автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Активация процессов приготовления и структурообразования твердеющей закладки для управления ее характеристиками

* »

о с "П. С-::

" и 'МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГРАФ Александра Юрьевна

АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И СТРУКТУРО-ОБРАЗОВАШЯ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКА!®

05.15.II- Физические процессы горного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алматы, 1935

Диссертационная работа выполнена в Казахском национальном техническом университете (КазНТУ)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Л.А.Крупник

Ведущая организация - НАК^Казакстан туст! металдары

11

Официальные оппоненты: доктор технических наук Прокупев Г.А. кандидат технических наук, доцент Баязитэв Н,Х.

Защита состоится "16" февраля 1996 г., в 1430 час. на заседании специализированного Совета Д.14.13.04 в Казахском национальном техническом университете по адресу: 480013, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22, НК ауд.301

С диссертацией мэкно ознакомиться в библиотеке КазНТУ Автореферат разослан "„¿Г" января 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд.техн.наук, доцент

ОНЦЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАКЛИ

Актуальность темы. Одним из путей успешного зешения задач рационального использования природных богатств и штенсификацип подземной разработки месторождений является расширение применения систем разработки с закладкой выработанного про-¡транства, особенно при выемке ценных руд, когда затраты на про-1зводетво закладочных работ компенсируются улучшением показателей увлечения - повышением количества и качества добытого полезного юкопаемого. Однако, при ведении закладочных работ возрастает се-Зестоимость добычи руды, расходуется значительное количество дефицитных материалов. Анализ практики закладочных работ и результатов исследований показывают, что расход цемента намного превыша-;т уровень, необходимый для обеспечения заданной прочности. Это ззязано с потерей активности цемента при транспортировке и хране-пга на складах. В связи с этим актуальным является проведение ис-зледозаний, направленных на повышение эффективности процессов приготовления закладочных смесей и формирования искусственных нассл-зов с заданными физико-механическими свойствами.

Тематика исследований соответствует направлениям и задачам 1аучно-технической программы Национального центра Республики Казахстан по комплексному использованию минерального сырья - "Создание научных основ технологических систем, агрегатов для разра-Зотки месторождений полезных ископаемых, адаптивных к внешней зреде".

Цель работы - повышение использования активности демента на основе интенсификации физико-химических процессов.связанных с приготовлением, структурообразованием и твердением зак-гадки, позволяющих снизить расход цемента и управлять ее характеристиками.

Основная идея работы заключается в необходимости зоответствия параметров физико-механического воздействия на исход-ше компоненты закладочной смеси их характеристикам.

Методы исследований. Использовался кэмплекс-шй метод исследований, включающий научный анализ теории и практики приготовления твердеющей закладки, экспериментов в лаборатор-шх и производственных условиях с применением физического и эко-юмико-математического моделирования исследуемых процессов и яв-гений с привлечением ЭШ, натурные измерения, обобщение результатов экспериментов.

Защищаемые научные положения:

- при одних и тех хе начальном водоцементном отношении, условиях и времени твердения, строение порового пространства цементного камня определяется тонкостью помола и гранулометрическим составом цемента. Особую роль в обеспечении требуемой структуры и необходимых свойств закладки играет управление процессом структуроэб-разования в его начальном периоде до пяти суток после образования смеси;

- диапазон изменений свойств закладки, вызванных механическо активацией, зависит, как от структуры и характеристик исходных ко: понентов, так и от величины, вида и времени воздействия на них ме ханических сил, а в случае периодически действующих сил - такке о их амплитуды и частоты;

- воздействие на компоненты закладочной смеси методами физической активации повышает полноту использования активности вяЕуще-го и глубину его гидратации, позволяет управлять характеристиками закладки, способствует образованию однородной микроструктуры с ра номерным распределением зерен в цементирующей массе.

