Обоснование закладки выработанного пространства сульфидосодержащими отходами обогащения с использованием гель-технологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Хайрутдинова, Вера Николаевна

• Хайрутдинова, Вера Николаевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хайрутдинова, Вера Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Развитие технологии твердеющей закладки.

1.2. Системы разработки с закладкой.

1.3. Составы смесей для твердеющей закладки.

1.4. Отходы обогащения в закладке и их подготовка.

1.5. Транспорт твердеющих смесей

1.6. Высокоплотные закладочные смеси

1.7. Цели и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА.

2.1. Методика исследований.

2.2. Определение нагрузок на закладку.

2.3. Определение нормативной прочности закладки.

2.4. Требования к закладочному массиву.

2.5. Характеристика заполнителя - отвальных продуктов обогатительной фабрики - комбината «ПЕЧЕНГАНИКЕЛЬ».

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВА И СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ;.

3.1. Характеристика вяжущих компонентов закладочной смеси

3.1.1. Характеристика портландцемента.

3.1.2. Характеристика нефелинового концентрата и гель-технологии.

3.1.3. Характеристика металлургического ишака.

3.1.4. Серная кислота.

3.2. Технология проведения экспериментов

3.3. Прочностные свойства закладки.

3.4. Анализ результатов проведенных экспериментов.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ.

4.1. Общие положения по технологии закладки.

4.2. Системы разработки и технология закладки на руднике «Северный -Глубокий».

4.3. Исследование транспортабельности закладочной смеси.

4.4. Технология приготовления закладочных смесей.

4.5. Технология возведения закладочного массива.

4.6. Рекомендуемые системы разработки.

4.7. Технико-экономическая оценка закладочных работ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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 хвостов; обогащения 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 применения; гель-технологии для; нейтрализации 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 в; диссертации 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, 2004г.

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.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Хайрутдинова, Вера Николаевна

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 нецелесообразно; его 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 до- момента 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' присутствии; гелевош составляющей на основе нефелинового концентрата и серной кислоты в закладочной смеси, включение каких-либо добавок для; ускорения 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 хвостов; обогащения с применением гель-технологии в процессе приготовления многокомпонентных твердеющих смесей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хайрутдинова, Вера Николаевна, 2004 год

1. Аксенов В.Н. Результаты экспериментальных исследований по транспортированию твердеющей закладки. — В кн.: Подземная разработка мощных рудных месторождений. Свердловск, изд. УПИ им. Кирова, 1977.-С. 191-198.

2. Ариоглу Э., Лю Кечьжень, Сунь Кайнянь и др. Разработка месторождений с закладкой: Пер. с англ./ Под ред. С. Гранхольма.-М.:Мир, 1987.-519см.,ил.

3. Ахвердов И.Н: Высокопрочный бетон. М.: Госстойиздат, 1961. 163 с.

4. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.

5. Балицкий B.C. Организация производства бетонных и растворных смесей. — Киев: Будивельник, 1980. -184 с.

6. Бартенев Г.М., Ермилова Н.В. К теории реологических свойств дисперсных систем. — В кн.: Физико-химическая механика дисперсных структур. М.: Недра, 1978.- 486 с.

7. Бетон и железобетонные изделия. Сборник стандартов. М.: Изд. Стандартов, 1980. ч. 1. -231 е., ч.2. -С.255.8: Блох JI.C. Практическая номография. М.: Высшая школа, 1971. - 321 с.

8. Борисенко С.Г., Копица Ф.А. Камерная система разработки в горнорудной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1960.-400 с.

9. Ю.Бронников Д.М., Замесов Н.Ф., Богданов Г.И. Разработка руд на больших глубинах. М.: Недра, 1982.

10. И.Бронников Д.М., Замесов Н.Ф., Кириченко Г.С., Богданов Г.И. Основы технологии подземной разработки рудных месторождений с закладкой. -М.: Наука, 1973.-200 с.

11. Бронникова Д.М., Цыгалова М.Н. Справочник. Закладочные работы в шахтах Под ред. М., Недра, 1989

12. И.Булатов В.Ф., Глотов В.Г. Использование хвостов обогащения для закладки подземных пустот на Березовском руднике. — М.: Горный журнал, № 5, 1976. — с.

