ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ
STOWAGE MIXTURE

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.
Известна закладочная смесь (SU 1320459 А1, E21F 15|00, опубл. 30.06.1987 г., бюл. №24), включающая перемешанные в сухом виде цементный клинкер и заполнитель-песок, к которым добавляют предварительно приготовленный раствор хлорида и сульфата натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
цемент
- 6,55-7,59,
песок
- 77,31-79,73,
сульфат натрия
- 0,23-0,32,
хлорид натрия
- 0,15-0,20,
вода
- 13,34-14,58.
Подвижность известного состава закладочной смеси характеризуется осадкой конуса СтройЦНИИЛа 10 см.
Недостатком известного технического решения является низкая подвижность и, как следствие этого - пониженная растекаемость в выработанном пространстве, что исключает возможность формирования закладочного массива с полным повторением контуров отработанного рудного тела. Отмеченные негативные факторы снижают интенсивность горных работ вследствие необходимости ликвидации недозакладки пустот, образующихся в процессе закладочных работ. Кроме того, известная закладочная смесь характеризуется низкой коррозионной стойкостью состава по отношению к природным минерализованным водам или галогенным соленасыщенным вмещающим породам, обусловленной тем, что в продуктах твердения цемента присутствует свободная окись кальция, разлагающаяся под действием агрессивных сред, что приводит в деструкционным процессам в закладочном массиве.
Известны также составы закладочных смесей, содержащие 40-75% глинистых отходов производства озокерит-сырца и 25-60% глинисто-солевых отходов переработки калийных руд с влажностью 10-35%. Глинисто-солевые отходы переработки калийных руд содержат в своем составе не только нерастворимый в воде остаток, а также влагу и соли в виде хлоридов натрия, калия, магния с преобладанием хлористого натрия, а отходы озокерит-сырца не только хлориды натрия и калия, но и сульфаты кальция и магния. Введение в состав закладочной смеси мелкодисперсных отходов производства озокерит-сырца обеспечивает переход в них части рассола из глинисто-солевых отходов калийных руд с образованием достаточно прочной связи (SU №1476158 A1, E21F 15/00, опубл. 30.04.1989, бюл. №16).
При использовании известного состава решаются вопросы рационального недропользования - захоронения путем использования в закладке выработанного пространства веществ, агрессивно воздействующих на природу. Но при этом недостатком известного технического решения является низкая подвижность, низкая растекаемость в выработанном пространстве. Отмеченные негативные факторы исключают возможность формирования закладочного массива с полным повторением контуров отработанного рудного тела, снижают интенсивность горных работ вследствие необходимости ликвидации недозакладки пустот. Кроме того, известная композиция характеризуется низкой прочностью, существенно ограничивающей область ее применения.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является закладочная смесь (SU 949210 A1, E21F 15|00, опубл. 07.08.1982 г.), включающая: портландцемент, заполнитель - песок, молотый мел, пластифицирующую добавку - сульфидно-дрожжевую бражку СДБ и воду, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
портландцемент М 400
- 14-15,
заполнитель-песок
- 52-63,
молотый мел
- 5-15,
СДБ
- 0,02-0,04,
вода
- остальное.
Подвижность закладочной смеси характеризуется осадкой конуса СтройЦНИИЛа 10 см.
Известный состав характеризуется низкой коррозионной стойкостью по отношению к минерализованным водам или галогенным и соленасыщенным породам, обусловленной тем, что в продуктах твердения цемента присутствует свободная окись кальция, разлагающаяся под действием агрессивных сред, что приводит к деструкционным процессам в закладочном массиве. Подвижность и растекаемость известного состава не достаточны для растекания закладочной смеси в выработанном пространстве с повторением контуров рудного тела. Для обеспечения промышленной безопасности подземной добычи при использовании известного состава закладочной смеси требуется осуществлять ряд дополнительных технических мероприятий по ликвидации недозакладки, что снижает интенсивность добычных работ. Кроме того, при использовании известного состава не сокращаются затраты на природоохранные мероприятия, связанные с ликвидацией негативного воздействия на природу рассолов подземного водоносного комплекса и вмещающих галогенных пород, попутно извлекаемых из недр в процессе добычных работ на ряде месторождений.
Целью изобретения является повышение подвижности, растекаемости и коррозионной стойкости закладочных смесей при обеспечении требуемой нормативной прочности, сокращение затрат на природоохранные мероприятия от негативного воздействия агрессивных соленасыщенных отходов.
