Транспротирование закладочных материалов

По способу транспортирования закладочного материала и формирования из него массива закладка разделяется на гидравлическую, пневматическую, твердеющую, самотёчную, механическую.

Транспортирование закладки — это отдельный технологический процесс и еще одно звено в цепи, связанной с добычей полезного ис­копаемого. При этом возникают не­которые трудности. Так, на Гайском ГОКе и в рудниках ГМК «Норильский никель» подача литой смеси на глубокие горизонты приводила к возникновению воздушных ударов и повреждению трубопроводов. Кроме того, при подаче гидросме­си на большие глубины возникает резкое колебание давления в мо­менты пуска и остановки подачи пульпы.

При перемещении закладочно­го материала на большие горизон­тальные расстояния необходимо устройство различных конструкций, так как кинетической энергии зачас­тую бывает недостаточно. Подача литой смеси по трубопроводам при­водит к их износу ввиду высокой аб­разивное™ инертного заполнителя. В то же время при перемещении за­кладочного материала происходит его расслоение и соответственно ухудшение качества закладочного массива.

Необходимость внесения из­менений в конструкцию трубопро­вода (монтаж и демонтаж секций, наращивание или уменьшение дли­ны трубопровода, установка пнев- моврезок и др.) приводит к увеличе­нию себестоимости, простоям за­кладочного комплекса, снижению общей производительности.

При укладке закладочного ма­териала в очистном пространстве обычно происходит его неравно­мерное распределение. Более тя­желые составляющие смеси (инерт­ные заполнители) сосредотачива­ются в месте падения, а более теку­чая составляющая (смесь воды и вя­жущего) распределяется по пери­ферийным зонам. Это приводит к формированию разнопрочного мас­сива. Невозможна подача закладоч­ного материала под кровлю очистно­го пространства, что приводит к по­явлению «недозакладки». Отсюда — проседание массива и соответст­венно нарушение его сплошности, а также образование каналов для прорыва воды.

Закладочный массив характе­ризуется достаточно долгим време­нем схватывания (набора прочно­сти), что также приводит к сниже­нию производительности, а приме­нение различных добавок, регули­рующих сроки схватывания, удоро­жает закладочную смесь, а иногда приводит к случаям затвердевания раствора в трубопроводах.

Применение сухой или гидрав­лической закладки при выпуске приводит к проникновению закла­дочного материала в руду и, соот­ветственно, к увеличению ее разу­боживания.

Искусственный закладочный массив представляет собой ино­родное тело внутри горного масси­ва. Его качество определяется не­сколькими показателями: прочност­ными, компрессионными, реологи­ческими свойствами, а также устой­чивостью в обнажении. Очень важно обеспечить те свойства закладки, которые приемлемы для конкрет­ных горнотехнических условий.

На свойства твердеющего за­кладочного массива наиболее су­щественное влияние оказывают: качество, гранулометрический со­став и соотношение крупного и мелкого заполнителей, а также их количество в единице объема; ко­личество воды (водовяжущее отно­шение); способ приготовления, транспортирования и укладки; ус­ловия (температурный режим) и возраст твердения.

Как показывают исследования, одним из определяющих факторов экономичности смеси является со­держание в ней воды. Существую­щая на горных предприятиях техно­логия закладочных работ характери­зуется наличием в смесях значитель­ного количества воды (до 550 кг/м³), что резко снижает прочность искус­ственного массива и ухудшает технико-экономические показатели применения систем разработки с закладкой.

Увеличение массовой доли твердого в смеси — значительный резерв уменьшения расхода вяжу­щего материала.

Тип и соотношение заполните­лей также оказывают влияние на прочность закладочной смеси. За­полнитель в смеси занимает 70-90 % (масс.), он существенно дешевле вяжущего 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 выборе заполнителя. Для устойчивости искусственного массива также важен зерновой со­став заполнителя, влияющий на ув­лажнение поверхности зерен, отно­сительный объем заполнителя, хо­рошую укладываемость закладоч­ной смеси и склонность ее к рас­слоению.

Важной характеристикой за­кладки является динамика набора прочности во времени. Закономер­ность роста прочности имеет значе­ние при определении минимально­го срока начала отработки целиков, влияя тем самым на выбор парамет­ров систем разработки. Как показа­ли исследования, наиболее интен­сивный прирост прочности наблю­дается в течение первых 60 дней твердения. В последующий период (до 3 мес) нарастание прочности не­сколько замедляется (рост состав­ляет 10-17%), втечение следующих 3 мес происходит еще более мед­ленное нарастание прочности (на 3-5 %), а за следующие полгода она возрастает еще на 2-3 %.

Закладочные смеси в вырабо­танное пространство доставляются самотеком, а при недостаточном напоре используют сжатый воздух или вибрацию горизонтального уча­стка закладочного трубопровода.

При пневмотранспортировании движение смеси происходит порционно при помощи установ­ленных в трубопроводе пневмоэжекторов. Кроме рабочих пневмоэжекторов, по всей длине пневмоучастка устанавливают аварий­ные (через 50-60 м), которые включаются при падении скорости движения закладочной смеси в трубопроводе.

