Способ ресурсосберегающей технологии закладки выработанного пространства

 

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых и шахтном строительстве. Новым является то, что закладочную смесь образуют в виде высокоплотной шламопородной композиции плотностью в пределах 2000-2300 кг/м³, причем в смеси направляют текущие хвосты после накопления в процессе гравитационного осаждения и сгущения до концентрации 0,65-0,75 по весу, а породу - после отсева и дробления в виде фракции 0,5-30 мм при этом в хвостах, представленных неглинистыми минералами, содержащие класса 0,02-0,03 мм поддерживают в пределах до 30-40%, а в горных породах - класса 0,5-7 мм - не менее 40-50%. При этом, шламопородную смесь приготавливают при содержании текущих хвостов и породы в пределах соотношений частей 70:70-60:40. Кроме того, в твердеющей шламопородной смеси поддерживают содержание воды в пределах менее 14-18% по весу, а в бесцементной шламопородной смеси - менее 18-20. При этом, в пристенный слой трубопроводов шламопородных закладочных смесей с гидрофильными породами вводят пластификаторы с содержанием 0,8-1,6 кг/м³ смеси, например, в виде сульфолигниновых кислот (лигносульфонатов). Кроме того, возведение массива осуществляют забрасыванием порций закладочной смеси сжатым воздухом. При этом, тонкие классы, отделяемые в процессе гравитационного осаждения и сгущения с дренажной водой, накапливают в направляют в бесцементные закладочные смеси. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к горному делу и подземному строительству и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых и шахтном строительстве.

Известен способ ресурсосберегающей технологии, включающий приготовление закладочной смеси из хвостов обогащения и мелкокусковой отвальной породы, доставку ее по трубопровода в подземные выработки и возведение массива с раздельной подачей вяжущего. Способ основан на использовании текущих хвостов производства и характеризуется экономичными технологическими параметрами (высокой надежностью, малыми скоростями насосной перекачки смеси и износом оборудования), не требует дорогостоящих перемычек и дренажных устройств.

Недостатками способа являются: сложная схема подготовки текущих хвостов для закладки с использованием установки сгущения и ленточного фильтра; реализуются средства доставки только в насосном варианте: неопределенность в отношении содержания тонких и мелкозернистых фракций для создания высокоплотной смеси, а также оставление тонких классов, отделяемых в процессе сгущения, в дренажной системе общих устройств ОФ для осветления воды и шламохранилищ.

Известен также способ ресурсосберегающей технологии закладки, включающий приготовление закладочной смеси из шлака, хвостов и песка, доставку ее по трубопроводу в шахте, возведение закладочного массива с раздельной подачей вяжущего и использованием сжатого воздуха [2] Недостатками этого способа являются: потребность в обезвоживании хвостов, использование сжатого воздуха для перемещения смеси по трубам (что вызывает повышенный расход электроэнергии и износ), неопределенность в отношении содержания тонких классов хвостов и мелкозернистых классов других компонентов для создания высокоплотной смеси без сегрегации вяжущего.

В качестве прототипа выбран способ закладки выработанного пространства, включающий приготовление закладочной смеси из тонких и мелкокусковых фракций пород, доставку ее по трубопроводу в шахту, возведение закладочного массива с раздельной подачей вяжущего и использованием сжатого воздуха для транспорта [3] Недостатками этого способа являются: сложная технология, требующая регенерации несущей жидкости, реализация способа только в напорно-гравитационном варианте системы доставки, неопределенность в отношении гранулометрического состава тонкодисперсного наполнителя и крупнофракционного заполнителя, неблагоприятные сочетания которых могут воспрепятствовать осуществлению способа, как в отношении технологических параметров закладочной смеси, так и ее качества при добавках цемента. Использование эжекторной подачи несущей жидкости возможно на ограниченных по длине трубопроводах (порядка 100 150 м), что делает способ мало привлекательным для существующей закладочной практики.

Цель предложения заключается в создании ресурсосберегающей технологии закладки на основе использования в качестве сырьевых источников отходов горно-металлургического производства (текущих хвостов и отвальных пород), приготовлении стабильной высокоплотной закладочной смеси, способной к перекачке по трубопроводам при минимальных расходах воды и с малыми скоростями.