Научная новизна работы состоит:

- в установлении закономерностей изменения удельной поверхно ти доизмельченного цемента в вибрационных и шаровых мельницах от времени обработки, шаровой загрузки, частоты вращения мельницы и влияния его дисперсности на процесс структурообразования закладки в раннем периоде;

- в установлении закономерностей измельчения исходных компонентов и получении заполнителя с рациональной гранулометрией в за зисимости от режимов работы шаровой мельницы;

- в выявлении закономерностей, определяющих режимы смесеобра зования при совместном помоле компонентов в ааровок мельниие, обе печивающих гомогенность закладочной смеси, необходимые вязкость и предельное напряжение сдвига;

- в разработке методики нвразруаащего контроля прочности за ладочного массива из смесей приготовленных совместным помолов ком понентов в шаровой мельнице.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается:

- соблюдением преемственности в отношении научных положений, выводов и рекомендаций, полученных учеными-предшественниками и ап робированных в процессе многолетнего применения в с^ере науки и практики;

- экспериментальными комплексными исследованиями, выполненными с широким диапазоном материалов (цементов различного состава, боровых песков, отсевов дробильнэ-сортировочных фабрик, породы из проходческих работ), характеризующихся различными физическими и химическими свойствами, вариантами технологии приготовления, достаточным объемом опытов, измерений и наблюдений прочностных и реологических характеристик закладки;

- анализом большого объема информации (статистики, экспериментальных данных) с использованием математических методов ее обработки на ЭВМ;

- удовлетворительной сходимостью (75-85о) результатов теоретических исследований и аналитических расчетов с данными лабораторных опытов и натурными измерениями.

Практическое значение работы. Выполненные исследования позволили осуществить интенсификацию технологических процессов закладочных работ путем активного воздействия на физико-химические процессы, связанные с технологией приготовления, условиями структурэобразования и твердения закладки.

Предложены следующие прогрессивные решения:

- обоснован и предложен метод восстановления паспортной активности цемента и его активации домолом в вибрационных и шаровых мельницах;

- разработана технология подготовки инертного заполнителя рационального состава с прерызистой гранулометрией;

- обоснована и предложена технология приготовления гомогенных твердеющих закладочных смесей совместным помолом компонентов в шаровой мельнице и рекомендованы рациональные параметры воздействия на компоненты смеси;

- разработана технологическая инструкция приготовления закладочных смесей по предложенной технологии и определения прочности закладочного массива неразрушавдим методом.

Реализация работы. Полученные результаты исследований нашли применение в проектировании и реконструкции закладочного комплекса Орловского рудника АО "Жезкентский горнообогатительный комбинат".

Отдельные положения диссертационной работы вошли в справочник "Практика ведения закладочных работ на рудниках", используемый в качестве учебного пособия при подготовке инженеров горного профиля.

Использование результатов работы на Орловском руднике позво-

ляет обеспечить нормативную прочность закладки, повысить безопасность ведения горных работ и получить экономический эффект 23,8 млн.тенге в год. Они также могут быть использованы при разработке других месторождений, применяющих системы разработки с закладкой выработанного пространства.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные разделы доложены на Межреспубликанской научно-практической конференции "Научное наследие академика О.А.Байконурова -л проблемы развития горнодобывающей промышленности" (г.Еезказган, 1992), научно-теоретической конференции "Наука и техническое образование на современном этапе развития Республики Казахстан" (Ал-матк, 1994), научно-практической конференции "Состояние разработки 7л проблемы внедрения прогрессивных технологий добычи и переработки рудного сырья" (Алматы, 1995), на научно-технических советах АО "Еезкентский горнообогатительный комбинат" и научных семинарах КазНТУ (1993-1995).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано S печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 5 приложений и содержит 195 стр., включая 44 рисунка, 41 таблицу и список использованной литературы из 82 наименований.

Экспериментальная часть исследований выполнена в Казахском национальном техническом университете и на Орловском руднике АО "Незкентский горнообогатительный комбинат".

Основное содержание работы

Вопросы повышения эффективности технологии закладочных работ, выбора материалов и составов закладочных смесей, активации процессов структурообразования, технологии и механизации приготовления твердеющей закладки, контроля состояния искусственных закладочных массивов освещены в работах многих ученых: М.И.Агошкова, У.А.Алдамбергенова, О.А.Байконурова, Д.М.Бронникова, М.И.Бескова, В.П.Волощенко, ГГ.И.Городецкого, В.В.Добровольского, И.Е.Ерофеева, Н.Ф.Замесэва, П.Э.Зуркова, В.Р.Именитова, Д.А.Крупника, В.В.Куликова, А.Юандровского, Е.Е.Мирошника, К.В.Мясникова, Г.А.Прокушева, К.Ю.Реппа, К.Н.Светланова, Г.В.Соколова, С.А.Студ-зинского, М.Н.Цыгалова и др. Трудами этих ученых внесен значительный вклад в установление закономерностей формирования искус-

