CC BY
176
Науки о Земле
УДК 622.273.212
Медведев Валерий Васильевич Valeriy Medvedev
Пакулов Владимир Васильевич Vladimir Pakulov
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ ПРИ КАМЕРНЫХ СИСТЕМАХ РАЗРАБОТКИ С ЗАКЛАДКОЙ
PERFECTION OF BACKFILL WORKS TECHNOLOGY DURING CHAMBER SYSTEMS DEVELOPMENT WITH BACKFILL
Рассмотрена технология формирования закладочного массива при камерных системах разработки раздельным способом с подачей крупнокускового заполнителя в вяжущий раствор. Приведена методика выбора технологической схемы возведения по-родо-бетонного закладочного массива в зависимости от физико-технических и технологических свойств заполнителя. Представлены блок-схема и методика расчета состава породо-бетонной закладки для камерных систем разработки. Проведено сравнение составов литой твердеющей закладочной смеси и породо-бетонной закладки по расходу материалов на 1 м3 смеси и установлено снижение стоимости закладочных работ на 30 % при применении породо-бетонной закладки
Ключевые слова: закладка, раздельный способ, технологическая схема, вяжущий раствор, заполнитель, камера, методика, блок схема, состав смеси, стоимость
In article the technology of backfill massif formation is considered at chamber systems of development by the separate way, with supply of large size inert material in binding mortar. The technique of the technological scheme choice of construction of rock-concrete backfill massif depending on physics and technical technological properties of inert material is given. The developed block diagram and a design procedure of rock-concrete backfill structure for chamber systems of development are presented. The comparison of cast hardening and rock-concrete backfill mix on the expense of materials (on 1 m3 of a mix) is made and depreciation of backfill works for 30 % is established at application of rock-concrete backfill.
Key words: bookmark, separate way, technological scheme, binding mortar, inert material, chamber, technique, block scheme, mix structure, cost
Подземная добыча полезных ископаемых на современном этапе характеризуется понижением уровня горных работ, которое сопровождается увеличением горного давления и осложнением горногеологических условий разработки место-
рождений. В таких условиях все большее применение находят системы с закладкой выработанного пространства в основном твердеющими смесями [ 1, 3 ]. Однако более широкое их применение сдерживается высокими затратами на проведение закла-
дочных работ, которые достигают 30...40 % себестоимости добычи, причем почти до 80 % затрат приходится на материалы, в том числе до 55 % — на цемент [2, 3].
Как показывает анализ мирового и отечественного опыта, одним из перспективных путей снижения себестоимости закладочных работ при камерных системах разработки является применение породо-бетонной закладки, где в качестве заполнителя используется порода от проходки выработок или очистной выемки [4, 5]. Предлагаемый метод формирования поро-до-бетонного закладочного массива раздельным способом [9] производится подачей вяжущего раствора и крупнокускового заполнителя к месту закладочных работ раздельно. При этом в первой технологической линии происходит приготовление твердеющей закладки и транспортирование её по
трубам до выработанного пространства, а во второй — транспортирование заполнителя до закладываемой камеры. Смешивание материалов происходит в камере в процессе подачи породы в твердеющую закладку [6].
Технологические схемы подачи породы и твердеющего раствора в закладываемое пространство могут осуществляться по пневмозакладочной, конвейерной и машинной технологиям (рис. 1). На выбор технологической схемы в основном влияют физико-технические и технологические свойства заполнителя. Применение техники и технологии подачи материалов закладки зависит от интенсивности процесса и объема подачи инертного заполнителя в выработанное пространство камеры и будет определяться условиями работы конкретного горного предприятия [7, 10].
7777777"
1
^ г
6
а_□□□
1 Г^п^в V
3
4
5
2
7
Рис. 1. Принципиальная схема закладочного комплекса для раздельной машинной технологии: 1 - силосы; 2 - смеситель непрерывного действия; 3 - ПГС; 4 - трубопровод; 5 - бункер-накопитель (породоспуск); 6 - опрокидыватель; 7 - отработанная камера
Выбор технологической схемы возведения закладочного массива и расчет состава породо-бетонной закладки производит-
ся по блок-схеме (рис. 2), по следующей предлагаемой методике.
