Сырьевая база и свойства компонентов для производства бесцементных твердеющих смесей из отходов промышленного производства

© А. К. Логинов, А.М. Горшков, 2003

YAK 622.002.3

А. К. Логинов, А.М. Горшков

СЫРЬЕВАЯ БАЗА И СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ АЛЯ ПРОИЗВОАСТВА БЕСНЕМЕНТНЫХ ТВЕРАЕЮШИХ СМЕСЕЙ ИЗ ОТХОАОВ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОАСТВА

Нерациональное использование и добыча природных ресурсов, слабое управление и слабое внимание в отрасли в прошлом привели к тому, что угольная промышленность нанесла значительный ущерб окружающей среде в угледобывающих регионах. Многие проблемы охраны окружающей среды в отрасли связаны с управленческой философией, формировавшей характер работы в течение 70 лет. От угледобывающих предприятий требовалось извлекать весь уголь, который можно "добыть", не обращая внимания на экономическую эффективность и воздействие такого подхода на окружающую среду. Работа многих угледобывающих предприятиях, в особенности старых, построенных в период ранней индустриализации и второй мировой войны, является механическим продолжением практики без концепции стратегического планирования. Сопутствующие извлекаемые из недр ресурсы по сложившейся в отрасли порочной традиции считаются отходами, которые осложняют и удорожают добычу, к ним относят горные породы, шахтные воды, газ метан, низкопотенциальное тепло вентиляционных потоков, энергия перемещения подработанного массива горных пород, угольная пыль и др.

Большинство из перечислен -ных видов отходов обладает полезными свойствами и может быть использовано на горных предприятиях и в других отраслях.

Основные ресурсы окружающей среды (полезные ископаемые, вода, атмосферный воздух, пространство недр и поверхность земли) являются основой горно-

го производства, "на выходе" которого производится продукция, пустые породы, подземные воды, шахтный газ и другие отходы.

Основным направлением использования шахтных пород и отходов углеобогащения является применение их в качестве закладочного материала.

Например, во Франции для этих целей ежегодно используется 7,0^7,5 млн. м3 шахтных пород, из которых 80 % - для гидрозакладки. В Польше для закладки выработанного пространства используется 30 % отходов угольного производства в качестве добавок к закладочному материалу при гидрозакладке (4^4,5 млн т в год). В Германии и Чехии для закладки выработанного пространства используется соответственно 4^4,5 млн т и 3^3,5 млн т шахтных пород, в Румынии - 50 %, Югославии - 25 %.

В СССР шахтные породы и отходы углеобогащения в качестве закладки в незначительных объемах использовались в Донецком и Карагандинском бассейнах. Однако при реструктуризации угольной отрасли и отсутствии финансовых средств на научноисследовательские и опытнопромышленные работы по использованию шахтных пород и отходов углеобогащения в качестве материала для закладки выработанного пространства были прекращены.

При изучении сырьевой базы недефицитных материалов, в том числе отходов промышленных производств, которые предполагается использовать как компоненты для приготовления бесце-ментных твердеющих смесей для закладки выработанного пространства, рассматривался: вид материала (отходов); предпри-

ятия - поставщики, выпускающие материалы или отходы, их месторасположение; годовой прирост количества выпускаемых отходов, их количество, в отвалах и возможности отгрузки; физико-химические свойства.

Результаты изучения сырьевой базы материалов приведены в табл. 1. Выбор материалов для исследований по созданию составов бесцементных твердеющих смесей производился совместно со специалистами института КузНИУИ (г. Прокопьевск Кемеровской области), на основе анализа литературных источников, а также месторасположения предприятий - поставщиков материалов или отходов.

Материалы, применяемые в качестве различных компонентов твердеющих смесей, классифицируются по их назначению: вяжущее; активизатор или ускоритель твердения; заполнитель; реагент процесса твердения (вода).

С учетом месторасположения предприятий, обладающих отходами промышленных производств, необходимых для производства бесцементных твердеющих смесей для закладки выработанного пространства угольных шахт, наиболее перспективными являются золы тепловых электростанций от сжигания углей и отходы Ачинского глиноземного комбината (АГК) - нефелиновые шламы. Составы на основе зол имеют достаточную скорость набора прочности и отвечают предъявляемым к ним техническим требованиям.

Таблица В качестве активиза-тора используются золы-уноса близлежащих электростанций, шлак коммунальных и промышленных котельных, а также нефелиновый шлам - отходы Ачинского глиноземного комбината -фторогипс.