ственных массивов из твердеющих закладочных смесей, технологию приготовления и активацию процессов, сопутствующих образованию искусственного массива, подбор рациональных составов и т.д. Однако, несмотря на большой объем выполненных исследований, анализ работы горнодобывающих предприятий и литературных источников показал,что в настоящее время разработке эффективных способов ведения закладочных работ с широким использованием отходов производства, имеющим ряд специфических характеристик, уделено значительно меньше внимания. В особенности это относится к использованию способов активации технологических процессов, способствующих наилучшим образом использованию физико-химических характеристик исходных материалов и позволяющим активно влиять на процессы, протекающие при приготовлении закладочных смесей и образовании искусственного закладочного массива. Это даст возможность управлять характеристиками закладочных смесей и возведенных массивов, адаптировав их к условиям разработки месторождений.

Для указанных целей необходимо решение следующих взаимосвязанных задач:

- исследование процесса восстановления паспортной активности вяжущего и установление рациональных параметров его доизмельчения;

- теоретическое обоснование и практическая реализация получения гомогенной закладочной смеси с учетом возможности управления ее свойствами;

- исследование физики процесса смесеобразования мелкодисперсных материалов и изучение влияния технологических параметров перемешивания на процессы структурообразования, характеристики закладочной смеси и искусственного массива;

- изучение влияния соотношения компонентов закладочной смеси на ее прочностные и реологические характеристики и подбор рациональных составов твердеющей закладки, обеспечивающей нормативные требования к ним;

- разработка технологии приготовления гомогенных закладочных смесей, совмещающей в одном цикле процессы смесеобразования и активации.

Основным в процессе формирования структуры твердеющей закладочной смеси и закладки является процесс гидратации. Скорость гидратации после затворения вяжущего водой непрерывно уменьшается. Это приводит к тому, что остается заметное количество непрореаги-ровавзих зерен цемента. Как следствие, в технологии закладочных

работ необходимо применять способы раскрывающие зерна цемента,что позволит увеличить использование его активности. Так как гидратация начинается с поверхности цементных частиц, то суммарная площадь их поверхности будет определять количество материала, способного прогидратировать. Таким образом скорость и глубина гидратации зависят от тонкости помола.

Цементный порошок в основном состоит из зерен размером от 5-10 до 30-40 мкм. Различные фракции цементного порошка по разному влияют на прочность и скорость при его твердении. Наиболее продуктивны частицы крупностью до 20 мкм.

Анализ гранулометрического состава цемента различных заводов-изготовителей показал, что более половины зерен иметют размеры, превышающие оптимальные значения, при которых зерно гидратирует полностью. Механические свойства цементного камня и затвердевшей закладки зависят не столько от химического состава гидратирован-ного цемента, сколько от физической структуры продуктов гидратации. Максимальный объем цементного камня можно получить только при наиболее полной степени гидратации зерен цемента.

Ванное значение для цементного камня имеют поры. Капилярная пористость цементного камня в условиях продолжающейся гидратации цемента уменьшается с увеличением возраста цементного камня, так как объем цементного геля с порами больше объема негидратированного цемента, а поэтому продукты гидратации цемента заполняют и часть пространства, занятого водой затворения.

Наиболее рациональным путем повышения использования активности цемента следует считать механическое разрушение крупных зерен и гидратных оболочек новообразований. Это целесообразно осуществлять в вибрационных и шаровых мельницах. Измельчение цемента в вибрационной мельнице приводит к получению более равномерного зернового состава и резкому сникению содержания крупных зерен. Это подтверждается увеличением удельной поверхности цемента, свидетельствующей о повышении дисперсности структуры зерен. Наиболее существенное влияние на процесс доизмельчения оказывает время нахождения цемента в вибромельнице. Он наиболее эффективен в интервале от 10 до 15 мин., позволяет получить прирост удельной поверхности до 15$ по сравнению с заводским цементом и описывается уравнением регрессии

5 . см2/г, (I)

где "Ь - время доизмельчения, мин; а,в,с - эмпирические коэффициенты зависящие от режима работы вибромельницы.

