CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОН > Том 97 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1959 г.
О ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМ СОСТАВЕ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ СВЕЖЕВЫДАННЫХ НА ТЕРРИКОНИКИ ШАХТНЫХ ПОРОД ПРОКОПЬЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
А. С. БОГМА
(Представлено проф. докт. техн. наук И. В. Геблером и доцентом Н. К. Белоглазоным)*
При добыче каменного угля шахтным способом ежедневно на поверхность выдают десятки тысяч кубометров пустой породы. Обогащение каменных углей также сопровождается] выделением огромных количеств отвальных дробленых пород — хвостов углеобогащения. Пустая шахтная порода в свежем неперегоревшем виде и хвосты углеобогащения, являясь отходами угольной промышленности, почти нигде не используются и транспортируются на породные отвалы—терриконики.
На одной только шахте им. Сталина в г. Прокопьевске (Кузбасс) при суточной добыче 5,5—6,0 тысяч тонн угля (1955) транспортировали на терриконики до 1,5 тыс. тонн породы, т. е. в среднем 18—25% всей валовой добычи.
Как правило, свежевыданная порода из шахт смешана с отходами угля, горючими сланцами и другими примесями органического происхождения. Уголь и примеси при воздействии атмосферных условий на породу, окисляясь, самовозгораются, способствуя этим в различной степени обжигу всей массы породы.
Хотя бесперебойная работа шахты неизбежно заставляет отправлять выданную на поверхность породу на терриконики, организация и дальнейший рост террикоников не выгоден для шахт как с экономической точки зрения, так и с точки зрения техники безопасности по следующим причинам:
1) выдача породы на терриконики сильно усложняет пог.ерхност ное хозяйство шахты, загромождая шахтные площадки;
2) вредные газы, выделяющиеся при горении породы, и пыль постоянно разносятся ветром с террикоников, ухудшая бытовые условия близлежащих жилых зданий;
3) в период своего существования терриконики не остаются пеиз менными, а по многим причинам (сила тяжести, атмосферные агенты, горение породы) деформируются, что внешне выражается обрушениями, и выбросами (взрывами);
4) транспортировка породы на терриконики является наиболее, узким местом и требует, особенно зимой, значительного количества обслуживающего персонала, а при плохой погоде может даже сорвать работу всей шахты;
5) передвижка ферм для опрокидывателя, ремонт и очистка путей и другие работы по складированию породы требуют непрерывного надзора, причем эти работы приходится выполнять при неблагоприятных условиях;
6) уголь, попадающий с породой на терриконики, пропадает безвозвратно.
Попытки утилизировать породные отвалы шли по двум направлениям. Первое из них предусматривает оставление породы в шахтах с использованием ее в качестве закладочного материала. Хотя проведенные опыты на ряде шахт и дали положительные результаты, широкому распространению этого метода препятствует кусковатость породы и отсутствие специальных транспортных средств для ее закладки (1).
Вторым направлением утилизации породных отвалов является использование материалов перегоревших террикоников для строительных целей.
Проведенные исследования [2] показали, что в большинстве случаев порода состоит из глинистых сланцев. В результате обжига каолинит, составляющий основу глинистых сланцев, обезвоживается и приобретает гидравлическую активность, т. е. может вступать в соединения с окисью кальция с образованием аморфных гидросиликатов разного состава.
Работы ряда исследователей (Г. Н. Сиверцев, Л. С. Гублер и др.) и ряда научно-исследовательских организаций (Всесоюзного научно-исследовательского угольного института—ВУГИ и Всесоюзного института организации и механизации шахтного строительства—ВНИИ ОМШС) в области использования горелых пород, а также опыт промышленного применения их (Донбасс) в качестве силикатного сырья дали в настоящее время много ценных заменителей дефицитных строительных материалов, в том числе цемента. Хотя горелые породы являются дополнительными ресурсами для получения строительных материалов, фактическое использование горелых пород в строительстве еще невелико в основном из-за низкой морозоустойчивости их в силу большой неоднородности. Установлено, что в зависимости не только от природы и вида породы, присутствия углистых и сернистых веществ, но от способа образования самого терриконика и особенно от процесса обжига получаются материалы с весьма различными физико-механическими свойствами.
