; Главный даештабный эффект в горных породахи углях. Сб. "Проблемы механики горных пород". Изд-во АН СССР, 1963

31. Койфман М^Шг Об исследованиях масштабного фактора в работах по гот породпо горному давлению. Сб. "Механические свойства горннх )од . Йзд-во АН СССР, 1963

32. Койфман M;Hv 0 влиянии размеров на прочность горных пород.

33. Сб, "Исследование физико-механических свойств горных пороф примени тел ьн о^ к ц^ачам управления горным давле

34. Кондрашенков А,А., Заровнятных В,А,, Чиркова Н.Е; Применение никелевых гранулированных шлаков в качестве вяжущего для низкомарочных бетонов. Сб. "Химические и металлургические шлакй". Челябинск, 1963

35. Кравченко В.П. Влияние вод©цементного фактора на прочностьи однородность твердевдей закладки" Горный журнал, 1969,

36. Митропольский Ail, Техника статистических вычислений.1. Наука, 1971--L

37. Мясников К.В., Руденко В.В. Применение твердещей закладкипри разработке рудных месторождений. Недра", 1964

38. Мясников К.В., Руденко В.В., Смирнов А.Н., Нестеренко П.А.й др. Совершенствование технологии приготовления твердеющего закладочного раствора. Бюллетень технической информации, 1962 , 1

39. Мясников R.B., Якушенков БШ., Руденко В.В;, Трухин B*Cvи др. Исследование прочностных свойств и устойчивости твердещей закладки. Бюллетень технической информации, г 1962

40. Невилль A!Ms- Свойства бетона. Стройиздат, М, 1972

41. Поль Э, Неразрушанцие методы испытаний бетона. М., Стройиздат, 1967

42. Попов Г.Н., Кольцов BtM., Горный журнал, 1957, 4

43. Попов Г.Н., Нифонтов Б;й., Лобанов Д^П.,Куликов AiB., Разра-^ ботка месторождений радиоактивных руд. Атомиздат,

44. Применение закладки выработанного пространства приразработке месторождений полезных ископаемых. 1967г. Ежегодник " Итоги науки и техники", серия "Горное дело", М, 1969

45. Применение систем разработки с твердеющей и бетонной закладкой выработанного пространства. ЩШ1ЭИЦМ, М, 1967. 51. Протодьяконов М.М., Еойфман М.И. и др. Паспорта прочностигорных пород и методы их определения. Изд-во "Наука", М., 1964

46. Пухальский Г.В., Носенко ГА. Высокоактивные вяжущиена основе тонкомолотых доменных гранулированных шлаков "Строительные материалы", 1970, 3

47. Реш К.Ю.,, Атманских С.А., Беляев В.В., Винник И.Я»,

48. Твердеющая закладка. Цветметинформация, 1965

49. Репп К.Ю,, Вахрушев Л»К, Студзинский С.А.» Упорова Д,А;

50. Материалы для искусственных целиков и технология их возведения. "Недра". М, 1968

51. Репп К.Ю., Студзинский С. А., Вахрушев JI.K. Применениетвердевдей закладки на Райском комбинате. Горный журнал , 1965, 7

52. Ржевский В.В., Новин Г.Я. Основы физики горных пород.1. Недра", М., 1987 * F

53. Рыжков <$,H!f, Устиненко И.Г. Закладка выработанного пространства песками из отходов обогатительной фабрики. Горный журнал, 1956, 3

54. Сергеев А .A3 Национальное использование рудных месторождений. Металлургия, 1964

55. Скрамтаев Б.Г. Бетоны различных видов, ГОНТИ, 1934

56. Скрамтаев Б.Г., Лещинскйй М.Д, Испытание прочности бетона в^осрэазцах, изделиях и сооружениях .Стройиздат,

57. Требуков AfJI. Повышение эффективности твердещей закладки.1. Горный журнал, 1967, 6

58. Требуков А.Л. Пути повышения эффективности последущейгидравлической закладки выработанных пространств."Цветная металлургия", 1963, 3

59. Требуков А А' Совершенствование технологии гидравлическойзакладки. Горный журнал, 1959, 2

60. Трушков Н.И. Разработка рудных месторождений, ч.П, Me таллургиздат, 1947

61. Уженин В.Г1. Влияние бетонных опор на несущую способность§ удных целиков при камерных системах разработки, алиски ЛГУ, т. ХУШ, внпуск, 1, Л, 1969

62. Ф< аустов Г.Т., Кучерявенко И.А. Технико-экономическое сравнение твердещей закладки различного состава "Цветная металлургия", 1968, 4

63. Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения полезныхископаемых. "Недра", М, 1966

64. Харахонычев В;Ш Бетонная закладка при камерно-столбовойсистеме разработки" . Горный журнал, 1956, 6

65. Харахонычев ВШ. Замена рудных меадукамерных целиков бетонными столбами; Горный журнал, 1957, 6

66. Цыгалов МШ ,Зурков Н.Э. Разработка местороадений полезныхископаемых с монолитной закладкой. "Недра", 1970

67. Цыгалов М.Н. Технология подземной разработки руд с монолитной закладкой. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн.наук, М, 1972

68. Цыгалов М.Н. Технология твердещей закладки. "Цветметинформация", М, 19677ft. Щелканов В.А. Некоторые вопросы теории комбинированнойразработки рудных месторождений. Сб."Комбинированная разработка рудных местороадений". Свердловск, 1972

69. Щербань А.Н., Кремнев О.А. йаучные основы расчета и регулирования теплового режима глубоких шахт, Еиев,

70. SO. Якубов Ячеистый автоклавный бетон на основе никелевого шлака. Автореферат диссертации. Свердловск,

71. Якубовский Б.В., Ермолаев Н.Н., Акридин Д.В., Испытание железобетонных конструкций и соорулений. Стройиздат М82% Pottom Backfilling at Noranda. Can. Min.! and Met!1. Bull®, April, 1952.

72. Watermeyer G.A. and Hofieaberg S.N.Witwaters ami Mining Practice.' J@kaaaeatmrg, 1932Vh

73. Состав закладочной Водо- коэф- Предел прочности на сжатие, кг/см2 Сцеп- Угол внутренне Срок иепы-- тания, Предел прочности на растяж.кг/см2 Упругие константысмеси вяжу- фици- ление Модуль гостив коэффициент Пуассона

74. Хвосты обогащения Шлак доменный Цемент 1,4 41,0 49,0 53,0 72,0 28 60 90 16,5 12,7 6,0 4,2 4,6 5 9.4 12,0 9.5 0,21 0,22 0,25 0,10 0,16 0,1559,0 85,0 180 42,0 18,5 36,0 14,5 0,24 6 6,0 11,8 0,22 0,17

75. Хвосты обогащения Шлак доменный ^з^есть 1,10 Шф 52,8 57,0 28L 60 90 17,8 14,3 6,0 4,2 4,8 5,8 12,46 12,7 10,35 0,20 0,17 0,17 0,05 0,12 0,1662,3 104,6 180 39,4 21,0 33.0. 16,3 0,26 6 6,9 13,8 0,20 0,20

76. ИДвосты обогащения Трепел Цемент 1,7 10,9 12,3 13,9 28 60 90 1,8 12,8 6,0 i• 14,8 19,8 180 5,0 18,0 33,0 2,4 0,16 6,0

77. Хвоеты обогащения Трепел Пыль цементная 5% 1,66 6,6 9,1 9,3 9,8 28 60 90 !13,2 20,0 180 2,4 21,5 6,0 2,6 0,2 6,0 1 2 л 3 '4 ' 5 ■ 6 ' 7 . 8 ' 9 '10 • 11 ^ 12 » 14 15 16 17 , 18

78. Хвосты обогащения Трепел Пыль цементная ЭД 1,7 4,9 9,4 11,0 11,8 18,0 28 60 9012,8 19,6 180 3,8 10,0 6,0 2,8 0,22 6,0 ш Хвосты обогащения Трепел Пыль цементная 15% 1,72 4,0 10,2 12,9 13,6 28 60 90 14,1 25*5 180 1,5 25,0 6,0 2,8 0,2 6,0

79. Хвоста обогащения Трепел Пыль цементная Що 1,7 2,9 10,9 14,3 15,0 28 60 90 ■17,0 27,0 180 1,85 17,0 6,0 3,5 0,21 6,0

80. Хвосты обогащения Шлак дошн ный ГТип с 5% 1, СБ 4,45 9,4 6,8 5,2 4,7 28 60 90 180

81. Хвосты обогащения Шлак доменный Гипс Щ 1,04 4,15 7,9 8,3 5,1 4,1 28 60 90 180

82. Хвосты обогащения Шлак доменный Гйпс 15% 1,02 3,8 7,1 5,3 4.8 3.9 28 60 90 180

83. Хвосты обогащения Шлак доменный Ч» 1,02 3,8 7,25 4,8 3,95 3,7 6,0 28 60 90 180 ■ . —

84. Хвосты обогащения Шлак доменный цемент 5% пыль 1,06 4,0 6,2 9,2 4,7 3,9 28 60 90 180ч