Основными факторами, влияющими на степень доизмельчения цемента в каровой мельнице являются время измельчения, масса шаровой загрузки и частота вращения барабана мельницы. Наибольший удельный вес имеют первые 2 фактора. Изменение удельной поверхности доизмельчаемого цемента описываются следующими уравнениями:

5=оС-е*±г см2/г, 10«г£ =£25, (2)

3 +ктг см2/^ 45^/77^70, (3)

где Ь - время доизмельчения, мин; гп- масса шаровой загрузки,кг; е- число Непера; & - эмпирические коэффициенты, зави-

сящие от режима работы мельницы.

Эффективное доизмельчение цемента происходит только при правильно выбранной шаровой загрузки. Наиболее рациональной является шаровая загрузка, составляющая 500-570$ от массы измельчаемого цемента. При этом возможно достичь роста удельной поверхности по сравнению с заводским цементом на 20-28$.

Определенный практический интерес представляет возможность получения смешанного цементно-песчаного вяжущего с требуемой активностью. Это возможно осуществить при совместном помоле цемента с песком. Смешанное вяжущее позволяет подобрать оптимальную активность, в наибольшей степени соответствующую нормативной прочности искусственного массива и позволяющую снизить расход цемента и стоимость закладочной смеси. Так, смесь, состоящая из 70$ цемента и 30$ борового песка, измельченная в вибромельнице з течение 15мин. имеет удельную поверхность выше заводского цемента на 10-12$, а марка смешанного цементно-песчаного вяжущего соответствует марке цемента 300.

Основные характеристики закладки формируются в начальный период, после приготовления смеси. Исследование и оценка процессов схватывания цемента, определение динамических упругих констант затвердевшей закладки, ее механической прочности эффективно с помощью ультразвукового импульсного метода (УЗК). Изменение скорости прохождения УЗК связано с формированием кристаллической структуры закладки. На рис. I представлены зависимости характеризующие изменения скорости УЗК и динамического модуля упругости ), в первые 7 суток после смесеобразования.

Непрерывно наблюдая за твердением закладки с помощью ультра-

Рис.1. Изменение скорости УЗК (У) и динамического модуля упругости на

' ' ранней стадии структурообразования.

Состав смеси: цемент - 220 кг/м3.соотношение 11:0=50:50, вода - 400 л/м3; нечетные составы на основе Усть-Каменогорского завода, четные - Семипалатинского; 1,2- смеси приготовленные в барабанном смесителе; 3,4- в шаровой мельнице.

звука можно отметить несколько стадий процесса, которые следуют одна за другой. По истечении 2 суток после приготовления закладочной смеси идет интенсивный набор механической прочности формирующейся структуры. Это продолжается до 5 суток с момента ее приготовления. Скорость распространения ультразвуковых импульоов в этот период возрастает на 20-35$. Следующая фаза твердения характеризуется значительным замедлением темпа увеличения скорости распространения УЗК, которая за 3 суток (с 5 по 7) изменяется лишь на 5-6,5%. В дальнейшем темп увеличения скорости распространения УЗК еще более снижается, составляя в интервале 7-28 суток 3,5-4$, а в интервале 28-90 суток 2,5-3%.

Полученные данные говорят о том, что в згот период, в основном, структура твердеющей закладки уже сформировалась, хотя процесс твердения еще продолжается благодаря изменениям минералогического состава. Происходящие изменения важны для окончательной механической прочности закладки, однако эта фаза уже практически не влияет на темп увеличения скорости ультразвука. Описанные выше фазы формирования структуры зависят от типа цемента, его расхода и способа приготовления закладочной смеси.

Заполнитель в смеси занимает 75-85$ по массе. Он существенно дешевле зякущего и, следовательно, экономически выгодно, чтобы в закладочной смеси было как можно больше заполнителя и как можно меньше вяжущего. Однако, экономические соображения не являются единственными при использовании заполнителя. При прочих равных условиях подвижность и удобоукладываемость смеси зависят от толщины пленки цементного теста,обволакивающей зерна заполнителя. Объем цементного теста, необходимого для заполнения пустот, раздвижки зерен заполнителя и смазки их поверхности зависит от пустотности заполнителя и его удельной поверхности. Таким образом, существенным моментом получения рационального состава смеси .является подготовка заполнителя с прерывистой гранулометрией, т.е. заполнителя с рациональным соотношением размеров составляющих его фракций.Причем целесообразно, чтобы размер минимальной и максимальной фракций не имели слишком большой разницы. Следовательно, заполнитель должен проходить специальную подготовку для нормализации его гранулометрического состава. Это целесообразно проводить помолом заполнителя в шаровой мельнице.

