Пример отчета по производственной практике студента 6 курса кафедры «ПРМПИ» ФГАОУ ВО «Северо-Восточного федерального университета им. М.К.Аммосова».

Содержание

Введение
1. Способы закладки выработанного пространства
2. Транспортирование закладочных материалов
3. Передвижные закладочные комплексы
Заключение
Список использованных источников

Введение

За период прохождения практики в Институте горного дела Севера имени Н.В.Черского мной была проведена работа по сбору и изучению научно-технической информации. В результате проведённой работы мной составлен краткий обзор перспективных разработок в области ведения подземных горных работ с применением закладки.

Анализ мирового опыта пока­зывает, что до 35 % рудников при­меняют системы разработки с за­кладкой, что определяется углубле­нием горных работ, усложнением горно-геологических условий, осо­бенно в обстановке постоянной борьбы за полноту извлечения по­лезных ископаемых. Если на под­земных рудниках из-за высокой ценности добываемого сырья в ос­новном применяют системы с твер­деющей закладкой на основе це­ментного вяжущего, то на угольных шахтах используют сухую или гид­равлическую закладку крупнодроб­леными породами от проходки, мелкодроблеными горельниками или специально добываемым пес­ком. Твердеющую закладку на угольных шахтах применяют в ис­ключительных случаях, а именно: при извлечении мощных, крутопа­дающих пластов; при необходимо­сти снижения эндогенной пожаро­опасное™; при отработке пластов под охранными объектами.

Применение закладки вырабо­танного пространства позволяет управлять горным давлением и по­вышать безопасность ведения гор­ных работ, вести одновременную от­работку месторождения подземным и открытым способами, повысить коэффициент извлечения, а также снизить негативное влияние горно­го производства на окружающую среду.

Несмотря на достоинства под­земной геотехнологии с закладкой выработанного пространства, в ря­де случаев она реализуется недос­таточно и требует совершенствова­ния соответствующих процессов, поскольку удорожает добычу полез­ного ископаемого.

В большинстве случаев на рудни­ках «Северный» (Мурманская обл.), «Интернациональный» (Якутия), «Ге-ко» (Канада) и некоторых других для закладочных работ используют спе­циально добываемый заполнитель, который характеризуется непосто­янством гранулометрического со­става, влажности, вещественного состава и т. д., что сопряжено с отно­сительно высокими затратами.

Добавление в закладочную смесь излишнего количества воды с целью повышения ее транспор­табельности приводит к расслое­нию смеси во время транспорти­рования и, как следствие, к сниже­нию прочности закладочного мас­сива. Например, на руднике «Оутокумпу» (Финляндия) с переходом очистных работ на более глубокие горизонты происходило обрушение боковых стенок искусственных целиков. С целью ликвидации отрицательного воздействии избыточной воды в смесях увеличивали расход вяжущего, что привело к увеличению расходов на добычу.

Кроме того, следует иметь в виду, что применение закладки при добыче полезных ископаемых со­пряжено со строительством закла­дочных комплексов, требующих значительных финансовых затрат, а также с усложнением технологиче­ской схемы процесса добычи полез­ного ископаемого.

1. Способы закладки выработанного пространства

В связи с тем, что на разных этапах развития техники и техноло­гии закладки выработанного про­странства использовали разные способы, возникла необходимость систематизации ее вариантов. Од­ним из технологических принципов классификации является способ доставки закладочной смеси до места укладки, исходя из особен­ностей которого выделяют девять групп, объединенных в три класса (см. таблицу): механическая дос­тавка, трубопроводная, полураз­дельная.

Сухую (породную) закладку до последнего времени применяли достаточно редко ввиду ее невысо­кой прочности и большого коэффи­циента усадки. Но благодаря невы­сокой себестоимости и возможно­сти использования пустой породы от проходки и вскрышных работ сухую (породную) закладку широко применяют при добыче угля, руды малой ценности или в сочетании с другим способом закладки.

Литая (твердеющая) закладка в настоящее время получила ши­рокое применение благодаря сво­ему основному преимуществу — возможности создания монолит­ного массива необходимой проч­ности. Сдерживающим фактором является только экономический, но с повышением на мировом рынке цены на продукцию горной промышленности и с использова­нием в составе закладочной сме­си более дешевого вяжущего ста­ло возможным применение данно­го способа закладки при добыче низкоценного сырья.

Достаточно перспективным способом является полураздель­ный, так как имеется возможность создания разнопрочных закладоч­ных массивов, сочетающих в себе невысокую цену и необходимую прочность.

При бутовой закладке исполь­зуют каменные блоки различного размера и скрепляют их вяжущим раствором. В этом случае заполня­ют не все выработанное простран­ство, а лишь участки, граничащие со смежными блоками, а в оставшуюся часть блока подают породную за­кладку. Достоинством является ми­нимальный расход воды, что имеет большое значение для снижения от­носительной влажности рудничной атмосферы, а недостатком — слож­ная механизация работ.