Поставленная цель достигается тем, что закладочная смесь, содержащая цемент, молотый компонент, заполнитель, пластифицирующую добавку и воду затворения, в качестве последней содержит имеющий минерализацию 20÷105 г/л рассол, преимущественно хлоридов натрия, с температурой, обеспечивающей температуру закладочной смеси не ниже +15°С, в качестве молотого компонента - молотую цеолитовую породу, в качестве цемента - портландцемент или молотый портландцементный клинкер, при следующем соотношении компонентов состава, мас.%:
портландцемент или его молотый клинкер
- 1,4-13,68,
молотая цеолитовая порода
- 0,21-10,4,
указанный рассол
- 14,9-26,96,
пластифицирующая добавка
- 0,01-0,3,
заполнитель
- остальное.
Причем указанные цеолитовая порода и молотый портландцементный клинкер характеризуются остатком на сите №008 2-10%.
А рассол может быть представлен композицией природного рассола и воды или галогенных пород и воды.
Пластифицирующая добавка может быть представлена лигносульфонатом техническим, добавками «Лигнопан Б-1», «Лигнопан Б-2».
+2
+2
+
+
-
-2
-
4
3
Наиболее характерное содержание основных катионов и анионов в природном рассоле метегеро-ичерского водоносного комплекса, г/л: Са - 1,5-1,8; Mg - 0,70-0,89; (Na+K) - 37,00-39,16; Cl - 57,20-59,20; SO  - 4,68-5,26; HCO  - 0,084-0,22. Природная минерализация рассолов изменяется от 85 до 105 г/л. Температура подземного рассола в естественной среде подземного водоносного комплекса варьирует от минус 0,5 до минус 1,7°С.
Мощность пластов галогенных пород во вмещающих породах ряда кимберлитовых трубок ~200 м. Галогенные породы представлены природной каменной солью NaCl на 94-98%.
2
2
3
2
2
Цеолитовые породы месторождения «Хонгуруу» состоят на 75-95% из клиноптилолита и 5-25% кварца, полевых шпатов, обломков кремнистых пород, вулканического стекла, биотита, глинистых и прочих пород. Химический состав цеолитовых пород месторождения «Хонгуруу» включает следующие оксиды, мас.%: SiO - 66-68; FeO - 10-12; CaO - 2-4; MgO - 1-2; KO+NaO - 3-4. Содержание растворимого глинозема - 7-10%, а растворимого кремнезема - 2-3%.
В условиях высокой стоимости портландцемента более предпочтительными в использовании являются закладочные смеси на основе местных цеолитовых пород, существенно сокращающие потребление дорогостоящего портландцемента или его молотого клинкера на закладочные работы. Кроме того, цеолитовые породы обеспечивают закладочным массивам коррозионную стойкость по отношению к таким агрессивным средам, как природные рассолы (минерализация от 75 до 105 г/л) или галогенным и соленасыщенным вмещающим породам.
Были проведены эксперименты, и выяснено, что при использовании для затворения закладочных смесей не воды, а рассола с минерализацией от 20 до 105 г/л существенно улучшаются свойства закладочных смесей: достигается высокая подвижность и растекаемость закладочных смесей без потери качества закладочных смесей (снижения прочности и увеличения усадки). Кроме того, под действием рассолов активизируются свойства цеолитовых пород. Размещение рассолов, являющихся сильнейшими электролитами, в поровом пространстве цеолитовых пород способствует образованию связей с цементом не только поверхностным слоем частиц цеолита, но и внутренним. В закладочной смеси активизированные цеолитовые породы интенсивно взаимодействуют с цементом, а также хлористыми солями, содержащимися в рассолах, что сопровождается набором требуемой прочности. При этом образуется устойчивая кристаллическая решетка, обуславливающая уменьшение усадки закладочного массива. Затвердевший массив не индифферентен по отношению к агрессивным природным рассолам и галогенным или соленасыщенным вмещающим породам, а позитивно взаимодействует с ними. За счет эпитаксии кристаллических новообразований цеолито-рассолосодержащей закладки с вмещающими галогенными и соленасыщенными породами формируется плотная контактная зона «закладка - породы», что минимизирует вертикальные смещения закладочного массива, как единого элемента, состоящего из совокупности сформированных закладочных массивов.
