Способ приготовления литой твердеющей закладки в шаровой мельнице

 

Изобретение относится к закладке отработанных пустот при ведении подземных горных работ. Способ позволяет приготовить более качественную смесь для закладки с одновременным снижением расходов на ее производство. Сущность изобретения: при закладке отработанных пустот путем подачи твердеющих смесей по трубопроводному транспорту используются литые твердеющие смеси с соотношением Т: Ж = 3: 1 с наличием вяжущего, которое представляет собой композицию мелкоизмельченных компонентов, способных при совместном взаимодействии гидратировать, образуя твердый камень. Процесс твердения закладки в значительной мере зависит от наличия в смеси класса (-0,08 мм) и содержание в этом классе компонентов, участвующих в реакции гидратации. Предлагаемый способ позволяет регулировать в процессе производства закладки выход активных компонентов в классе (-0,08 мм), за счет чего получить более качественную смесь с одновременным снижением расходов более дорогих компонентов и заменить их на дешевые составные. 2 з. п. ф-лы, 1 ил. , 4 табл.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при ведении подземных горных работ с закладкой выработанного пространства.

Известен способ помола материала, согласно которому для повышения эффективности помола одновременно с подачей материала барабан его продувают струями воздуха под давлением, соответствующим фракционному составу материала [1] .

Недостаток данного способа для приготовления твердеющей закладки заключается в том, что трудно осуществить селективность измельчения по тонине помола каждого из компонентов в поликомпонентном материале.

Наиболее близким по своей сущности является способ, включающий подачу составляющих смесь отдозированных компонентов в мельницу, совместное их измельчение и перемешивание в ней, измерение тонины помола на выходе из мельницы [2] .

Недостатком данного способа является трудность осуществления управляемого измельчения материала в мельнице в зависимости от измельчаемости каждого из компонентов, входящих в шихту смеси, и их гранулометрического состава.

Целью изобретения является повышение прочности приготовления, уменьшение сроков ее схватывания и снижение затрат на производство.

Цель достигается тем, что в способе, включающем подачу дозированных компонентов в мельницу, совместное их измельчение и перемешивание в ней, измерение тонины помола на выходе из мельницы, устанавливают оптимальное соотношение измельченных компонентов вяжущего активизатора и заполнителя в активном классе (-0,8 мм), к готовой смеси на выходе из мельницы, а управление измельчения с перемешиванием осуществляют путем регулирования гранулометрического состава и весового содержания каждого из компонентов смеси на входе в мельницу в зависимости от их измельчаемости и требуемого содержания в активном классе (-0,08 мм) готовой смеси, причем оптимальное соотношение компонентов ангидрит: шлак в присутствии 5% цемента в сложном вяжущем в составах ангидритошлакоцементных и ангидритошлакоцементных со щебнем для мельниц закладочных комплексов НГМК может быть принято 0,6-0,8 при измельчаемости ангидрита 129 кг/кВт˙ч в модуле крупности 4, шлака 23,0 кг/кВт ˙ч и модуле крупности 1,2 потребность заполнителя 50-70% с модулем крупности 3,5 и измельчаемости 50,8 кг/кВт ˙ч в зависимости от требуемой прочности смеси, при этом оптимальное соотношение вяжущего и активизатора в белитофторгипсовом вяжущем с горелыми породами и шлаком ЗСМК при существующей гранулометрии и измельчаемости поступающих компонентов на вход в мельницу может быть принято равным 0,1-0,25, а весовое соотношение сложного вяжущего и заполнителя 0,2-0,5 в зависимости от требуемой прочности смеси.

На чертеже представлена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Суть его работы в следующем: компоненты материала, находящегося в открытом складе 1, бульдозером 2 подают в приемные бункеры 3 и через дозаторы 4 материал покомпонентно дозируется в нужном количестве и поступает в дробилки 5, где производится дробление до требуемого гранулометрического состава каждого из отдозированных компонентов, определенных экспериментально в зависимости от измельчаемости и требуемого процентного содержания класса -0,08 мм каждого из компонентов в активном классе готовой смеси.