При консолидированной за­кладке происходит формирование монолита под воздействием пара или химических растворов на уже размещенную в очистном простран­стве сухую закладку. При этом ис­пользование химических растворов реагентов через определенное вре­мя приводит к повторной кристал­лизации, что позволяет консолиди­ровать породу в выработанном про­странстве. Такая закладка обладает достаточно высокими прочностны­ми характеристиками, которые со­храняются при длительном нагружении налегающими породами.

Инъекционная закладка преду­сматривает предварительное за­полнение выработанного простран­ства сухой закладкой при дробле­ной самообрушающейся породой с последующей подачей по трубам с поверхности вяжущего раствора. Раствор проникает в пустоты дроб­леной породы и превращает ее в монолит. Также инъекционный спо­соб закладки позволяет формиро­вать подошву слоя при слоевой вы­емке и избежать просыпания руды в закладочный массив и отказаться от временных настилов.

Как видно, применение техно­логий с закладкой связано с существенными затратами и эффектив­но при разработке более ценных руд, что в настоящее время часто сопряжено с необходимостью уве­личения их бортового содержания.

Использование местных при­родных материалов и отходов про­изводства позволит существенно сократить затраты не только на за­кладочные работы, но и на содер­жание различного рода отвалов и хвостохранилищ, соответственно уменьшив площади земель для гор­ных отводов.

Рациональное использование элементов закладочных работ с утилизацией в закладку отходов горно­обогатительного производства по­зволит эффективно разрабатывать менее ценные месторождения по­лезных ископаемых.

Следует иметь в виду, что эф­фективность использования отхо­дов не только влияет на технико-экономические показатели горно­добывающего предприятия, но и способствует снижению вредного экологического воздействии на ок­ружающую среду.

Большая доля стоимости за­кладочных работ приходится на транспортирование закладочной смеси в выработанное простран­ство. Развитие горных работ при­водит к удалению (углублению) места укладки смеси от места при­готовления и соответственно уве­личению длины ее транспортиро­вания. Так, на Бурибаевском ГОКе (Башкортостан) развитие горных работ привело к удалению места очистной выемки от закладочного комплекса на 2,5-3 км. Такое уда­ление сделало неэффективным и нецелесообразным применение системы с закладкой на данном руднике.

2. 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.

3. Передвижные закладочные комплексы

Системы разработки рудных залежей с твердеющей закладкой выработанного пространства позволяют проводить очистную выемку запасов в сложных горно-геологических условиях с высокими показателями качества и извлечения руды из недр. При этом область применения таких систем ограничена высокими капитальными и операционными затратами на осуществление закладочных работ, связанными со строительством закладочных комплексов на поверхности; бурением и оснасткой закладочных скважин; прокладкой протяженной системы трубопроводов для транспортирования смесей; высокой стоимостью компонентов закладочной смеси и энергетических ресурсов на их дезинтеграцию до технологически необходимого гранулометрического состава. В связи с этим системы с твердеющей закладкой выработанного пространства применяют в основном на крупных месторождениях руд с высокой ценностью, при развитой региональной инфраструктуре.

В целях расширения области и объемов применения систем с закладкой на разработку небольших, удаленных от инфраструктуры залежей средне- и низко- ценностных руд в ИПКОН РАН совместно с ЗАО «НПК «Механобр-техника» предложена концепция производства закладочных работ на основе передвижных комплексов с безмельничной технологией приготовления твердеющих закладочных смесей [1].

Передвижной закладочный комплекс в полной комплектации включает следующие технологические модули: I и II стадий дезинтеграции заполнителей; смешивания компонентов закладочной смеси; транспортирования смеси до выработанного пространства; ее укладки и отведения избыточных вод с их осветлением и с удалением шламов. В зависимости от горно-геологических, горнотехнических и других условий горного производства возможно размещение передвижных закладочных комплексов на поверхности или в выработках подземного рудника.

Поверхностные передвижные закладочные комплексы целесообразно использовать при небольшой глубине залегания месторождения. Доставку приготовленной на поверхности закладочной смеси до выработанного пространства осуществляют традиционно — в самотечном или напорном режиме по скважинам, а далее — по трубопроводам, смонтированным в выработках подземного рудника. Блочно-модульный принцип компоновки оборудования позволяет перемещать его в горизонтальной плоскости вслед за развитием фронта добычных работ, в том числе при разработке отдаленных участков, локальных залежей и других месторождений.