Очевиден и дополнительный эффект от использования нового технического решения, обусловленный снижением затрат на природоохранные мероприятия, связанные с необходимостью защиты природы от пагубного воздействия попутно извлекаемых из недр природных рассолов и вмещающих галогенных пород, поскольку последние частично захороняются в выработанном пространстве рудников в составе закладки.
Температура подаваемого рассола должна обеспечивать температуру готовой закладочной смеси не ниже +15°С. Данное требование обусловлено следующими факторами. Температура горного массива на коренных алмазных месторождениях Якутии варьирует по глубине от минус 2°С до +2°С. Температура подземного рассола в естественной среде подземного водоносного комплекса варьирует от минус 0,5 до минус 1,7°С. Температура заполнителей в зимнее время может опускаться до минус 30°С. Рассол перед применением следует подогревать, т.к. при снижении температуры закладочных смесей ниже +15°С саморазогрева закладочной смеси в выработанном пространстве недостаточно для достижения требуемой нормативной прочности закладочного массива. В частности, многочисленными теплотехническими расчетами и опытом работы алмазодобывающих рудников Якутии доказано, что при начальной температуре твердеющих смесей ниже +15°С надлежит увеличивать расход дорогостоящих тепловыделяющих компонентов (портландцемента или его молотого клинкера) в составах закладочных смесей в зависимости от фактической температуры последних и планируемых сроков обнажения формируемых закладочных массивов (таблица 1), что экономически нецелесообразно, т.к. стоимость тепловыделяющих компонентов составляет 60-85% стоимости закладочных смесей.
Таблица 1
Увеличение расхода тепловыделяющего компонента (портландцемент или его молотый клинкер) в составах закладки в зависимости от их начальной температуры
Температура смеси, °С
Количество тепловыделяющего компонента, дополнительно вводимого в закладочную смесь, кг/м<sup>3</sup>, при сроках достижения нормативной прочности, сут
3
4
5
6
7
8-10
11-15
16-20
21-28 и более
0
90
70
60
50
45
40
30
20
15
5
45
40
30
30
25
20
20
15
10
10
30
25
20
20
15
15
10
5
5
15
5
0
0
0
0
0
0
0
0
Молотая цеолитовая порода и молотый портландцементный клинкер характеризуются остатком на сите №008 2-10%, т.к. более грубый помол сопровождается потерей прочности закладки на их основе (см. таблица 2, составы №9 - молотые цеолитовые породы с остатком на сите 15% и №10 - молотый портландцементный клинкер с остатком на сите 15% в сопоставлении с составом №6 с остатком на сите №008 - 10%). Более тонкий помол цеолитовых пород или молотого портландцементного клинкера (1% остатка на сите №008) сопровождается повышением потребности закладочной смеси в рассоле для достижения требуемой подвижности, снижением растекаемости и прочности закладки (см. таблицу 2, состав №8 - молотый цеолит с остатком на сите №008 - 1%, состав №7 - молотый портландцементный клинкер с остатком на сите №008 - 1% и состав №16 с остатком на сите №008 - 2%).
Рассол может быть представлен композицией природного рассола и воды или галогенных пород и воды. В таблице 2 составы №11 и №12 приготовлены на рассолах минерализацией 105 г/л с использованием соответственно природного рассола и галогенных пород, являющихся вмещающими породами ряда кимберлитовых трубок. Свойства получаемых закладочных смесей идентичны.
Верхний предел минерализации рассола, используемого при производстве составов закладочных смесей, ограничивается 105 г/л. При превышении данного предела наблюдается потеря подвижности закладочных смесей в течение 0,5 часа, что недопустимо по условиям обеспечения транспортабельных свойств закладочных смесей и минимизации недозакладки (см. состав №27, таблица 2).
Нижний предел минерализации применяемого рассола ограничивается 20 г/л, поскольку снижение данного предела негативно отражается на прочности закладки и увеличивает усадку, см. составы №14 (минерализация 10 г/л) и №13 (минерализация 20 г/л).
При превышении заявляемого содержания рассола в закладочной смеси (26,96%) увеличивается усадка, и снижается прочность закладки (см. таблицу 2, состав №15 - расход рассола 27,36% в сравнении с составом №5 - расход рассола 26,96%). Нижний предел содержания рассола (14,9%, см. состав №24) ограничивается по условию неудовлетворительной подвижности и растекаемости закладочной смеси (13,5%, см. состав №25).