Для управления процессом измельчения материала в мельнице и подбора условий оптимальной ее работы необходимо знать, как проте-

кает данный процесс во времени, т.е. знать его кинетику. Исследованиям подвергались следующие материалы: боровой песок, отсевы Неверовской и Бековской ДСФ, порода из проходческих работ как самостоятельно, так и в смеси друг с другом. За оценку измельчаемости принимался выход класса 0,074 мм после измельчения исходного продукта. По результатам исследований проведена статистическая обработка данных экспериментов, позволившая установить закономерности измельчения компонентов в зависимости от времени:

песок и отсевы ДСФ

рот=Ае . %. 15^25. (4)

смесь песка и отсевов ДСФ

К^Я,. (5)

где Ь - время измельчения, мин; 6 - число Непера, А,Б,В,Г- эмпирические коэффициенты, зависящие от режима измельчения.

Анализ полученных закономерностей показывает, что выход массы заполнителя определенного класса от времени измельчения в шаровой мельнице, имеет закономерное уменьшение крупного класса в измельчаемом материале и общую для различного заполнителя- форму гиперболической кривой. Это указывает на существование устойчивой связи между количеством измельченного материала и временем измельчения. Вид кривых зависит от свойств измельчаемого материала, а также условий измельчения - массы шаровой загрузки и частоты вращения мельницы. Эти закономерности описываются следующими уравнениями регрессии:

¿0<т*Декп. 35^60, (6)

где >Ъ - частота вращения мельницы, об/мин; П1 - масса шаровой загрузки, кг; 5 - число Непера; Д,К,Н,П - эмпирические коэффициенты, зависящие от характеристик измельчаемых материалов и режима измельчения.

Анализ данных экспериментов позволил установить, что наиболее рационально осуществлять измельчение в пределах 15-20 мин. При этом масса шаровой загрузки должна находиться в пределах 500-550$ от массы измельчаемых материалов. Частота вращения мельницы является наименее влияющим фактором и должна лишь способствовать организации водопадного режима перемещения шаров.

Конечной целью закладочных работ является получение изотропного закладочного массива, обладающего необходимыми физико-механическими свойствами. Эта цель макет быть достигнута только путем приготовления закладочных смесей с определенными качественными характеристиками. Задача получения смеси высокого качества состоит е том, чтобы наиболее эффективно использовать основные элементы смесеобразования (простой перенос отдельных объемов и частиц компонентов и микродеформирование внутри данных объемов и между ними) и обеспечить наилучшие условия для протекания механических и физико-химических процессов. Учитывая особенности применяемых материалов для закладочных смесей, эффективный процесс смесеобразования возможно осуществить при использовании двух факторов:

- интенсивного физического воздействия на смешиваемые компоненты с тем, чтобы организовать их движение по взаимношресекающим-ся траекториям;

- времени пребывания компонентов в смесителе, которое обеспечило бы получение гомогенной смеси.

Эти факторы должны компенсировать некондиционные характеристики заполнителей и обеспечить стабильные прогнозируемые свойства смеси и затвердевшей закладки.

Наиболее целесообразно осуществлять перемешивание компонентов одновременно с их активацией совместным помолом в шаровой мельнице. Критерием эффективности процесса приготовления закладочной смеси следует считать получение требуемых реологических характеристик, полноту использования активности цемента и достижение нормативной прочности затвердевшей закладки в заданные сроки.