ю
N1
тз
О
N
СП
^
о
^
о
X
сь
03
оз
э о о- 5\
■О о о ■О
£ 03
о
сь
о\ ><
сь I
н о
о ^
I о
I э
о
5с -с сь
СО сз
03
* о
5с
£ р
Л § $
"О
03
сз
-с
сь
н
03
сз
о
сз
н
03
оз
03
I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ
__I
С
АНАЛИЗ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ПРЕДПРИЯТИЯ
насчет состава лито: ТНЕРДКЮЩЕЙ смеси
к
I
1Н1 ФИ1ИК< МиХАШПШНк ХЛРШГГЕРМСТНК НСиЩны^ МА[Е.ГИЧ|}|1
7
>П Р к'ЛЕ-П I. н н I водоиьмклтни "О IГГ НОШЕНИЯ (црв) с учетом мари и анжтг щьго н 7 РЕК УЕМОЙ ПРОЧНОС1Н ЫЦАЦНЩП) _МАССИВА_
РАСЧЕТ г 4-1 ЧАЗОВЫХ ССКГГАВШ ГМЕСН (Ш ЛОЕАВКИ1 С РАСХОДОМ LlE.MlE.lill Л 1в1Ь±М кА(*ь с: НЕОБХОДИМЫМИ ПЛРЛЧЕТГЛМИ, ПРОЧНОСТИ 1ЛК.1АДЫ ВЛ1.ЧОГО МАСС ИВА
ШЖ НА ООШН ВАЛ»пых составов ГДСГШРОЁС КОМПЛЕКСНОЙ УМЕДЛЯЮЩЕЙ ДОСАВКОЙ и КОРРЬкТ'МРОНКОЙ КОМДАИШТОЙ ьмм-н
СОСТАЁГЫ ЛН10А ТВЕРДЕЮЩЕЙ СМЕС н ДЛЯ О0ГОДО-БЕ ТОЙ I Юй 1ММДДКН
расчет высоты залнваемого слоя литой твердеющей смесью
7
П, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ
МАШИННАЯ подача пустой
ПОРОДЫ
КОНВКЙЕРНАД ПОДАЧА ПУСТОЙ ПОРОДЫ
ДА
ПЛиШШЕШН пая
технологии 1К1ДЛЧИ пустой
породы
СП () РО ДО-Б ЕТОН НАЯ"^ ___ ЗАКЛАДКА
о
л X
о
Со О)
ь
О)
1. Проводят анализ сырьевой базы предприятия, определяя физико-механические характеристики исходных материалов, используемых для приготовления литой закладочной смеси на базе цементного или комплексного вяжущего. Делается анализ физико-механических свойств пустых пород, предлагаемых к использованию в качестве заполнителя.
2. Выполняют расчет состава литой твердеющей смеси для базового варианта и состава с замедляющей комплексной добавкой по предлагаемой методике (рис. 2, 1-я технологическая линия). Методика подбора состава литой закладочной смеси для формирования породо-бетонной закладки — расчетно-экспериментальная; исходный состав определяют расчетным путем, а затем состав смеси корректируют и уточняют экспериментально. Оптимальным составом является тот, в котором сокращение расхода цемента при оптимальной химической добавке обеспечивает требуемую прочность образцов при сохранении заданной подвижности и времени схватывания.
Методика подбора состава литой твердеющей смеси для формирования породо-бетонной закладки основана на подборе составляющих смесь компонентов по водо-удерживающей способности, обеспечивающих подвижность, транспортабельность, прочность при минимальном расходе вяжущего. В состав литой твердеющей смеси вводится комплексная замедляющая добавка «Мегалит С-3РС», смещающая при дозировке 0,4.0,7 % от массы цемента (в расчете на сухое вещество) начало схватывания раствора — до 8 ч, которое необходимо для обеспечения времени подачи расчетного объема инертного заполнителя в твердеющий раствор до начала его схватывания.
После расчета состава литой твердеющей смеси проводят проверку его по объему пульпы тонкодисперсной фракции, который должен превышать объем пустот заполнителя не менее чем на 40 л (0,04 м3). Определяют выход искусственного камня, который должен составлять не менее 95 %, чтобы обеспечивать обволакивание всего
объема подаваемого заполнителя при подаче его в литой твердеющий раствор. Проводят проверку по полученной плотности литого твердеющего раствора и плотности кускового заполнителя ( пустой породы) для обеспечения условия осаждения кусков породы в смеси рр < 0 , 95 • рпор.
