CC BY
15УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАКЛАДКИ ТРУБ В УСЛОВИЯХ ШАХТЫ
КАУЛЬДИ
Мухиддин Одилович Косимов Дилрабо Хасановна Бердиева
К.э.н., и.о.доцента Алмалыкского Ассистент Алмалыкского филиала
филиала НИТУ «МИСиС» ТГТУ
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются вопросы совершенствования систем трубопроводного транспорта сыпучих твердеющих подстилающих смесей для заполнения зазора в условиях месторождения Каульди. Предлагаемое новое направление разработки технических средств предназначено для обеспечения надежной и непрерывной подачи малообъемных заливочных смесей водой, связанной с использованием специальных гидродинамических активаторов, установленных в заливочном трубопроводе.
Ключевые слова: закладка, закладочных твердеющих смесей, литым твердеющим смесям, закладочный трубопровод,
IMPROVEMENT OF PIPE LAYING IN THE CONDITIONS OF THE
KAVULDI MINE
ABSTRACT
The article discusses the issues of improving the pipeline transport systems of bulk hardening underlying mixtures for filling the gap in the conditions of the Kauldi deposit. The proposed new direction of development of technical means is designed to ensure reliable and continuous supply of low-volume filling mixtures with water associated with the use of special hydrodynamic activators installed in the filling pipeline.
Keywords: laying, laying hardening mixtures, cast hardening mixtures, laying pipeline
ВВЕДЕНИЕ
Подземная добыча полезных ископаемых на современном этапе характеризуется понижением уровня горных работ, которое сопровождается увеличением горного давления и осложнением горно-геологических условий разработки месторождений. В таких условиях все большее применение находят системы с закладкой выработанного пространства в основном твердеющими смесями [1]. Однако более широкое их применение сдерживается высокими
затратами на проведение заклодочных работ, которые достигают 30-40% себестоимости добычи, причем почти до 80% затрат приходится на материалы, в том числе до 55% на цемент [2].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Большинство подземных месторождений Узбекистана залегают на глубине более 300 м. В этих условиях контроль давления горных пород, смещения нарушенного массива становится решающим фактором успешного функционирования предприятий. Решение таких проблем заключается в использовании систем перезарядки извлеченной головки. Применение этой системы позволяет разработать технологии пополнения, повысить полноту и качество воспроизводства запасов, использовать отходы различных промышленных предприятий, поддерживать гидрологический режим и рельеф территорий. [3]
Закаленное наполнение позволяет повысить производительность труда рабочих и снизить капитальные затраты на открытие месторождений. Заполнение пустоты предопределяет процесс создания искусственного монолитного массива (рис.1) и предполагает использование различных заполняющих смесей: бетонных, цементированных, отвердевших, а также заполняющих смесей с остатками обогащения, шлака, щебня, горных пород из отходов химической переработки и др., превращающихся в монолит под воздействием гидратации и гидролиза вяжущих веществ, кристаллизации, химических реакций.
Рис.1. Схемы подачи твердеющей закладки при выемке пологопадающих рудных тел: 1-панельные штрек; 2-закладочный трубопровод.
При разработке месторождений разрабатывается технология приготовления, транспортировки и укладки затвердевающих смесей и осуществляется их доставка в полость с помощью гравитационноили гравитационно-потокового пневматического трубопроводного транспорта.[4] Необходимую прочность закладочного массива обеспечивают за счет соответствующего расхода вяжущих и водоцементного отношения.
На закладочных работах используются твердеющие смеси с крупным наполнителем и литые. Смеси с крупным наполнителем обеспечивают высокую прочность создаваемого искусственного массива, но требуют значительного расхода дорогостоящего вяжущего - цемента [5]. Существенно осложняется транспорт таких смесей в подземных условиях, возрастает опасность закупорки, износа и отказов в трубопроводах, поэтому на рудниках предпочтение отдается литым твердеющим смесям (ЛТС). При подаче в камеры ЛТС достигается наибольшая производительность установки, высокая интенсивность закладки камер, удовлетворительное растекание смеси и тщательное заполнение пустот. Составы применяемых твердеющих смесей зависят от наличия местных материалов, требуемой прочности и принятой схемы приготовления и подачи закладочной смеси в выработанное пространство.