Проведенные на приборе Ребиндера-Вейлера исследования показали, что основные реологические характеристики твердеющих закладочных смесей определяются свойствами и количественным соотношением исходных фаз компонентов, параметрами смесеобразования и временем, прошедшим с момента окончания смесеобразования. Изменение предельного напряжения сдвига (Т ) и вязкости ) смесей во времени представлена на рис.2. Эти закономерности описываются уравнениями регрессии:

Ъ = > Па, 0^^120, (8)

-Г) +и.Ь+гЬг , Па-с, 0^4120, (8)

I ¿0

где "в - предельное напряжение сдвига свежеприготовленной смеси, Па; О - вязкость свежеприготовленной смеси, Па«с; - время от на-

Рис.2. Изменение вязкости ) и предельного напряжения сдвига (ft) закладочных смесей во времени. Состав смеси:

1- цемент 250 кг/м3, песок - 1450 кг/м3, вода 4С0 л/м3;

2- цемент 225 кг/м3, песок - 1450 кг/м3, вода 375 л/м3.

чала затворения смеси, мин; 8 , ¥ , Ц , Ъ - эмпирические коэффициенты, зависящие от состава закладочной смеси и режима ее приготовления.

Анализ данных экспериментов показал, что смеси, приготовленные совместншл помолом компонентов, имеют предельное напряжение сдвига и вязкость на 20-25'.'I нияе по сравнению с базовым составом, приготовленным по существующей технологии.

Основной характеристикой искусственного массива, обеспечивающей эффективное и безопасное ведение очистных работ, является его прочность, а такке ее изменение во времени.

Рис.3. Динамика набора прочности закладки (R ) во времени ít ). Составы закладочных смесей кг/м3; I - цемент - 225, отсевы - 590, песок - 900, вода - 375; 2 - цемент - 200, отсев - 900, песок -590, вода - 350; 3 - цемент - 225, отсевы Бековской ДСО - 1490, вода - 375; 4 - цемент - 250, отсевы Неверовской ДСФ - 1490, вода - 400.

На риаЗ представлены графики, отображающие картину набора прочности закладки во времени. Динамика измельчения прочности закладки R^ описывается уравнением

/?3-СШа, 14^^90, (10)

где ~Ь - время твердения, сут; 6- число Непера; 00 , и , ОС - эмпирические коэффициенты, зависящие от удельной поверхности вяжущего, характеристик заполнителя, режима работы шаровой мельниш.

С учетом результатов проведенных исследований для Орловского рудника АО "Кезкентский ГОК" были рекомендованы рациональные составы закладочных смесей из различных материалов, технологическая схема их приготовления и режимы смесеобразования.

Принятая к реализации технологическая схема предполагает совмещение в одном цикле процессов доизмельчения цемента, получение заполнителя с прерывистой гранулометрией, образование гомогенной закладочной смеси и активацию структурообразования закладки при использовании единого агрегата - шаровой мельницы. Она позволяет существенно повысить качество закладочной смеси и искусственного массива, появляется возможность работы с заполнителем любого типа, на 20-25% снизить расход цемента.

Экономическая эффективность предложенной технологии определяет область ее применения. Она целесообразна в том случае, когда дополнительные затраты на электроэнергию при доизмельчении цемента, нормализации гранулометрического состава заполнителей и смесеобразовании Ээм будут скомпенсированы стоимостью сэкономленного цемента Эц, , т.е.

Эц > Ээи) (II)

Для установления этого предложены алгоритм и программа расчетов на ПЭВМ. В условиях закладочного комплекса Орловского рудника наиболее целесообразным оказалось время обработки компонентов в шаровой мельнице 10 мин, что позволяет сэкономить 20 кг/м3 цемента.

Для безопасного и эффективного ведения горных работ необходимо иметь оперативную информацию о состоянии искусственного закладочного массива. Эту информацию можно получать с помощью его ультразвукового "прозвучивания", для чего предложены методика и тарировочные графики связи "прочность закладки - скорость прохождения УЗК" применительно с рекомендованным составом закладочных смесей и технологии их приготовления.

Экономический эффект от использования предложенной технологии приготовления закладки с активацией процессов структурэобразования составляет для условий Орловского рудника 23801250 тенге в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи активации процессов приготовления и структуро-образования твердеющей закладки,обеспечивающей управление ее характеристиками и повышение эффективности технологии закладочных работ.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что существующая технология приготовления твердеющих закладочных смесей из отходов производства, характеризующихся низким качеством, имеет ряд существенных недостатков, среди которых главным является несоответствие параметров обработки компонентов при смесеобразовании их свойствам. Отмеченные недостатки характерны для большинства горнорудных предприятий, использующих твердеющие закладочные смеси.