Несмотря на высокие температуры (до 1200°С), развивающиеся при горении пород шахтных террикоников, степень обжига их далеко не одинакова вследствие неравномерной интенсивности горения в отдельных местах горящего слоя [2].
Следовательно, наряду с хорошо обожженной породой в террико-никах имеется некоторое количество слабообожженной и необожженной породы, включений органического происхождения и мелочи (пыль).
Все перечисленные примеси, а также незагасившиеся частицы окиси кальция и магния, образовавшиеся при обжиге породы из известняков и доломитов, не только снижают прочность изделий, изготовленных на основе горелых пород, но особенно снижают их морозостойкость и ат-мосферостойкость.
Таким образом, отмеченные недостатки обусловливают много дополнительных затрат и требуют строгого контроля за чистотой отделения несгоревших и слабообожженных частиц при использовании горелых пород.
Выходом из создавшегося положения является, очевидно, не транспортировка свежевыданной породы из шахты на терриконики, а искусственный обжиг ее в специальных печах.
В результате этого вероятность более равномерного обжига частиц значительно возрастет по сравнению с естественным обжигом порочы в террикониках, а сам процесс обжига можно будет регулировать. Довольно существенным моментом является то, что содержащаяся в породах горючая масса в количестве, обеспечивающем самообжиг, будет использоваться гораздо рациональнее и полнее.
Первые опыты в этом направлении по использованию свежевыдап-ной породы в кирпичном производстве доказали бесспорное экономическое и техническое преимущество [3, 4].
Более уверенное решение этой задачи может быть лишь выполнено при надлежащем опробовании конкретных свежевыданных шахтных пород. Изучение шахтных пород в свежевыданном виде в Кузбассе почти совсем не проводилось.
В данной работе были исследованы породы в свежей насыпке на шахте им. Сталина Прокопьевского рудника.
Пробы пород в свежей насыпке были отобраны сотрудниками кафедр обогащения углей и техники безопасности и рудничной вентиляции Томского политехнического института с участием представителей шахты в 1954 году на южном террикоиике шахты им. Сталина [5].
Набор производился в лобовой части терриконика по линиям движения свежей насыпки породы, направляемой рештаками длиной 30— 40 м. Отбирались пробы от вершины через, 20 м по образующей терриконика до верхней границы откатника и весили 22—32 кг каждая.
Из отобранных в 1954 году 15 проб три набирались в направлении оси терриконика и были значительно окислены. 12 остальных проб в свежей насыпке подвергались рассеву на следующие классы: -■- 25 мм; —25-- -13 мм\ — 13+6 мм—6+3 мм и —3+0 мм. Класс+25 мм был разделен на видимый уголь и породу. Средние результаты гранулометрического состава по северному и южному склонам терриконика приведены в табл. 1.
Т а б л п д а 1
Результаты гранулометрического анализа проб шахтных пород в свежей насыпке
Место на- Выход классов, %
бора пробы 25 мм 1—25-НЗ | -13+6 —Л" <>
от верши- | мм мм мм
ны, м уголь I порода всего | мм
Вершина 1 5,7 I 29,5 1 35,2 ! 12,9 ! 18,2 14,9 18,8
20,0 6,9 1 16,7 ' 23,6 13,0 ! 27,3 19,7 16,4
40,0 5,6 25,9 31,5 11,9 ! 23,8 13,7 19,1
60,0 2,7 14,5 17,2 9,7 ; 19,5 17,7 35,9
80.0 1,6 15,0 16,6 ! 9,4 ! 20,7 18,8 34,5
100,0 8/2 ; 22,8 I 31,0 ! 14,1 . 22,6 10,6 21,7
Для получения представления о составе и технической ценности пород в свежей насыпке пробы подвергались анализу на содержание влаги, выхода общей серы, двуокиси углерода, выхода летучих веществ ¡1 теплотворной способности. Анализы проводились согласно установленным ГОСТам; результаты проведенных анализов даны в табл. 2, Результаты технического анализа 72 проб показали следующее.
