Повышение полноты извлечения запасов калийных руд на основе закладки выработанного пространства галитовыми отходами

• Автор: Вотяков, Михаил Викторович
• Шифр специальности: 25.00.22
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ИЗУЧЕННОСТЬ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Современная технология разработки Верхнекамского МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ЕЕ ОСОБЕННОСТИ
1.2. Опыт ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКЛАДКИ НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ
1.3. Повышение эффективности разработки калийных месторождений
ПРИ ЗАКЛАДКЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
1.4. Цели и задачи исследований
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА
2.1. Методика исследований
2.2. Методы испытаний закладочных смесей
2.3. Требования к закладке и её нормативные характеристики
2.4. Методы активации компонентов закладочной смеси
2.5. Выводы по разделу
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ
3.1. Характеристика материалов для закладочной смеси
3.2. Выбор рационального состава закладочной смеси
3.2.1. Прочностные характеристики закладки содержащей магнезиальное вяжущее
3.2.2. Выбор химической добавки и определение ее влияния на свойства закладки
3.3. Исследование микроструктуры закладки
3.4. Физико-механические характеристики закладки
3.5. Выводы по разделу
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ
4.1. Технология приготовления закладочной смеси и формирования искусственного массива
4.2. Транспортабельность закладочной смеси
4.3. Целесообразность применения твердеющей закладки на основе галитовых отходов при разработке калийных месторождений
4.4. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Растущие потребности рынка в минеральных удобрениях вызывают увеличение производственных мощностей горнодобывающих предприятий. Наращивание объемов производства калийных удобрений требует вовлечения в отработку все больших запасов. В настоящее время большинство залежей разрабатывают камерно-столбовой системой с оставлением ленточных целиков. Это неизбежно приводит к большим потерям полезного ископаемого - до 65%. В процессе обогащения образуется огромное количество отходов каменной соли, которые составляют 60-70% от общего объема добытой руды. Они складируются на поверхности и наносят вред плодородным землям и водному бассейну. Оставляемые целики пластичны, со временем происходит их разрушение, что в свою очередь приводит к оседанию земной поверхности. Учитывая наличие в налегающих породах опасных водоносных горизонтов, задача сохранения водозащитной толщи при добыче стоит достаточно остро. Из-за развития ' нарушений в налегающих породах на Верхнекамском месторождении уже затоплены 2 рудника. Длительное техногенное воздействие и большие площади обнажения приводят также к сейсмической активности районов отработки рудных залежей. На отечественных и зарубежных калийных рудниках уже зарегистрированы горные удары силой до 5 баллов.
Требованиям высокого уровня количественных и качественных показателей извлечения отвечают системы разработки с закладкой выработанного пространства. Их применение позволяет существенно повысить извлечение руды, управлять горным давлением, сохранять водозащитную толщу пород, что повышает безопасность ведения горных работ. К тому же использование в закладке отходов горного производства решает, помимо горнотехнических, ряд экологических и экономических проблем.
Таким образом, повышение полноты извлечения запасов и эффективности разработки калийных месторождений в результате закладки

выработанного пространства твердеющими смесями на основе галитовых отходов является актуальной для горнорудной промышленности задачей.
Цель работы — установление закономерностей изменения свойств искусственных массивов на основе галитовых отходов при их взаимодействии с химическими добавками в процессе закладки выработанного пространства для повышения полноты извлечения запасов калийных руд.
Основная идея работы: использование физико-химической активации компонентов закладочной смеси на основе галитовых отходов добавками, при применении которых достигается прочность искусственных массивов, позволяющая применять системы разработки с закладкой.
Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
• повышение извлечения запасов калийной руды на 15-25% достигается путем формирования в отработанных камерах монолитного закладочного массива прочностью 1,5-2,5 МПа, за счет активации магнезиального вяжущего, входящего в состав закладочной смеси на основе галитовых отходов, добавкой лигносульфоната в количестве 0,7-1,5% от их массы;
• формирование монолитного закладочного массива на основе галитовых отходов происходит за счет образования структурных связей при заполнении его порового пространства игольчатыми кристаллическими и криптокристаллическими каркасами в результате инициации процесса лигносульфонатом;
• в присутствии добавки лигносульфоната обеспечивается транспортабельность закладочной смеси по трубопроводу при снижении на 17% её жидкой составляющей, представленной соленасыщенным раствором, при этом прочность монолитного массива возрастает не менее чем в Л,4 раза.
Обоснованность и достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций обеспечены использованием действующих государственных стандартов, нормативных документов и проверенного оборудования, применением современных методов исследования (рентгенофазового, петрографического и электронно-микроскопического анализов) и физико-

которые являются определяющим фактором при определении степени взаимодействия искусственно созданного массива с закладкой.
На эффекте кристаллизации соли основано упрочнение отходов обогащения солей паром, который является мощным катализатором этого процесса. Результаты исследований в этой области отражены в главе 1.
Все вышеизложенное позволяет сделать следующие выводы по отношению к разработке твердеющих составов. Во-первых, поскольку закладочные массивы на основе галитовых отходов относятся к самотвердеющим, то задачей ввода в закладочную смесь дополнительных компонентов (вяжущих, добавок)'или другого воздействия на неё-является, активация процесса набора массивом характеристик до необходимого уровня, который бы обеспечил нормативные. В1 дальнейшем будет происходить' их увеличение за счет естественных свойств кристаллизации соли. Во-вторых, в процессе изыскания составов закладочной смеси необходимо стремиться к минимальному содержанию в ней насыщенного- раствора в ней при сохранении транспортабельности смеси. Это позволит получить заведомо более прочный искусственный массив и сократить количество раствора выделяемого закладочным массивом при укладке в выработанное пространство.
Расчет нормативной прочности базируется на напряженно-деформированном состоянии природного и искусственного массива в зоне очистных работ, характере их взаимодействия и сводится к решению трех задач: нахождению нагрузок на массив закладки, определению напряжений в закладочном массиве как составном элементе системы «массив - закладка», установлению необходимой прочности материала несущих элементов, исходя из требуемой надежности, характера напряженного состояния, влияния технологических факторов [18]. Следовательно; горно-геологические и технологические данные разработки месторождения позволяют определить нормативные характеристики твердеющей закладки, на основе которых осуществляется разработка составов закладочной смеси.