2. Теоретическими исследованиями установлена возможность управления процессами структурообразования и твердения закладки из тонкозернистых материалов, свойствами смеси и искусственного массива путем механических воздействий на компоненты смеси в процессе

ее приготовления.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что:

- физико-химические и технологические процессы, происходящие при смешении,структурообразовании и твердении закладочных смесей протекают тем быстрее и полнее, чем больше величина поверхности участвующих в процессе компонентов;

- важнейшим условием получения искусственного закладочного массива с заданными структурно-механическими свойствами является управление дисперсными системами на всех стадиях структурообразования. Особую роль в обеспечении требуемой структуры (пористость,размер и форма поровых капилляров, размер кристаллов и т.д.) и необходимых свойств нового материала(прочность,модуль деформации и т.д.) играет управление процессом структурообразования в его начальном периоде;

- доизмельчение в шаровой мельнице цемента позволяет восстановить его паспортную активность, увеличить дисперсность зерен, что ведет к активации процесса гидратации и повышению прочности закладки на 30-35$. Экономически целесообразно использование смешанного цементно-песчаного вяжущего,позволяющего снизить расход цемента на 20$ при сохранении нормативных характеристик закладки;

- тонкомолотый заполнитель не только выполняет важную роль в

структурообразовании, но значительно уменьшает общую пористость закладки, создавая тонкокапиллярную поровую структуру.Он также облегчает процессы кристаллизации,т.к. образование зародышей кристалликов происходит значительно быстрее на поверхности,чем в объеме;

- наилучшие показатели по прочности и реологическим характеристикам при оптимальном расходе домолотого цемента дает прерывистая гранулометрия заполнителя,как обеспечивающая наиболее компокт-ную упаковку с большим числом контактов и с их наибольшей площадью.

Установлены:

- закономерности изменения гранулометрического состава заполнителя - борового песка, отсевов Неверовской и Бековской ДСФ при помоле в шаровой мельнице;

- закономерности изменения во времени основных характеристик закладочных смесей (предельного напряжения сдвига,вязкости,динамика набора прочности) на основе доизмельченного вяжущего при совместном помоле в шаровой мельнице, что позволяет обеспечивать устойчивые параметры трубопроводного транспорта закладки,дальность ее растекания в слое и полноту заполнения выработанного пространства.

Выявлены:

- технологическая возможность и экономическая целесообразность домола цемента в вибрационных и шаровых мельницах, позволяющая до-измельчить крупные зерна цемента и тем самым создать условия для наиболее полной гидратации вяжущего;

- динамика набора прочности закладки во времени на основе боровых песков, отсевов ДСФ и породы из проходческих работ, используемых самостоятельно и в смеси между собой.

4. По результатам лабораторных исследований рекомендованы для условий Орловского рудника:

- способы и технология управления свойствами искусственных закладочных массивов, основанные на выявленных закономерностях изменения прочности затвердевшей закладки от количественного соотношения ее компонентов, режима приготовления закладочной смеси, активации процессов структурообразования и твердения;

- параметры измельчения,обеспечивающие рациональный грансостав заполнителя,регламентируемый выходом фракции 0,74 мм - 40%;

- рациональное соотношение в смеси песка и отсевов ДСФ 40:60%;

- составы твердеющих закладочных смесей из различных заполнителей, что гарантирует бесперебойную работу закладочного комплекса при обеспечении нормативных прочностных и реологических характерно-

гик закладки;

- режимы обработки компонентов - шаровая загрузка мельницы,в пределах половины ее объема, частота вращения мельницы 56 об/мин, время пребывания компонентов в мельнице - 10 мин;

- методика неразрушающего контроля прочности закладки в массиве по скорости распространения УЗК и тарировочные графики для ее реализации.

5. На основе предложенных технологических принципов приготовления твердеющих смесей совместным помолом компонентов в шаровой мельнице разработана усовершенствованная технология закладочных работ. Эта технология позволяет совместить в одном цикле активацию вяжущего, нормализацию гранулометрического состава заполнителя и получение гомогенных смесей, обеспечивающих формирование искусственного массива с заданными нормативными характеристиками при более высокой экономической эффективности.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Практика ведения закладочных работ на рудниках/Л.А.Крупник,Л.В. Пятигорский,В.М.Ткачев.- Алматы: Казахстан,1995, Гл.4,8.

