Главная | Обратная связь

Анализ технологии закладочных работ на предприятиях горнорудной промышленности

 

Наиболее распространенным типом закладочных смесей, ис­пользуемых в нашей стране и ближнем зарубежье, на предприятиях горнорудной промышленности, является твер­деющая закладка (табл. 6.1). При этом литые или пастовые за­кладочные смеси содержат воду, преимущественно мелкозерни­стый заполнитель и вяжущее. Состав твердеющих смесей подбирают та­ким образом, чтобы обеспечивалась необходимая прочность за­кладки, ее экономичность и транспортабельность самотеком по трубам на значительные расстояния по горизонтали за счет стати­ческого напора или с использованием сжатого воздуха.

Известны несколько способов получения литой твердеющей закладки:

1 – мелкозерни­стый или мелкодробленый заполнитель подается в смеситель, куда одновременно дозируются вяжущее и вода; 2 – крупно­зернистый заполнитель, вода, цемент или комбинация из мате­риалов, образующих вяжущее (например, ангидрит, шлак), од­новременно подаются в шаровые мельницы.

Таблица 6.1

Типы закладочных смесей, ис­пользуемых в нашей стране и ближнем зарубежье, на предприятиях горнорудной промышленности

 

 

Рудники	Вид закладки по технологии про­изводства	Вяжущее	Заполнители	Расход вяжущих, кг/м3	Расход воды, л/м3 (подвижность, см)	Прочность при одноосном сжатии, МПа
Ачисайский (Казахстан)	Литая	Цемент	Хвосты обога­щения, содер­жащие до 100 % частиц фракции -0,43 мм	100—140	400—420*	1,42—4,9 через 30—165 сут
Гайский (Россия)	Литая	Цемент+молотый доменный гранулирован­ный шлак	Хвосты обо­гащения	40—210 (цемент) + 360 (шлак)	470—510	0,2—2,3 (28 сут) 1,0—5,3 (180 сут)
«Карсон» фир­мы «Инко Сад­бери» (Канада)	Пастовая	Цемент	Хвосты флота­ции			0,65 (28 сут)
«Граунд Майн» (Германия)	Пастовая	Цемент	Хвосты флота­ции (0,025 —0,05 мм): от­ходы тяжело- средного обо­гащения (3—30 мм) =1:1			2,0 через 90 сут
Грачевское и «Восточное» (Казахстан)	Литая	Цемент + граншлак	Песчано- гравийная смесь	60—80 (цемент) + шлак	400—420*	2,5-3,0 МПа (14 сут)
Рудники Жез­казгана (Казахстан)	Литая	Цемент + зола	Порода + хво­сты	190 (цемент) +35 (зола)		3,5 через 210 сут
«Заполярный» (Россия)	Бетонная	Цемент	Песок + ще­бень	350—500		~20,0 МПа
Зыряновский (Казахстан)	Бетонная	Цемент	Песчано- гравийная смесь			5—9 через 30—40 сут
Рудники Ир­тышского полиметаллического комбината (Казахстан)	Литая	Цемент	Хвосты			4,1 (90 сут)
«Крейтон» фирмы «Инко Садбери» (Канада)	Пастовая	Цемент	Хвосты	50—120	250—300	0,4—0,8 через 14 сут
«Каульды» (Узбекистан)	Литая	Цемент + зола	Песок + отхо­ды мраморно­го карьера			4,3—5,1 через 28—360 сут
«Керетти» (Финляндия)	Литая	Цемент	Гравий + хвосты обогащения			0,6
«Красногвардейский» (Россия)	Литая, «мель­ ничный» способ производства	Цемент + шлак (помол в мельнице)	120+2300	450—500	2—3 через 180 сут
«Люпин» (севе­ро-западные территории Ка­нады)	Пастовая	Цемент	Текущие хво­ сты флотации	60—132	300—330	0,4—0,8через 14 сут; 0,9—1,2(28 сут)
«Макасса» (Канада)	Литая	Цемент + зола	Хвосты + песок	66—330 (цемент) + зола	350—400	0,6-3,4
Малеевский (Казахстан)	Литая, «мельничный» способ произ­водства	Цемент	Легкая фрак­ ция тяжелых суспензий обо­гатительных фабрик			5,0 (180 сут)
Миргалимсайский (Казахстан)	Литая	Обожженные хвосты (30 %)	Хвосты (70 %)	—	Вода после электромагнит­ ной обработки	1,2—1,4(28 сут)
«Норильский никель» (Россия)	Литая, «мель­ ничный» способ производства	Цемент (клинкер) + шлак + ангид­ рит	Щебень	60—180 (80— 300) + 600— 800+350—900	(9,5—13)	4—5 (180 сут)
Орловский (Казахстан)	Литая	Цемент	Песок хвостов + дробленая порода проходческих за­боев		(9-10)	4,5
«Октябрьский» Бурибаевского рудоуправления (Россия)	Литая	Цемент	Дробленая по­ рода + глина	180—240		Ниже проектных показателей
Первомайский	Литая	Цемент + до­менный грану­лированный шлак	Песок		350—370	9,00 (180 сут)
Риддер-Сокольный (Казахстан)	Литая	Цемент	Песок + хво­ сты	100—200
Северо-Уральский бокситовый рудник (СУБР, Россия)	Литая	Цемент + шлак или зола	Дробленая по­ рода отвалов	100—200 (цемент) + 150 (шлак или зола)		2,6—8,0 (180 сут)
«Текели» (Казахстан)	Бетонная, ком­поненты сухи­ми подаются пневмотран­спортом и смешиваются с водой перед выработкой	Цемент	Песок + дроб­леная пустая порода (известняк)		250 — элек­тромагнитная обработка	До 10 (180 сут)
Пульпа подается пневмотранс­портом	Цемент	Глина	50—100	400 — элек­тромагнитная обработка	0,5—1,5 через 60 сут
Тишинский (Казахстан)	Литая	Цемент	Отсев + хвосты	360—475	388—468	10—14 (360 сут)
Узельгинский Учалинского ГОКа (Казахстан)	Литая, «мель­ничный» способ производства	Цемент + до­менный гран- шлак	Отсев дробильно-сортировочных фаб­рик (диабаз)	90—335	(11,0-13,0)	1,0—11,0 (180 сут)
«Улудаг» (Турция)	Литая	Цемент	Отходы от производства мрамор + хвосты
«Умбозеро» Левозерского ГОКа (Россия)	Литая	Цемент + мо­лотые хвосты	Хвосты	165+450	-400
Учалинский Учалинского ГОКа (Казахстан)	Литая, «мель­ничный» спо­соб производ­ства	Цемент	Отсев дробильно- сортировочных фабрик (диабаз)	ЮО—400	(11,0—13,0)	1,0—11,0 (180 сут)
«Фанькоу» (Китай)	Литая	Цемент	Хвосты	100—300
Яковлевский (Россия)	Литая	Цемент	Песок		350—400	5—6 через 180 сут
* Для сокращения расхода воды используется пластифицирующая добавка.