Поставленная цель достигается тем, что в известно способе ресурсосберегающей технологии закладки выработанного пространства, включающем приготовление закладочной твердеющей или бесцементной смеси из хвостов обогащения и мелкокусковых фракций отвальных горных пород, доставку ее по трубопроводам в подземные выработки и возведение массива с раздельной подачей вяжущего, закладочную смесь образуют в виде высокоплотной шламопородной композиции плотностью в пределах 2000-2300 кг/м³, причем в смеси направляют текущие хвосты после накопления в процессе гравитационного осаждения и сгущения до концентрации 0,65-0,75 по весу, а породу после отсева и дробления в виде фракции 0,5-25 (30) мм, при этом в хвостах, представленных в основном неглинистыми минералами, содержание класса < 0,02-0,03 мм поддерживают в пределах до 30-40% а в горных породах класса 0,5-5 (7) мм не менее 40-50% При этом, шламопородную закладочную смесь приготавливают при содержании текущих хвостов и породы в пределах соотношений частей 30:70-60:40.

Кроме того, в твердеющей шламопородной смеси поддерживают содержание воды в пределах менее 14-18% по весу, а бесцементной шламопородной смеси менее 18-20% При этом, в пристенный слой трубопроводов шламопородных закладочных смесей с гидрофильными породами вводят пластификаторы с содержанием 0,8-1,6 кг/м³ смеси, например, в виде сульфолигниновых кислот (лигносульфонатов).

Кроме того, возведение массива осуществляют забрасыванием порций закладочной смеси сжатым воздухом.

При этом, тонкие классы, отделяемые в процессе гравитационного осаждения и сгущения с дренажной водой, накапливают и направляют в бесцементные закладочные смеси.

Пример осуществления способа.

Рассмотрим технологию закладки для условий Гайского медного рудника. Отработку залежи ведут камерно-столбовой системой очистной выемки. Текущие хвосты содержат малоглинистые минералы, измельченные до крупности < 0,074 м-до 85% при наличии класса 0,02 мм около 35-40% они поступают к закладочному комплексу на поверхности шахты при концентрации 0,35-0,4 по весу (удельный вес хвостов 2950 кг/м³). Для накопления и сгущения текущих хвостов используют накопитель-питатель. Гидроцветмета типоразмера НП-80 с объемом емкости 80 м³. Накопитель принимает хвосты с осаждением их и дренажем воды. Примерный выход класса < 0,02 мм в дренаж до 1,5-2% Эта часть хвостов не отводится как обычно при сгущении в водохранилище, а накапливается во второй емкости накопителя. Разгрузку основной камеры осуществляют с концентрацией 0,65-0,75 путем верхней выдачи материала струей дренажной воды в закладочный трубопровод (в случае гидрозакладки) или в смеситель (в случае твердеющей закладки).

По технологии доставку закладочной смеси осуществляют трубопроводным транспортом в насосно-гравитационном варианте. Для перекачки высоконцентрированной смеси требуют уклоны порядка 0,4-0,7 м/м в зависимости от диаметра труб и концентрации. В случае минимальных расходов воды (для устранения дренажа в очистных камерах и других причин) по реологическим параметрам стабильной смеси требуется при указанной концентрации поддерживать определенное содержание класса < 0,02- 0,03 не менее 20-25% (с. Смолдырев А. Е. Сафонов Ю. К. "Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей, 1989, с. 38-87).

При использовании объемных насосов, например, типа БН-60 обеспечивается перекачка пастообразной смеси с концентрацией до 0,86. Поэтому при надобности накопитель-питатель с помощью системы может выдать в шахту только одни хвосты. Твердеющая смесь при повышенных содержаниях класса < 0,02 нецелесообразна из-за сегрегации цемента. Подготовку второго компонента породы ведут с ее отсевом в виде мелочи и дроблением для получения фракции в основном 0,5-25 (30) мм. Если в бетонах используют мелкий класс (пески) в смеси, то в нашем случае его роль в определенной степени выполняют хвосты и песчаная фракция, а роль крупного заполнителя класса 2 (3)-25 (30) мм. Чтобы получать максимально высокоплотную смесь из хвостов и отвальной породы по кривой Фуллера содержание класса 0,5-5 (7) мм в кусковой породе не должно быть менее 40-50% Максимальную крупность выбирают по соотношению D/d ≥3-5, (где D - диаметр труб, а d размер крупного куска) и пропускной способности клапанов насоса. Ходовые внутренние диаметры труб для закладки 125-150 мм.