Для транспортирования твер­деющих смесей используют сталь­ные трубы диаметром 76-220 мм и толщиной стенок 4-14 мм. Пропуск­ная способность труб до недопусти­мого износа зависит от абразивных свойств материала, марки стали и достигает 500-700 тыс. м³.

Перспективным является применение труб из полипластов, характеризующихся высокой из­носостойкостью и меньшим ко­эффициентом трения, что увели­чивает срок службы трубопрово­дов и приводит к уменьшению се­бестоимости закладки.

На некоторых закладочных комплексах (например, на руднике «Норанда» (Канада) применяют виб­рационный метод (продольная виб­рация) предупреждения и ликвида­ции закупорок трубопровода.

Для своевременного предупре­ждения воздушных ударов, возни­кающих в результате повышения давления при самотечном верти­кальном перемещении закладочного материала на большие глубины, при­меняют различные механизмы: уст­ройства для сброса смеси, избыточ­ного воздуха, изменения направле­ния движения промывочной воды и сброса ее в специальный отстойник.

Для улучшения свойств в мо­нолитную закладку вводят разные химические добавки — пластифи­каторы, катализаторы (замедлите­ли и активизаторы) твердения. Реологические свойства закладоч­ных смесей регулируют различны­ми добавками. Можно увеличить пластичность смесей при меньших расходах воды и вяжущего, пре­дотвращать расслоение смесей с последующим возникновением слоистой структуры, закупорива­ние транспортного трубопровода, слишком быстрое или медленное твердение, увеличение механиче­ской прочности.

Анализ структуры себестоимо­сти закладки на предприятиях цвет­ной металлургии показывает, что специально добываемые материа­лы обладают лучшими качествами, но их стоимость самая высокая. Так, затраты на заполнитель на закла­дочном комплексе некоторых руд­ников России составляют 25-35 %. Поэтому генеральным направлени­ем здесь должно стать использова­ние отходов горно-обогатительного производства. Эти отходы дешевы и при соответствующей технологии подготовки и приготовления закла­дочной смеси могут заменить спе­циально добываемый заполнитель без ухудшения характеристик воз­водимого закладочного массива, при этом их доля в себестоимости закладки не превысит 5-8 %.

Для компенсации негативных характеристик заполнителей и обеспечения стабильных прогнози­руемых свойств смеси и затвердев­шей закладки необходима принци­пиально новая технология приго­товления твердеющих закладочных смесей.

В ее основе лежит использова­ние свойства тиксотропного разжи­жения увлажненных дисперсных ма­териалов при механическом воз­действии на них. В таких структурах при наложении механического воз­действия связи между отдельными частицами становятся исчезающе малыми и структуры переходят в со­стояние золя, который при снятии механического воздействия обра­тимо переходит в гель и затем за­твердевает.

Таким образом, при использо­вании описанной технологии мож­но получать жидкотекучие смеси, которые легко и качественно пере­мешиваются, доставлять их по тру­бам на большие расстояния и с вы­сокой полнотой заполнять вырабо­танное пространство, а также обеспечивать их быстрое загустевание и лучшие условия структурообразования.

Исследования показали, что для реализации такой технологии необходимо, чтобы закладочная смесь обязательно имела в своем составе не менее 30 % тонкодис­персных частиц крупностью менее 44 мкм; содержание воды в смеси находилось в пределах 78-82 %. При этом в процессе приготовления закладочной смеси должна быть разрушена ее первичная структура. Особо важно, что такие смеси не бу­дут содержать избыточной воды. За рубежом такой вид закладки полу­чил название — пастовая закладка.

Для реализации такой техноло­гии можно использовать пульпообразные или сыпучие заполнители.

Исходя из особенностей техно­логии закладочных работ, разрабо­тана структура типовых схем закла­дочных комплексов.

При использовании хвостов текущей переработки получить требуемое количество и качество инертного заполнителя возможно путем их обезвоживания в каскаде гидроциклонов, в которых после­довательно обрабатывается пуль­па. При этом необходимо учиты­вать ряд факторов, оказывающих влияние на процесс сгущения, а также затраты на все элементы технологического цикла. Совре­менный научно-технический уро­вень позволяет выполнять это с помощью компьютеров на основе программ имитационного модели­рования, учитывая многокритериальность (как формализуемые, так и неформализуемые критерии).

При разработке оптимальных составов для улучшения свойств закладочного материала можно ис­пользовать следующие способы ак­тивации закладочных смесей или их компонентов: доизмельчение (до- мол) вяжущих, воздействие вибра­ций, электромагнитную обработку, введение химических добавок.

Помимо экономических и тех­нологических аспектов, в данной области существует ряд техниче­ских вопросов, требующих реше­ния, например, создание «мобиль­ных» мини-закладочных комплек­сов, позволяющих отрабатывать от­дельные локальные и удаленные рудные тела системами с закладкой очистного пространства на больших глубинах и др.