После корректировки состава смеси по ведению комплексной замедляющей добавки и проверке раствора на подвижность и выход камня из нее изготовляют контрольные образцы на требуемый срок испытания.
Результаты испытания образцов затвердевших закладочных смесей трех или четырех составов (с различным расходом цемента) обрабатывают и строят график зависимости прочности от расхода цемента. После этого по графику путем интерполяции выбирают состав с таким расходом цемента, который позволяет получить требуемую прочность закладочного материала в определенном возрасте твердения.
3. Проводят выбор схемы подачи заполнителя на основе анализа физико-механических свойств, гранулометрического состава пустых пород, определении объемов пустой породы, получаемой от подземной технологии и находящейся в породных отвалах предприятия. По степени абразив-ности, объёму закладываемой камеры, объемной массе пород и размеру кусков пустой породы по рекомендациям применения технологических схем подачи закладочного материала принимают технологическую схему с раздельной пневмозакладочной, конвейерной или машинной технологией подачи материала (рис. 2, 11-я технологическая линия). При этом выбирают средства механизации и рассчитывают производительность по подаче кусков заполнителя в закладываемую камеру.
4. Выполняют расчет высоты заливаемого слоя литой твердеющей смесью по размерам и объёму закладываемой камеры, времени схватывания раствора, а также от условия регулирования плотности упаковки инертного заполнителя в закладываемом массиве по формуле
т . р. (1 - к )
К ■I•В (1)
где Тзап — время заполнения пустой породой закладываемого слоя в камере (Т < Т
^ 1 V зап схв
— Т ), ч;
зак' '
Т — время начала схватывания твер-
схв
деющего раствора, ч;
Тзак — время на подачу в камеру литой твердеющей смеси, ч;
Р — скорость заполнения выработанного пространства сыпучим закладочным материалом, м3/ч;
К5 — коэффициент заполнения кусками пустой породы объема закладываемого слоя в камере;
Ь, В — длина и ширина выработанного пространства, м.
Время заполнения раствором камеры определяется по производительности закладочного комплекса, с выбором оптимального диаметра закладочного трубопровода. Скорость движения закладочной смеси принимают из условия устойчивости ее к расслоению и пропускной способности трубопровода, оптимальные скорости движения смеси при самотечном режиме 0,5.0,7 м/с, в отдельных случаях — до 1,5.2,0 м/с.
Предлагаемая технология предусматривает подачу в слой литой твердеющей смеси заполнителя в виде пустой породы, без предварительного дробления. При этом в камере для создания условий сегрегации при движении кусков породы поддерживается минимальная высота слоя путем периодической подачи твердеющего раствора. Количество подаваемой породы в твердеющую закладку должно соответствовать объему дополняемого раствора за время до начала его схватывания. Закладка камеры производится до ее кровли.
Как показывают исследования по предлагаемой методике, выбор технологической схемы и оборудования для подачи породы и твердеющего раствора в выработанное пространство камеры зависит от свойств заполнителя и твердеющей смеси, объёма закладываемой камеры, объема и интенсивности подачи инертного заполнителя, обеспечивающих необходимую прочность и монолитность закладываемого массива.
Для определения эффективности по-родо-бетонной закладки произведен расчет
составов литой закладочной смеси первой технологической линии для условий ОАО «ППГХО» с комплексной добавкой «Мегалит С-3РС». Расчеты выполнены по рекомендациям завода — изготовителя комплексной добавки ЗАО «Владимирский ЖБК» и данным эксперимента по прочности образцов породо-бетонной закладки, результаты которых показаны в таблице [8]. Для сравнения расхода закладочного материала в таблице приведены составы литой закладки, применяемой в условиях ОАО ППГХО, по данным предприятия.
Проведенные лабораторные исследования показали, что содержание песча-но-гравийной смеси в растворе зависит от крупности и плотности подаваемой в слой раствора пустой породы и должно подбираться экспериментально, но не выше соотношения Ц:П = 1:13 (при водоцементном отношении не более В/Ц = 1:2,5), для достижения необходимой пластичности закладки и выхода искусственного камня не ниже 95 %. При этом плотность раствора может меняться от 1700 до 2200 кг/м3.
