автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Обоснование способа организации формирования разнопрочного твердеющего закладочного массива на основе вяжущих из отходов горного и энергетического комплексов

Общая характеристика работы.

ГЛАВА Ь АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ИСКУССТВЕННЫХ ЗАКЛАДОЧНЫХ МАССИВОВ.

1.1. Организация работ по возведению твердеющих закладочных массивов.

1.2. Организация работ по приготовлению твердеющих закладочных составов.

1.3. Обоснование выбора нормативной прочности твердеющих смесей

1.4. Цель, методы, объекты и задачи исследований.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗАКЛАДОЧНЫХ СМЕСЕЙ.

2.1. Выбор методики исследования свойств закладки.

2.2. Исследование нормативной прочности твердеющих смесей.

2.3. Исследование нормативной прочности закладки при её горизонтальном обнажении.

2.4. Исследование нормативной прочности закладки при её вертикальном обнажении.* •.

2.5. Обоснование степени влияния твердеющей закладки на породные массивы.

2.6. Выводы по главе 2.••••

ГЛАВА 3. ОРГАНИЗАЦР1Я РАБОТ ПО УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ТВЕРДЕЮЩИХ ЗАКЛАДОЧНЫХ МАССИВОВ.

3.1. Установление прочностных характеристик закладочных массивов.

3.2. Организация и управление состоянием массива горных пород твердеющей закладкой.

3.3. Методика определения параметров формирования закладочного массива.

3.4. Расчет параметров формирования твердеющего закладочного массива для условий месторождений Северного Казахстана.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ

ТВЕРДЕЮЩИХ СМЕСЕЙ.

4.1. Разработка организации технологии по приготовлению и транспортированию твердеющих смесей.

4.2. Оценка качества твердеющих смесей.

4.3. Анализ применяемых технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями.

4.4. Экономическая эффективность применения разнопрочной твердеющей закладки выработанного пространства.

4.5. Выводы по главе 4.

Актуальность работы. При переходе подземных горных работ на глубокие горизонты целесообразно применение систем разработки месторождений с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, которые обеспечивают максимальное извлечение руд и снижение сдвижения и обрушения земной поверхности, что благоприятно сказывается на геоэкологической обстановке в районе ведения горных работ. Доля участия систем разработки с закладкой в объеме добычи составляет в настоящее время более 60 %, но высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает экономическую эффективность применяемых технологий с закладкой выработанного пространства. Для снижения расхода цемента к нему в качестве вяжущего добавляют отходы горного и энергетического производств, т.е. производят утилизацию отходов этих производств, тем самым рационально используют природные ресурсы и улучшают экологическую обстановку района. Однако область применения утилизации отходов производства пока еще мала. Доменные шлаки и другие вещества без дополнительной обработки чаще играют роль инертных заполнителей, что экономически неоправданно, учитывая ограниченность ресурсов сырья для производства цемента. Перемещение отходов производства и доступных сырьевых материалов в выработке не всегда экономично, технологически сложно и ненадежно с точки зрения охраны земной поверхности от сдвижения и обрушения.

По данным анализа литературных источников выявлено, что для утилизации отходов производства в составе смесей актуальны направления:

- организация формирования закладочного массива на стадиях приготовления закладочной смеси, надежного транспортирования по трубопроводам и укладки её в выработанное пространство с оценкой по критериям прочности и устойчивости массива при обнажениях и экономическим затратам;

- управление свойствами закладочной смеси посредством соотношений исходных компонентов, тонкости помола шлака и других мероприятий;

- улучшение составов закладочной смеси из отходов местного производства путем раскрытия внутренних энергетических возможностей материалов посредством активации.

Поэтому решаемая задача по обоснованию способа организации формирования закладочного массива на основе вяжущих из отходов горного и энергетического производств является актуальной.

Работа выполнена в рамках государственных научно-технических программы "Экологически чистое горное производство".

Целью работы является обоснование способа организации закладочных работ при формировании искусственного массива из твердеющих смесей, их приготовления и транспортирования, позволяющего повысить безопасность ведения горных работ, рационально использовать извлечение полезных ископаемых из недр, снизить экономические затраты на возведение искусственного массива, предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности и улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Идея работы заключается в том, что при возведении искусственного массива следует учитывать геоэкологическую обстановку разрабатываемого шахтного поля с предотвращением нарушения земной поверхности и выявлением устойчивых и неустойчивых подработанных участков, в которых производится закладка выработанного пространства разнопрочными твердеющими смесями, составы которых регулируются расходом цемента и использованием в качестве вяжущего отходов горного и энергетического производств.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Организовывать работы по приготовлению закладочной смеси следует таким образом, чтобы в процессе смешивания компонентов происходила их активация сначала на вибро - грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350-450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов следует активизировать осаждением солей и примесей.