2. Крупник Л.А..Мандровский A.M.,Граф А.Ю. Формирование заданных характеристик твердеющей закладки в процессе ее приготовления.Межреспубликанская научно-практическая конференция"Научное наследие академика О.А.Байконурова и проблемы развития горнодобывающей промышленности"(тез.докл.), ч.1, Жезказган, 1992.

3. Граф А.Ю..Омаров Т.Б.Восстановление паспортной активности цемента вибродомолом.Меквуз.сб.научн.трудов"Совершенствование технологии разработки месторождений полезных ископаемых-Алматы: КазНТУ, 1994.

4.Реологические характеристики твердеющих закладочных смесей,приготовленных в шаровой мельнице./Л.А.Крупник,A.M.Мандровский,А.Ю. Граф л др./Меквуз.сб.научн.трудов"Совершенствование технологии разработки месторождений полезных ископаемых- Алматы:КазНТУ,1994.

5. Крупник Л.А.,Граф А.Ю.Динамические упругие характеристики твердеющей закладки из мелкозернистого заполнителя. Сб.научн.трудов

"Актуальные вопросы современной науки и техники",ч1- Алматы: КазНТУ, 1994.

6. Технология приготовления гомогенных твердеющих закладочных смесей в шаровых мельницах /Л.А.Крупник, Л.В.Пятигорский,А.Ю.Граф и др./ Сб.научн.трудов "Актуальные вопросы современной науки и техники", ч.1 - Алматы: КазНТУ, 1994.

7. Крупник Л.А., Граф А.Ю. Пути совершенствования технологии приготовления твердеющих закладочных смесей. Вестник КазКТУ,1995, & 3.

8. Граф А.Ю. Изменение характеристик твердеющей закладки на начальном этапе структурообразования. Вестник.КазНТУ, 1995, й 4.

BcpiK толтырмаларды дайындау жэне курамдык, курылысыньщ пайда болу урдастерш олардыц сипаттамаларын баскару мацсатында жацдаидыру

Граф А. И.

Тушш.

Диссертацияда гылыми-техникалык мацызды сурак; болып табылатын байланыстыргыштыц шыгынын томендстуд! жоне бос куысты толтыру жумыстарыныц технологияларыныц унемдшгш котсрудк цамтамасыз сту мацсатында сипаттамаларын баскаруга мумюндок беретш, толтырмаларды дайындау жопе олардыц курамдык, курылысыныц пайда болу урдютерш жандандыру сурацтарыныц жаца шсиимдер1 келпршген.

Жумыста, толтырмалардыц курамыныц пайда болу урдостершщ алгашк,ы сштершде косна курамына физикалык, жогары осер арк,ылы оны баск,ару мумюндт жене кажетгшл аныкталган. Цемента косымша унтак,таудыц оцтайлы KepceTKiurrepi, к,осындылардыц жоне б1ртектес коспаныц оцтайлы к,урамын табу анык,талган.

Bip циклда жандандыру жене к,оспа к,урау урдктерш 6ipiKTipeTin, к,осындыларды шар дшрменде 6ipre унтак,тау, толтырма к,оспа дайындау технологиясы усьшылган.

Graf A. Y.

«Activation of the processes of preparation and forming a harden laying structure for control over its characteristics»

Dissertation is presented on competition for degree of candidate of technical sciences on speciality 05.15.11. - Physical processes of mining production.

In the dissertation is given a new solution of activating of the processes of preparation and forming a harden laying structure, providing the control over its characteristics, cutting expense and cost of cement, increasing the effectiveness of the technology of laying works.

In the work is determined the possibility and necessity of control over the processes of forming a harden laying structure in early stage by means of intensive physical force on mixture components during mixing. Rational parameters of cement reducing to fragments, rational structure of filling and homogeneous mixture are defined.

Dissertation offers the technology of preparation laying mixtures by joint grinding component in ball mill, which combine processes of activation and mixing in one cycle.

Тираж 100 экз. 60 x I/I6. Бдаага типографская № I. Объем 1,0 п.л. Заказ И

Печатио-шоиателышй участок КааНТУ, Алматы, Сатпаева, 22