 

При переработке в шаровой мельнице происходит доизмельчение вплоть до тонко­дисперсных фракций всех твердых компонентов смеси, разо­грев ингредиентов закладки за счет энергии разрушения и пе­ремешивание всех компонентов. Данный способ производства закладки получил название «мельничный». Он впервые разрабо­тан на рудниках Талнахского месторождения и с успехом при­меняется. В настоящее время «мельничный» способ получил широкое распространение на рудниках Урала и Восточного Казахстана.

«Мельничный» способ производства закладки наиболее перспективен для закладочных комплексов, производящих за­кладку в суровых климатических условиях, где велики затраты на растепление компонентов закладки. Однако для его внедре­ния при использовании местных материалов требуются специ­альные исследования и опытно-промышленные эксперименты.

Пастовые твердеющие закладочные смеси достаточно ши­роко распространены за рубежом – в Канаде, Германии, Авст­ралии. Их технология приготовления основана на использовании хвостов обогащения и включает: обезвоживание хвостов в гидроциклонах и переме­шивание их с цементом. При этом смеси характеризуются низ­ким водосодержанием, низкой подвижностью.

Несмотря на очевидные достоинства данной технологии, она имеет ряд недостатков: пастовые смеси однородного фракционного состава трудно поддаются перекачке по трубам ввиду недостаточного содержания в них тонкой фракции, кото­рая формирует пограничные условия потока для его ядра. В то же время значительный объем тонкой фракции требует больших затрат по обезвоживанию закладочного материала. Технология производства пастовой закладки связана с высокими капиталь­ными и энергетическими затратами (использование поршневых насосов, установок по обезвоживанию и смешиванию). Возрас­тают требования к контролю за процессом приготовления за­кладки из-за малых допусков в отклонении дозировки: для твер­дого ±0,5 %, для воды ±0,25 %. Для системы характерен высо­кий уровень давления в трубопроводе.

