CC BY
40
© A.H. Монтянова, 2003
YAK 622.273.2
A.H. Монтянова
ОБОCHОBAHИE CОCTABОB TBEPAEЮШEЙ 3AKA.AAКИ АЛЯ AЛМЗОAОБЫBAЮШИX ПPEAПPИЯTИЙ ЯК"ШИ
Одной из характерных особенностей современного состояния горных работ на алмазодобывающих предприятиях Якутии является значительное усложнение горно-геологических условий отработки месторождений. Доработка месторождений подземным способом в связи с высокой ценностью минерального сырья, сложными горно-, гидро- и криологическими условиями целесообразна системами с закладкой выработанного пространства, обеспечивающими требуемое высокое качество извлечения алмазов и безопасность ведения подземных горных работ.
Системы с твердеющей закладкой показали свою конкурентоспособность в части высокого качества извлечения георесурсов при подземной разработке запасов трубки "Интернациональная". Однако высокая стоимость возведения закладочного массива - 1084 руб. за 1 м3 (цены 2002 г.), сдерживает возможности эффективного применения систем с закладкой на месторождениях с более низким содержанием алмазов.
Специфические условия разработки алмазоносных месторождений (табл. 1) требуют неординарного подхода к решению комплекса сложных технологических, организационно-технических и технико-экономических задач по обоснованию оптимальных составов твердеющих смесей, технологии их приготовления, формированию искусственных массивов и представляют собой актуальную и крупную научно-техническую проблему.
Специфические особенности производства закладки для коренных алмазных месторождений придают проблеме дополнительную актуальность. В районе месторождений отсутствуют традиционные материалы для производства закладки - шлаки, ангидриты, гипс, золы ТЭС, цемент и т.п.
Таблица 3
РАВНОПРОЧНЫЕ СОСТАВЫ ЗАКЛААОЧНЫХ СМЕСЕЙ
Портландцемент поставляется единожды в год, в период навигации. В процессе длительного транспортирования и хранения портландцемент существенно утрачивает гидравлические свойства, что приводит к его дополнительному удорожанию. В настоящее время стоимость привозного портландцемента М400 ~ 3000 руб. за 1 т.
В мировой практике закладочных работ отсутствует опыт формирования искусственных массивов в условиях повсеместного развития на месторождениях многолетнемерзлых пород, что обусловило необходимость разработки нового методического подхода к обоснованию составов твердеющих смесей - расчетно-экспериментальным методом. Суть его: 1) выявить методом математического моделирования (рис. 1) тепловые поля, формирующиеся в процессе твердения искусственного массива в условиях подземного рудника; 2) по результатам расчета установить температурные условия хранения образцов закладки; 3) по результатам испытаний прочности образцов закладки, осуществить прогнозную оценку прочностных свойств закладки, твердеющей в условиях подземного рудника.
Правомерность использования предложенного методического подхода к прогнозу прочности искусственных массивов, проверена в условиях рудника "Интернациональный". Погрешность расчетно-экспериментального метода по отношению к фактическим данным не превышает 20% .
Для обоснования составов закладки исследованы все имеющиеся местные материалы для получения твердеющих смесей: хвосты обогащения, мелкозернистые пески, диабазы, туфы; цеолиты, породы вскрыши алмазодобывающих карьеров, известняки и др. Характеристика основных наиболее перспективных сырьевых материалов для производства твердеющих смесей представлена в табл. 2.
Анализом свойств основных сырьевых материалов установлено, что наиболее рационально в местных условиях ориентироваться на производство бесклинкер-ных закладочных смесей. Основная идея заключается
в получении из местных карбонатных пород негашеной извести, а из местных алю-мосиликатных материалов - активных минеральных добавок и производстве на их основе комплексного вяжущего, полностью заменяющего портландцемент при производстве закладки. Известно, что известково-пуццо-лановое вяжущее -одно из эффективных вяжущих ве-
№ п/п Тип алюмосиликатного компонента Содержание основных компонентов вяжущего в составе закладки, кг/м3 Прочность закладки, МПа Эквивалент портланд- цементу М400
Обожженные карбонатные породы Активные апю-мосиликатные породы
1 Цеолитовые породы 150 200 3,5 1,17
2 Обожженный мергель 1б0 240 3,6 1,33
3 Туфовые породы 190 280 3,5 1,56
4 Обожженная глина 1б0 2б0 3,6 1,40
5 Обожженные хвосты обогащения 170 2б0 3,3 1,43
б Доменный гранулированный шлак 150 150 3,2 1,00
7 - 300 - портландцемент М 400 3,6 1,00
ществ по простоте технологии, затратам топлива, энергии, труда, а обожженные карбонатные породы обладают интенсивной скоростью гашения (5-10 мин.), сопровождающейся значительным тепловыделением, вызывающим кипение воды и увеличением объема продукта гидратации в 2-2,5 раза. Столь специфические свойства вяжущих на основе негашеной извести не позволяли использовать их для производства закладочных смесей вследствие непригодности к транспорту закладки в выработанное пространство по трубопроводам и возможности сильного разогрева искусственного массива в выработанном пространстве.
Отмеченное потребовало разработки новых методов управления термокинетикой твердения обожженных карбонатных пород и бесклинкерных закладочных смесей на их основе. Экспериментами установлено, что скорость гашения обожженных карбонатных пород существенно замедляется при их затворении не
водой, а малоконцентрированным раствором специальной добавки, рис. 2. Таким обрахом, для флегмати-зации процессов тепловыделения закладки необходимо использовать для затворения закладочных смесей, содержащих негашеную известь малоконцентрированный раствор специальной добавки.