Дробленый материал требуемой гранулометрии поступает поочередно на конвейер 6 и в виде "слоеного пирога" подается в шаровую мельницу 19 на совместное измельчение и перемешивание в воде, подаваемой из расходных баков 7 и 8 через регуляторы 9 и 10 подачи в приемный бункер мельницы, куда также поступают через регулятор 11 в разбавленном виде из складов 12 через расходный бункер 13 и дозатор 14 мелкодисперсные активаторы твердения.

Вся масса шихты измельчается и перемешивается в камерах мельницы, а затем по трубопроводному транспорту подается в отработанные пустоты (поз. 15,16,17,18 подземный участок трубопровода).

Контроль за работой мельниц и приготовлением закладки осуществляют по выходу готовой смеси, в лаборатории комплекса определяют грансостав, плотность пульпы, удельный вес, текучесть, расслаиваемость, процентное содержание компонентов в классе -0,08 мм. На основании полученных данных вносят корректировку в грансостав и процентное содержание каждого из компонентов закладки на входе в мельницу.

Литые твердеющие смеси, применяемые для закладки отработанных пустот, представляют собой жидкие растворы с водотвердым отношением 1: 3, способные гидратировать и подаваться по трубопроводному транспорту на значительные расстояния до отработанных пустот. Соблюдая условия трубопроводного транспорта по гранулометрии твердого, в готовой смеси должно быть не менее 55% класса -0,08 мм. Данный показатель согласуется с условиями реакции гидратации раствора, когда активная часть (-0,08 мм) максимально проявляет свои вяжущие свойства, а в ряде случае выявляются и свойства активации одного компонента другим.

При производстве многокомпонентной твердеющей смеси в шаровых мельницах на рудниках Норильского ГМК применяются четыре компонента: щебень: ангидрит, шлак, цемент. В связи с большой стоимостью цемента его доля в закладочной смеси снижается без ущерба для прочности закладки смесью ангидрита со шлаком медного производства, который в условиях цементно-сульфатной активации становится гидравлически активным, т. е. играет роль вяжущего в составе. Однако для проявления активности существует пороговая величина тонкости измельчения вяжущих компонентов смеси. Для материала рудников Норильска этот класс (-0,08 мм), частицы крупнее считаются заполнителем в составе, а мельче - активная часть вяжущего. Приготовление закладки производится в шаровой мельнице путем совместного измельчения и перемешивания всех компонентов в водной среде. Измельчаемость каждого из входящих компонентов не одинакова и составляет: ангидрита 129 кГ/кВт ˙ч; 23,0 кГ/кВт ˙ч - шлак и 50,8 кГ/кВт ˙ч - щебень. Гранулометрический состав также не одинаков и может колебаться и поступает на закладочные комплексы в следующих пределах: ангидрит (-60 +0) верхнего класса 15-20% ; щебень (-50 +30) верхнего класса 85-90% ; граншлак (-5 +0) верхнего класса 2-25% .

В силу того, что измельчение и перемешивание неоднородно по физико-механическим свойствам и гранулометрии материала идет совместно, как заполнителя, так и вяжущего с активизаторами в водной среде, выявляются нюансы, присущие только мельничному приготовлению таких смесей. В процессе производства твердеющей смеси при наличии нескольких компонентов, представляющих собой материалы с различными физико-механическими свойствами, в том числе и способностями к тонкому диспергированию в водной среде, при их измельчении фракционный состав каждого компонента в измельченном продукте будет различным из-за различия их скорости измельчения.