По результатам исследований сделан вывод, что наиболее подходящим вариантом для породо-бетонной закладки являются литые твердеющие растворы на базе цементно-песчаных составов с добавлением комплексной добавки «Мегалит С-3РС» при дозировке 0,4.0,7 % от массы цемента ( в расчете на сухое вещество) . Подбор состава закладочной смеси производится индивидуально для каждого предприятия с учетом его сырьевой базы, свойств и характеристик сырьевых материалов. Количество подаваемого заполнителя ( пустой породы) по второй технологической линии может достигать 60 % от объёма закладки, в зависимости от физико-технических свойств породы.
Высота заливания слоя раствора в камере определяется объемом подаваемой пустой породы и зависит от времени схватывания раствора при использовании добавки «Мегалит С-3РС» до 8 ч, а также от условия регулирования плотности упаковки инертного заполнителя в закладываемом массиве.
Составы твердеющей закладочной смеси для литой и породо-бетонной закладки для условий ОАО «ППГХО»
№ п/п Расход материалов на 1 м3 бетона и раствора Время схватывания, ч В/Ц Нормативная прочность закладочного массива МПа в возрасте 28 сут.
цемент М400, кг ПГС, кг зола унос, кг вода, кг С-3РС, кг (0,45 %)
1 200 1630 - 320 - 2,1 1,60 3,0
2 170 1530 100 320 - 2,2 1,88 3,0
3 140 1410 240 310 - 2,5 2,21 3,0
4 172 1590 - 344 0,77 8,0 2,0 3,0
5 260 1580 - 320 - 2,0 1,23 6,0
6 240 1470 100 320 - 2,0 1,33 6,0
7 210 1345 240 310 - 2,1 1,47 6,0
8 224 1545 - 344 1,01 8,0 1,53 6,0
Примечание. В выделенных цветом ячейках показан состав литой твердеющей смеси для породо-бетонной закладки, в остальных — составы твердеющей закладки ОАО «ППГХО»
Исследование структуры затрат стоимости закладочных работ при породо-бе-тонной и литой твердеющей закладке показало снижение расходов на использование литой твердеющей смеси в породо-бетонной закладке за счет применения пустой породы в качестве инертного заполнителя на 14.28 % в общем объёме затрат на материалы. И, не смотря на повышение уровня затрат на транспорт пустой породы до закладываемой камеры на 4.14 % при по-родо-бетоной закладке, происходит снижение расходов за счет уменьшения затрат на литую твердеющую смесь, а также отсутс-
Литература_
1. Вертячих К.С., Хакуре А.М. Аспекты применения закладки в зарубежной и отечественной практике подземной разработки руд // Горный информационно-аналитический бюллетень № 7. М.: МГГУ, 2002. С. 88-92.
2. Дьяковский В.Б., Светлаков К.Н., Солдато-ва О.М., Попова Э.М. и др. Совершенствование закладочных работ в новых экономических условиях // Горн. журнал. 2000. № 1. С. 26-28.
3. Коновалов А.П, Аршавский В.В., Хуцишви-ли В. И., Сорокина Л.Н., Анфиногеев С. В. Закладочные работы на подземных рудниках и перспективы их совершенствования // Горн. журнал. 2001. № 7. С. 3-7.
4. Лизункин В.М., Медведев В.В. Породо-бе-тонная закладка как фактор снижения себестоимости добычи и повышения экологической безопасности
твие затрат на транспортирование породы (применяемой в качестве заполнителя) от проходки выработок и ведения очистных работ на поверхность и в отвал.
Внедрение предлагаемого метода формирования породо-бетонного закладочного массива и методики расчета состава поро-до-бетонной закладки для камерных систем разработки позволит не менее чем на 30 % уменьшить стоимость закладочных работ, а также сделать рентабельной отработку бедных и средней ценности руд высокопроизводительными камерными системами разработки с закладкой.
_References
1. Vertyachih K.S., Hakure A.M. Gorny infor-matsionno-analitichesky byulleten ( Mining information-analytical Bulletin № 7). Moscow: Moscow State Mining University, 2002. Р. 88-92.
2. Dyakovsky V.B., Svetlakov K.N., Soldatova O.M., Popova Ye.M. i dr. Gorn. zhurnal.( Mining journal). 2000. no 1. P. 26-28.
3. Konovalov A.P, Arshavsky V.V., Hutsishvili V.I., Sorokina L.N., Anfinogeev S.V. Gorn. zhurnal. (Mining journal). 2001. no 7. P. 3-7.
