CC BY
148
© М.М. Хайрутдинов, М.В. Вотяков, 2007
УДК 622.272:553.632
М.М. Хайрутдинов, М.В. Вотяков
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЗАКЛАДКА НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ
Семинар № 17
Первая в мире гидрозакладочная установка была построена в 1878 году на силезской угольной шахте (Подьша), а затем, независимо от этого и почти одновременно, в 1880 году гидравлическую закладку начали применять на антрацитовой шахте в Пенсильвании (США).
Первая в Германии гидрозакладочная установка была построена в 1895 году на Саксонской угольной шахте.
В 1907 году в Силезии (Польша) уже 26 угольных шахт применяли гидравлическую закладку.
В калийном промышленности первая гидрозакладочная установка была построена в 1907 году в Германии на калийном руднике "Штасфурт".
На руднике камерной системой разрабатывался калийный пласт смешанного карналлито-сильвинитового состава. Для закладки выработанных камер применяли песчано-гравийную породу крупностью менее 75 мм, которую добывали и отсортировывали на карьере.
Закладочный материал в вагонетках подавался к смесительному бункеру, установленному непосредственно возле шахтного ствола. В бункере закладочный материал размывался рассолом, подаваемым под напором 4 атм. из отстойников на поверхности.
Для спуска закладочной пульпы был проложен чугунный трубопровод внутренним диаметром 175 мм (тол-
щина стенок 25 мм). В качестве оборотного рассола использовались сбросные щелока карналлитовой обогатительной фабрики плотностью 1,27 при содержании хлористого магния около 32 %.
Хотя работа этой гидрозакладочной установки не считается успешной и после непродолжительной эксплуатации от гидрозакладки на этом руднике отказались, но вскоре были построены гидрозакладочные установки на других калийных рудниках (1903 г. - "К.Либкнехт"; 1914 г. -"Глюкауф").
Из всех зарубежных стран опыт применения гидравлической закладки на калийных рудниках имеют только Германия и Испания.
В Германии, начиная с 1903 года, область применения гидравлической закладки на калийных рудниках постоянно увеличивается. Для закладки выработанных камер используются отходы химических и флотационных обогатительных фабрик, которые подаются в специальные смесительные буккеры, находящиеся непосредственно возле шахтных стволов. От смесительных баков на поверхности до закладываемых камер под землей проложены трубопроводы. Для размыва отходов в смесительных бункерах и для гидротранспортирования используются оборотные насыщенные рассолы. Рассолы, отфильтрованные из заложенных камер, собирается в промежуточных, участковых и обще-
шахтных рассолосборниках и после осветления насосами подаются в отстойники на поверхности.
На калийных рудниках Германии для закладки выработанного пространства используются неизбежно получающиеся отходы после обогащения добытой руды. Отходы обогащения, в основном, состоят из хлористого натрия с небольшими включениями хлористого калия, сернокислого калия, а также хлористого и сернокислого магния и нерастворимых глинистых частиц. В среднем удельный вес отходов равен 2,3 т/м3. По гранулометрическому составу значительные отличия имеются только между химическими и флотационными отходами. Средний диаметр частиц флотоотходов равен 0,4 мм, а химических - 3-5 мм. В качестве жидкой фазы закладочной пульпы на всех гидрозакладочных установках ГДР используется рассол, насыщенный по сильвиниту.
Накопление оборотного рассола и восполнение его потерь при гидрозакладке осуществляется за счет использования избыточных, рассолов обогатительных фабрик или приготовления рассола специально, путем растворения руды в отстойниках, на поверхности. По химическому составу оборотные рассолы различных гидрозакладочных установок имеют лишь незначительные отличия и в общем случае химический состав определяется полным насыщением по имеющимся в руде солям при среднегодовой температуре в руднике.
Подача отходов от обогатительных фабрик в смесительные баки в зависимости от расстояния и времени строительства производится при помощи ленточных конвейеров, подвесных дорог или по трубопроводу.
Из всех зарубежных калийдобы-вающих стран только две страны -
Германия и Испания - применяют гидравлическую закладку при разработке калийных месторождений. В целом, в мире в настоящее время только 5 % калийной руды добывается камерной системой с гидрозакладкой.