Оптимальная доза специальной добавки в малоконцентрированном растворе зависит от содержания в твердеющей смеси негашеной извести и определяется из выражения:
Б = 0,018 Си / Св ,
где Б - количество добавки в 1 л мало концентрированного раствора, кг; Си - расход обожженных карбонатных пород в составе закладки, кг; Св - расход воды в составе закладки, л.
Выявлено, что зависимость тепловыделения закладки от расхода в ее составе обожженных карбонатных пород (тепловыделение установлено калориметрическим способом) аппроксимируется полиномом вида:
Оз = 3,81 Си +12,8,
где Оз - тепловыделение закладки, кал/г; Си - расход обожженных карбонатных пород в составе закладки, кг/м3.
При этом время тепловыделения твердеющих композиций исчисляется часами, рис. 3, что объясняется дополнительным флегматизирующим действием на тепловыделение алюмосиликатных и сульфатсодержащих ингредиентов. Закладочные смеси в течение 30-40 минут сохраняют заданную подвижность, что объясняется тиксотропными свойствами композиций, проявляющимися при избыточном количестве воды.
Полученные технологические параметры закладки являются вполне приемлемыми для трубопроводного
Г 1 /“ \1_
вреыя тяппоенавлония час
1 - обожженные *арбо*лты« ПОраОы
2 * ыклаМчив*смесь на итстчт^фти*я*ущри
Рис. 3 Скорость тепловыделения извести и закладочных смесей на ее основе
транспорта закладки. Процесс саморазогрева твердеющих смесей переносится в горные выработки, что значительно интенсифицирует кинетику твердения искусственных массива, обеспечивая ему раннюю прочность.
Ранняя прочность закладки имеет определяющее значение для обеспечения заданных проектом темпов ведения горных работ, поскольку кимберлитовые трубки имеют незначительные параметры рудного тела в плане. Выявлено, что бесклинкерные закладочные смеси характеризуются регулируемым тепловыделением. При необходимости снижения тепловыделения закладки - обожженные карбонатные породы, поступающие в производство закладки, следует предварительно подгашивать заданным количеством воды (например, в процессе их помола).
Экспериментально установлено, что в качестве активного алюмосиликатного компонента бесклинкерных закладочных смесей могут использоваться как от природы активные алюмосиликатные добавки - цеолиты, туфы, так и от природы инертные- глины, хвосты обогащения местных фабрик, мергелистые породы вскрыши местных карьеров. При этом с целью активизации последних их необходимо обжигать при температуре 750-800 оС. Кроме того, установлено, что алю-мосиликатный материал может быть представлен и доменными гранулированными шлаками (исследован шлак Карагандинского комбината).
Установлена эквивалентность бесклинкерных вяжущих привозному портландцементу М 400, табл. 3. Условия твердения равнопрочных составов закладки адаптированы к условиям подземных алмазодобывающих рудников Якутии - твердение в контакте с горным массивом с температурой -4 оС.
Осуществлена опытно-промышленная проверка бесклинкерных закладочных смесей в условиях подземного рудника «Айхал» [1]. Результаты опробования положительные.
Позитивным качеством новых смесей является их индифферентность по отношению к хлоридно-кальциевым и хлоридно-натриевым местным рассолам вследствие полного отсутствия в составе бесклинкер-ной закладки свободной окиси кальция.
Стоимость бесклинкерных закладочных смесей в 2 раза ниже стоимости равнопрочных составов закладки на основе привозного портландцемента.
Первоначально для месторождений «Мир» также рекомендовались новые бесклинкерные твердеющие композиции. Однако по ряду причин спецотвал основного сырьевого компонента вяжущего - известняка не сформирован. До положительного завершения работ по поиску известняка альтернативы привозному цементу, как основному компоненту вяжущего для приготовления закладки на п/р "Мир", нет.
Выявлено, что для данного рудника целесообразно использовать средство сокращения дорогостоящего портландцемента - цеолитовые породы месторождения "Хонгуруу". Установлено (рис. 4), что при замене в составе вяжущего до 30% цемента цеолитом активность вяжущего не снижается [2].
Введение цеолита в состав закладки снижает ее абразивность по отношению к трубопроводу, что весьма важно в условиях прокладки вертикального закладочного става через водоносный горизонт, повышает водоудерживающую способность смеси и обеспечивает коррозионную стойкость твердеющих композиций по отношению к местным высокоминерализованным подземным водам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Монтянова А.Н. Опробова-
ние бесцементных закладочных смесей на алмазодобывающем руднике
«Айхал» // Горный журнал. - 2002.-№3. - С.36-38.
2. Монтянова А.Н. Эффективность цеолитов в закладке // Тез.
докл. 1У Болгаро-Советского симпозиума «Природные цеолиты». - Бургас, 1985. - С. 46-47.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Монтянова А.Н. - кандидат технических наук, зав. лабораторией технологий закладки института Якутнипроалмаз.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Ш
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания:
Число сохранений:
Дата сохранения:
Сохранил:
Полное время правки: 12 мин.
Дата печати: 08.11.2008 1:14:00
При последней печати страниц: 3
слов: 1 532 (прибл.)
знаков: 8 734 (прибл.)
МОНТ
G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do УДК 622 Монтянова А.Н.
21.04.2003 15:21:00 8
08.11.2008 0:43:00 Таня
