УЛУЧШЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ ПО ТРУБОПРОВОДАМ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ В ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы правильного выбора диаметра трубопроводов, используемых при транспортировании закладочной смеси при заполнении выработанного пространства в рудных телах, разрабатываемых в сложных горнотехнических условиях. Также рассматриваются способы повышения плотности транспортирующей среды за счёт увеличения доли крупнозернистого материала и увеличения содержания фракции – 0,15 мм в составе закладочной смеси. Для достижения критической скорости необходимо увеличивать производительность закладочного комплекса и уменьшать диаметр трубопроводов. При диаметре трубопровода D = 100 мм критическая скорость составляет 3,2 м/с, что превышает фактическую скорость движения смеси и не соответствует возможностям производительности закладочного комплекса.

ABSTRACT

The article examines the issues of proper selection of pipeline diameter used for transporting backfill mixtures during the filling of mined-out spaces in ore bodies developed under complex mining and technical conditions. The study also considers methods for increasing the density of the transporting medium by increasing the proportion of coarse-grained material and by increasing the content of the – 0.15 mm fraction in the composition of the backfill mixture. To achieve the critical velocity, it is necessary to increase the throughput of the stowing system and reduce the pipeline diameter. With a pipeline diameter of D = 100 mm, the critical velocity is 3.2 m/s, which exceeds the actual speed of the mixture and is beyond the capacity of the stowing system.

Ключевые слова: твердеющей закладкой, трубопроводе, жестких смесей, мелкой фракции, плотность твердой фазы, транспортировки смеси.

Keywords: cemented backfill, pipeline, rigid mixtures, fine fraction, density of the solid phase, mixture transportation.

Введение. В последние годы в связи с увеличением глубины ведения горных работ и усложнением горно-геологических условий всё более широкое применение получает система разработки месторождений с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой. Правильный подбор состава твердеющей закладочной смеси обеспечивает формирование прочного монолитного искусственного массива [1-4].

Выбор рационального состава закладочной смеси должен осуществляться с учетом технологических и экономических факторов [5-7].

Подбор состава закладочной смеси должен выполняться с учетом пригодности местных материалов, расположенных вблизи месторождения, оценки их запасов и возможного объема использования, а также с учетом способов их добычи, доставки и транспортирования к месту приготовления смеси и укладки в выработанное пространство.

На втором этапе необходимо изучить физико-механические свойства заполнителей и активность вяжущих материалов. Рациональный состав твердеющей закладки определяется экспериментальным путем на основе изготовления образцов различных композиций закладочной смеси и проверки их транспортабельности.

Состав твердеющей закладочной смеси должен подбираться с учетом требуемой прочности формируемого искусственного массива, принятого способа транспортирования смеси, технологии формирования закладочного массива, интенсивности процессов твердения и уплотнения, а также экономических показателей закладочных работ [8-10].

Объекты исследования. При транспортировании закладочной смеси самотечным способом скорость ее движения должна быть не менее 0,25 м/с. Снижение скорости приводит к расслоению смеси в трубопроводе и образованию пробок. Нормальной считается скорость 0,4–0,5 м/с, а при пневматическом транспортировании - 1,8-2,2 м/с.

Транспортабельность закладочной смеси характеризуется ее пластичностью. Оптимальная пластичность свежеприготовленной смеси определяется величиной погружения стандартного металлического конуса.

При транспортировании смеси по трубопроводам значение погружения стандартного металлического конуса должно составлять 8–12 см, а при транспортировании другими видами транспорта (вагонетками, конвейерами, под действием силы тяжести и т.д.) 4–5 см для жестких смесей.

Пластичность смеси регулируется главным образом количеством воды и вяжущих материалов, а в ряде случаев - применением специальных добавок-пластификаторов.

Одним из показателей транспортабельности является транспортная концентрация, представляющая собой отношение фракций +0,15 мм и –0,15 мм.

Физический смысл данного показателя заключается в том, что даже при максимально плотной укладке частицы смеси должны иметь возможность взаимного перемещения и вращения. Частицы заполнителя должны обладать определенным коэффициентом подвижности, а пустоты между ними должны быть заполнены транспортирующей средой.

Научные результаты и их обсуждение. Насыщение объема смеси крупными частицами характеризуется коэффициентом транспортной концентрации: 

где: - объем частиц размером более 0,15 мм, м³;  - общий объем смеси, м³.

Данное выражение можно представить в следующем виде:

где:    - объем мелкой фракции, объем воды, объем транспортирующей среды.

С точки зрения удобства укладки транспортная концентрация должна находиться в пределах:

Выбор транспортабельной закладочной смеси целесообразен только при условии, что прочность закладочного массива удовлетворяет нормативным требованиям.

В связи с этим к закладочным смесям предъявляются следующие требования:

- количество воды, необходимое для гидратации вяжущего вещества в 1 м³ смеси, должно быть минимальным;

- фракционный состав материалов должен соответствовать установленным соотношениям.