Легко измельчаемые продукты: ангидрит и щебень, хотя и представлены более крупным классом, на входе в мельницу в шихте, после измельчения в активности классе (-0,08 мм), занимают доминирующее положение, в свою очередь шлак представлен более грубой фракцией и его массированный выход наблюдается в классе (+0,1-1,0). Такое распределение компонентов по тонкости измельчения ведет к тому, что количество активированного гранулированного шлака, а именно класса (-0,08 мм), занижено, следовательно резко падает роль шлака как вяжущего в условиях цементно-сульфатной активации, а это ведет к дефициту вяжущего и снижению прочности закладки. Снижение прочности закладки наблюдается и за счет переизмельчения щебня, который в общем фоне состава играет роль заполнителя, а после мельницы он выходит в большом количестве в классе (-0,08 мм), такая же ситуация наблюдается и на закладочном комплексе шахты "Коксовая" Кузбасса, когда производство литой твердеющей закладки осуществляют в шаровой мельнице МС-4 х13,5, а сама закладка бесцементная, твердеющая за счет генерируемого вяжущего, а именно активного класса (-0,08 мм) из трех и более компонентов смеси. Компоненты имеют различную измельчаемость и гранулометрический состав. Это белитовый шлак, горелые породы, фторгипсовый шлам, гранулированные шлаки ЗСМК, из которых готовится смесь путем совместного измельчения и перемешивания в водной среде.

Способ приготовления многокомпонентной литой твердеющей смеси в шаровых мельницах согласно изобретению сводится к подбору весового соотношения и гранулометрического состава компонентов смеси, на входе в мельницу на основе их измельчаемости с целью оптимального выхода активного класса покомпонентно в готовую смесь и % -ного содержания сложного вяжущего в готовой смеси.

П р и м е р. Оптимальное соотношение вяжущего и заполнителя определяют экспериментальным путем на образцах кубов 10 x 10 x10 см, которые выдерживаются во влажной среде при 22-26^оС и испытываются в возрасте 7, 14, 28 сут на прочность, показания на образцах сравниваются с показаниями прочности кернов, взятых под землей.

Способ опробовался в условиях рудников "Таймырский", "Маяк", НГМК и ш. "Кок- совая" НПО "Прокопьевскгидроуголь" на шаровых мельницах, работающих на закладочных комплексах в открытоцикловом режиме.

Выполнен и анализ гранулометрического состава ангидритошлакоцементных со щебнем и белитфторгипсовых с горелыми породами и шлаками ЗСМК, закладочных смесей на входе в мельницу для различных весовых соотношений компонентов в смеси и их гранулометрического состава.

Исследования распределения компонентов закладочной смеси по классам крупности на выходе из мельницы проводились после ситового разделения смеси по классам +1; (-1 10,1); (-0,1 +0,063), (-0,063).

Класс +1 анализировался под микроскопом "Палам-312". Анализ остальных классов проводился на анализаторе изображения "Квантимент-720". Изображение вводилось в анализатор с помощью сканера, сопряженного со световым микроскопом. Полученный сигнал характеризовался некоторым уровнем "серого", который менялся в диапазоне от черного до белого и определялся оптической яркостью изображения. Весь диапазон изменения уровня "серого" разбивался на 64 градации. Фазовый анализ закладочной смеси основан на том, что составляющие (ангидрит, никелевый шлак, щебень, НГМК, белитовый шлам, горелые породы, шлак ЭСМК) ш. "Коксовая" отличаются друг от друга оптической яркостью, а их изображения находятся в разных уровнях "серого", хотя частично и перекрещивающихся, что приводит к некоторой систематической ошибке, не cказывающейся на точности относительных измерений. Анализ проводился по 10-ти полям зрения для каждого класса.

Изучался процесс новообразований кристаллизационных центров в процессе твердения по контрольным срокам в зависимости от гранулометрического состояния, % -ного содержания компонентов и измельчаемости на входе в мельницу.

Результаты анализа представлены в табл. 1.1 и 1.2, 2.1 и 2.2.

Из таблиц видно, что изменение в составе закладочной смеси и в частности активном классе идут за счет перераспределения между компонентами, имеющими различную измельчаемость, гранулометрию и % -ное содержание в общей массе.

