Частью производственного процесса в угледобывающей и горно-металлургической отраслях является закладка подземного выработанного пространства, которое образуется при добыче полезных ископаемых. Для этого используются специально приготовленные закладочные материалы и смеси.
Закладка выработок производится для предотвращения возгораний и выбросов газа, уменьшения деформации земной поверхности, утилизации горной породы, обеспечения безопасности подземных работ и других целей.
Если учитывать очерёдность очистной выемки и закладочных работ, закладка бывает одновременной либо последующей. В первом случае производится отработка пространства горизонтальными слоями, причём отбойка и доставка руды осуществляются с использованием закладочного массива в качестве платформы. Во втором варианте закладку выполняют после полной отработки очистной камеры.
Существующие виды закладок выработанного пространства
Если закладочный материал доставляется и заполняет пространство с помощью потока воды, такой способ называется гидравлическим. Жидкость при этом поступает по трубопроводам. Чаще всего этот метод применяют в угледобывающей отрасли. Здесь он подходит для пластов любой мощности, залегающих под различными углами. Используют его и в горнорудной промышленности.
Когда материал транспортируют и закладывают при помощи сжатого воздуха, этот вид называют пневматическим. Обычно при закладке используют неабразивные измельчённые породы с большим содержанием в смеси глины — до 15%.
Твердеющие закладочные смеси применяют для создания искусственных целиков, а также искусственной почвы или кровли и т. д. Процесс создания смесей сложный, он требует много специального оборудования, поэтому приготовление осуществляется на поверхности, а к месту проведения работ готовый материал подаётся гидравлическим или пневматическим способами.
При выработке крутых и наклонных пластов целесообразно применять самотёчную закладку. В этом случае к месту проведения работ материал подаётся своим ходом, т. е. поступает под действием гравитации. С поверхности его доставляют клетями или через скважины. Транспортировка по главным выработкам производится вагонетками, а разгрузка или перегрузка на конвейеры осуществляются при помощи передвижных боковых опрокидывателей.
Для механической закладки задействуются скреперы или метательное оборудование. Как самостоятельный этот способ в горнорудной и угледобывающей отрасли распространения не получил. Обычно используется при горизонтальной выемке.
Конвейерный метод применяют редко, так как конвейеры приходится часто перемещать. Как правило, он подходит тогда, когда разрабатывают крутые пласты, мощность которых составляет 2–3 м.
Техногенные отходы в качестве закладочного материала
Относительно недавно появилась новая технология, позволяющая существенно экономить на заполнении выработок без ущерба качеству. Помимо этого, решается задача утилизации отходов производственной деятельности, которые загрязняют окружающую среду.
Последний фактор тоже крайне важен, потому что на нашей планете в местах добычи полезных ископаемых вблизи шахт и рудников, а также у металлургических комбинатов скопилось приблизительно около 1 трлн т твёрдых производственных отходов.
Международный коллектив учёных, действовавший на базе Национального исследовательского технологического университета МИСиС (Россия, Москва), сумел разработать закладочный материал на базе техногенных отходов. Научную статью об их детище опубликовал в 2021 году авторитетный отраслевой журнал Minerals.
Суть метода заключается в том, что на основе отходов горнорудного и угледобывающего производства создаются закладочные смеси, которые тут же и применяются по назначению. Их использование вместо традиционных материалов позволяет экономить до 90% затрат на компонентах закладочных смесей. Вместо песка, цемента и других традиционных составляющих в дело идут техногенные отходы горно-обогатительной отрасли и металлургии. Их сортируют и измельчают, получая в итоге композит.
Метод испытали на практике, используя для заполнения хвосты Гайского горно-обогатительного комбината (Оренбургская область). Вяжущим компонентом стал цемент марки М500 или шлак Чусовского металлургического завода (Пермский край).
По своим характеристикам полученный композит не уступает стройматериалам, применяемым обычно для этих целей. Более того, после застывания закладочных смесей их прочность становится выше, чем при использовании традиционных составов. Это объясняется тем, что в процессе переработки происходят такие процессы, как изменение кристаллической структуры материалов или даже создание новой.
Кроме того, этот метод способствует сохранению окружающей среды.
В итоге достигаются одновременно три важные цели. Во-первых, идёт утилизация отходов горно-металлургической отрасли. Во-вторых, общая стоимость работ по закладке выработок снижается примерно вдвое. В-третьих, при подготовке композита из отходов извлекают остатки полезных ископаемых и другие компоненты, представляющие ценность. Таким образом, горнорудная, угледобывающая и металлургическая отрасли приближаются к безотходным производствам.
Важно и то, что для вторично используемых отходов уже не требуются места хранения. Снижаются также расходы на обеспечение их безопасности для людей и окружающей среды. Это означает, кроме прочего, экономию производственных затрат.
Новым материалом можно заполнять шахты, эксплуатация которых прекращена, либо отработанные шахтные выработки на действующих предприятиях.
Собственно, технологии заполнения выработанных пространств за последние десятилетия сильно эволюционировали. Сначала для закладки применялась сухая порода. Затем перешли на сложные композиционные материалы. Хотя при этом удалось добиться значительно большей эффективности, затраты на заполнение выработок возросли.
На этом процесс не остановился — он продолжает развиваться. Теперь, видимо, упор делается на снижение себестоимости работ без ущерба для качества. Этому, вероятно, могло бы способствовать внедрение оригинальных инновационных решений, предлагаемых учёными.
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.