Условия технологии удовлетворяет, таким образом, шихтование компонентов при содержании текущих хвостов и породы в пределах соотношений частей 30: 70-60:40.

В бетонах, содержащих тонкодисперсную часть (цемент) в пределах 15-25% от массы твердого, роль несущей среды выполняет цементная суспензия, а в закладочной смеси суспензия из текущих хвостов. В твердеющие смеси вводят вяжущие добавки в гораздо меньших количествах, обычно 3-5 до 10-12% от твердой массы. Кроме того, при значительной протяженности трубопроводов (до 2-3 км) и повышенных объемах оборудования промывка системы становится проблемой, а спуск промывочной воды бедствием для шахты.

Поэтому количество воды в смесях ограничивается потребностями затворения цемента и созданием приемлемых условий прокачки с возможно меньшими уклонами (потерями давления) для рассматриваемой технологии того же порядка, что и для бетонных смесей. В бетонах обычно поддерживают как оптимум содержание воды в пределах 12-14% а в особых случаях до 16-18% от твердой массы. В протяженных трубопроводах во избежании использования многих станций перекачки целесообразно вводить в смесь пластификаторы. В отличие от известной практики и в целях экономии реагентов предлагаем создавать в трубах маловязкий пристенный слой. На основе опыта применения пластифицирующих добавок в закладочных смесях Норильского ГМКа (см. например, "Цветная металлургия", 1993, N 6-7, с. 40) из возможных композиций для указанной цели наиболее доступны лигносульфонаты, т.е. различные сульфолигниновые кислоты. Для создания пристенного маловязкого слоя используют в существующей практике цементные растворы. Их недостаток требование промывки. Предлагаемые пластификаторы по объему не превышают расхода для этих целей цемента (обычно 1,2 1,4 кг/м³). Они не схватываются.

По данному способу скорости перекачки не превышают 0,4-0,7 м/с при вязкопластичных режимах работы. Поэтому укладка смесей в камерах целесообразная забрасыванием выходящей из трубы массы. Наиболее простой способ подача сжатого воздуха в пределах концевого патрубка трубы. Опыт показывает, что ввод воздушной струи разбивает движущуюся массу в виде пастообразного стержня на порции длиной до 0,1 м при пульсирующей подаче воздуха на порции практически любой длины. Предпочтительнее для забрасывания на расстоянии 5-7 м иметь порции 0,15-0,3 м.

Преимуществами данного способа являются: использование только отходов производства, достижение резкого снижения потерь руды в недрах, малый износ оборудования, экономия леса на перемычках и цемента, снижение трудоемкости обслуживания и другие.

Формула изобретения

1 1. Способ ресурсосберегающей технологии закладки выработанного пространства, включающий приготовление закладочной смеси из хвостов обогащения и заполнителя, доставку ее по трубопроводам в подземные выработки и возведение массива, отличающийся тем, что закладочную смесь приготавливают твердеющей или гидравлической плотностью 2000 - 2300 кг/м³, используя в качестве заполнителя дробленую породу 0,5-30 мм и текущие хвосты неглинистых минералов после гравитационного осаждения и сгущения до концентрации 0,65- 0,75 мас. ч. при этом в хвостах содержание класса 0,02 0,03 мм поддерживают в пределах до 30 40% а в горных породах класса 0,5 7 мм не менее 40 50%2 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закладочную смесь приготавливают с содержанием текущих хвостов и породы в пределах соотношений 30 70 60 40.2 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в твердеющей закладочной смеси поддерживают содержание воды в пределах менее 14 18 мас. а в гидравлической закладочной смеси менее 18 20%2 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в пристенный слой закладочной смеси с гидрофильными породами при доставке ее по трубопроводам вводят пластификаторы, например лигносульфонаты, с содержанием их в смеси 0,8 1,6 кг/м³.2 5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что возведение массива осуществляют забрасыванием порций закладочной смеси сжатым воздухом. 2 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкие классы, отделяемые в процессе гравитационного осаждения и сгущения с дренажной водой накапливают и направляют в гидравлические закладочные смеси.