Регулируя на входе в мельницу гранулометрию и весовое количество компонентов смеси шихты в зависимости от их измельчаемости, можно добиться оптимума по содержанию активного класса (-0,08 мм) со сложного вяжущего и рационального соотношения его составных компонентов в этом классе, что ведет к росту прочности закладки и снижению доли дорогостоящих компонентов в составе, что подтвердили результаты рентгеноструктурного анализа получаемых образцов гидратированных составов АЩЦ и АШЦЩ. В процессе исследований было выявлено, что в зависимости от процентного соотношения на входе в мельницу ангидрит: шлак в составах АЩЦ и ангидрит: шлак: щебень в составах АШЦЩ происходит перераспределение главенствующих фаз структурных образований гидратированных смесей. Перераспределение главенствующих фаз зависит от долей выхода в активный класс (-0,08) составных компонентов готовой смеси. Т. е. речь идет о соотношении компонентов закладки, подаваемых на вход в мельницу в зависимости от их гранулометрии, процентного соотношения и измельчаемости, с целью получения оптимума в готовой смеси, на ее выходе.

В результате исследований были получены рациональные соотношения компонентов закладки для существующего гранулометрического состояния и измельчаемости на исследуемых закладочных комплексах НГМК и ш. "Коксовая" Кузбасса.

Для закладочных комплексов НГМК оптимальное соотношение компонентов ангидрит: шлак в присутствии 5% цемента в сложном вяжущем в составах ангидритошлакоцементных и ангидридритошлакоцементных со щебнем при их производстве в шаровой мельнице получено: для составов АШЦ с отношением ангидрит: шлак = 0,67-0,71; для составов АШЦЩ 0,5-0,8 и добавкой щебня 400-500 кГ/м³.

При приготовлении закладки в условиях закладочного комплекса ш. "Коксовая" рациональное соотношение в белитофторгипсовом составе с горелыми породами и шлаком ЗСМК на входе в мельницу определено: соотношение сложного вяжущего фтористый гипс белитовый шлам 0,15-0,25, с добавкой горелых пород в количестве 400-450 кГ/м³ и шлака ЗСМК 400-450 кГ на 1 м³ закладки.

Способ опробован на закладочных комплексах рудников Норильского ГМК и ш. "Коксовая" НПО "Прокопьевскгидроуголь".

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЛИТОЙ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ В ШАРОВОЙ МЕЛЬНИЦЕ, включающий подачу составляющих смесь отдозированных компонентов в мельницу, совместное их измельчение и перемешивание в ней, измерение тонины помола на выходе из мельницы, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности приготовляемой смеси, уменьшения сроков ее схватывания и снижения затрат на производство, устанавливают оптимальное соотношение измельченных компонентов вяжущего, активизатора и заполнителя в активном классе (-0,08 мм) готовой смеси на выходе из мельницы, а управление процессом измельчения с перемешиванием осуществляют путем регулирования гранулометрического состава и массового содержания каждого из компонентов смеси на входе в мельницу в зависимости от его измельчаемости и требуемого содержания в активном классе (-0,08 мм) готовой смеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптимальное отношение компонентов ангидрита к шлаку в присутствии 5% цемента в сложном вяжущем в составах ангидритошлакоцементных и ангидритошлакоцементных со щебнем для мельниц закладочных комплексов НГМК принимают 0,6 - 0,8 при измельчаемости ангидрита 129 кг(кВт. ч) и модуле крупности 4, шлака 23,0 кг/(кВт. ч) и модуле крупности 1,2 потребность заполнителя 50 - 70% с модулем крупности 3,5 и измельчаемости 50,8 кг/(кВт. ч) в зависимости от требуемой прочности смеси.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что оптимальное отношение вяжущего к активизатору в белитофторгипсовом вяжущем с горелыми породами и шлаком ЗСМК при существующей гранулометрии и измельчаемости поступающих компонентов на вход в мельницу принимается равным 0,1 - 0,25, а массовое соотношение сложного вяжущего и заполнителя 0,2 - 0,5 в зависимости от требуемой прочности смеси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9