загрузка...

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МОЛОТЫХ ФРАКЦИЙ НАПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ


При разработке месторождений железных руд применяются системы с последующей твердеющей закладкой выработанного пространства очистных камер. Это объясняется большими объемами добычи железной руды. Применение систем с твердеющей закладкой обусловлено многими факторами. За счет частичного или полного исключения рудных целиков и замены их искусственными, отработки охранных рудных целиков системами с высокими технико-экономическими показателями, за счет создания искусственных настилов из твердеющей закладки при слоевой выемке с закладкой и восходящем порядке отработки месторождения резко сокращаются потери, снижается разубоживание отбиваемой руды.
Применению твердеющей закладки способствует использование местных материалов - вяжущих добавок (цемента, шлака, золы ТЭЦ и др.) и заполнителя (тонкозернистых кварцевых песков, суглинков, хвостов обогатительных фабрик, являющихся отходами производства).
ЗАО «Запорожский железорудный комбинат» разрабатывает Южно- Белозерское месторождение богатых железных руд в сложных горногеологических условиях с применением твердеющей закладки. Горногеологические условия месторождения характеризуются исключительной сложностью, обусловленные наличием 8 водоносных пластов, залегающих над рудно-кристаллическим массивом, а также обводненностью самой рудной залежи.
В настоящее время горно-подготовительные работы ведутся на горизонте 940 м, а очистные работы уже в этаже 740-840 м. Разработка месторождения планируется до отметки 1200 м. С увеличением глубины разработки месторождения повышается интенсивность проявления горного давления.
За все время эксплуатации месторождения на комбинате в технологическом процессе применяли несколько видов закладочных смесей, например, таких как шлако-доломитная закладка (доменный граншлак, отсев доломита, цемент М-400, вода). В связи с удорожанием такого важного компонента как цемент постепенно от нее отказались, хотя иногда добавляют цемент в состав смеси для закладки днищ камер. Использование шлакопесчаной закладки (доменный граншлак, положский песок, цемент М- 400, вода) привело к осыпанию ее частиц в отрабатываемую камеру второй очереди при массовой отбойке руды. Качество извлекаемой руды ухудшилось за счет ее засорения кремнеземом (SiO2 в доменных печах снижает качество стали).
В 2001г. НИГРИ было рекомендовано применять горную породу из отвала в качестве инертного заполнителя закладочной смеси. Это позволяет утилизировать до 480 тыс. тонн в год отвальных пород. В настоящее время на комбинате применяется закладочная смесь, в состав которой входят: гранулированный шлак, отсев доломита (флюса), дробленые горные породы и вода (табл. 1).
Но в связи с постепенным удорожанием основного вяжущего компонента твердеющей закладки - доменного гранулированного шлака, остается открытым вопрос о замене, либо уменьшении количества доменного гранулированного шлака, другим более дешевым вяжущим. Возросла значительно стоимость и других компонентов для приготовления закладки. Для этих горно-геологических условий вопрос об увеличении прочности закладочного массива, путем подбора рационального состава закладочной смеси является актуальным, как в технологической постановке, так и в природоохранной и экономической целесообразности.
Таблица 1
Компонентный состав закладочной смеси, применяемый на ЗЖРК

Наименование
компонентов

Содержание компонентов в 1 м3 закладочной смеси, %

Прочность закладки в возрасте 1мес., МПа

Вода, л

18,1

3,48

Доменный
гранулированный шлак, тонк. пом. не менее 55% част. 0,074 мм

18,1

Доломит (флюс)