2. При организации работ по приготовлению закладочной смеси в активаторах прочность твердеющей закладочной смеси зависит от расхода цемента, типа и количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья, крупности и плотности заполнителя и функционально увеличивается от расхода цемента по степенному закону. При этом для смеси с мелким заполнителем, но с вяжущим на цементной и цементно-шлаковой основе, или для вяжущего на цементно-шлаковой основе, но с крупным и очень мелким заполнителем, изменение прочности зависит от показателя степени расхода цемента, который стремится к единице.

3. Сохранение земной поверхности от сдвижения и обрушения обеспечивается тем, что в случае трещиноватого подрабатываемого массива горных пород, представленного в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками, выработанное пространство по его высоте целесообразно закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется эквивалентными пролетами его горизонтального и вертикального обнажения, при этом прочность горизонтального обнажения закладочного массива находится в пределах 1,0-1,5 МПа, а вертикального обнажения, соответственно, 0,51,0 МШ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением комплексного метода, включающеи и и и го: анализ и обобщение достижений отечественной и зарубежной горной науки и практики в области управления состоянием массива горных пород при подземной разработке месторождений, установление закономерностей между технологическими параметрами и экономическими показателями, экономико-математическое моделирование с использованием методов математической статистики и апробацией научных положений горных предприятий.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей изменения прочности твердеющей закладочной смеси от расхода цемента, типа

И количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья, крупности и плотности заполнителя при организации работ по её приготовлению в активаторах, транспортированию и укладки в выработанное пространство таким образом, чтобы сохранить устойчивость подрабатываемого закладочного массива и предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности, которые позволят улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Практическое значение работы состоит в разработке организационных мероприятий по формированию разнопрочных искусственных закладочных массивов, позволяющих снизить затраты на приготовление твердеющих закладочных смесей за счет использования отходов производства и сохранении геоэкологической обстановки района проведения горных работ.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при проектировании технологий разработки месторождений Целинного горнохимического комбината и акционерного объединения «Норильский комбинат». Установленные закономерности и разработанные практические рекомендации используются в учебном процессе при изучении дисциплин «Управление состоянием массива горных пород» и «Горное дело и окружающая среда».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на НТС Садонского СЦК (п. Мизур, 1999 г.), НТС института "Кавказцветметпроект" (г. Владикавказ, 1999 г.), НТС Тырныаузского ВМК (г. Тырныауз, 2000 г.), НТС Таймырского рудника АО "Норильский комбинат" (2000 г.), Северо-Кавказском отделении МА-НЭБ (г. Владикавказ, 2001 г.), и НТК СКГТУ (Владикавказ, 2001 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 работах, в т.ч. 2 монографиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 40 таблиц и список литературы из 67 наименований.

4.5. Выводы по главе 4

1. Рекомендуемый способ организации работ по приготовлению закладочной смеси отличается от традиционного тем, что в процессе смешивания компонентов осуществляют их активацию на вибро - грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350-450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов активизируют осаждением солей и примесей.

2. В случае поведения подрабатываемого массива горных пород в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками выработанное пространство по его высоте следует закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется параметрами горизонтального и вертикального обнажения пород.

3. Разнопрочный закладочный массив позволяет использовать составы с расходом цемента в комбинации с техногенными отходами горного производства в 1,5-2,5 раза меньше, чем в общепринятых на предприятиях Кавказского региона составах.

4. Выемка запасов со сплошной одностадийной выемкой камер и формирование разнопрочного искусственного закладочного массива снижает потери и разубоживание руды, соответственно, до 5,6-6,6и 9,1-11,3%

135

5. Анализ организационных и технологических решений по формированию искусственного массива разнопрочными составами показал, что в зависимости от соотношения объемов закладки величина удельной прибыли на 7 т добытой руды возрастает на 8-1 ОУа по сравнению с базовым составом твердеющей закладки за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,2-2,5 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научно - технической задачи - обоснования способа организации закладочных работ при формировании искусственного массива из твердеющих смесей, их приготовления и транспортирования, позволяющего повысить безопасность ведения горных работ, рационально использовать извлечение полезных ископаемых из недр, снизить экономические затраты на возведение искусственного массива, предотвратить сдвижение и деформирование земной поверхности и улучшить геоэкологическую обстановку региона.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

4. Организовать работы по приготовлению закладочной смеси следует таким образом, чтобы в процессе смешивания компонентов происходила их активация сначала на вибро - грохоте, а затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350-450 м/с, при этом воду перед смешением компонентов следует активизировать осаждением солей и примесей.