Высокая интенсивность ведения закладочных работ при ис­пользовании литых и пастовых закладочных смесей обеспечи­вается трубопроводным транспортом закладки, работающим в самотечном или самотечно-пневматическом режиме.

Производство твердеющих литых и пастообразных закла­дочных смесей сопряжено с использованием вяжущих материа­лов. Наиболее широко для приготовления твердеющей закладки используются следующие типы вяжущих.

Цементный тип получил широкое распространение в прак­тике закладочных работ. Впервые твердеющие смеси на основе цемента были использованы в Кузбассе в 1937 г. В настоящее время цементные смеси успешно применяют на многих рудниках отечественного, ближнего и дальнего зарубежья (Учалинский, Зыряновский, Малеевский, Орловский, Тишинский, «Граунд Майн»; «Люпин», рудниках НПО «Жезказганцветмет» и т.д.).

Главным недостатком цемента как вяжущего является его высокая стоимость. Расходы на цемент в стоимости закладоч­ных смесей составляют 40—70 %.

На ряде рудников реали­зовано стоительство цементных заводов. Свинцово-цинковый рудник «Фанькоу» (Китай), добывающий системами с закладкой примерно 1 млн т руды в год, имеет в своем составе цементный завод с двумя вращаю­щимися печами. Себестоимость собственного цемента пример­но в 2 раза меньше, чем покупного. На Норильском ГМК построен завод по производству цемента, который используется в процессе приготовления закладочных смесей.

Известно большое количество работ по замене цемента в составах твердеющих смесей дешевыми и достаточно активны­ми «местными вяжущими». К таким вяжущим прежде всего от­носятся шлаки (доменные, никелевые, медеплавильные, стале­плавильные). Шлаковый тип (табл. 6.1) повсеместно ис­пользуется в районах с развитой металлургической промыш­ленностью. На Северо-Уральском бокситовом руднике в качест­ве вяжущего применяется цемент и гранулированный шлак Серовского металлургического завода. На Гайском, Узельгинском, рудниках «Норильский никель» и других также ис­пользуются составы, включающие шлаки металлургического производства. Шлаковый тип вяжущего применяется на руднике Тюрин­гии (Германия), «Маунт-Айза» (Австралия) и других зарубежных предприятиях. Зольный тип (табл.6.1) недостаточно распространен в практике закладочных работ. Зола в качестве второго компонента вяжущего используется на Зыряновском руднике (Казахстан), руднике «Каульды» (Узбекистан). Известны исследова­ния эффективности нового закладочного материала, включающе­го зольную пыль, золу. В местных условиях имеется зола, получаемая от сжигания твердого топлива в котельных. Но объе­мы ее не отвечают требованиям производства, поэтому вопрос использования золы в закладку не исследовался. Поставлять золу вследствие ее малой активности нерентабельно.

Ангидритовый тип закладки разработан и успешно применя­ется на рудниках ОАО «Норильский никель». Применение ангидритового типа закладки, содержащей в качест­ве вяжущего ангидрит и активизаторы твердения: портландце­мент и шлаки, показало эффективность и надежность использова­ния новых закладочных материалов.

Бесцементный тип закладки упоминается в различных лите­ратурных источниках довольно часто, но по существу описываемый тип закладки относится к малоцементным композициям, т.к. содержит в своем составе цемент и какую-либо активную минеральную добавку или шлак.

Из практики закладочных работ известно использование бесцементных закладочных смесей только на Миргалимсаиском ме­сторождении, где в качестве вяжущего применялись обожженные хвосты обогащения.

Хвосты обогащения различных фабрик характеризуются различным химическим и минералогическим составом. По этой причине лишь на одном руднике, а не повсеместно, из хвостов обогащения получено вяжущее, заменяющее цемент.

Закладочные смеси различаются не только типом вяжущего, но и типом заполнителя. При производстве закладочных смесей используются заполнители, применение которых в строитель­ной промышленности зачастую не допускается. Технических условий на заполнители для закладки не существует. В качестве заполнителя закладочных смесей используются как природные материалы, так и отходы производства. Как свидетельствуют многочисленные исследования, использование отходов произ­водства часто бывает экономически более выгодным за счет со­кращения эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с разведкой месторождений, строительством карьеров и добычей природных материалов. Учитывая, что только на строительство одного километра дороги в северных условиях расходуется более миллиона рублей, становится очевидным, что изыскание за­полнителя в местных условиях является весьма актуальным.