Верхнее количество портландцемента или его молотого клинкера (13,68%) ограничивается достижением максимальной требуемой прочности закладки (10,1 МПа) на основе худшего по качеству заполнителя - мелкозернистого песка (состав 6). Такая прочность обычно требуется в наиболее ответственной части закладочных массивов сопряжениях разрезных штреков с очистными заходками. Нижнее содержание цемента в заявляемой смеси - 1,4% (см. таблицу 2, состав №18) ограничивается по условию получения минимально допустимой прочности закладки в массивах, не обнажаемых очистными заходками - 0,2 МПа. Такая прочность обычно требуется при формировании закладочных массивов, не обнажаемых горными выработками.
Верхний предел в заявляемом составе молотых цеолитовых пород (10,40%) ограничивается по условию увеличения потребности в рассоле для достижения требуемых реологических параметров и, как следствие - незначительным снижением, а не повышением прочности закладки при увеличении содержания цеолитовых пород (см. таблицу 2, состав №16 - положительный состав в сравнении с составом №17). Причина в том, что чистые молотые цеолитовые породы самостоятельной вяжущей способностью не обладают. Нижний предел молотых цеолитовых пород (0,21%, состав 18) принимается по условию обеспечения коррозионной стойкости закладочных смесей по отношению к агрессивным средам - природным рассолам и галогенным породам. Коэффициент коррозионной стойкости - отношение прочности образцов закладки в возрасте 6 месяцев при хранении в проточном рассоле (например, рассоле метегеро-ичерского водоносного горизонта) к прочности образцов закладки в возрасте 6 месяцев при хранении в питьевой воде. Значительным объемом экспериментальных исследований [2] доказано, что коэффициент коррозионной стойкости составов закладочных смесей, включающих цеолитовые породы не менее 15% от массы портландцемента или молотого портландцементного клинкера, в смеси составляет 0,81; коэффициент коррозионной стойкости составов, включающих цеолитовые породы не менее 30% от массы портландцемента или молотого портландцементного клинкера, составляет 1,11. А коэффициент коррозионной стойкости закладки на портландцементе и без молотых цеолитовых пород ниже, чем у заявляемых составов - 0,73. Молотые цеолитовые породы связывают в нерастворимые соединения растворимый свободный оксид кальция, образующийся при твердении портландцемента. Минимальное количество вяжущего в смеси - 1,4%, следовательно, минимально допустимое содержание цеолитовых пород в закладочной смеси - 0,21%. Данный состав (№18, таблица 2) удовлетворяет другим требованиям, предъявляемым к закладочным смесям - заданным реологическим и прочностным параметрам и коррозионной стойкости.
При дозе пластифицирующей добавки в составе закладочной смеси более 0,3% (состав №23, таблица 2) снижается прочность закладки по сравнению с содержанием пластифицирующей добавки в заявляемом пределе (см. таблицу 2, состав №22). При дозе пластифицирующей добавки в составе закладочной смеси менее 0,01% (см. таблицу 2, состав №19) увеличивается потребление рассола и снижается прочность закладки по сравнению с содержанием пластификатора в смеси в заявляемом пределе (см. таблицу 2, состав №18). При этом в качестве пластификатора могут использоваться: лигносульфонат технический (ЛСТ) - состав №4, Лигнопан Б-1 - состав №2, Лигнопан Б-2 - состав №3. Проведенные исследования показывают, что в качестве пластифицирующей добавки возможно применение и суперпластификаторов типа "С-3". Однако влияние суперпластификаторов типа "С-3" на свойства закладочных смесей идентично вышеперечисленным добавкам, а их стоимость в настоящее время выше. Отмеченное не позволяет рекомендовать суперпластификаторы к применению в существующих экономических условиях, их применение не является рентабельным.
Примеры приготовления закладочных смесей.