5. При организации работ по приготовлению закладочной смеси в активаторах прочность твердеющей закладочной смеси зависит от расхода цемента, типа и количества добавляемого к вяжущему техногенного сырья энергетического комплекса, крупности и плотности заполнителя и функционально увеличивается от расхода цемента по степенному закону. При этом для смеси с мелким заполнителем, но с вяжущем на цементной и цементно-шлаковой основе, или для вяжущего на цементно-шлаковой основе, но с крупным и очень мелким заполнителем, изменение прочности зависит от показателя степени расхода цемента, который стремится к единице.

6. Искусственные массивы твердеющих смесей активно взаимодействуют с рудовмещающими породами, изменяя коэффициент структурного ослабления до 0,04-0,1.

7. Для количественной оценки потери прочности на участках обнажений искусственного массива выработками снизу и сбоку целесообразно введение коэффициента технологического ослабления.

8. Сохранение земной поверхности от сдвижения и обрушения обеспечивается тем, что в случае трещиноватого подрабатьшаемого массива горных пород, представленного в виде дискретной среды с заклинившимися структурными блоками, выработанное пространство по его высоте целесообразно закладывать составами твердеющих смесей различной прочности, которая определяется эквивалентными пролетами его горизонтального и вертикального обнажения., при этом прочность горизонтального обнажения закладочного массива находится в пределах 1,0-1,5 МПа, а вертикального обнажения, соответственно, 0,51,0 МПя.

9. Разнопрочный закладочный массив позволяет использовать составы с расходом цемента в комбинации с техногенными отходами горного производства в 1,5-2,5 раза меньше, чем в общепринятых на предприятиях Кавказского региона составах.

10. Использование методики нормирования прочности закладки по условиям технологической подработки позволяет уменьшить нормативную прочности искусственного массива на величину 20-30%.

11.Выемка запасов со сплошной одностадийной выемкой камер и формирование разнопрочного искусственного закладочного массива снижает потери и разубоживание руды, соответственно, до 5,6-6,6 и 9,1-11,ЗУо

12.Анализ организационных и технологических решений по формированию искусственного массива разнопрочными составами показал, что в зависимости от соотношения объемов закладки величина удельной прибыли на 7 т добытой руды возрастает на 8-10% по сравнению с базовым составом твердеющей закладки за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,2-2,5 раза.

1. Агошков М.И., Гольдман Е.А., Кривенков A.A. Экономика горнорудной промышленности. М.: Недра, 1986. 264 с.

2. Агошков М.И., Никаноров В.И., Панфилов Е.И. и др. Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр. М.: Недра, 1974 г.

3. Адигамов Я.М., Мининг С.Э. Нормирование потерь полезных ископаемых при добыче руд. М.: Недра, 1988 г., 216 с.

4. Алборов И.Д., Голик В.И., Цгоев Т.Ф. Экология промышленного производства. Владикавказ, Рухс, 1996. С.47-144.

5. Астахов A.C., Калинецкий Л.Е., Чернегов Ю.А. Экономика горной промышленности. М.: Недра, 1989.

6. Бесцементная закладка на горных предприятиях. Ляшенко В.И., Коваленко В.Н., Голик В.И., Габараев О.З. М.: ЦНИИ экономики и информации. 1992. 195 с.

7. Бронников Д.М. и др. Основы технологии подземной разработки с закладкой М.: Наука, 1983 г.

8. Бронников Д.М., Замесов Н.Ф., Богданов Т.П. Разработка руд на больших глубинах. М.: Недра, 1982 г.

9. Бубнов В.К., Голик В.И., Габараев 0.3. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов.- Акмола: Казахстан, 1995. -601с.

10. Ветров СВ. Допустимые размеры обнажений горных пород при подземной разработке руд. М., Наука, 1975.

11. Воробьев А.Е., Голик В.И., Лобанов Д.П. Приоритетные пути развития горнодобывающ,его и перерабатывающего комплекса Северо- Кавказского региона. Владикавказ, Рухс, 1998,358 с.

12. Габараев 0.3. Управление состоянием напряженно-деформированных рудовмещающих массивов. Владикавказ: Терек, 1999. -222 с.

