Определение выхода компонентов твёрдого и воды закладочной смеси в главные водосборники насосных станций подземных рудников

Одним из источников шламообразования на подземных рудниках являются закладочные работы, технология выполнения которых связана с возможным выходом твёрдых компонентов и воды закладочной смеси в горные выработки и переносом их с шахтной водой в главные водосборники насосных станций подземных рудников.

Схема закладочных комплексов подземных рудников приведена на рис. 1 [2]. По технологии горных работ на подземных рудниках отрабатываются камеры (имеющие примерное соотношение параметров по ширине (В, м), длине (L, м), высоте (Н, м) как В:L:H=15:50:60), в которые подается закладочная смесь от закладочного комплекса по вертикальным и горизонтальным магистральным и участковым закладочным трубопроводам (рис. 1), состоящим из труб различного диаметра и длиной 3–5 м [4], соединённые между собой фланцевыми или быстроразъёмными соединениями.

Для возведения закладочного массива с необходимыми физико-механическими свойствами в расчётные сроки рекомендуется применение составов закладочных смесей, которые включают цемент, диабаз, серицит-кварцивые метасоматиты, серицитхлоркварцивые метасоматиты, юлдашевский известняк, дациты и воду и имеют плотность смеси от 1,840 до 2,005 т/м3.

Фактическое значение плотности закладочной смеси составляет от 1.86 до 1.90 т/м³. От закладочного комплекса (рис. 1) смесь подаётся по трубопроводам непрерывно и равномерно в наиболее высокую точку выработанного пространства камеры, вдоль продольной оси камеры, обеспечивающей максимальную полноту её заполнения при достигнутых углах растекания закладочной смеси.

Режим работы трубопроводного транспорта — самотечный. При самотечном режиме закладочная смесь транспортируется по горизонтальному участку под действием статического напора, создаваемого весом столба закладочной смеси в вертикальном ставе.

Длина горизонтального участка при самотечном режиме зависит от реологических свойств смеси, высоты заполнения вертикального става и определяется из соотношения [4]

Н₃:L_г.тр = 1:3÷1:5 (2)

Перед закладкой выработанного пространства твердеющей закладочной смесью производится возведение изолирующих перемычек: бетонных (железобетонных), деревянных, металлических, тросовых, из навала горной породы длинной 5–15 м.

Бетонные изолирующие перемычки (рис. 2) сооружаются на высоту 1.0÷1.2 м с последующим наращиванием высоты перемычки после того, как предыдущий слой потеряет подвижность. Несущая способность перемычек определяется расчётом.

Аварийное разрушение изолирующей перемычки возможно, когда величина давления твердеющей закладки (Р₃, рис. 2) на изолирующую перемычку превышает давление (Р_рас), на которое она рассчитана, т. е. Р₃>Р_рас.[ 5].

Превышение давления закладки над несущей способностью изолирующей перемычки происходит из-за нарушения технологии изготовления перемычки и технологии закладочных работ как по количественному составу компонентов закладываемой смеси, так и по скорости закладки компонентов в закладываемую горную выработку (камеру).

Применение твердеющих компонентов в составе закладочной смеси является источником загрязнения главных водосборников насосных станций шламом за счёт возможного аварийного разрушения изолирующей перемычки в закладываемых камерах и прорыва закладочной смеси в горные выработки с дальнейшим переносом её шахтной водой в главные водосборники насосных станций подземных рудников; ликвидации «пробок» в закладочном трубопроводе, возникающих в процессе ведения закладочных работ из-за несоблюдения режимов приготовления закладочной смеси и нарушения технологии закладки камер, путем залповой подачи воды из специального резервуара в вертикальный став для продавливания «пробки»; промывки закладочного трубопровода от компонентов закладочной смеси после временного или полного прекращения подачи закладочной смеси в закладываемый слой камеры.

Во втором и третьем случаях промывочная вода с компонентами твёрдого вещества закладочной смеси отводится от закладываемой камеры и направляется в горные выработки, по которым с шахтной водой также поступает в главные водосборники насосных станций.

Для определения содержания механических примесей в шламоиловой пульпе главных водосборников подземных рудников от различных источников шламообразования предлагается ввести относительный показатель содержания механических примесей, приносимых шахтной водой и оседающих в главном водосборнике насосной станции (П_мп, г/м^₃), который определяется по выражению
П_мп = G_вс — G_пк, г/м³:
G_вс — содержание механических примесей в загрязненной шахтной воде на входе в водосборник, г/м³;
G_пк — содержание механической взвеси в осветлённой шахтной воде, откачиваемой из приёмных колодцев насосных станций, г/м3.

Содержание механических примесей в загрязнённой шахтной воде на входе в водосборник является функцией.