При получении закладочных смесей могут быть использованы различные заполнители, например: мелкозернистый песок месторождения «Прикарьерное», измельченные диабазовые породы и измельченные породы вскрыши. Фракционный состав заполнителей (мм), использованных в приведенных в таблице 2 закладочных смесях, мас.%:
а) мелкозернистый песок, мас.%: (более 10) - 1,3; (5-10) - 1,0; (2,5-5) - 1,0; (1,25-2,5) - 0,5; (0,63-1,25) - 0,7; (0,315-0,63) - 9,5; (0,14-0,315) - 43,0; (менее 0,14) - 43,0;
б) измельченные диабазовые породы, мас.%: (более 10) - 5,0; (5-10) - 30,0; (2,5-5) - 7,7; (1,25-2,5) - 5,3; (0,63-1,25) - 5,0; (0,315-0,63) - 6; (0,14-0,315) - 10,6; (0,08- 0,14) - 9,0; (менее 0,08) - 21,4;
в) породы вскрыши, представленные известняками, доломитами, мергелем, алевролитом и переходными разностями между ними, измельченные и обогащенные по прочности, мас.%: (более 10) - 5,0; (5-10) - 10,0; (2,5-5) - 30,0; (0,14-2,5) - 35,0; (менее 0,14) - 20,0.
Качество заполнителя существенно влияет на прочность закладки. В ряду позитивного влияния на прочность закладки заполнители позиционируются следующим образом: измельченные диабазовые породы; измельченные и обогащенные по прочности породы вскрыши; мелкозернистый песок месторождения «Прикарьерное». Однако по сложности подготовки и соответственно стоимости данные заполнители позиционируются тем же образом, что предопределяет возможность использования при производстве закладочных смесей все перечисленные заполнители. Заявляемый диапазон введения ингредиентов закладочной смеси позволяют получить требуемые реологические и прочностные характеристики на любом заполнителе.
1. Цеолитсодержащие закладочные смеси на основе мелкозернистого песка.
Дробленые цеолитовые породы и портландцементный клинкер дозируют в заданном соотношении дозаторами непрерывного действия и направляют на совместный помол по сухому способу в шаровую мельницу. Помол ингредиентов производится до тонкости помола, характеризуемой остатком на сите №008 - 2-10%. Готовый молотый материал направляется в силоса для промежуточного хранения. В процессе производства закладочных смесей в первый смеситель непрерывного действия подается мелкозернистый песок, природный рассол и вода. Естественная температура природного рассола - от минус 0,5 до минус 1,7°С. Температура природного рассола и воды должна обеспечивать температуру закладочной смеси на выходе из смесителя не менее +15 градусов. С целью получения заданной температуры смеси в зимнее время рассол (смесь природного рассола и воды) подогревают до температуры +80…+95 градусов (с целью увеличения собственной температуры и растепления мерзлого песка). Далее песок с рассолом направляют во второй смеситель непрерывного действия, в который дозируют молотые цеолитовые породы, молотый портландцементный клинкер из расходного бункера и раствор пластифицирующей добавки (лигносульфоната технического ТУ 2455-002-00281039-00). В процессе производства закладочной смеси обеспечиваются заданные свойства: подвижность и растекаемость (на приборе Суттарда - 19…22 см). При недостаточной растекаемости и подвижности смеси во второй смеситель добавляют воду. Минерализация рассола, подаваемого в состав закладочной смеси, - 20-105 г/л. Готовая закладочная смесь самотеком подается по трубопроводу в выработанное пространство, где свободным растеканием повторяет контуры выработанного рудного тела. Данные по физико-механическим показателям закладочных смесей на основе мелкозернистого песка приведены в таблице 2, составы 1-17. При этом сформированный в выработанном пространстве закладочный массив полностью повторяет контуры рудного тела, обеспечивает плотный контакт "закладочный массив - соленасыщенные породы", коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам, что минимизирует или полностью исключает работы по ликвидации недозакладки.
2. Закладочные смеси, приготовленные по «мельничной» технологии на основе дробленых пород.
Молотые цеолитовые породы дозаторами непрерывного действия направляют на помол по сухому способу в шаровую мельницу. Помол производится до тонкости, характеризуемой остатком на сите №008 2-10%. Далее материал поступает в рудную мельницу, осуществляющую помол материалов по мокрому способу, куда одновременно дозируют: портландцемент М 400, дробленые скальные породы, пластифицирующую добавку в сухом состоянии, а также дробленые галогенные породы в количестве, обеспечивающем минерализацию рассола от 20 до 105 г/л. Процесс измельчения ингредиентов закладочной смеси в рудной шаровой мельнице по мокрому способу сопровождается увеличением температуры закладочной смеси под воздействием энергии разрушения материалов и трения ингредиентов в измельчительном агрегате. Как свидетельствует опыт работы подземного рудника «Айхал», при производстве закладочных смесей по «мельничной» технологии на выходе из рудной мельницы температура закладочной смеси составляет +15…+25°С. Измельчение в рудной мельнице производится до тонкости помола, характеризуемой остатком на сите №008 не более 75%, при этом галогенные породы растворяются полностью в воде. Состав закладочной смеси обеспечивает ее подвижность и растекаемость 19-21 см. Готовая закладочная смесь самотеком подается по трубопроводу в выработанное пространство, где свободным растеканием обеспечивает полноту заполнения выработки. Данные по физико-механическим показателям закладочной смеси, приготовленной по «мельничной» технологии, приведены в таблице 2, составы 18-23. При этом сформированный закладочный массив повторяет контуры рудного тела, обеспечивает плотный контакт "закладочный массив - соленасыщенные породы" и коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам, что минимизирует или полностью исключает работы по ликвидации недозакладки.