4. Lizunkin V.M., Medvedev V.V. Vestn. Zab. Gos. Un-ta. (Transbaikal State University Journal). Chita: ChitGU, 2002. Vol. 26. P. 130-133.
при выемке богатых урановых руд камерно-цели-ковами системами разработки / / Вестник ЧитГУ. Чита: ЧитГУ, 2002. Вып. 26. С. 130-133.
5. Лизункин В.М., Галинов Ю.Н., Подоприго-ра В.Е., Медведев В.В. Способ разработки сложнос-труктурных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2004 . Вып. 12. С. 192-194.
6. Медведев В.В. Обоснование математической модели процесса свободного падения крупнокускового материала в тяжелых жидких средах // Вестник ЧитГУ: Спец. вып. посвящ. 30-летию Горного института. Чита: ЧитГУ, 2004. Вып. 35. С. 169-175.
7. Медведев В.В. Обоснование эффективной технологии формирования породо-бетонной закладки при камерных системах разработки: автореф. дис. канд. техн. наук. Чита: ЧитГУ, 2009. 19 с.
8. Медведев В.В. Обоснование технологии возведения и состава породо-бетонной закладки способом погружения заполнителя в раствор твердеющей смеси // Кулагинские чтения: IX Всерос. науч.-практ. конф. Ч. 7. Чита: ЧитГУ, 2009. С. 22-26.
9. Медведев В.В. Повышение эффективности закладочных работ при камерных системах разработки // Забайкалье. Сборник научных трудов. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня. М.: МГГУ, 2007. Вып. 4. С. 80-84.
10. Медведев В.В. Подбор составов твердеющей породо-бетонной смеси для закладки подземных камер // XI Международная научно-практическая конференция «Кулагинские чтения» (материалы конференции), ч. 3. Чита: ЧитГУ, 2011. С. 50-52.
Коротко об авторах_
Медведев В.В., канд. техн. наук, доцент каф. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: технологии подземной добычи руд, закладочные работы в шахтах, технологии проведения горных выработок, горные машины и оборудование
Пакулов В.В., канд. техн. наук, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия [email protected]
Научные интересы: технологии подземной добычи руд, закладочные работы в шахтах, системы разработки с закладкой выработанного пространства, закладочные материалы
5. Lizunkin V.M., Galinov Yu.N., Podoprigora V.E., Medvedev V.V. Gorny informatsionno-analitichesky byulleten (Mining information-analytical bulletin). Moscow: Moscow State Mining University, 2004 . Vol. 12. P. 192-194.
6. Medvedev V.V. Vestn. Chit. Gos. Un-ta: Spec. vyp. posvyashh. 30-letiyu Gornogo instituta. (Transbaikal State University Journal: Spec. vol. dedicated to the 30th anniversary of the Mining Institute.). Chita: ChitGU, 2004. Vol. 35. P. 169-175.
7. Medvedev V.V. Obosnovanie effektivnoy tehnologii formirovaniya porodo-betonnoy zakladki pri kamernyh sistemah razrabotki (Substantiation of effective technologies of rock-and-concrete formation with chamber development systems): Abstract of dis. cand. tehn. sciences. . Chita: ChitGU, 2009. 19 p.
8. Medvedev V.V. Kulaginskie chteniya: IX Vseros. nauch.-prakt. konf. Ch. 7. (Kulagin Readings: IX all-Russian. scient.-practical. conf. Part 7). Chita: ChitGU, 2009. P. 22-26.
9. Medvedev V.V. Zabaykalie. Sbornik nauchnyh trudov. Otdelny vypusk Gornogo informatsionno-analiticheskogo byulletenya. (Transbaikalie. Collection of scientific works. A separate edition of the Mining information-analytical Bulletin). Moscow: MGGU, 2007. Vol. 4. P. 80-84.
10. Medvedev V.V. Kulaginskie chteniya: XI Mezhdunar. nauch. -prakt. konf. Ch. 3. (Kulagin Readings: XI international scient.-practical. conf. Part 3). Chita: ChitGU, 2011. P. 50-52.
_Briefly about the authors
V. Medvedev, candidate of technical sciences, associate professor, Underground Mining of Mineral Deposits department, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: technologies of underground extraction of ores, stowing operations in mines, technologies of mine workings, mining machines and equipment
V. Pakulov, candidate of technical sciences, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: technologies of underground extraction of ores, stowing operations in mines, development systems with а backfill of the developed space, laying materials
