CC BY
62
------------------------------------ © В.Н. Калмыков, И.С. Белобородов,
В.В. Григорьев, А.В. Сараскин,
2005
УДК 622.273.2
В.Н. Калмыков, И. С. Белобородов, В.В. Григорьев,
А. В. Сараскин
ИЗЫСКАНИЕ СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕСЦЕМЕНТНЫХ ЗАКЛАДОЧНЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ИЗВЕСТКОВО-ШЛАКОВОГО ВЯЖУЩЕГО
Семинар № 13
~И~¥ ри подземной разработке А. Ж. месторождений полезных
ископаемых в связи с углублением горных работ и усложнением горно-геологических условий все большее распространение получают технологии, предусматривающие закладку
выработанного пространства.
Применение твердеющей закладки
материалы, что существенно влияет на экономические показатели рудников.
Использование местной сырьевой базы материалов не всегда предусматривается при выборе составов закладочной смеси, чаще связующий материал представлен либо цементом, либо цементо-шлаковым вяжущим. В качестве заполнителя
используются кварцевый песок, щебень и
Таблица 1
Составы закладочной смеси на основе негашеной извести и доменного гранулированного шлака
№ состава Прочность в возрасте 180 суток, МПа Расход компонентов закладочной смеси, кг/м3
Негашеная известь Шлак Диабаз, фр. 0-5 мм Хвосты обогатительной фабрики Вода лет
1 3,0 40 200 600 630 400 0,4
2 5,0 60 240 600 600 410 0,6
позволяет надежно обеспечить управление горным давлением с увеличением глубины разработки, уменьшить площадь изымаемых сельскохозяйственных угодий для горных отводов и предохранить земную поверхность от оседания. Однако область ее применения ограничена месторождениями высокой ценности. Одним из главных факторов, ограничивающих область ее применения, является высокая стоимость закладки, основную долю которой (до 60%) составляют затраты на исходные
другие дорогостоящие и специально производимые материалы для ведения закладочных работ. Из-за отсутствия технологии утилизации отходы горного производства: хвосты обогащения и
отвальные породы не востребованы как инертный заполнитель в твердеющей закладке.
Одним из путей решения этой проблемы может быть использование негашеной извести, производство которой организовано на большинстве
медноколчеданных месторождений, в качестве активатора вяжущей способности
шлаков и разогрева закладочной смеси, а в качестве заполнителя - инертные материалы местной сырьевой базы и отходы производств. Что в свою очередь позволит горнодобывающим
предприятиям не только утилизировать частично или полностью промышленные отходы, но и существенно снизить себестоимость твердеющих смесей и экологические платежи предприятия.
Проведенные лабораторные
исследования показали, что составы на основе негашеной извести с пластификатором ЛСТ (лигносульфонат технический), обладают достаточной прочностью при использовании широкого спектра заполнителей: мелкозернистых
песков, дробленых пород вскрыши карьеров, хвостов обогащения фабрик и других материалов.
Промышленная проверка
эффективности результатов лабораторных исследований бесцементных закладочных смесей осуществлялась на подземном руднике Учалинского горно-обогатительного комбината. К опытно-промышленному опробованию были предложены составы закладочных смесей,
представленные в табл. 1.
Приготовление смеси производилось на существующем закладочном комплексе без изменения технологической схемы. Предварительно негашеную известь совместно с доменным гранулированным шлаком шихтовали на поверхности согласно рецептуре при помощи автопогрузчика Ь-34, затем
осуществлялась их подача в расходный бункер. Пластифицирующая добавка ЛСТ растворялась в воде в определенной пропорции (см. табл. 1), далее водный
раствор лигносульфоната подавался в шаровую мельницу и смеситель в количестве необходимом для мокрого помола компонентов закладки, затворения смеси и обеспечения транспортирования по бетоноводу до закладываемой камеры.
Подача воды без ЛСТ для затворения твердеющей смеси не допускалась с целью предотвращения преждевременного
гашения извести и закупорки бетоновода.
Производительность шаровой
мельницы МШР 3,2x4,5 в процессе закладки камеры составила 65-70 м3/час, что соответствует рабочему режиму ПЗК. Готовая закладочная смесь подавалась в бетоновод с длиной транспортирования до закладываемой камеры 800 м, из которых 300 м составил вертикальный участок. В процессе эксперимента проводилась регистрация температуры смеси, на выходе из мельницы она составила 28 °С и 30 °С соответственно для состава на 3 МПа и 5 МПа. Давление в бетоноводе под вертикальным участком составляло 8-10 кг/см2, что соответствует рабочему давлению.
При заполнении камеры имели место технологические перерывы в подаче закладки длительностью 3-5 часов с целью предотвращения разрушения изолирующей перемычки закладочной смесью.
Фактически в процессе проведения испытаний было приготовлено и размещено в камере 40-7/4 разнопрочного закладочного материала: 92 м3 с
использованием цемента в качестве вяжущего для подливки изоляционной перемычки, 900 м3 - составом на 5 МПа и 4400 м3 на 3 МПа. Всего было использовано 185 т негашеной извести и подано 5410 м3 закладочной смеси. Работы по закладке выработанного пространства производились в течение 1 недели.
Замеры температуры твердеющей смеси, уложенной в выработку, выполнялись по мере заполнения выработки закладкой и в течение 3 месяцев набора прочности. Для этого в камеру, подлежащую закладке, была предварительно установлена
термогирлянда (см. рис. 1), таким образом, чтобы оценить изменение параметров теплового поля по высоте.
Результаты испытания образцов
Глубина отбора проб, м Угол бурения скважины, градус Диаметр керна, мм Прочность на сжатие, асж, МПа
5 70 2,62
10 73 66 5,45
15 69 7,15
20 64 5,2
Зарегистрирован разогрев
искусственного массива в течение первых двух недель. Наиболее высокая температура (42,2 °С) зафиксирована в центре закладочного массива, в периферийной части на глубине 1,5-2 м она достигала 37,1 °С. Температура изолирующей перемычки и на открытой поверхности не превышала 15-17 °С.
По истечении одной недели после закладки камеры поверхность закладочного массива набрала прочность, достаточную для перемещения по ней людей.
После 3 месяцев твердения в искусственном массиве была пробурена скважина под углом 73° и длиной 20 м (рис. 1). Из извлеченного керна диметром 64-70 мм методом сухого пиления были изготовлены образцы высотой 70 мм. Образцы испытывались на
гидравлическом прессе согласно ГОСТ 310.4 - 81.
Рис. 2. Графики изменения
температуры закладочного
массива во времени
Результаты испытаний определялись как среднее арифметическое результатов, полученных при испытании трех образцов (табл. 2).
Результаты проведенных опробований, представленные в табл. 2, свидетельствуют о высоких вяжущих свойствах негашеной извести, как заменителя цемента для активизации свойств молотого
гранулированного шлака.
В процессе промышленного эксперимента установлено следующее:
• бесцементные закладочные смеси обладают хорошими транспортабельными свойствами, угол растекания равен 3-5°, водоотделения, расслоения и усадочных деформаций искусственного массива не зафиксировано;
• повышенные температуры смеси, фиксируемые в центре искусственного массива, интенсифицируют процессы твердения смеси;
• переход на известково-шлако-вое
вяжущее не вызывает существенного изменения технологии приготовления закладки, не требует установки
дополнительного оборудования;
• замена цемента возможна
полностью или частично.
Рис. 1. Опытная камера 40-7/4 заложенная бесцементной закладочной смесью: 1 -
термогирлянда; 2 - скважина.