Компоненты для приготовления закладочных твердеющих смесей разделяют по их назначению:
а) Вяжущие вещества и активизирующие добавки - представляют собой тонкоизмельченные материалы, способные при затворении водой образовывать тесто, постепенно твердеющее и превращающееся в камневидное тело. Прочность вяжущих веществ колеблется в широких пределах от нескольких единиц до 7 МПа и более в месячном возрасте [5] Имеются разработки по использованию измельченных отходов горного, металлургического и теплогенерирующего производства в качестве вяжущих компонентов ЛТС [6, 7].
б) Заполнители. Основные требования к заполнителям: предел прочности должен быть не менее чем на 10-15 % выше нормативной прочности закладки, небольшая растворимость в воде, низкий коэффициент увеличения в объеме во влажной среде, отсутствие вредных примесей и экономичность. Крупность заполнителя зависит от способа возведения и транспортирования закладки и характеризуется модулем крупности.
в) Вода для закладки. Рудничные воды нередко содержат значительное количество растворенных в них кислот или солей, агрессивных к бетону. Для ЛТС применяют воду с показателем кислотности >4, содержание сульфатов не должно превышать 2,7 г/л в пересчете на ионы SO3, а других солей - не более 5 г/л.
г) Пластифицирующие добавки - применяют для повышения текучести смесей, экономии цемента и придания искусственному камню большей прочности (за счет уменьшения водоцементного отношения). Применение пластифицирующих добавок, повышающих транспортабельность закладочных смесей, сопряжено с большими дополнительными затратами.
Основные требования, предъявляемые к закладочным смесям, доставляемым в подземные горные выработки трубопроводным транспортом [8]:
а) удовлетворительная кинетика твердения закладки, обеспечивающая нормативную прочность в установленные сроки
б) реологические свойства, обеспечивающие удовлетворительную транспортировку смесей по подземным трубопроводам и укладку в выработки;
Приготовленные литые закладочные смеси представляют собой схватывающиеся тонкодисперсные гидросмеси (размер твёрдых частиц, по лученных измельчением ёср =80 мкм и менее), при объёмной концентрации твёрдого до 68 %, обладающие тиксотропными свойствами с предельным напряжением сдвига и вязкостью. Для описания режима течения таких гидросмесей уравнение Ньютона должно быть заменено уравнением Шведова-Бингама. Реологическую модель большинства ЛТС можно представить уравнением. Реологическую модель большинства ЛТС можно представить уравнением [9]:
du ,
т = - п—+т°
где п и т0- соответственно структурная (пластическая) вязкость и динамическое напряжение сдвига жидкости.
Движение ЛТС с внутренней пространственной структурой начнется лишь тогда, когда напряжение сдвига т превысит какое-то определенное критическое значение т 0, необходимое для разрушения структуры. Структурную сетку можно представить в виде множества цепочек из частиц, связанных общими узловыми частицами. Основным способом разрушения внутренней структуры тиксотропных вязкопластичных смесей (наряду с химическим) является внешнее механическое воздействие на смесь (активация смеси), то есть образование в смеси существенных гидродинамических сил, превышающих энергию внутренней структурной связи Wc, вследствие чего происходит разрушение структурной сетки и повышение текучести и однородности состава смеси.
После снятия активирующего воздействия, структура тиксотропной смеси восстанавливается с течением времени. Такие смеси сразу после прекращения перемешивания постепенно становятся структурированной системой с осадком. Реологические свойства закладочной смеси должны отвечать требованиям технологической инструкции: растекаемость не менее 10-12 см, предельное напряжение сдвига не более 180 Па, коэффициент расслаивания - не более 1,3 [10].
Таким образом, влагосодержание ЛТС одновременно является критерием ее текучести и прочности формируемого массива.
