Приготовление литой твердеющей закладки (ЛТЗ)

Литая закладочная смесь (ЛТС) содержит вяжущее вещество, мелкозернистый заполнитель и воду. Для повышения скорости твердения смеси, улучшения показателя транспортабельности в ее состав вводят активизаторы и пластификаторы (табл. 7.3).

Цементные вяжущие применяются на многих рудниках России и мира. Это обусловлено рядом преимуществ его использования: минимальные сроки твердения относительно других вяжущих, простота технологии приготовления ЛТС, сокращение капитальных затрат на строительство закладочного комплекса.

Таблица 7.3

Назначения и виды материалов для приготовления ЛТЗ

В разное время на рудниках испытывали и применяли разнообразные вяжущие материалы, способные полностью или частично заменить цемент – достаточно дорогостоящий продукт. Наибольшее распространение получили шлаковые вяжущие. Тонкомолотые гранулированные шлаки доменного производства в качестве компонента сложного вяжущего успешно применяются на Гайском, Комсомольском, Таймырском, Октябрьском и других рудниках. Так, на Октябрьском руднике при разработке мощной пологопадающей залежи применяют сложный состав, включающий цемент (100 кг/м³), шлак (700 кг/м³), ангидрит (380 кг/м³), щебень (450 кг/м³) и воду (500-550 л/м³).

Структура литой твердеющей закладки (ЛТЗ) такова, что 85-90% ее составляет заполнитель с водой. Качество заполнителя во многом обусловливает характеристику получаемого массива.

Основные требования к заполнителям: предел прочности их должен быть на 10-15% выше нормативной прочности закладки, отсутствие вредных примесей, транспортабельность и экономичность. По экологическим и экономическим факторам всегда желательно использовать в качестве заполнителя отходы обогатительной фабрики и рудника.

Повышению прочности ЛТЗ, улучшению ее транспортабельности способствует введение в смесь пластифицирующих добавок (табл. 7.3). Их используют для ускорения твердения ЛТС, повышения текучести раствора, экономии цемента, повышения водоудерживающей способности смеси.

Наиболее доступным и дешевым пластификатором является глина, содержащаяся во многих природных песках. Весьма эффективным для этих целей сульфидно-спиртовая бурда, смесь тонкодисперсного известняка и суперпластификаторы С-3 и С-4.

Активизаторы повышают гидравлическую активность вяжущего. Эффективными активизирующими свойствами обладают ангидрит, известь, золы уноса, цемент и др. (табл. 7.3).

Наряду со свойствами компонентов ЛТЗ, на ее качество большое влияние оказывает технология производства и тип применяемого оборудования. Используемые в настоящее время на горных предприятиях закладочные комплексы с цементным вяжущим однотипны и представляют собой бетоносмесительные устройства (рис. 7.1). Закладочные комплексы разнообразны и объединяют средства для измельчения, приготовления и транспорта смесей, как правило, на основе комплексных вяжущих.

Рис. 7.1. Технологическая схема закладочного комплекса литой смеси.

1 – склад для гранулированного доменного шлака; 2 – загрузочные бункеры; 3 – конвейер; 4 – шаровая мельница; 5 – весы; 6 – гидроциклоны; 7 – смеситель; 8 – трубопровод; 9 – насос; 10 – цементный склад; 11 – склад заполнителя; 12 – вакуум-фильтр.

Вода для закладки не должна содержать в большом количестве вредных кислотных примесей, агрессивных к бетону. Для приготовления ЛТС применяют воду с показателем кислотности > 4, содержание сульфатов менее 2, 7 г/л и других солей не более 5 г/л. Слегка щелочные воды ускоряют процесс схватывания.

Участвующие в приготовлении ЛТЗ материалы подвергаются предварительной переработке. Они требуют:

· доизмельчения для повышения активности – цемент, золы ТЭЦ;

· мокрого измельчения – шлаки;

· дробления, измельчения – заполнители (скальные породы);

· обезвоживания и дешламации – хвосты обогащения.

Приготовление ЛТС (см. рис. 7.1) предусматривает процесс подготовки шихты, включающий подачу компонентов смеси в закладочный комплекс (ЗК), дозирование их, измельчение и перемешивание в смесительных устройствах. Готовые твердеющие смеси подаются в выработанное пространство трубопроводным транспортом.

Большое значение в получении качественного твердеющего раствора отводится вяжущему. Формирование сложного вяжущего из различных компонентов осуществляется в процессе измельчения материалов. Эти процессы оказывают решающее влияние на однородность и подвижность смеси, характер протекающих в ней физико-химических процессов (скорость гидратации вяжущего, кинетику твердения цементного камня и т.д.). Приобретенные в процессе приготовления ЛТЗ свойства должны сохранятся в течении всего времени ее транспортирования до укладки в выработанное пространство.

Выполненные научно-исследовательские работы в ИГД СО РАН, институте «Унипромедь» и др., промышленные испытания показали, что наилучшие результаты в производстве ЛТС достигаются при мокром способе ее приготовления в шаровой мельнице, когда процессы измельчения и перемещения компонентов закладки в растворе вяжущих совмещены. Этот способ позволяет получить высокую степень активации тонкоизмельченного вяжущего (до 80% частиц крупностью не выше 40 мкм) с образованием центров повышенной активности.

В настоящее время шаровые мельницы в технологических линиях закладочных комплексов используются на рудниках «Маяк», «Таймырский», «Октябрьский», «Комсомольский» ОАО «ГМК «Норильский никель», Северо-уральских бокситовых рудниках, шахте «Коксовая».

Литая твердеющая закладка, благодаря своим достоинствам, получила наиболее широкое распространение на подземных рудниках, особенно в сложных горнотехнических условиях больших глубин. Основными преимуществами этого способа по сравнению с другими, приведенными ниже, являются:

· возможность создать искусственный массив требуемой прочности и обеспечить надежное поддержание подрабатываемого горного массива и земной поверхности;

· высокий уровень показателей качества и полноты извлечения запасов полезного ископаемого;

· способность к полной автоматизации приготовления и трубопроводного транспорта ЛТС;

· использование в качестве вяжущего и заполнителя отходов металлургического и горно-обогатительного производства.

В числе недостатков отмечаются:

· большие капитальные затраты на оборудование и строительство закладочного комплекса;

· сравнительно высокие издержки производства, достигающие 20-30% в себестоимости добычи полезного ископаемого.