Разработка технологии закладки выработанного пространства твердеющими смесями с использованием хвостов обогащения

Актуальность темы. Актуальным направлением совершенствования
технологии подземных горных работ является широкое внедрение систем разработки с закладкой выработанного пространства. Применение закладки – одного из радикальных средств рационального использования недр – обеспечивает безопасную разработку рудных залежей с минимальными потерями и разубоживанием, с сохранением земной поверхности, окружающей среды и утилизацией отходов производства. Практика показывает, что применение систем с закладкой выработанного пространства экономически оправдана при разработках не только месторождений ценных руд цветных металлов, но и ряда угольных и железорудных месторождений.
В большинстве случаев для формирования закладочного массива используются специально добываемый заполнитель и цемент, отличающиеся высокой стоимостью, что снижает конкурентную способность систем разработки с закладкой. Одним из наиболее перспективных путей снижения затрат на закладку, является использование хвостов обогащения. Расширение возможности применения хвостов обогащения сдерживается их тонкодисперсным состоянием, достигаемым при современном технологическом цикле рудоподготовки в процессе обогащения. При этом на ряде горнодобывающих предприятий производят складирование и хранение в хвостохранилищах, что приводит к увеличению затрат на отчуждение земель и отрицательно сказывается на экологической ситуации добывающего района. Таким образом, разработка технологии закладки выработанного пространства с использованием хвостов обогащения является актуальной научной и технологической задачей.
Объект исследования– технология приготовления закладочных твердеющих смесей.
Предмет исследования – способ воздействия на материалы твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения гидроударно- кавитационным полем.
4
Целью диссертационного исследования является разработка
технологии закладки выработанного пространства твердеющими смесями с использованием хвостов обогащения Талнахской обогатительной фабрики (ТОФ–2).
Идея работы заключается в применении импульсного гидроударно- кавитационного воздействия активации исходных материалов твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения
Задачи исследования:
1. Установить закономерности повышения прочностных и реологических свойств литых твердеющих смесей (ЛТС) с использованием хвостов обогащения и выбрать рациональный способ воздействия на материалы исследуемых смесей, обеспечивающий прочностные, реологические свойства, требуемые технологией возведения искусственного массива при закладке выработанного пространства.
2. Разработать установку для активации и гомогенизации компонентов литых твердеющих смесей на основе выбранного способа воздействия и определить механизм набора прочности литых твердеющих смесей при существующих и разработанной технологиях приготовления.
3.Разработать и рекомендовать технологию закладочных работ с использованием хвостов обогащения.
Методика исследования
При решении поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий:
обобщение и анализ научно-технических публикаций по вопросам ведения закладочных работ с использованием хвостов обогащения;
лабораторные и опытно-промышленные исследования, обработку результатов исследований с применением аппарата математической статистики и использованием вычислительных и графических пакетов современных программных приложений ЭВМ

5
проведение количественного комплексного рентгеноспектрального и
рентгенофазового вещественного анализа с использованием рентгеновского дифрактометра XRD 7000.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1.Содержание в хвостах обогащения мелкодисперсных фракций в составе рецептур закладки обеспечивает проявление их вяжущих свойств и повышение набора прочности твердеющих смесей при их обработке в поле гидроударно-кавитационных импульсов с частотой 5000-6000 имп/с.
2. Формируемая прочность и реологические свойства литых твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения определяется количественным присутствием дисперсных частиц хвостов обогащения в компонентах смеси, интенсивностью их совместной обработки гидроударно- кавитационными импульсами в среде вяжущего, ведущей к гомогенизации и ускоренному прохождению твердофазных химических реакций, образующих разветвленную кристаллическую решётку в процессе твердения.
3. Качество искусственного массива, возводимого в выработанном пространстве твердеющими составами с использованием хвостов обогащения, обеспечивается прочностными и реологическими свойствами закладочных смесей, формируемыми в поле гидроударно-кавитационных импульсов в процессе производства.
Научная новизна:
1. Установлены закономерности повышения прочностных и реологических свойств литых твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения;
2. Определен механизм набора прочности литых твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения при существующих и разработанной технологиях приготовления;
3. Научно установлено, что гидроударно-кавитационная активация материалов смеси ведет к повышению набора прочности закладочного

6
массива за счет гомогенизации и активации мелкодисперсной части смеси
составов.
Степень достоверности работы. Подтверждена сходимостью
результатов лабораторных исследований с опытно-промышленными данными, патентной защитой новых технологических решений.
Практическое ценность работы:
 разработан гирдроударно-кавитационный смеситель, обеспечивающий возможность смешивания исходных тонкодисперсных компонентов в твердеющих смесях в поле гидроударно-кавитационных импульсов, и позволяющий повысить эффективность работы вяжущего в составах смесей за счет наиболее полной гидратации вяжущего при его гомогенном распределении в среде мелкодисперсного заполнителя ЛТС;
 разработан способ приготовления твердеющей смеси с использованием гидроударно-кавитационного устройства обеспечивающий повышение скорости твердения и увеличение прочности закладочного массива за счет повышения степени гидратации и активации компонентов закладочных смесей;
 разработаны технология производства закладочных смесей и рецептуры составов с использованием хвостов обогащения, обеспечивающие прочностные и реологические свойства, требуемые технологией возведения искусственного массива.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на всероссийских научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодёжь и наука», Красноярск, 2012-2014; международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука: проспект Свободный», Красноярск, 2015; международном конгрессе-выставке «Цветные металлы», Красноярск, 2013- 2014; всероссийской конференции к 70-летию ИГД СО РАН «Проблемы развития горных наук и горнодобывающей промышленность» (Новосибирск, 6-10 октября 2014 г.), II Всероссийской научной конференции с

7
международным участием Малышевские чтения (Старый Оскол, 2015); международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных
«Проспект Свободный», Красноярск, 2016-2019.
Личный вклад автора состоит в постановке цели и задачи исследования; обосновании способа воздействия на материалы твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения; разработке устройства, обеспечивающего воздействие гидро-кавитационных импульсов на материалы твердеющих смесей с использованием хвостов обогащения при их производстве; постановке и проведении лабораторных и опытно- промышленных исследований по подбору и составу закладочных смесей с применением хвостов обогащения при различных технологиях их приготовления; разработке методики определения экономико- технологической эффективности исследуемых составов закладочных смесей с использованием хвостов обогащения; апробировании разработанных устройств и технологии.
Публикации: основные результаты диссертационной работы опубликованы в 20 научных работах, в том числе 7 статей в журналах, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, получены 2 патент РФ на
изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 138
страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, 6 приложений и
списка используемой литературы из 117 наименований; содержит 43 рисунка,
30 таблиц.