Выбор заполнителя определяется главным образом запасами, стоимостью его добычи, подготовки и транспорта, а также приня­тым способом транспортировки закладки. В практике закладоч­ных работ получили наиболее широкое использование: дробле­ные породы вскрыши, хвосты обогащения, отсевы дробильно-сортировочных фабрик, породы от проходческих работ и т.п.

Дробленые породы отвалов не нашли широкого распростра­нения на рудниках ввиду нестабильности свойств и сложности придания твердеющим смесям на их основе заданных транспор­табельных свойств. Причем во всех известных случаях (Саткинское месторождение магнезитов, Гайский рудник, Северо-Уральский бокситовый рудник и др.) проектные составы и техно­логия приготовления закладки в ходе опытно-промышленных ра­бот подвергались существенной корректировке, вызванной, как правило, необходимостью улучшения реологических свойств смеси, в основном снижения водоотделении и расслаиваемости. Для нейтрализации данных факторов в твердеющие смеси вводят пластичные глины, хвосты обогащения, пески, микронаполнители. При этом технологические схемы производства закладки отличаются громоздкостью, увеличивают­ся энергозатраты, транспортные расходы и т.д.

Природные зернистые материалы, включающие песок, песчано-гравийные смеси и т.д., используются на рудниках. В ме­стных условиях данный тип заполнителя принципиально приго­ден. Однако месторождения указанных материалов находятся в 30 км и более от закладочных комплексов, что приведет к строительству специальных дорог, карьеров и высоким транспортным расходам.

Природные мелкозернистые материалы в виде глинистых или тонкодисперсных песков широко используются на рудни­ках. Хотя известны проблемы при использовании в закладке мелкозернистых песков на Гайском и Талнахском месторожде­ниях, от их применения не отказались, и месторождения песков полностью отработаны. Мелкозернистый песок имеется в достаточном количестве в 6 км от подземного рудника «Интернациональный» и используется в настоящее время рудником для производства закладки. Однако до сих пор (с 2000 г.) подача в технологический процесс мелкозернистого, высоковлажного (высокольдистого в зимнее время) песка не стабилизирована.

Закладочные работы являются составной частью горных работ, формирующих основные статьи затрат в себестоимости добываемой руды.

По опыту работы основных горно-добывающих предприятий, исполь-зующих системы с закладкой, затраты на закладочные работы составляют ~ 40 % затрат на горные работы. Минимизация стоимости закладки при сохранении ее основных технологических пара­метров является неотъемлемой частью повышения эффек­тивности разработки месторождений системами с закладкой выработанного пространства.

Диссертация Бурмистрова А.И. посвящена совершенствованию технологии крепления очистных и подготовительных выработок при разработке нарушенных мощных крутых угольных пластов, с использованием специальных податливых и железобетонных анкеров, а так же в разработке технологии крепления призабойного пространства опускными крепями.

В диссертации Хайрутдиновой В. Н. представлены результаты по разработке составов закладки выработанного пространства с использованием лежалых и текущих сульфидсодержащих хвостов обогащения с применением гель-технологии в процессе приготовления многокомпонентных твердеющих смесей.

В диссертации Ефимова В. И. обоснованы параметры технологии отработки крутых пластов с литой твердеющей закладкой, обеспечивающей эффективную и безопасную их разработку.

В работе Вотякова М. В. решена задача обоснования повышения полноты извлечения запасов калийных руд в результате закладки выработанного пространства твердеющими смесями на основе галитовых отходов и магнезиального вяжущего, при установленных закономерностях увеличения прочностных свойств и подвижности смеси в результате инициации процесса добавкой лигносульфоната.

Григорьева Н. Н. установила закономерности изменения свойств закладки в зависимости от состава заполнителя (в качестве инертных заполнителей используется твердая фаза хвостов обогащения из хвостов хвостохранилищ) и обосновала рациональные составы твердеющей смеси для разработки технологии формирования искусственных массивов на основе хвостов обогащения.

В диссертации Савича О. И. содержится разработка технологий подготовки вяжущего и закладочных смесей из гипсосодержащих пород и формировании на их основе монолитных закладочных массивов.

В диссертации Тишкова М. В. обоснованы технологические решения по формированию искусственных массивов закладочными смесями с использованием резинокордовой крошки при ее утилизации посредством частичного замещения песка в заполнителе.

Диссертация Арутюняна Б. А. посвящена определению зависимостей глубины проникновения водогипсовых растворов и прочностных свойств при различных технологических схемах возведения закладочного массива от физико-механических характеристик раствора на гипсовой основе и инертного заполнителя.