Таким образом, можно сделать вывод, что рассматриваемый состав смеси не является оптимальным с точки зрения транспортирования и укладки и требует дополнительной корректировки соотношения фракций +0,15 мм и –0,15 мм.

Состав транспортирующей среды выбирается с учетом наличия мелкодисперсных материалов на месте приготовления закладочной смеси.

Для удержания крупных частиц во взвешенном состоянии в движущемся потоке транспортирующая среда должна обладать определенными реологическими свойствами. Критерием этих свойств является предельное напряжение сдвига транспортирующей среды, которое должно удовлетворять следующему условию:

где:  - плотность твердой фазы, плотность транспортирующей среды, кг/м³; - максимальный размер частиц заполнителя;-эмпирический коэффициент (для горных пород принимается равным 0,6);  -ускорение свободного падения.

В рассматриваемых условиях реологические константы не удовлетворяют требованиям оптимальной транспортировки. Если при расстоянии транспортирования 600–700 м смесь еще отвечает условиям транспортабельности, то при увеличении расстояния возникает необходимость увеличения содержания фракции –0,15 мм.

Как показывают лабораторные исследования, предельное напряжение сдвига транспортирующей среды недостаточно для формирования устойчивой структуры смеси без расслоения. Это приводит к необходимости увеличения критической скорости транспортирования.

При известном диаметре трубопровода и производительности закладочного комплекса скорость транспортирования самотеком определяется выражением:

Критическая скорость транспортирования твердеющей закладочной смеси определяется по формуле Смолдырева:

где: -эмпирический коэффициент (7–9); - коэффициент внутреннего трения (для дробленых пород f=0,6);-ускорение свободного падения;  и  - коэффициенты, учитывающие плотность смеси.

где:-плотность транспортирующей среды; - плотность горной породы;- плотность воды.

Для достижения критической скорости необходимо увеличивать производительность закладочного комплекса и уменьшать диаметр трубопроводов. Например, при диаметре трубопровода D = 100 мм критическая скорость составляет 3,2 м/с, что превышает фактическую скорость движения смеси и не соответствует возможностям производительности закладочного комплекса. Расчетная критическая скорость значительно выше фактической скорости движения смеси, что приводит к неустойчивости процесса транспортирования. Для обеспечения надежной транспортировки смеси на расстояние L ≥ 600–700 м необходимо увеличить несущую способность транспортирующей среды. Этого можно достичь следующими способами:

- увеличением плотности транспортирующей среды за счет повышения доли крупнозернистого материала;

- увеличением содержания фракции –0,15 мм в составе смеси.

Заключение. Таким образом, транспортирование твердеющей закладочной смеси в выработанное пространство по трубопроводам зависит главным образом от диаметра трубопровода и гранулометрического состава смеси, в частности содержания мелкодисперсных фракций.   

Список литературы:

1. Дребенштедт К., Голик В.И., Дмитрак Ю.В. Перспективы диверсификации технологии добычи металлов в РСО - Алания // Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 1 (35). С. 125-131.
2. Повышение экономической эффективности горнодобывающих предприятий за счет вовлечения в эксплуатацию техногенных георесурсов / С.Е. Гавришев, С.Н. Корнилов, И.А. Пыталев, И.В. Гапонова // Горный журнал. 2017. № 12. С. 46-51.
3. Бурмистров К.В., Овсянников М.П. Обоснование параметров этапа открытых горных работ в переходные периоды разработки крутопадающих месторождений//Горный информационно-аналит. бюллетень. 2018. №6. С.20–28.
4. Бердиева Д.Х Совершенствования закладочных работ в системе разработки месторождения Каульди //Экономика и социом №11(78) 2020 509c
5. Бердиева Д.Х. К вопросу снижения себестоимости закладочных работ при системе разработки горизонтальными слоями с закладкой //Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences 2021. -№5- ISSN 2181-1784
6. Бердиева Д. Х., Косимов М. О. Выбор оптимального варианта системы разработки на руднике Каульды // Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences 2021. -№7 ISSN 2181-1784.
7. Хасанов А.С., Тайралиев Ш.Т., & Бозоров А.Н. (2024). Разработка технологии переработки руды и лежалых шламов месторождения Каульды. Universum: технические науки, 2 (3 (120)), 33-36.
8. Bozorov, A. N., Mikhridinov, R. M., Negmatov, S. S., & Sharipov, K. T. (2020). The Influence of Different Processing Parameters on the Properties of Molybdenum Powder. International Journal of Advanced Research in Science. Engineering and Technology, 7(6), рр-14087.
9. Аллабергенов, Р. Д., Шарипов, Х. Т., Михридинов, Р.М., & Бозоров, А. Н. (2016, November). Молибденсодержащее техногенное сырье и его переработки. Республиканская научно-техническая конференция «Перспективы развития композиционных и нанокомпозиционных материалов», г. Ташкент (pp. 11-12).
10. Sharipov, H., Kamolov, T., Bozorov, A., & Kiyamova, D. (2022). Technogenic waste from enterprises of the thermoelectric power stations and metallurgical industries, analysis and development of technology for their processing. Journal of Optoelectronics Laser, 41(6), 742-749.