3. Производство закладочных смесей с заполнителем на основе измельченных и обогащенных по прочности пород вскрыши карбонатного состава.
Породы вскрыши, складированные в отвалах ряда алмазодобывающих предприятий, представлены известняками, доломитами, алевролитами, мергелями и их переходными разностями. Неоднородные породы вскрыши направляют в бесшаровую мельницу, где они самоизмельчаются по мокрому способу в рассоле с минерализацией от 20 до 105 г/л. Рассол может состоять из природного рассола подземного водоносного комплекса и воды или растворенных в воде галогенных пород. Количество рассола должно обеспечивать соотношение Ж:Т, требуемое для бесперебойной работы мельницы самоизмельчения. Измельченный продукт направляется в аппарат частичного обезвоживания и далее направляется в смеситель, где смешивается с предварительно измельченными по сухому способу молотыми цеолитовыми породами, пластифицирующей добавкой, портландцементом. Из смесителя непрерывного действия готовая закладочная смесь, которая характеризуется заданной подвижностью и растекаемостью, по трубопроводу самотеком направляется в выработанное пространство, где свободно растекается с повторением контуров рудного тела. При затвердевании сформированный закладочный массив набирает требуемую прочность (предел прочности при одноосном сжатии) от 0,2 до 8 МПа, в т.ч. к моменту обнажения горными выработками в бортах - не менее 0,7 МПа, а в кровле смежных по высоте заходок - от 2 до 8 МПа в зависимости от пролета обнажения и толщины несущего слоя. При этом сформированный закладочный массив повторяет контуры рудного тела, обеспечивает плотный контакт «закладочный массив - соленасыщенные породы» и коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам. В целом отмеченные позитивные факторы способствуют повышению интенсивности горных работ, поскольку исключается необходимость борьбы с недозакладкой выработанного пространства. Данные по физико-механическим показателям закладочных смесей с заполнителем на основе измельченных и обогащенных по прочности пород вскрыши карбонатного состава приведены в таблице 2, составы 24-27.
2
2
3
2
2
3
Пример конкретной реализации №1. Температура природных рассолов метегеро-ичерского водоносного комплекса - минус 1,7°С. Температура мерзлого мелкозернистого песка в зимнее время - минус 30°С. С целью получения температуры готовой закладочной смеси не менее +15°С, подаваемый в технологию производства закладочных смесей рассол (смесь природного рассола и воды) подогревается в специальной емкости до температуры +80°С. Температура подогрева определена проектными решениями и подтверждена опытом производства закладочных смесей на руднике «Интернациональный», что зафиксировано в РТП [1]. Количество поступающего в производство закладочной смеси рассола регулируется электрическими задвижками и расходомерами. В первый валковый смеситель дозаторами непрерывного действия подается мелкозернистый песок. Одновременно в этот же смеситель из специальной емкости по трубопроводу, оснащенному расходомером, подается рассол, состоящий из природного рассола метегеро-ичерского подземного водоносного комплекса и воды, в соотношении 50:50. Мерзлый песок дозируется в валковый смеситель дозаторами непрерывного действия. Смесь песка и рассола из первого валкового смесителя направляется во второй гравитационный смеситель непрерывного действия, где смешивается с молотым портландцементным клинкером, молотыми цеолитовыми породами и раствором пластифицирующей добавки (лигносульфоната технического ТУ 2455-002-00281039-00). Химический состав цеолитовых пород включает следующие оксиды, мас.%: SiO - 66-68; FeO - 10-12; CaO - 2-4; MgO - 1-2; KO+NaO - 3-4. Тонина помола молотого портландцементного клинкера и молотых цеолитовых пород характеризуется остатком на сите №008 - 8%. Количество подаваемых материалов регулируется с помощью дозаторов непрерывного действия и выдерживается в расчете на часовую производительность закладочного комплекса 80 м/ч. При недостаточной подвижности и растекаемости готовой закладочной смеси во второй смеситель добавляется дополнительно незначительное количество воды. При этом минерализация рассола, содержащегося в закладочной смеси, составляет 50 г/л. Готовая закладочная смесь включает, мас.%:
молотый портладцементный клинкер
- 5,80,
молотая цеолитовая порода
- 2,49,
рассол минерализацией 50 г/л
- 25,41,
пластифицирующая добавка (лигносульфонат технический)
- 0,014,
заполнитель (мелкозернистый песок)
- остальное.