1. Зольность в шахтных породах заметно увеличивается от мелких классов к крупным. Увеличение зольности крупных классов (+25 мм) по сравнению с зольностью (на сухую массу)—3+0 мм для всех проб составляет 43,19—49,78%.
2. Содержание общей серы (на сухую массу) в породах не превышает 0,40%. Максимальное содержание серы в мелких классах—0,17—
Т а б .'I и ц а 2
Результаты технического анализа проб шахтных пород в свежей насыпке
Класс, мм
Наименование — 3 -V 0 - 6 -:-з — 13 + 6 + 25 + 25
) -I- 13 (порода) (уголь)
1Г, ° 0,65 -1,37 0,73- -1,46 0,67-1,22 0,73 -1,88 0,82—1,40 0,26-1,53
Уа, % 11,88 -15,53 12,15- 13,72 10,17-13,45 7,85 -12,13 6,05-8,91 13,13—18,63
кс % ! 32,02 39,74 31,83 — 47,04- 40,09 58,69 41,22 - 75,03 76,21-89,52 8,05—42,61
( % 0,17- -0,36 0,13- -0/27 0,06 -0,19 0,03 -0,15 0,01-0,17 0,17—0,36
С02> % 0,21 -0,41 0,30 - ■1,47 0,33 1,13 0,29- -1,18 0,19—0,76 0,28—0,44
горючая масса, "-'» 59,74- -67,18 52,47 - 67,27 40,86-59,90 24,69 - 58,36 10,34 - 23,48 59,04-90,76
р*5, кнал'кг 4823- -51 ¡3 4241 — 3930 3777-4829 2946 4285 522 1462 4772-6485
0,36%; с увеличением крупности содержание серы заметно уменьшается* и минимальное количество содержится в классе +25 мм (0,01—0,17%^)-.
3. Содержание двуокиси углерода в шахтных породах незначительно и составляет 0,19—1,47%, что указывает на небольшое содержание карбонатов в породах.
4. Выход летучих веществ (У"),' составляя для класса—3+0 мм-11,88—15,53%(, заметно уменьшается с увеличением крупности и составляет 6,05—8,93 % для классов +25 мм.
5. Теплотворная способность по бомбе составляет 4823—5143 ккал/кг-для класса 0—3 мм и заметно понижается с увеличением крупности. Минимальная теплотворная способность наблюдается в классах —25 мм и колеблется в пределах от 522 до 3462 ккал/кг.
Выводы
1. Наряду с породой в терриконик отправляется заметное количество угля. В классе +25 мм среднее содержание угля (по весу) составляет от 4,0 до 6% ив отдельных случаях доходит до 13%.
2. В большинстве случаев преобладающими классами в свежевы-даваемых пародах на терриконик являются мелкие (от 0 до 13 мм ). выход которых в среднем составляет 60—65%.
3. По сравнительно высокой теплотворной способности и большому содержанию горючей массы свежевыданная шахтная порода (класс мельче 13 мм) не уступает среднему техническому топливу, поэтому нецелесообразно применять ее в качестве закладочного материала.
4. Наиболее эффективным путем утилизации шахтной породы, очевидно, является применение ее в строительных целях, используя при этом большой запас тепловой энергии, заключенной в свежевыданных шахтных породах не только на обжиг этих пород, по и на обжиг известняка.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лукьянов П. Ф. Использование породы иг проходки горных вырабонж и закладку и подземные дробильные установки. Издательство «Кузбасс», 1951.
2. Григорьев Г. В. Об использовании горелых пород шахтных террихо пков и качестве строительного материала. Углстехиздат, 1949.
3. Христенко Л. Опыт использования шахтных пород д. л и изготовлю ния строительных материалов. Журнал Уголь, № 4, 1951.
4. К н к г и н а Г. Н. Отходы угольной промышленности Кузбасса как сырье для производства кирпича. Журнал Уголь, Я» 3, 1953.
5. Леонов П. А. Отчет о работе «Разработка безопасных способов эксплуатации породных терриконикоп шахт комбината «Кузбассуголь», часть II, Томск, 1955.