Прочностные и реологические свойства закладочных смесей могут существенно меняться в зависимости от компонентного состава, способа их производства и транспортирования, водосодержания ЛТС и других факторов, что в основном определяет последующую прочность закладочного массива, скорость его твердения и транспортабельность ЛТС. В таких условиях важным направлением исследований становится создание способов и средств управления процессом транспортирования литых закладочных смесей с пониженным вод содержанием, с целью поддержания их реологических и прочностных свойств в необходимых пределах.
Решение уравнения энергетического баланса потока на участке самотека ЛТС сводится обычно к определению предельной длинны транспортирования по горизонтальному участку закладочного трубопровода Ьг, соответствующей достижению потоком ЛТС критической скорости движения пульпы укр.[11]
Для решения проблемы управления реологическими свойствами ЛТС с пониженным водосодержанием, в рамках проводимых исследований, предлагается применять специализированный вид механического оборудования-гидродинамические активаторы. Работа гидродинамических активаторов основана на генерировании механических возмущений в смеси с образованием полей переменных скоростей и давлений, создаваемых энергией внешнего привода. Гидродинамические активаторы, как технологическое оборудование, могут иметь конструкции различных видов. Например, активатор ЛТС [12, 13] содержит трубчатую вихревую камеру 1 (рис. 2, а), подшипники 2, трубчатую проточную камеру 3, корпус 4, электропривод 5, обмотки статора 6, установленные на корпусе 5 и обмотки ротора 7, установленные на вихревой камере 1, обеспечивающие ее вращательное движение. На внутренней поверхности трубчатой вихревой камеры 1, установлены лопатки 8. Активатор установлен непосредственно на закладочном трубопроводе 11.
При движении ЛТС через данное устройство, смесь механически
активируется лопатками 8, приобретая однородность и повышенную текучесть. Пульсации давления и скорости потока смеси, при движении ЛТС в неподвижных межлопаточных каналах 14 (рис. 2, б) направляющего аппарата 15, имеющих сужение 12 и расширение 13, обеспечивают дополнительное разрушение гидратных пленок на частицах цемента ЛТС, увеличивая впоследствии скорость твердения закладочного массива.
При раздельной подаче компонентов закладочных смесей в ствол рудника, может использоваться смесительно-активирующий комплекс, представленный на рис. 5 [14].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Комплекс содержит вертикальные подводящий трубопроводы 1 и 3, предназначенные для раздельной подачи гидратированного наполнителя и вяжущего вещества к смесительным соплам 2, в эжекционные камеры 4. Патрубки 5, кавитационного устройства, прижаты к вращающемуся диску 6 с концентричными профилированными отверстиями 7, приводимому во вращение от электродвигателя 8. Электродвигатель 8 вращает диск 7 с частотой, необходимой для создания ультразвуковых пульсаций потока закладочной смеси. Пульсации скорости и давления в кавитационной области способствуют гидродинамическому воздействию на смесь, сопровождающемуся ее перемешиванием и активацией. Активирующе- гомогенизирующее устройство (рис. 3, поз. 13- 20), установленное далее по трубопроводу 21, на определенном расстоянии Ьт, работает аналогично вышеописанному устройству рис. 4. Взаимодействие смеси с лопатками вихревой камеры активирующего устройства создает комплексное механическое воздействие на транспортируемую смесь. В результате исследований [15] установлено, что такие активирующие устройства обеспечивают возможность подачи твердеющих смесей, обладающих
тиксотропными свойствами, даже при влагосодержании 24-26% по трубам, на значительные расстояния, с сохранением их необходимых реологических свойств. Таким образом, модернизация закладочных комплексов транспортирования ЛТС с применением активирующего оборудования является актуальным направлением развития трубопроводного транспорта закладочных смесей и обеспечивает снижение издержек на ляет повысить безопасность ведения подземных разработку полезных ископаемых, а также позвогорных работ.