При выборе вида заполнителя для твердеющих смесей учитывалось возможное обеспечение объемов закладки запасами необходимого сырья, их стоимость, возможность транспорта и получения на их основе закладочного массива требуемой прочности. В качестве заполнителя в разрабатываемых составах были исследованы известняк, горелые поро-

Таблица 1

ОБЩИЕ СВЕАЕНИЯ О СЫРЬЕВОЙ БАЗЕ МАТЕРИАЛОВ

Вид материала Название предприятия-поставщика Количество материала Стоимость 1 т материала с учетом транспорта, руб. Примечание

возможное для отгрузки, млн. т годовой выход, тыс. т

Гранулированный шлак Западно-Сибирский металлургический комбинат (ЗСМК) 800-900 Средняя 60,1

Золошлаковые отходы Беловская ГРЭС 8,0 800 17,9

Южно-Кузбасская ГРЭС 10,5 400 12,7

Томусинская ГРЭС 13,5 800 12,7

Красноярская ГРЭС 6,5 220 40,5 Сухое золоудаление

Назаровская ГРЭС 500-600 39,6 Для отбора сухой золь необходимо построил специальную установку

Зола - уноса Назаровская ГРЭС 375 39,6

Нефелиновый шлам Ачинский глиноземный комбинат (АГК) 50,0 5000 29,5

Фторогипс Ачинский глиноземный комбинат (АГК) - 30,0 66,0

Топливный шлак Котельные УККТС и предприятий городов Кузбасса 0,12 120 11,9 Транспорт - автосамосвалом

Известняки месторождения Кузбасса 34,0 - 39,6

Отходы аглофабрики Абагурская аглофабрика (г. Новокузнецк) 0,1 0,1 85,0 Транспорт - автосамосвалом

Отходы углеобогатительных фабрик (порода ЦОФ) Обогатительные фабрики 13,5 0,8 Транспорт - автосамосвалом

Горелые породы терриконы шахт 4,0 - 23,0

Бокситовые шлаки г. Павлодар, алюминиевый завод 0,5 500 39,2

Зола-уноса Новосибирская ТЭЦ-3 - 127 26,6

Барнаульская ТЭЦ-3 - 150 26,6

Березовская ГРЭС - 375 39,6

Шахтовые породы Шахты Кузбасса - - 23,0

ды шахтных отвалов, породы шахт, отходы углеобогащения, отходы Абагурской аглофабрики (г. Новокузнецк) и гранулированный шлак Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК). Анализ результатов исследований сырьевой базы и физико-механических свойств отходов промышленных производств показал возможность их использования как инертных заполнителей бесцементных твердеющих смесей.

Предложенные виды сырья для твердеющих смесей являются отходами промышленных производств, использование которых позволяет наряду с разработкой и совершенствованием технологических схем подземной добычи угля решать вопросы охраны окружающей среды.

Одним из экологических не-

благополучных районов Кузбасса, связанных с добычей угля является Прокопьевско-Киселевс-кий промышленный район. Основные объемы добычи угля в Прокопьевске обеспечивали шахты, не имеющие аналогов в мировой практике: расположенные в черте города и отрабатывающие мощные крутые пласты. На компактной угленосной площади, простирающейся на 56 км при ширине 5-9 км, с 1926 по 1953 год было построено 18 шахт. За период реструктуризации угольной отрасли УК «Прокопьевск-уголь» закрыла 5 шахт, из которых 4 добывали коксующиеся угли определяли всю налоговую, экономическую, экологическую и социальную политику г. Прокопьевска.

Промышленные запасы по шахтам крутого падения УК

«Прокопьевскуголь» составляют около 250 млн т, в том числе на действующих горизонтах - более 125 млн т. Удельный вес коксующихся углей составляет 75%.

Добыча угля на шахтах осуществляется системой «длинные столбы с обрушением», а также камерной системой с щитовыми перекрытиями (щиты типа КС). На ряде предприятий, добычу производят с применением гидротехнологии (подэтажная гидроотбойка с давлением технологической воды до 12 МПа). Технологическая схема предусматривает подачу воды в забои с поверхности (средний напор) и повышение давления в шахте насосами второй ступени.