13. М.Верюгин Ю.А., Морозова Н.И., Антропов П.А. Интенсификация приготовления закладочных мелкозернистых бетонных смесей. — Цветная металлургия, №8, 1975.-С. 33-35.

14. Волженский А.В., Ферронская А.В., Васильева Т. А. Свойства высокопрочных бетонов на ГЦП вяжущих. «Строительные материалы», 1967, №12.

15. Волженский А.В., Буров Ю.С. и др. Минеральные вяжущие вещества. М., Стройиздат, 1979.

16. Вяткин А.П., Горбачев В.Г. Твердеющая закладка на рудниках — М.: Недра, 1983.

17. Илюшин А.П. Расчет составов твердеющих закладочных смесей с крупным заполнителем для транспортирования по трубам. В сб. «Совершенствование технологии добычи и обогащения руд цветных металлов», Свердловск, 1983, с. 67 70.

18. Илюшин А.П., Цыгалов Ю.М. Новый способ определения реологических параметров твердеющих смесей с крупным заполнителем. В кн.: Подземная разработка мощных рудных месторождений. - Свердловск, изд. УПИ, 1982, с. 94-98.

19. Именитов В.Р. Системы подземной разработки рудных месторождений. М.: изд. МГТУ, 2000. - 298 с.

20. Казинцева С.И. Анализ возможных направлений использования хвостов обогатительных фабрик в народном хозяйстве. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1981. - Вып. 2.

21. Кириченко Г.С., Малетин JI.B., Гришин Е.Г., Видергауз В.Е. Формирование закладочного массива при слоевой системе разработки с закладкой. В кн.: Теория и практика разработки рудных и нерудных месторождений. - М., изд. ИПКОН АН СССР, 1986, с. 137-146.

22. Кравченко В.Щ Куликов В.В. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений . — М.: Недра, 1974.

23. Кравченко В.Т. Разработка и внедрение технологии твердеющей закладки при освоении обширных пологопадающих месторождений; высокоценных руд в условиях крайнего севера. Автореферат дисс. — М., 1998.

24. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. М.: Недра, 1978. -494с.

25. Крупник J1.A. Технология закладочных работ на основе утилизации отходов горно-обогатительного производства. Автореферат дисс. . док. техн. наук М.: 1991.

26. Крупник Л.А., Медяник А.П., Пятигорский J1.B. Исследование давления закладочного массива на изолирующую перемычку. — М.: горный журнал, №8, 1986.

27. Ломоносов Г.Г., Полоник П.И., Абдаллах X. Совершенствование технологии очистных работ на основе применения пастообразных закладочных материалов. М.: Горный журнал, 2000, № 2. - С. 21- 23.

28. Совершенствование технологии добычи и обогащения руд цветных металлов», Свердловск, 1983, с. 65 67.

29. Палий В. Д., Смелянский Е.С., Кравченко В.Т., Определение нормативной прочности твердеющей закладки. — М.: Горный журнал, 1983, №3.-С. 25-28.

30. Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М.: Недра, 1985.

31. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. М.: Недра, 1980.

32. Разработка месторождений с закладкой. Пер. с англ./ Под ред. Гранхольма С. -М.: Мир, 1987.

33. Репп К.Ю. Транспортирование закладочной смеси по трубопроводу самотеком.- М.: Горный журнал, № 12, 1980.

34. Репп К.Ю., Вахрушев Л.К., Студзинский С.А, и др Материалы для искусственных целиков и технология их возведения. -М.: Недра , 1968.

35. Ребиндер П.А. Процессы структурообразования в дисперсных системах. Сб. статей «Физико-химическая механика стройматериалов», т.324, 1966.

36. Савич И.Н. Порядок и варианты технологии подземной разработки руд с закладкой выработанного пространства. — М.: Горная промышленность , № 2, 1999. С. 5-9.

37. Савич O.Hi, Полоник П.И. Технология пастовой закладки при подземно разработке руд. М.: МП У, сб. материалов симпозиума «Неделя горняка-98», 1998.-С. 84-86.

38. Самуль В.Н. Основы теории упругости и пластичности. Учебн. Пособие для инж.-строит. специальностей ВУЗов. М.: Высшая школа, 1970. — 288 с.