13. Габараев О.З., Голик В.И. Работа массивов в режиме объемного сжатия // Сборник научных трудов аспирантов СКГТУ.-Владикавказ, 1999.-С.3-9.

14. Габараев 0.3., Голик В.И. Управление массивом при комбинированной разработке месторождений // Сборник научных трудов аспирантов СКГТУ. -Владикавказ, 1999.-С. 10-15.

15. Голик В.И. Научно-технический прогресс в истории подземной добычи радиоактивных руд. М.: ВИНИТИ, ЦНИИчерметинформация, 1992

16. Голик В.И., Алборов И.Д. Охрана окружающей Среды утилизацией отходов горного производства. М.: Недра, 1995 г.

17. Голик В.И., Габараев 0.3. Управление напряжениями в массиве // Цветная металлургия. 1999. -№10. - С.3-5.

18. Голик В.И., Гуриев Г.Т., Габараев 0.3. Новые технологии добычи металлов Владикавказ: Терек, 1999.-143 с.

19. Голик В.И., Гутиев А.Ю. и др. Использование твердых отходов добычи и переработки руд для приготовления твердеющей закладки. Труды СКГТУ. Владикавказ. 1999.

20. Голик В.И., Ляшенко В.И., Разумов А.И. Трапенок Н.М. Природо- и ресурсосберегающие технологии погашения выработанных пространств при подземной разработке рудных месторождений. М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации, 1991 г., обзор, информ.

21. Голик В.И., Ляшенко В.И., Разумов Д.И., Трапенок Н.М. Природо- и ресурсосберегающие технологии погашения выработанных пространств при подземной разработке рудных месторождений. М.: ЦНИИ экономики и информации. 1995. Обзор информ.

22. Голик В.П., Пагиев К.Х. Энергосберегающие технологии добычи руд. Владикавказ, Терек, 1995.

23. Голик В.И., Пагиев К.Х., Алборов И.Д., и др. Теория и практика добычи и переработки руд. Владикавказ, Терек, 1997, 498 с.

24. Голик В.И., Пагиев К.Х., Бубнов В.К. Способ приготовления закладочной смеси. Патент РФ-№ 2096627. 1997.

25. Дронов Н.В. Оптимизация горно-экономических параметров рудников. Фрунзе. 1982. 280 с.

26. Исследование по использованию местных материалов для твердеющей закладки очистных пространств при разработке Урупского месторождения. Абдурахимов Д.И., Отчет о НИР. Фонды СКГМИ, Орджоникидзе, 1974 г.

27. Коваль В.Т. Охрана окружающей среды. М.: МГИ, 1989.

28. Кравченко В.П., Куликов В.В. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений М.: Недра, 1974 г., 198 с.

29. Ляшенко В.И., Голик В.П., Габараев 0.3. Создание и внедрение прогрессивной технологии подземной разработки рудных месторождений // Цветная металлургия. 1996. - №11-12. - С. 1-9.

30. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н. Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий при освоении сложноструктурных месторождений, // Цветная металлургия, №2, 1990 г., с.8

31. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Использование свойств природных материалов при подземной разработке рудных месторождений. // Цветная металлургия. 1992, № 3. С. 7-13.

32. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Создание внедрение малозатратных ресурсосберегающих методов, средств и технологий на горных предприятиях М.: ЦНИИ Цветмет экономики и информации, 1991 г. Обзорная информация.

33. Ляшенко В.И., Голик В.И., Штеле В.И. Создание и внедрение мало затратных ресурсосберегающих методов, средств и технологий на горных предприятиях. М.: ЦНИИ экономики и информации. 1995. Обзорная информация.

34. Ляшенко В.П., Коваленко В.Н., Голик В.И., Габараев 0.3. Бесцементная закладка на горных предприятиях. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1992. - 95 с.

35. Мельников H.B. Проблемы использования природных ресурсов. М.: Изд. АНСССР, 1967, с. 54.

36. Методические указания по определению допустимых пролетов обнажений трещиноватых горных пород и размеров опорных целиков при подземной разработке рудных месторождений. АН СССР, институт «Проблем комплексного освоения недр». М., 1978.

37. Методические указания по определению нормативной прочности твердеющей закладки и оценке прочностных свойств искусственных массивов. Л., ВНИМИ, 1975.

38. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных слоевых и камерных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского горно-металлургического комбината. Л., ВНИМИ, 1981.

39. Миронов Е.И. Научные основы технического перевооружения подземных рудников. М.: Наука, 1983 г.