Готовая закладочная смесь (состав №4, таблица 2) подвижностью и растекаемостью 19,5 см по прибору Суттарда, характеризуемая углом растекания 1°42″, самотеком направляется по трубопроводу в выработку с уклоном почвы и кровли 3 градуса, где из нее формируется несущая (высокопрочная) часть закладочного массива, толщиной 2,5 м. Предел прочности при одноосном сжатии закладки через 28 суток - 2,2 МПа. Не менее чем через 6 часов (время затвердевания сформированной несущей части слоя) в выработку подается низкомарочная закладочная смесь, произведенная по аналогичной описанной выше технологии и включающая:
молотый портландцементный клинкер
- 3,83,
молотая цеолитовая порода
- 1,50,
рассол минерализацией 50 г/л
- 25,69,
пластифицирующая добавка (лигносульфонат технический)
- 0,012,
заполнитель (мелкозернистый песок)
- остальное.
Подачу закладочной смеси (состав №1, таблица 2) подвижностью и растекаемостью 19,0 см по прибору Суттарда осуществляют до полного заполнения выработки. Через сутки производят дополнительную подачу закладочной смеси в выработку до полного заполнения под кровлю выработки. Предел прочности при одноосном сжатии данного состава обеспечивает прочность при обнажении закладочного массива в борту выработки через 28 суток 0,7 МПа, что соответствует нормативным требованиям. При этом сформированный двухслойный закладочный массив повторяет контуры рудного тела, что обеспечивает плотный контакт "закладочный массив - соленасыщенные породы" и коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам, что минимизирует или полностью исключает работы по ликвидации недозакладки.
2
2
3
2
2
Пример конкретной реализации №2. В шаровую мельницу производительностью 30 т/час дозаторами непрерывного действия подаются на помол по сухому способу цеолитовые породы. Химический состав цеолитовых пород месторождения «Хонгуруу» включает следующие оксиды, мас.%: SiO - 66-68; FeO - 10-12; СаО - 2-4; MgO - 1-2; KO+NaO - 3-4. Помол по сухому способу производится до тонины, характеризуемой остатком на сите №008 - 5%. Готовый молотый материал направляется в силоса на промежуточное хранение. В процессе приготовления закладочной смеси в рудную шаровую мельницу, работающую по мокрому способу, в непрерывном режиме дозируются: молотая цеолитовая порода, портландцемент М 400 (помол на цементном заводе), пластифицирующая добавка - Лигнопан Б-2, дробленые диабазовые породы и дробленые галогенные породы (последние являются отходом алмазодобычи) в количестве, мас.%:
портландцемент
- 6,89,
молотая цеолитовая порода
- 2,95,
рассол минерализацией 105 г/л
- 17,54,
пластифицирующая добавка (Лигнопан Б-2)
- 0,05,
заполнитель (измельченные диабазовые породы)
- остальное.
При этом рассол с минерализацией 105 г/л состоит из растворенных в воде галогенных вмещающих пород - отхода алмазодобычи. Галогенные породы на 96% состоят из каменной соли NaCl, поэтому каких-либо дополнительных расчетов по обеспечению требуемой минерализации рассола не требуется.