39. Слепцов М.Н.,Азимов Р.Т., Мосинец В.Н. Подземная разработка месторождений цветных и редких металлов. М.: Недра, 1986.

40. Смелянский Е.С., Палий В.Д., Сакоева Т.Ш. Прогнозирование сдвижения земной поверхности при отработке крутопадающих рудных тел с твердеющей закладкой. — М.: Горный журнал, 1986, №5. с. 51-54.

41. Смолдырев А.Е. Технология и механизация закладочных работ. М., Недра, 1974.

42. Справочник закладочные работы в шахтах./Под ред. Бронникова Д.М. и Цыгалова М.Н. - М: Недра, 1989. - 400 с.

43. Справочник по горнорудному делу ./Под ред. Гребенюка В.А., Пыжьянова Я.С., Ерофеева И.Е. -М.: Недра, 1983. 815 с.

44. Справочник по химии цемента. Бутт Ю.М., Волконский Б.В., Егоров Г.Б. и др. Под ред. Волконского Б.В. и Судакаса Л.Г. JI.: Стройиздат, 1980.

45. Строительные нормы и правила СНиП. И-8-78, ч. 2, гл. 8. М.: 1979.

46. Требуков А.П. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. М.: Недра, 1981.51 .Технологическая инструкция по производству закладочных работ на рудниках Норильского комбината. Норильск, 1981.

47. Фабричнов С.М., Крупник JI.А., Соколов Г.В. Совершенствование технологии приготовления твердеющих закладочных смесей. — М.: Горный журнал, № 11, 1981.- С. 26-28.

48. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. — М.: Недра, 1984.-225 с.

49. Цыгалов М.Н. О безотходной технологии добычи руд подземным способом. — В кн.: Подземная разработка мощных рудных месторождений. Свердловск, изд. УПИ им. Кирова, 1977. с. 10-20.

50. Цыгалов М.Н. Подземная разработка с высокой полнотой извлечения руд. М.: Недра, 1985. - 270 с.

51. Цыгалов М.Н. Экономичные составы твердеющей закладки из отходов производства. — М.: Горный журнал, 1964, № 12.

52. Цыгалов М.Н., Зурков П.Э. Разработка месторождений полезных ископаемых с монолитной закладкой. М.: Недра, 1970. - 175 с.

53. Цыгалов М.Н., Слащилин И.Т., Якобсон Э.В. Эффективность замены цемента шлаками в составе твердеющей закладки. — М.: Горный журнал, 1986, № 4. с. 24-26.

54. Чехов А.П., Сергеев А.М. Справочник по бетонам и растворам. Киев, Будивельник, 1972.

55. Шварц Ю.Д., Андреева Н.Г., Гальперин В.Г. Способы активации закладочных смесей. М., ЦНИИЦветмет экономики и информации, 1983, вып. 2 «Горное дело», с. 50.

56. Юнг В.Н. , Бутт Ю.М., Окороков С.Д. Технология вяжущих веществ. М., Промстройиздат 1952.

57. Golder Associates Ltd., Paste backfill systems. Review of technical details and design methodology. Ontario, 1991. — p. 34.

58. Landriault D. Paste backfill mix design for Canadian underground hard rock mining. Nova Skotia, 1995. - p. 28.

59. Landriault D.A. and Lidkea V.J. Paste fill and high density. Slurry fill International Congress on Mine design, Queen's University Kingston, Ontario, Canada, 1993.

60. Lidkea V.J. and Landriault D.A. Paste fill at Inco, The 5th International Symposium on Mining with Backfill Mine Fill 93; Johanesburg, South Africa, 1992.

61. Melong K., Naylor J. Paste Fill Usage at Macassa Mine: Planning, Design &il1.plementation. 13 Mine operators' conference, Sudbuiy, 1997. —p.25.

62. Newman P., Landriault D. Waste minimization and recycle. Ontario, 1997. -p. 15.

63. Хайрутдинов M.M., Хайрутдинова B.H., Соболев С.Ю. Выбор закладочного марериала при условии снижения затрат и сохранения нормативных характеристик.- М:: Горный информационно-аналитический бюллетень, № 8,2001. С. 243-246.

64. 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.

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

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

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