47,5

Измельченные горные породы крупностью фракций до 20 мм

16,3

Большое значение в приобретении прочностных свойств закладочного массива имеет химический состав компонентов, и условия их взаимодействия во времени. Распределение химический состав доменного гранулированного шлака и известняков, а также их тонкость помола.
Подбор составов твердеющей закладки и исследования ее прочностной характеристики проводился в лаборатории закладочного комплекса комбината. Была приготовлена закладочная смесь, применяемая в настоящее время для закладки на комбинате, и ряд новых экспериментальных составов.
В качестве вяжущих компонентов закладочной смеси применялись доменный гранулированный шлак («Запорожсталь), известняк флюсовый обычный и доломитизированный, доломит флюсовый (все «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат»), а также известняк флюсовый (Балаклавское рудоуправление). Тонкость помола всех вяжущих была не менее 55 % частиц крупностью 0,074 мм. Инертными заполнителями являлись измельченная горная порода отвала крупностью до 20 мм и доломитный отсев. Всего испытывалось 27 экспериментальных образцов закладочной смеси.
Материалы, составляющие закладочную смесь, засыпались в емкость и перемешивались с добавлением воды. При ее приготовлении использовались большие и малые весы, вибростол для рассеивания горной породы по фракциям, лабораторная шаровая мельница и печь для осушения материалов. Приготовленные закладочные смеси исследовались на подвижность и предельное напряжение сдвига с помощью конуса СтройЦНИЛА и прибора Штернбека соответственно. Осадка конуса должна находиться в пределах 10-12 см, напряжение сдвига не более 20 кгс/см .Соблюдение этих параметров обеспечит нормальный режим транспортирования. После чего производилась заливка смесей по формам и испытание образцов закладки на одноосное сжатие через 30 дней. Образцы твердеющей закладки, для имитации шахтной среды, хранились во влажных опилках,
Результаты измерения параметров смесей находятся в следующих пределах: подвижность 9,5...11,5 см, предельное напряжение сдвига 7,3...23,3 кгс/см . Количество воды для этих показателей является определяющим фактором. Испытание образцов закладки показали, что наибольшей прочностью в пределах 3,0.4,5 МПа (в зависимости от соотношения компонентов) обладает закладочная смесь состава: шлак - молотый флюсовый доломит - измельченная горная порода - доломитный отсев. Закладочные смеси с применением портландцемента в качестве вяжущего имеет прочность
3
6.8 МПа. Но последняя смесь экономически невыгодна. Ее себестоимость 1 м закладки на 40.50              % больше закладочной смеси, применяемой в
технологическом процессе комбината. Закладочные смеси с использованием сухой золы и золошлака имеют очень низкую прочность в пределах 0,2-1,0 МПа.
Причиной тому является наличие в этих материалах большого количества кремнезема (SiO2). Частицы SiO2 негативно влияют на процесс связывания компонентов закладки, а, следовательно, и на ее прочность. Прочность закладочной смеси, применяемой на ЗЖРК, составила 3,48 МПа.
Результаты прочностных характеристик экспериментальных составов закладочных смесей можно вывести закономерности, представленные на рис. 1 и рис. 2.

Содержание СаО в изевстняке
Рис. 1. Зависимость прочности закладки от содержания активизатора СаО
в различных марках известняка


Прочность закладки возрастает с увеличением доли кальция в закладочной смеси до определенной величины (40-43%) и снижается при увеличении содержания магния более 10%. Соединение MgO является нежелательным компонентом в составе закладки, поэтому его количество необходимо уменьшать искусственно или применять материалы с минимальным содержанием этого компонента.
На основании установленных зависимостей лучше всего использовать марку известняка - доломит флюсовый для приготовления состава закладочной смеси. В химическом составе доломита содержится большее количество CaO и


Рис. 2. Зависимость прочности закладки от содержания MgO
в различных марках известняка
Соотношение СаО и MgO в составе закладочной смеси является одним из факторов, влияющим на прочность закладочного массива. Учитывая все эти особенности, был подобран состав закладочной смеси, удовлетворяющий технологическим, экономическим требованиям. Рекомендованный состав закладочной смеси приведен в табл. 2.
Рекомендуемый компонентный состав закладочной смеси для ЗАО «ЗЖРК»
Таблица 2

Наименование компонентов

Содержание компонентов в 1м3 закладки, %

Прочность закладки в возрасте 1мес., МПа

Доменный гранулированный шлак, тонк. пом. не менее 55% част. 0,074мм

14

4,46

Молотый доломитный отсев, тонк. пом. не менее 55% част. 0,074мм

9,4

Доломитный отсев

40,2

Измельченные горные породы крупностью фракций до 20 мм

17,7

Вода, л

18,7

Сравнение химического состава закладочной смеси применяемой на ЗЖРК и рекомендованного состава показывает, что они практически идентичны. На увеличение прочности образцов закладочного массива с 3,48 до 4,46 МПа повлияло количественное соотношение шлака и доломита флюсового тонкостью помола не менее 55 % частиц крупностью 0,074 мм в 1м закладки.

Твердые частицы большей крупности располагаются на определенном расстоянии друг от друга, что приводит к увеличению пористости, и как следствие к снижению прочности закладки. Размер пор в закладочном материале может быть принят равным размеру мельчайших частиц. Закладочный материал, содержащий значительное число частиц размерами 0,074 мм содержит поры, размеры которых минимальны и способны вызвать проявление капиллярных сил. Следовательно, закладочный материал, содержащий тонкоизмельченные частицы, стремится удерживать воду, что необходимо для наилучшего схватывания материалов.
Частицы плотно прилегают друг другу, что обеспечивает достаточно высокую прочность закладки. [2]. Зависимость прочности закладки от доли молотого доломита флюсового в составе вяжущего закладки приведена на рис.
3.