Первый проект закладки выработанных камер на Верхнекамских калийных рудниках был выдвинут в 1937 году. В качестве закладочного материала предлагалось использовать породу от проходки подготовительных выработок и отходы химической сильвинитовой фабрики в количестве. Проектировалось отходы после фабрики ленточным конвейером подавать к вентиляционному стволу и по трубам диаметром 250 мм спускать в рудник. Для доставки отходов в руднике от ствола до закладываемых камер также предусматривались ленточные конвейеры. Размещение закладочного материала в камерах предлагалось производить при помощи скреперных установок на пласте "Красный 2" и при помощи пневматических машин типа на пласте "АБ" и "В". В действительности, при осуществлении схема закладки подверглась некоторым изменениям.
В настоящее время на рудниках применяется как механическая, так и гидравлическая закладки на основе отходов обогащения (рис. 1 и рис. 2).
При механической закладке соле-отходы транспортируются на участок ленточными конвейерами. Далее доставка в выработанное пространство осуществляется самоходными вагонами (рис. 1). Закладку производят в два слоя, при прямом и обратном ходе (рис. 2).
При гидравлической закладке пульпа из солеотходов и рассола транспортируется по трубопроводу. При этом закладка пласта Кр-2 осуществляется с пласта АБ через скважины (рис. 3).
Рис. 2. Гидравлическая закладка
Для удержания пульпы и рассолов на выемочном, конвейерном и вентиляционном штреках устраиваются перемычки, обеспечивающие фильтрацию рассола.
Технологическая схема закладочного комплекса применяемая на Верхнекамском месторождении приведена на рис. 3 и 4.
Одна из основных характеристик гидравлической закладки это получаемая прочность закладочного массива. Одновременно с рассолоотда-чей и снижением влажности повышается прочность закладочного массива. При гидравлической закладке флотационные отходы укладываются настолько плотно, что ходить человеку по ним можно уже через сутки после стока отстоявшегося рассола. Здесь сказывается влияние более прочной верхней корки слоя соли, толщина которой не превышает 3-5 мм, но прочность ее значительно отличается
1-сборный конвейер; 2-распределительная течка; 3-конвейер на солеотвал; 4-ленточный фильтр;5-пульподелитель; 6-задвижка;7-весы ;8-смесительная воронка; 9-плотномер; 10-индукционный расходомер;11-баки с рассолом;12-конвейер к воронке
Рис. 3. Наземный часть закладочного комплекса
а
в
а-разводка трубопроводов по панелям; б-разводка трубопроводов на панели;
1- центральный рассолосборник;
2- участковый рассолосборник;
3- преобладающее направление падения пласта
Рис. 4. Подземная часть закладочного комплекса
от прочности всего закладочного массива. Именно образование этой "корки" приводит к такому факту, когда залитый следующий слой закладки ложится как бы на почву, не нарушая и не изменяя свойств нижнего пласта. Поэтому рекомендуется возводить закладочный массив из чередующихся тонких слоев, что увеличивает прочность закладки, но приводит к необходимости иметь в закладке сразу несколько камер.
При снижении влажности ниже 1518 % в краевых частях закладочного массива появлялись усадочные трещины. Вертикальная усадка максимально
составляет 5 %. Горизонтальная усадка
3-4 % проявляется только в верхнем слое полностью 10-30 см. Рассолоот-дача закладочного массива происходит в течение 15-20 дней, после чего солевые прослои имеют влажность 3-5 % и прочность 0,1-0,3 кг/см2.
Таким образом, в мире накоплен большой опыт применения гидрозакладки, который необходимо использовать при разработке месторождений. Например, при применении на калийных рудниках камерной системы с твердеющей закладкой гидравлическую закладку можно использовать для заложения камер 2-й, 3-й очереди.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках Верхнекамского калийного месторождения - М.: Недра. 1992. ШИЗ
— Коротко об авторах-------------------------------------------------------
Хайрутдинов М.М., Вотяков М.В. - Московский государственный горный университет.
---------------------------------------- © М.М. Хайрутдинов,
М.В. Вотяков, 2007
УДК 622.272:553.632
М.М. Хайрутдинов, М.В. Вотяков
ВЫБОР ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК
ДЛЯ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКИ НА КАЛИЙНЫХ
РУДНИКАХ
Семинар № 17
В соответствии с опытом, накопленным в горнорудной промышленности, для приготовления твердеющей закладки в условиях калийных рудников могут быть исполь-
зованы следующие материале: в качестве заполнителей - отходы калийного производства, песок, щебень, галечник, породы вскрыши и солеотвалов; в качестве вяжущих - доменные гра-