Уникальность залегания и качественный состав пластов требует непрерывного развития соответствующих способов подзем-

Таблица 2

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ШАХТНЫХ ПОРОЛ И ОТХОЛОВ УГЛЕОБОГАЩЕНИЯ

Наименование показателей Породы, выдаваемые из шахты Породы от проведения породных выработок Отходы углеобогащения Породы с ручной по-родовыборки

Петрографический состав: песчаники 20-30 30-40 10-30 20-30

алевролиты и аргиллиты 50-70 45-60 40-70 45-70

Плотность г/см3 2,45 2,4-2,5 2,4-2,5 2,4-2,5

Насыпная объемная масса, г/см3 1,4-1,5 1,45-1,55 1,48-1,5 1,43-1,48

Содержание горючих, % 15-40 5-13 10-40 до 5

Предел прочности на одноосное сжатие, МПа 10-190 15-180 н.д. 10-180

Угол естественного откоса, град. 35-40 36-42 30-35 35-40

Усадка в % при 10 МПа 25-30 24-28 24-28 24-28

ной угледобычи, позволяющих рентабельно развивать добычу угля высококачественных коксующихся марок.

Результаты анализа исходных данных по шахтам Прокопьевско-го района показывают, что в 2000-2002 гг. выход породы от проведения горных выработок составляет 0,75^0,9 млн т в год. В общем количестве проводимых выработок полевые штреки составляют от 33 до 37 %, квершлаги - 48^59 %. Породообразующие выработки дают 83% всех шахтных пород.

Данные отчетности породных комплексов шахт показывают, что выдача пород на поверхность составляет до 2,0 млн т., что объясняется выдачей породы от проведения горных выработок, горной массы от перекрепки и очистных работ.

При проектировании комплексов для переработки пород в закладочный материал на поверхности и под землей необходимо ориентироваться на выход пород от проведения горных выработок.

В Прокопьевском районе функционируют четыре углеобогатительные фабрики: "Коксо-

вая", "Прокопьевская", "Зиминка, "Красногорская", которые выдают, в год более 600 тыс. т отхо-

дов углеобогащения, в т.ч. более 400 тыс. т отходов гравитации и до 100 тыс. т отходов флотации. Зольность отходов углеобогащения колеблется в пределах 6669,5 %.

По району объем ежегодных отходов горнодобывающих и перерабатывающих предприятий составляет свыше 2,6 млн т, из которых около 1,5 млн т можно использовать в качестве закладочного материала.

Из отходов сушильных отделений обогатительных фабрик "Зиминка" и "Коксовая" выпускаются топливные шлаки в количестве 40 т в сутки, или около 12 тыс. т в год.

Порода из шахт, представлена, в основном, песчаниками, алевролитами, аргиллитами. Например, на шахте " Коксовая " порода содержит песчаников -20-30 %, алевролитов и аргиллитов - 50-70 %. Содержание угля в породе составляет 15 %, дерева -0,5 %. Отходы углеобогатительных фабрик состоят из аргиллитов, алевролитов, песчаников, содержание горючих веществ в отходах достигает 10-40 %.

Породы же с ручной породо-выборки по петрографическому составу аналогичны породам, выдаваемым на шахтный отвал, но содержат меньше угольных

частиц ( не более 5 % ). Породы от проведения породных выработок почти не содержат угольных частиц. При проведении квершлагов на пересечении их с пластами, или при проведении выработок с присечкой угля породы содержат до 10-15 % угля.

Основные физико-механические свойства шахтных пород и отходов углеобогащения представлены в табл. 2.

Закладочные материалы, подаваемые в выработанное пространство очистных выработок, должны отвечать требованиям СТП 0160048.002-90. Анализ данных табл. 2 показывает, что породы от проведения породных выработок и ручной породовы-борки соответствуют требованиям СТП и могут применяться в качестве материалов - заполнителей с целью производства бес-цементных твердеющих смесей для закладки выработанного пространства угольных пластов.

Породы, выдаваемые из шахты, отходы углеобогащения по содержанию горючих веществ также удовлетворяют требованиям, предъявляемым к закладочным материалам, но требуют шихтования с не горючими породами, например, известняком.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Логинов А.К. - кандидат технических наук, ОАО «Кузбассуголь». Горшков А.М. - НФИ КемГУ.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Ш

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

ЛОГИНОВ

G:\^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB12~03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do

К

USER

30.09.2003 15:39:00 9

30.09.2003 16:04:00 Гитис Л.Х.

Полное время правки: 26 мин.

Дата печати: 09.11.2008 18:46:00

При последней печати страниц: 3

слов: 1 802

знаков: 10 273