REFERENCES
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., Солдатова О.М., Попова Э.М. и др. Совершенствование закладочных работ в новых экономических условиях
3. Хайрутдинов, М.М Подземная геотехнология с закладкой выработанного пространства. Недостатки и возможности совершенствования / Хайрутдинов М.М., Шаймярдянов И.К. // Горный информационно-аналитический бюллетень «Неделя горняка -2008» / Горная книга. -М., 2008. -С. 240-250.
4. Гришко, А.П., Стационарные машины и установки / Гришко А.П., Шелоганов В.И. -М.: Горная книга, 2007. -475 с.
5. Анушенков, А.Н. Основы процессов производства и транспортирования закладочных смесей, при подземной разработке месторождений полезных ископаемых / Анушенков А.Н., Стовманенко А.Ю., Волков Е.П.-Красноярск: СФУ, 2015. -208 с.
6. Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых. -М.: Ростехнадзор, 2013.
7. Горбунова О.А. Освоение подземного пространства при утилизации техногенных отходов. Заполнение выработанного пространства твердеющей закладкой на основе отходов обогащения. -М.: Горная книга, 2010. -97 с.
8. Ермолович Е.А. Бесцементная закладочная смесь на основе техногенных отходов // Научные ведомости. Серия Естественные науки, 2010. - №9. -С. 156-
9. Bondarenko, V. New Techniques and Technologies in Mining / Bondarenko V., Kovalevska I., Dychkovskiy R. // CRC Press, 2010. -300 p.
10. Schramm G. A. Practical approach to rheology and rheometry // Gebrueder HAAKE GmbH, 2003. -312 P-
158.
11. Анушенков А.Н. Разработка комплексов приготовления и транспорта твердеющих смесей для закладки горных выработок. Красноярск: ГУЦМиЗ, 2006.
12. Развитие технологии трубопроводного транспорта закладочных смесей на большие расстояния на руднике «Октябрьский» // Физ. тех. проблемы разработки полезных ископаемых. Тапсиев А.П. [и др.] Новосибирск, 2009. №3. С. 81-91.
13. Пат. 157377, РФ, МКИ E21F 15/08. Активатор жидких сред / СФУ; Стовманенко А.Ю., Анушенков А.Н. Опубл. в Б.И., 2015.-№ 33.
14. Пат. 126369, РФ, МКИ E21F 15/00. Активатор жидких сред (варианты) / СФУ; Стовманенко А.Ю., Анушенков А.Н. Опубл. в Б.И., 2013. -№ 9.
15. Пат. 159536, РФ, МКИ E21F 15/10. Смесительно-активирующее устройство / СФУ; Стовманенко А.Ю., Анушенков А.Н. Опубл. в Б.И., 2016. -№ 9.
16. Д.Х.Бердиева, "Совершенствования закладочных работ в системе разработки месторождения Каульди», Экономика и социум, ст. 509-513, 2020 г.
17. Субанова З А., Бердиева Д.Х., «К вопросу снижения себестоимости закладочных работ при система разработки горизонтальными слоями с закладкой» Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, ст. 674-679. 2021/5
18. Д.Х.Бердиева Касимов М.А. «Выбор оптимального варианта системы разработки на руднике Каульды» Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, ст 235-240, 2021/7
19. Д.Х.Бердиева, Ш.Ш. Мамазиёева, «Преимущества камерно столбовой системы разработки на месторождение Кавульды» Экономика и социум ст 303-307 2021г
20. Tashkulov A.A., Melnikova T.E., Mavlyanova G.A. "PROSPECTS FOR ORE FLOW QUALITY ANAGEMENT IN DEEP PITS" International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences. Ст. 31-35. 2020
21. Production of Drilling and Explosion Works at the "Yoshlik I" Mine Quarry with the use of Non-Electric Initiation System and Emulsion Explosives M.K.Shamayev., A.A.Tashkulov, T.E. Melnikovа., International Journal of Advanced Research in Science, Ст. 13550-13554. 2020
22. Шакаров Беркин Шакарович., Рахматуллаев Искандар Махмуд угли, Регулирование режима горных работ и экономические показатели планирования. Uz ACADEMIA. 2021/1/9. Ст.152-158
-170 с.