40. Молчанов В.П., Селезнева О.Г., Жирнов Б.Н. Активация минералов при измельчении. М.: Недра, 1988 г.

41. Мосинец В.П., Авдеев В.К., Мельниченко В.М. Безотходная технология добычи радиоактивных руд М.: Недра, 1987 г.

42. Моссаковский A.B., Ревазов М.А., Маляров Ю.А. и др. Экономика горной промышленности. М.: Недра, 1988 г., 367 с.

43. Научные основы технического перевооружения подземных рудников. Д.Р. Каплунов, Н.В. Будько и др. М.: Наука, 1983.

44. Нестеров П.М. Экономика природопользования. М.: Высшая школа,1984.

45. Пагиев К.Х., Голик В.И. и др. Наукоемкие технологии добычи металлов. Владикавказ, Терек, 1998 г.

46. Пагиев К.Х., Голик В.И. Энергосберегающие технологии добычи руд.- Владикавказ, Рухс, 1995.-С.74-159.

47. Пагиев К.Х.; Голик В.И. Наукоемкие технологии добычи и переработки руд. Владикавказ: Терек, 1998. С. 101-280.

48. Палий В.Д., Смелянский Е.С., Кравченко В.И. Определение нормативной прочности твердеющей закладки. М., Горный журнал, № 3, 1983.

49. Проект «Камерная система разработки с раздельной выемкой и закладкой подэтажей месторождений Ш и К», чертеж № 123-914047-ГГ «Расчет нормативных показателей закладки».

50. Проект опытно-промышленных работ «Камерная система разработки с раздельной выемкой и закладкой подэтажей. Чертеж «Расчет нормативных показателей закладки», Ш 123-895099.

51. Проект опытно-промышленных работ «Камерная система разработки с разнопрочной закладкой. Чертеж «Оптимизация нормативных показателей закладки», № 123-895044.

52. Пучков Л. А. Развитие исследований по охране окружающей среды в горной промышленности. Тез. докл. научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства" М.:ИАЦГН, 1993 г., с.5-6.

53. Разработка способов утилизации отходов промышленных предприятий Северной Осетии с целью их использования в строительной индустрии. Хадонов З.М. и др. Отчет о НИР, Владикавказ, 1993.

54. Секисов Г.В. Минеральные объекты и их рациональное использование. М.: Наука, 1994.

55. Трубецкой К.Н. Ресурсосберегающие технологии и их роль в экологии и рациональном природопользовании при освоении недр. Тезисы докл. научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства". М.: ИАЦГН, 1993 г., с. 3-4

56. Хинт И.А. УДА- технология: проблемы и перспективы. Таллинн, 1981г.

57. Цыгалов М.И. Подземная разработка с высокой полнотой извлечения руд. М.: Недра, 1985 г.

58. Чаплыгин Н.М. Экономический механизм обеспечения экологической безопасности освоения недр. М.: АГН. Горный вестник, №2, 1995.

59. Шестаков В.А. Научные основы выбора и экономической оценки систем разработки рудных месторождений. М.: Недра, 1976 г.

60. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий. М.: МГГУ, 1995 г., 509 с.

61. Шестаков В.А. Рациональное использование недр. М.: Недра, 1990г.61 .Шестаков В.А., Гутиев А.Ю., Ряднов H.A. Методика экономическойоценки способа разработки с закладкой пустот отходами доломитового производства. Сб. трудов ЮРГТУ. Новочеркасск.2000.

62. Шестаков В.А., Гутиев А.Ю., Садыков Э.С., Игнатов A.B. Способ закладки выработанного пространства отходами горного производства. Сб. трудов ЮРГТУ. Новочеркасск.2000.

63. Шестаков В.А., Дулин А.Н. Оптимизация параметров горных работ на рудниках. М.: Недра, 1993.

64. Экономика горной промышленности. Авт. Моссаковский A.B., Рева-зов М.А., Маляров Ю.А. и др. М.: Недра, 1988.

65. Ястребинский М.А. Экономика добычи и переработки строительных горных пород. М.: Высшая школа, 1978 г.

66. Ястребинский М.А., Гитис Л.Х. Эффективность инвестиций в горном предприятии: фактор времени и дисконтирования затрат. М.: МГГУ, 1993, 85 с.

67. Караев О.С. в кн. IE.A. Котенко, В.И. Голик, З.М. Хадонов. Управление технологическими комплексами при разработке рудных месторождений. Терек. Владикавказ. 2000.