В процессе переработки всех ингредиентов в рудной шаровой мельнице происходит их перемешивание, измельчение и растепление за счет энергии разрушения, поэтому закладочные смеси на выходе имеют температуру даже в зимнее время не ниже +15°С. И дополнительного подогрева отдельно каждой из составляющих закладочных смесей не требуется. Готовая закладочная смесь (состав №20, таблица 2) подвижностью и растекаемостью 20,5 см по прибору Суттарда и углом растекания 1°48″ самотеком направляется по трубопроводу в выработку с уклоном почвы и кровли 4 градуса, где из нее формируется несущая часть (высокопрочная) закладочного массива, толщиной 1,5 м. Предел прочности при одноосном сжатии данного состава, МПа: 28 суток - 4,3. Не менее чем через 6 часов в выработку подается низкомарочная закладочная смесь, включающая:
портландцемент М 400
- 2,80,
молотая цеолитовая порода
- 1,50,
рассол с минерализацией 105 г/л
- 18,00,
пластифицирующая добавка (Лигнопан Б-2)
- 0,02,
заполнитель (измельченные диабазовые породы)
- остальное.
Подачу закладочной смеси подвижностью и растекаемостью 21,0 см по прибору Суттарда осуществляют до полного заполнения выработки (состав №21, таблица 2). Через сутки производят дозакладку выработки этим же составом до полного заполнения под кровлю выработки. Предел прочности при одноосном сжатии данного состава обеспечивает прочность при обнажении закладочного массива в борту выработки через 28 суток 0,7 МПа, что соответствует нормативным требованиям. Сформированный в выработанном пространстве закладочный массив (два слоя) полностью повторяет контуры рудного тела, обеспечивает плотный контакт "закладочный массив - соленасыщенные породы" и коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам, что минимизирует или полностью исключает работы по ликвидации недозакладки.
2
2
3
2
2
Пример конкретной реализации №3. В шаровую мельницу производительностью 30 т/час дозатором непрерывного действия подается на помол по сухому способу цеолитовая порода. Химический состав цеолитовых пород месторождения «Хонгуруу» включает следующие оксиды, мас.%: SiO - 66-68; FeO - 10-12; СаО - 2-4; MgO - 1-2; KO+NaO - 3-4. Помол по сухому способу производится до тонины, характеризуемой остатком на сите №008 - 10%. Готовый молотый материал подается в силоса на промежуточное хранение.
Карбонатные породы вскрыши направляют в бесшаровую мельницу, где они измельчаются по мокрому способу в рассоле минерализацией 105 г/л. Измельченный продукт направляется в аппарат частичного обезвоживания и далее в смеситель, где смешивается с предварительно измельченной по сухому способу цеолитовой породой, раствором пластифицирующей добавки (Лигнопан-Б1), портландцементом. Закладочная смесь включает мас.%:
портландцемент М 400
- 6,00,
молотые цеолитовые породы
- 2,87,
рассол минерализацией 105 г/л
- 14,9,
пластифицирующая добавка (Лигнопан Б-1)
- 0,05,
заполнитель (измельченные карбонатные породы вскрыши)
- остальное.
Предел прочности при одноосном сжатии данного состава через 28 суток - 6,2 МПа (состав №24, таблица 2). Подачу закладочной смеси подвижностью и растекаемостью 19,5 см по прибору Суттарда и углом растекания 2°48″ осуществляют до заполнения выработки на высоту 1,0 м (несущая часть слоя). Не менее чем через 6 часов в выработку додается вторая порция закладочной смеси, состава, мас.%:
портландцемент М 400
- 1,40,
молотые цеолитовые породы
- 3,70,
рассол минерализацией 105 г/л
- 14,90,
пластифицирующая добавка (Лигнопан Б-1)
- 0,010,
заполнитель (измельченные карбонатные породы вскрыши)
- остальное.
Через сутки производят дозакладку выработки до полного заполнения под кровлю выработки. Предел прочности при одноосном сжатии данного состава обеспечивает прочность при обнажении закладочного массива высотой 5 м в борту выработки через 28 суток 0,8 МПа (состав №26, таблица 2), что соответствует нормативным требованиям закладочного массива в его ненесущей части. При этом сформированный двухслойный закладочный массив повторяет контуры рудного тела, обеспечивает плотный контакт "закладочный массив - соленасыщенные породы" и коррозионную стойкость по отношению к растворимым галогенным вмещающим породам и местным подземным минерализованным водам, что минимизирует или полностью исключает работы по ликвидации недозакладки.
Источники информации:
1. Регламент технологических процессов при ведении закладочных работ на руднике «Интернациональный». - Якутнипроалмаз, 2008.
2. Монтянова А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне. - М.: Горная книга, 2005. - 597 с.