Таблица 1. Коэффициенты, характеризующие степень заполнения выра-ботанных пространств в различных системах разработки с закладкой

Таблица 2. Технологические решения в зависимости от обеспеченности подземного передвижного закладочного комплекса (ППЗК) породным за-полнителем

Размещение передвижных закладочных комплексов в подземных условиях позволяет разнести в пространстве отдельные модули и перемещать их по выработкам рудни­ка вслед за развитием фронта горно-подготовительных (ГПР), подготовительно-нарезных (ПНР) и очистных работ. При этом значительную часть или весь объем пород от проведения горных выработок можно использовать в ка­честве наполнителя закладочной смеси непосредственно в подземном руднике, без выдачи на поверхность. Эф­фективность передвижного комплекса зависит от разра­ботки, направления подвигания фронта работ, а также до­ли полевых выработок в общем объеме ПНР.

Дезинтеграцию пород от проходки выработок осу­ществляют в открытых циклах в две стадии дробления: крупное (до 100 % класса -50 мм) и мелкое (до 30 % клас­са -0,074 мм). Оборудование для I и II стадий дробления может быть разнесено в пространстве подземного рудни­ка. Например, модуль I стадии дезинтеграции заполните­ля приближают к зоне ведения ГПР или ПНР, а затем транспортируют крупнодробленый материал к узлам при­готовления закладочной смеси. При размещении в под­земном руднике нескольких передвижных комплексов приготовления закладочной смеси типоразмерный ряд оборудования подбирают таким образом, чтобы один мо­дуль I стадии дезинтеграции, размещенный на проходче­ских горизонтах, обеспечивал производительность не­скольких работающих модулей II стадии дезинтеграции и приготовления смеси.

При подаче закладочной смеси в выработанное пространство самотеком комплекс приготовления закладочной смеси должен быть размещен выше закладываемых камер с учетом обеспечения высоты вертикального става, достаточной для создания необходимого напора в трубопроводе. С учетом разницы высотных отметок определяют рабочую зону самотечного транспортирования закладочной смеси по трубопроводам от одного закладочного комплекса. При этом место размещения узла приготовления закладочной смеси относительно выработанного пространства выбирают по критерию максимально возможного объема закладываемого подземного пространства при минимальном расстоянии транспортирования смеси.

Число закладочных комплексов, их производительность и место размещения определяются объемом и пространственным расположением пустот, закладываемых в проектируемый период времени, а частота и направление их перемещения — интенсивностью и направлением развития горных работ.

Конструкцию ППЗК в целом и его элементов проектируют в зависимости от параметров рудного тела (мощности, углов падения) и принятой системы разработки с закладкой выработанного пространства (рис. 1-3), соблюдая при этом изложенные выше критерии и принципы обеспечения эффективности ведения закладочных работ, максимально возможных объемов утилизации пустых пород от ГПР и ПНР, оптимальных систем и схем транспортирования породного заполнителя и закладочной смеси.

Исследованиями доказано, что предлагаемый ППЗК обеспечивает приготовление закладочных смесей с требуемыми сроками твердения и прочностью искусственного массива [2]; позволяет существенно сократить капитальные затраты на закладочное оборудование и создание транспортных коммуникаций, а также эксплуатационные расходы на приготовление и транспортирование смесей и формирование закладочных массивов в подземном выработанном пространстве.

Заключение

Важное значение имеет и то, что закладка позволяет уменьшить использование в шахте лесных материалов, что само по себе является решением экологической и экономической проблем. Таким образом, применение закладки выработанного пространства обеспечит улучшение экологической обстановки в регионе, позволит снизить, а по некоторым видам исключить плату за негативное экологическое воздействие. В современных условиях закладку следует рассматривать как способ защиты окружающей среды от техногенного воздействия подземных работ. На Западе закладку применяют давно и довольно широко, стоит задуматься, что и в отечественных условиях возможно использовать прогрессивный опыт.

Список использованных источников

1. М.М.Хайрутдинов. Пути совершенствования системы разработки с закладкой выработанного пространства. // Горный журнал. — 2011.-№7.-С.40-43.
2. Д.Р.Каплунов, М.В.Рыльникова, Д.Н.Радченко, Ю.В.Корнеев. Передвижные закладочные комплексы в системах разработки рудных месторождений с закладкой выработанных пространств. // Горный журнал. — 2013, №2, с. 101-104.
3. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Арсентьев В.А., Квит¬ка В.В., Маннанов Р. Новая технология и оборудование для высокопроизводительной закладки выработанного пространства при подземной отработке месторождений // Горный журнал. 2012. № 2. С. 41-43.
4. Маннанов Р. Зверев А.П., Ангелов В.А., Лавенков В.С. Исследование составов и способов приготовления закла¬дочных смесей на подземных передвижных закладочных установках// Маркшейдерский вестник. 2012. № 3. С. 12- 16. ЕЗ