Рис. 3. Зависимость прочности закладки от доли молотого доломита флюсового
в составе вяжущего закладки
Исследования показали, что прочность закладки возрастает при добавлении молотого доломита флюсового в пределах 0...40% , при содержании его gt;40% наблюдается снижении прочности. Следовательно, соотношение шлака и известняка влияет на прочность закладки. Необходимо, чтобы количество шлака было больше, так как он содержит в своем составе большее количество активизирующих соединений CaO и Al2O3. Об этом свидетельствует низкая прочность закладки 1,7 МПа, где соотношение молотых шлака и доломита составляло 1:4. Флюсовый доломит пригоден, прежде всего, как активизирующая добавка к основному вяжущему - доменному гранулированному шлаку.
Лабораторными исследованиями подтверждено проявление вяжущих свойств молотым доломитом, что дает возможность уменьшить расход дорогостоящего гранулированного шлака с 400 до 300 кг.
При сравнении закладочной смеси, применяемой на ЗЖРК, с
рекомендованной смесью наблюдается увеличение прочности закладочного
3
массива с 3,48 до 4,46 МПа и уменьшение стоимости 1 м на 13,4 %.
28

Данное направление совершенствования состава закладочной смеси требует более детального изучения поведения монолитного закладочного массива этого состава в подземных условиях.
Выводы Количество СаО и MgO в составе закладочной смеси является одним из главных факторов, влияющим на прочностные свойства закладки. Варьируя этими показателями можно получить состав закладочной смеси нормативной прочности. Для закладочных работ наиболее предпочтительным видом известняка является доломит флюсовый. В составе доломита содержится большее количество CaO и меньшее количество вредного компонента MgO, чем в других видах известняка. Молотый доломит проявляет вяжущие свойства,что дает возможность заменить часть дорогостоящего доменного гранулированного шлака с 400 кг до 300 кг. Сравнивая закладочную смесь, применяемую на ЗЖРК, и рекомендованную смесь, очевидно, что наблюдается увеличение прочности
3
закладочного массива с 3,48 МПа до 4,46 МПа и уменьшение стоимости 1 м закладки на 13,4 %. Одним из факторов влияющим на прочность закладочного массива является соотношение вяжущих компонентов - молотых шлака и доломита в 1 м закладки тонкостью помола не менее 55 % частиц крупностью 0,074 мм.
Литература Типовая технологическая инструкция производства закладочных работ на горнорудных предприятиях Украины». - Кривой Рог, 1994. -62 с. Хомяков В.И.Зарубежный опыт закладки на рудниках. М., Недра, 1984.- 224 с. Формирование параметров закладочного массива /Алдамбергенов У.А., Прокушев Г. А., Осипова Т.А. и др. - Алма-Ата: Наука, 1984. - 192 с.
УДК 622.611

<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МОЛОТЫХ ФРАКЦИЙ НАПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ:

  1. 5.3. Разработка режима снижения сорбционной способности глинистых минералов 5.3.1. Изучение влияния вывода глинистой фракции из операции измельчения на технологические показатели флотации
  2. 4.1.2. Изучение влияния расширяющейся композиции на свойства твердеющего цемента
  3. 2.3. Установление вещественного состава труднообогатимых руд Жирекенского месторождения
  4. Защита населения и территорий при авариях на химически опасных объектах Поражающие факторы и их влияние на население и территорию при авариях на химически опасных объектах
  5. 2. ОЦЕНКА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОЛИБДЕНОВЫХ РУД ЖИРЕКЕНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
  6. 3.2.2. Оценка химической обстановки при применении химического оружия
  7. ОТВАЖНЫЙ МОЛОТ, ИЛИ БИТВА ПРИ ПУАТЬЕ
  8. 4.4. Основные результаты использования модифицированного собирателя для флотации окисленного молибдена при переработке смешанных руд Бугдаинекого месторождения
  9. 2.Влияние на здоровье человека состава воздуха жилых и общественных помещений
  10. Диспут Кювье и Э. Жоффруа Сент-Илера и его влияние на разработку идеи эволюции
  11. Прогнозирование экологической обстановки при авариях на химически опасных объектах
  12. 5.3.3. Способы защиты населения при радиоактивном и химическом заражении местности
  13. Специфика мероприятий по защите населения и территорий при авариях на химически опасных объектах
  14. 4.2. Синтез расширяющейся магнезиальной добавки на основе брусита 4.2.1. Изучение влияния температуры и фракционного состава брусита на возможность регулирования расширения магнезиальной добавкой