G_вс = f(Gi),

где Gi — количество механических примесей, поступающих в главные водосборники насосных станций подземных рудников от ni источников шламообразования, в том числе от твёрдых компонентов закладочной смеси при ведении закладочных работ.

Количество твердеющих компонентов закладочной смеси (G_к, кг), сбрасываемых из закладываемого слоя камеры в горные выработки при возможном аварийном разрушении изолирующей перемычки и переносимых шахтной водой в главные водосборники подземных рудников за исследуемый промежуток времени, определяется по выражению

G_к = 10-3 .(В_i.L_i.h_cз) .γ_см . k_ду.к,

где В_i, L_i, h_c — ширина, длина закладываемой горной выработки и высота (h_cз = 0.95÷1.15 м [3]) закладываемого слоя смеси в камере, м;
γ_см — плотность закладочной смеси кг/м³;
k_ду.к — коэффициент долевого участия в заиливании главного водосборника насосной станции от возможного аварийного сброса закладочной смеси из камеры.

Количество твердеющих компонентов закладочной смеси (G_проб, кг), поступающих в главный водосборник насосной станции подземного рудника при ликвидации «пробок» в  закладочном трубопроводе за исследуемый промежуток времени, определяется как
G_проб=10^-3.[S_тр.(L_з.тр+L_г.тр).γ_см.k_{ду.проб}], где S_тр.i. — площадь поперечного сечения закладочного трубопровода, S_тр.i.= π.D²_трi/4 м²;

D_трi — диаметр магистрального или участкового закладочного трубопровода, м;
L_з.тр — длина заполнения вертикального трубопровода закладочной смесью, м;
L_г.тр — длина горизонтальной части трубопровода, заполненного закладочной смесью, м (при образовании «пробки» давление закладочной смеси в вертикальной части трубопровода не действует на смесь за  «пробкой», и она (часть её) остаётся в трубопроводе, поэтому объём закладочной смеси можно принимать с учётом всей длины горизонтального трубопровода);
γ_см — плотность закладочной смеси, кг/м³;
k_{ду.проб} — коэффициент долевого участия в заиливании главного водосборника насосной станции от ликвидации «пробок» в закладочном трубопроводе.

Количество твердеющих компонентов закладочной смеси (G_пр.тр, кг), поступающих в главный водосборник от промывки закладочного трубопровода водой при временных остановках подачи закладочной смеси в камеру или после полной закладки слоя камеры, определяется по выражению

G_пр..тр = S_тр.i.(L_з.тр + L_г.гр).γ_см.k_ду.пр,

где S_тр.i — поперечное сечение i-го участка трубопровода, м²;
L_в.тр — длина заполненной смесью вертикальной части закладочного трубопровода, м;
L_г.тр — длина горизонтальной части закладочного трубопровода, м;
γ_см — плотность закладочной смеси, кг/м³;
k_ду.пр — коэффициент долевого участия в заиливании главного водосборника насосной станции от промывки закладочного трубопровода водой при временных остановках подачи закладочной смеси в камеру или после полной закладки слоя камеры.

Коэффициенты долевого участия в  заиливании главного водосборника насосной станции от различных источников шламообразования определены по методу экспертных оценок и представлены в табл.1 (графа 4). Количество механических примесей, поступающих в главные водосборники насосных станций подземных рудников от ni источников шламообразования, в том числе от компонентов твёрдого закладочной смеси при ведении закладочных работ, представлены в графе 5 (табл. 1).

Выход загрязнённой воды от закладочных работ определяется по  суммарному расходу воды, поступающей в камеру в составе закладочной смеси (400÷600 л на 1 м³ смеси [2]) и количеству воды, подаваемой для ликвидации «пробок» в закладочном трубопроводе, а также для промывки закладочного трубопровода после окончания закладки слоя камеры, что в среднем за месяц для условий рудника составляет 3 067 м3 (данные расхода воды на закладочные работы).

Из вышеизложенного следует, что суммарный показатель долевого участия твёрдого от закладочных работ в  заиливании главных водосборников насосных станций подземных рудников составляет 27,5 %.

Библиографический список:

1. Закладочные работы в шахтах. Справочник по ред. Бронникова Д. М., Цыгалова М. Н. — М.: Недра,1989. — 400 с.
2. Технологическая инструкция по производству закладочных работ на рудниках Норильского комбината. — Норильск: Главникелькобальт, 1975. — 33 с.
3. Технологическая инструкция по производству закладочных работ на шахтах объединения «Севуралбокситруда». — Североуральск, «Унипромедь», 1987.
4. Цыгалов М. Н., Зурков П. Э. Разработка месторождений полезных ископаемых с монолитной закладкой. — М.: Недра, 1970. — 176 с.

Текст и фото: Артем Зубков, старший научный сотрудник ООО «УралЭнергоРесурс»